3. 势能第二课时教案

机械能守恒定律教学设计

基本信息

姓

名

学

科

年

级

王小明

物理

高一

学

校

联系电话及邮箱

教科书版本及章节

中国地质大学附属中学

13720050532；124010517@qq.com

第3章

学习领域/模块

必修2 机械能守恒定律

单元教学设计

单元学习主题

1.单元教学设计说明

能的转化和守恒规律是自然界中最基本、最普遍的客观规律，所有物理过程本质上是能的转移或转化的过程，而功又是能的转化的量度，所以本章讲述的功、能概念和功能关系是高中物理的重要内容，是建立能量观念的重要基础，用能量观念分析解决问题是高中物理最重要的物理观念之一。同时本章可视为牛顿力学的进一步展开，是功能思想的深入和提高。在牛顿定律的基础上，通过功和能的概念得出动能定理和机械能守恒定律，使人们对自然的认识更加深入，为解决物理学问题开辟了新的途径，对自然界的认识有了新的观念。本章教材内容以功能思想为主线，是功能思想的深入、完善和提高，从而建立和发展能量观念。同时本章也是对同一问题通过不同的途径（如牛顿定律、动能定理、机械能守恒定律）解决来培养学生的发散思维能力以及准确表述物理规律的能力。

机械能守恒定律

2.单元学习目标与重点难点

本章涉及的概念有：功、功率、动能、重力势能、机械能。难点在于对功和功率概念的理解计算，以及对于机械能变化的理解与计算。

本章涉及的规律：动能定理、机械能守恒、功能关系和能量守恒，是能量观点重要内容。重点在于形成和发展能量观念----理解能量概念、规律，善于（主动）用能量观点分析物理问题。

3.单元整体教学思路（教学结构图）

功

追功率

寻

守

恒动能

量

重力势能

弹性势能

探究弹性势

能的表达式

探究功与物体

速度变化的关系

动能定理

能量守恒定

律

机械能守恒定律

能源

验证机械能守恒定律

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课时教学设计

课题

课型

1.教学内容分析

“做功的过程就是能量转化过程”，这是本章教学中的一条主线。对于一种势能就一定有对应的力做功。类比研究重力势能是从分析重力做功入手的，研究弹簧的弹性势能则应从弹簧的弹力做功入手。弹力是一个变力，如何研究变力做功是本节的一个难点也是重点。首先引导学生通过类比重力做功和重力势能的关系得出弹簧的弹力与弹簧的弹性势能的关系。其次，通过合理的猜想和假设得出弹簧的弹力做功与哪些物理量有关。最后类比匀变速直线运动求位移的方法，进行知识迁移，利用微元法的思想得到弹簧弹力做功的表达式，逐步把微分和积分的思想渗透到学生的思维中。

当然本节课内容如果教师只是一味让学生在抽象的问题中去探究那些干巴巴的结论，学生就会因此感到厌倦，学习兴趣就会因此而降低。这就要求教师在物理概念导入时不仅要科学、准确，而且还要引趣、激思，恰到好处的导入能创设良好的教学情境，帮助学生启迪思维。例如可以用学生喜闻乐见的体育项目的视频，将形、声、色、光、动、静融为一体，突破时空的限制，让学生身临其境般地体验物理概念的形成过程，这对帮助学生建立能量的观念，理解能量守恒的物理思想，培养学生物理核心素养具有关键性作用。

3.探究弹性势能的表达式

新授课

章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□

2.学习者分析

通过上一节“重力势能”的学习，学生已经初步体验到“研究重力势能是从重力做功入手”以及“功是能量转化的量度”，并且学生已具有一定的知识迁移能力了。因此可以让学生通过类比的方法研究弹簧的弹性势能。因为重力的功与重力和物体的位置变化有关，弹力做的功与弹力和弹簧的形变量有关，这样的猜想是很容易想到的。实验方案的确定需要教师适当引导。理论探究关键的问题是如何研究拉力的功同样让学生回忆并类比于研究匀变速运动位移的方法研究弹力做功。对于弹性势能的概念及其产生条件，通过实验学生很容易能理解，并猜想的弹性势能会与什么因素有关，以及弹性势能与拉力的关系；但对于计算拉力所做的功时所用的类比方法和微积分思想需要教师的引导。

3.学习目标确定

在“探究弹性势能表达式”的学习目标中，着重考虑这节课这节课应该让学生获得那些素养，具体如下表：

要素

学习目标

物理观念

弹性势能的概念

科学思维

类比法、转化控制变量、微元法、图像法

科学探究

实验探究弹性势能和究弹力做功的表达式，归纳弹性势能表达式。

科学态度与责任

物理与生活相结合、实验与思维相结合的科学态度。

法、功能关系、形变量的关系；理论探科学思维和科学（实验、理论）探究两项目标决定了学习要求，物理观念和科学态度与责任是在思维活动和实验探究活动的过程中逐步实现的。

4.学习重点难点

重点：探究弹性势能与形变量的关系；利用微元法、图像法推导弹性势能表达式；

难点：探究弹性势能与形变量的关系的实验中利用能量的转化得到弹性势能大小的物理原理。

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6.学习活动设计

教师活动

环节一：创设情境

导入新课

教师活动1 播放蹦极视频

问题2：减小的重力势能等于弹性势能的条件是什么？

学生活动

学生活动1 思考：蹦极游戏中有关的物理知识。

问题1：忽略空气阻力，下落过程中的能量如何转化？

活动意图说明：

利用生活中的游戏情景激发学生学习兴趣；为帮助学生理解后继实验探究原理做知识上的铺垫。

环节二：实验探究弹簧弹性势能的影响因素

教师活动2 利用如图所示的器材，设计实验探究弹簧弹性势能与形变量的关系？

问题3：如何测量形变量x？

问题4：如果想让钩码减小的重力势能全转化成弹簧的弹性势能Ep，操作中要注意什么？

问题5：怎样进行数据处理？

学生活动2 设计实验方案

进行实验探究

采集实验数据

归纳实验结论

活动意图说明

学生在问题引导下逐步明确实验中如何测量弹簧的弹性势能；通过实验探究明确数据处理的方法。

环节三：实验探究向理论探究过渡

教的活动3 问题6：弹簧的弹性势能与形变量的平方成正比，比例系数k’数值？k’的单位？猜测这个比例系数可能是哪个物理量？

请学生说出如何测量弹簧的劲度系数k。教师展示实验所用弹簧的劲度系数。

通过excel处理实验数据发现：k遍规律吗？我们理论推导一下。

'学的活动3 观察老师用excel计算比例系数

如何测量k，对比课前老师给定的弹簧的劲1k，这会是普度系数，得到k'1k

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活动意图说明

引导学生意识到弹性势能不仅与形变量有关，还与劲度系数有关，但又不等于劲度系数。让学生经历数据的处理过程，特别是分析数据背后隐含的规律，培养学生的科学思维。

环节四：理论探究弹簧弹性势能表达式

教的活动4 例：光滑的水平面上放置一根原长为l0的轻弹簧，弹簧两端分别与墙面和物块相连。现将物块移动到O点右侧某处后释放，物块会在O 点两侧做往复运动。如图所示，

求某次物块由A 运动到B 的过程中弹簧弹力做功。已知弹簧劲度系数为k，A 处弹簧形变量为x1，B处弹簧形变量为x2。

学的活动4

在给定的情境中求解弹簧弹力的功。

活动意图说明

给定具体情境，求解弹力做功，明确弹性势能的表达式，了解弹簧弹力做功与弹性势能的关系。同时两种方法求解变力的功，体会“化变为恒”的方法和图像法内涵的一致性。

环节五：实际应用

教的活动5 如图所示的蹦极过程，已知弹性绳原长为l0，劲度系数为k，人到达最低点时绳的形变量为x，人的质量为m，重力加速度为g，推导x与其它各量的关系式，并说明蹦极游戏中当游戏者质量增大时应如何调节才能保证游戏者安全。教师用钩码模拟蹦极游戏。

学的活动5 应用新知识解决物理问题。

活动意图说明

分析发现当其他量不变而游戏之质量变化时，弹性绳的最大形变量x会发生变化，若x过大则会造成安全事故。应调节游戏绳的的松紧（劲度系数）。

7.板书设计

7.5 探究弹性势能

一、弹性势能的影响因素

二、实验探究弹性势能和x的关系

三、理论探究弹性势能和x的关系

WFEP1EP2

Epx'2Ekx2pEpx1

x3

k'k212kx

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