一、能量守恒定律优秀教学设计

“追寻守恒量—能量”的教学设计

------三界中学

李欣如

一、教学目标（如表1）

表1 素养类别

教学目标

知道守恒思想的重要性

认识守恒关系是自然界中十分重要的关系

物理观念

理解动能、势能及能量的概念与意义

科学思维

能独立分析伽利略理想斜面实验的能量转换和守恒关系

能体会伽利略分析问题的精妙，学习分析事物本质的方法

能列举不同形式的能量可以相互转化并守恒的实例

对要研究的伽利略理想斜面实验，能提出问题、设计方案、获得数据、寻找结论、交流讨论

通过“追寻守恒量”，使学生了解守恒思想的重要性，初步树立能量转换与守恒的观点，学会从物理现象中探究事物本质的科学态度和研究方法

科学探究

科学态度与责任

二、

教学内容与学生分析

1．《追寻守恒量——能量》是人教版《物理》必修2第七章第1节内容。本节课主要是观念性教育的内容，目的是对学生进行方法和观念上的教育，使学生了解守恒思想的重要性。本节课的定位很重要，既不是讲能量守恒定律，也不是讲人们发现能量守恒定律的历史，主要是让学生感受和体会对于守恒量的认识和探究过程，从追寻守恒量的过程中体验能量转化与守恒，同时利用实验和生活中的例子使学生认识到能量转化与守恒的普遍性。本节课意在启迪学生，在学生心中埋下物理守恒思想的种子，注重知识的形成过程、研究方法，重视学生的体验，所以课堂上我采用了“探究式与体验式”教学模式。

2．高一学生已经在初中学习过能量和能量守恒定律的有关知识，了解各种能量间可以相互转化以及机械能守恒的观点，为本节课的教学奠定了一定的基础，在进行相关问题的探究时，对猜想有了定向。

3．能量的概念是伴随人类对能量守恒的认识同步发展起来的，但高一学生对能量还没有完整的知识网络，尤其对守恒思想的认识不深刻，通过本节课的教学帮助学生逐步建立这种思想。

三、

教学思路

任务1：发现事物变化过程中存在不变量这一规律

任务2：设计实验，体验和分析生活中的各种守恒现象

任务3：设计实验，追寻伽利略理想斜面实验中的守恒量

任务4：设计实验，讨论能量守恒是否普遍适用

四、

教学活动

任务1：发现事物变化过程中存在不变量这一规律

【问题情境】学生欣赏“阿普顿测灯泡体积”科学小故事，并回答表2所示问题。

表2 问题

1.如何帮助阿普顿测出灯泡体积

2.测出灯泡体积的原理是什么

问题指向的素养目标

让学生能够意识到自己对变化过程中存在不变量这一规律已经有了一定的认识。

【教学建议】

（1）思维引导建议：学生在回答问题1、2的时候很容易想到利用水体积不变的原理来测出灯泡的体积，但是学生不一定意识到自己利用了变化过程中存在不变量这一规律，需要教师进行归纳总结。

（2）教学活动建议：问题1具有一定的开放性，建议学生小组讨论后回答，学生和教师共同评价如何高效的测出灯泡体积，并且让学生测出灯泡体积。问题2可由学生来回答，教师进行分析、总结、提升。

任务2：设计实验，体验和分析生活中的各种守恒现象

【问题情境】

任务5：总结提升，提出能量守恒定

1.学生观察牛顿摆运动特点（图1），回答表3所示问题。

2.学生分析化学反应方程式错误之处，回答表3所示问题。

3.学生观察消防员水枪形状特点（图2），回答表3所示问题。

图1 图2 表3 问题

问题指向的素养目标

1.小球好像有了“记忆”的实验现象背后说明了什1.体验生活中的各种守恒么？

2.化学反应配平的原理是什么？

现象

2.意识到守恒在自然界中而且是非常3.消防员灭火的水枪为什么要设计成这种形状？是普遍存在的，这其中是不是也有守恒的规律？

【教学建议】

（1）思维引导建议：牛顿摆实验中，学生不一定能够想到背后的原理是能量守恒，要引导学生提出背后应该是某个量的守恒，从而提出守恒量的概念。后两个活动的任务是为了让学生意识到守恒在自然界中是普遍存在的，从而认识到追寻守恒量的重要性。

（2）教学活动建议：牛顿摆实验中，拉起1-2个球，学生很容易猜到碰出同样个数的球，拉起3个球，让学生猜测会碰出几个球，学生意见一般会出现分歧，然后教师再进行演示，激起思维浪花。问2比较简单，请一位学生独立回答。问3教师要引导学生背后应该也有守恒规律，学生自然会想到是水流量的守恒。

任务3：设计实验，追寻伽利略理想斜面实验中的守恒量

【问题情境】

重要的物理规律

1.理论探究伽利略理想斜面实验中的守恒量，并回答表4所示问题。

2.设计实验，验证伽利略理想斜面实验中的守恒量（图3），并回答表4所示问题。

图3 表4 问题

问题指向的素养目标

1.理想斜面实验中，小球好像也有了能认识到理想斜面背后反映的也是一“记忆”，这个现象背后说明了什么

2.小球在两个斜面上分别做什么运动

3.理想斜面中的守恒量和什么有关

种能量守恒

根据小球在两个斜面上的运动特点，能够猜想守恒量和哪些因素有关

4.要构建小球运动模型，应该假设哪几构建斜面运动物理模型，并能够理论分个量

5.假设斜面光滑，小球做什么运动？加速度怎么求？位移怎么求？用哪一个运动方程建立假设量之间的关系

6.根据这个守恒量，能不能解释小球为能够根据结论解释小球为什么每次能什么会回到等高的位置？

够到达登高的地方，学以致用

析理想斜面实验中的守恒量

7.如果要实验验证，我们需要测量哪些1.能设计实验方案，选取器材，找到实物理量？如何测量？

验验证的关键点

2.认识到实验对研究物理规律的重要意义，尊重实验事实，具有实事求是的态度

【教学建议】

（1）思维引导建议：小球在运动过程中的守恒量和什么因素有关，是思维

难点，应引导学生先分析小球在两个斜面上的运动特点，从而自然得出与高度、速度有关。在这节课之前，学生已经掌握了部分运动学知识，但学生可能很难一步到位建立等式，教师需层层设问，引导学生自主建立斜面上两个不同位置高度、速度之间的定量关系，从而探究出守恒量的表达式。

（2）教学活动建议：问1中，有了前面碰撞球的铺垫，学生自然会想到背后蕴含的是某个量的守恒。问2比较简单，学生可以独立回答。问3比较关键，学生认真思考后回答。问4、问5有一定难度，教师可帮助学生进行一定的分析，然后要求学生在草稿纸上列式推导，请一位同学黑板上展示推导过程，最后师生共同分析总结。问6、问7学生结合问5的推导结论，比较容易回答，可请学生独立回答。

任务4：设计实验，讨论能量守恒是否普遍适用

【问题情境】

1.再次演示伽利略理想斜面实验，让小球在轨道上来回反复运动，学生观察小球运动特点并回答图5所示问题。

2.学生观察麦克斯韦滚摆运动特点（图4），并回答图5所示问题。

3.介绍沈阳怪坡，总结专家们对沈阳怪坡现象解释的三种结论：一是磁场作用，二是重力作用，三是视觉误差，并演示小球上滚实验（图5），回答图5所示问题。

图4 图5 表5 问题

问题指向的素养目标

1.实际上斜面是粗糙的，小球有没有1.根据能量守恒，学生能够透过现象回到原来的高度？机械能守恒吗？能去分析原因，找出事物的真相

量守恒吗？

2.培养学生透过现象看本质的辩证唯2.麦克斯韦滚摆运动过程中能量如何物主义的世界观和方法论

转化？机械能守恒吗？能量守恒吗？

3.坚信能量守恒普遍适用

3.小球上滚的原理是什么？

4.小球上滚实验违反了能量守恒吗？沈阳怪坡违反了能量守恒吗？

【教学建议】

（1）思维引导建议：学生回答1、2两个问题时很容易想到实际情况虽然机械能不守恒，但是总能量是守恒的，此时教师给学生种下怀疑的种子，提出“世界之大无奇不有”，然后介绍沈阳怪坡，总结专家们的三种观点。

（2）教学活动建议：问题1、2比较简单，学生可以独立分析其中的能量转换。问3先让学生讨论关于沈阳怪坡的三种解释哪个更有说服力，然后演示小球上滚实验，让学生讨论分析其中的原理，教师最后进行总结分析，提出能量守恒是普遍适用的。

任务5：总结提升，提出能量守恒定律

【问题情境】

1.学生欣赏费恩曼的一段话“有一个事实，如果你愿意，也可以说一条定律，支配着至今所知的一切自然现象……这条定律称做能量守恒定律。它指出某一个量，我们把它称为能量，在自然界经历的多种多样的变化中它不变化。那是一个最抽象的概念……”

2.实际应用：跳高运动员是以高度来计成绩的，可他们为什么要先提高自己的速度？

表6 问题

问题指向的素养目标

跳高运动员为什么起跳前要先提高理解能量守恒定律，解决实际问题

自己的速度？

【教学建议】

（1）思维引导建议：这个问题大多数学生会从能量转化的角度来分析，教师引导学生用物理语言来描述。

（2）教学活动建议：学生先独立思考，然后让基础比较薄弱的同学回答这个问题，回答正确后，教师对学生进行表扬，增强学生自信心。