“機械能守恒定律”教學設計（二）

付博

人教版教材在對“機械能守恒定律”的內容安排上，先給出了機械能概念與機械能守恒定律的內容，然后是“驗證機械能守恒定律”的實驗課。教學設計的一般思路是：按照教材的順序先介紹機械能概念；以自由落體或光滑斜面上小球運動等模型為例，利用動能定理推導出機械能守恒定律，分析總結守恒的條件；推廣到物體系統中進行推導，得出機械能守恒的表達式；對表達式進行細致的分析，借助習題加深學生對定律內容的理解；進行驗證性學生分組實驗。本人對本節課的教學內容、教學環節重新進行了編排，對教學策略重新進行了設計，思路如下。

【新課引入】

以生活中的“拆遷球”引入學生活動——“搖擺的掛鈴”：當掛鈴來回擺動時，掛鈴不發出聲響，當掛鈴撞擊到物體時會聽到鈴聲。

問題：1.從下巴處靜止釋放掛鈴，掛鈴擺回來之后會不會擊中下巴？

2.若給掛鈴一個較大的初速度，掛鈴擺回來之后會不會擊中下巴？

3.掛鈴在擺動的過程中主要是哪些形式的能量在進行轉化？

【新課教學】

一、機械能的概念

1.概念（略）

2.表達式：E=EP+EK

強調機械能的相對性，即計算機械能時需要先選擇零勢能面和參考系。

問題：僅有動能和勢能相互轉化，應該滿足什么條件？

二、學生分組實驗：探究機械能守恒的條件

1.在每組學生課桌上布置好實驗所需器材：單擺、滾擺、簡易過山車模型、彈簧振子（豎直）、平拋豎落儀、滑輪、兩個被細線連接的鉤碼。

2.學生根據自選器材自行設計實驗，以實現只有動能與勢能的轉化，并分析該實驗的前提條件。

教師提示學生從以下角度分析：①研究對象是一個還是多個；②所受力的性質有哪些；③做功的特點、有無做功情況；④能量轉化的特點。

3.歸納總結

每組學生代表攜實驗裝置到講臺展示、分析實驗過程。教師輔助，在學生分析過程中將示意圖繪制在黑板上，標明做功特點。

實驗中呈現出的機械能守恒主要有以下兩種情況：

（1）研究對象為一個時：①只受重力；②受其他力，但其他力不做功；③其他力做功，但做功之和為0（由于有其他形式能量的參與，不屬于機械能守恒類，屬于機械能不變的情況）。

得出結論：物體在只有重力做功的情況下，只有重力勢能與動能間的相互轉化。

理論推導：以自由落體為例，根據動能定理WG =△EK 與功能關系WG =-△EP

-△EP=△EK ？圯 EK 1+EP 1= EK 2+EP 2。

研究對象為多個時：物體在只有重力做功和系統內部彈力做功的情況下，系統間只有重力勢能、彈性勢能、動能之間的轉化。

理論推導：對于小球與彈簧系統：根據動能定理W彈+WG =△EK 、功能關系W彈= -△EP彈、WG =-△EP G ，-△EP彈-△EP G=△EK ？圯 EK1+EP彈1+EP G 1 = EK 2 + EP彈2 +EP G 2

三、演示實驗：利用DISLAB（數字化信息系統實驗室）驗證單體機械能守恒定律

實驗器材：DISLAB平臺、數據采集器、光電門、鐵架臺、重錘、細線、傳輸線、磁鐵夾。

實驗原理：測量重錘做單擺運動過程中不同點的高度和速度，計算出各點的機械能。

實驗步驟：課前學生與教師一起組裝實驗裝置，將數據采集器、光電門、PC終端連接完畢并掌握實驗原理。學生A控制DISLAB平臺，課前提前輸入重錘質量等參數。學生B介紹實驗裝置以及工作基本原理，學生C邊演示實驗邊解說。教師解讀屏幕上的數據，得出結論。

四、機械能守恒條件判斷練習

將下列判斷題推送到學生終端，限時完成、統計正確率，選擇回答正確的同學分析判斷依據。

1.豎直向上做勻速直線運動的物體機械能守恒；

2.物體先向上做勻速直線運動再以相同速率向下做勻速直線運動回到原點，物體機械能守恒；

3.機械能守恒的物體可能做變速圓周運動；

4.直豎彈簧懸吊著小球上下振動，小球機械能守恒。

五、異構創新點說明

1.新課內容的側重點為機械能守恒的條件

機械能守恒的條件屬于本節課的重點和難點，因此本設計全程圍繞機械能守恒條件進行，在理論推導的基礎上增加了以探究實驗為教學形式的探究守恒條件環節，課堂訓練的內容依舊以對機械能守恒的判斷為主，通過層層鋪墊和引導得出守恒條件，利用智能PAD終端，在課堂互動中及時掌握學生對守恒條件的理解情況。

2.在新課前增加探究性分組實驗

因教材中沒有機械能守恒探究實驗內容，故在設計中新增探究性分組實驗，并且不是單一實驗類型。分組實驗的內容均為教材中曾出現過的實驗，學生操作無障礙。利用探究實驗實現了如下目標：學生對學習過的傳統實驗進行了回顧、溫習； 在分組實驗中，學生以新的視角體會整個實驗過程，提升了學生的動手能力和探究問題的能力，加深了學生對學過的實驗內容的理解；學生建立了新內容與傳統知識的關聯，從熟悉的環境中學習到了新知識。