高一物理能量守恒定律教学设计 新课标 司南版 必修2.docx
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高一物理能量守恒定律教学设计新课标司南版必修2
2019-2020年高一物理能量守恒定律教学设计新课标司南版必修2
一.学习任务分析
1.教材的地位和作用
能量守恒定律是自然界普遍规律,它是不仅是解决力学问题的金钥匙之一,同时它也统领了整个高中物理力,热,电,光,原等各个章节。
学了这章的知识,对于变力等问题就有了解决的方法和手段。
学了这章的知识,学生解决物理问题的思维方法也要开阔,对物理问题即要从力和运动的角度分析,还要从功和能关系的分析。
2.教学重点和难点:
1.机械能守恒定律是本章教学的重点内容,本节教学的重点是使学生掌握物体系统机械能守恒的条件;能够正确分析物体系统所具有的机械能;能够应用机械能守恒定律解决有关问题。
2.能否正确选用机械能守恒定律解决问题是本节学习的另一难点。
通过本节学习应让学生认识到,从功和能的角度分析、解决问题是物理学的重要方法之一;同时进一步明确,在对问题作具体分析的条件下,要能够正确选用适当的物理规律分析、处理问题。
二.学习者情况分析
在学习这一内容之前,所教的学生已知道功,能,动能,势能,重力势等概念。
掌握了重力能变化与重力功的关系,合外力功与动能变化的关系等规律;会计算恒力的功,会用动能定理计算变力的功,会用动能定理计算描述变速运动的物理量。
在能力方面已近学过许多物理规律的推导,具有一定的演绎推理能力。
经过以往的多媒体教学,他们比较熟悉和习惯用计算机课件上课的方式.学生对物理学的研究方法已有一定的了解,,在自主学习、合作探究等方面的能力有了一定提高。
在非智力因素方面,学生学习积极主动,对学习物理有较浓厚兴趣;有较强的好奇心和求知欲,乐于探究自然界的奥秘;敢于坚持正确观点,勇于修正错误;喜欢和同龄人一起学习,有将自己的见解与他人交流的愿望,具有团队精神。
三.教学目标分析
1.知识与技能:
①.通过实验能验证机械能守恒定律。
②.理解机械能守恒定律。
会用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。
③了解自然界中存在多种形式的能量。
知道能量守恒定律是最基本,最普遍的自然规律之一。
2.过程与方法:
①.让学生通过已有日常生活和实践中的能量转化的经历,提出如何验证能量转化和守恒定律。
接着让学生设计验证性实验,体会验证性实验的探究过程。
②.在探究过程中,渗透科学研究方法,知道影响实验的有关因素并加以控制,例如各种阻力。
会纪录,分析和处理数据。
③讨论实验得出的结论以及如何减小实验误差。
④从理论上推导机械能守恒定律。
学会用已掌握的规律推导新的规律,培养推理论证的能力。
会由重力势能与动能的转化和守恒推论出各种能量间的转化与守恒,即会从个性特征抽象出共性特征。
3.情感、态度、价值观:
①.通过学生之间的讨论、交流与协作探究,培养团队合作精神。
②.让学生在探究过程中体验科学研究问题的乐趣,增进学习物理的情感。
③让学生感悟能的转化与守恒定律在物理学中,在自然科学中的重要地位。
感悟能的转化与守恒定律为不同学科的沟通与联系提供了桥梁。
四.教材处理与教学策略
在教材处理上把能量守恒定律分为两个学时。
第一学时主要的任务是:
理论探究只在重力作用和只在弹力作用下物体运动过程机械能守恒;第二学时主要的任务是:
验证性实验与探究性实验。
验证实验即验证第一课的理论推导结果,探究性实验则探究不同阻力下的物体运动过程机械能是否守恒。
进而总结能量守恒定律。
本节课是第一学时,主要采用以下的教学策略:
1.自主学习与合作探究
学生两人一组实验,让学生在自主学习中,通过对认知活动进行自我监控,并及时作出相应的调整。
在理论推导机械能转化与守恒的活动中,要求各学习组用不同的方法,例如小球自由落体,斜面小车,阿武德机等来推导。
这样可以知识互补,互相学习,交流合作,让不同层次的学生都能有所作为,有所收获。
提倡小组间的合作探究与对比,在对比中提出问题,分析问题,解决问题,完善结果。
五.教学器材
教学设备:
多媒体教室、麦克斯韦滚摆、单摆和弹簧振子,课件
六.教学过程设计
(一).创设情景、引入新课
1.结合复习引入新课。
前面我们学习了动能、势能和机械能的知识。
在初中学习时我们就了解到,在一定条件下,物体的动能与势能(包括重力势能和弹性势能)可以相互转化,下面我们观察演示实验中物体动能与势能转化的情况。
2.演示实验。
依次演示麦克斯韦滚摆、单摆和弹簧振子,提醒学生注意观察物体运动中动能、势能的变化情况。
通过观察演示实验,学生回答物体运动中动能、势能变化情况,教师小结:
物体运动过程中,随动能增大,物体的势能减小;反之,随动能减小,物体的势能增大。
3.多媒体课件:
物体在不同的力学条件下的运动.
提出问题:
上述运动过程中,物体的机械能是否变化呢?
这是我们本节要探究的主要内容。
(二)分组理论探究机械能守恒
教师提出以下几种情景:
1.只有重力对物体做功时物体的机械能
情景1:
质量为m的物体自由下落过程中,经过高度h1的A处速度为v1,下落至高度h2的B处速度为v2,不计空气阻力,分析由h1下落到h2过程中机械能的变化(引导学生思考分析)。
情景2;从倾角为θ的光滑斜面上滑下的小车,经过A点时速度为Va,下滑位移S,到达B点速度为Vb。
分析此过程机械能的变化.
2.弹簧和物体组成的系统的机械能.
情景3.以弹簧振子为例(未讲振动,不必给出弹簧振子名称,只需讲清系统特点即可),简要分析系统势能与动能的转化。
教师要求与启发:
要求学习小组选择一个情景,用学过的动能定理,重力的功与重力势能变化的关系,对以上前两种情景,定量写出物体经历的过程前后的机械能E1和E2,看机械能变化了没有,存在什么关系。
第三种情景要求定性分析。
(三)学习小组理论探究结果展示与讨论。
情景1小组理论探究结果展示的内容:
根据动能定理,
有
①
下落过程中重力对物体做功,重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量。
取地面为参考平面,有
WG=mgh1-mgh2②
由以上两式可以得到
③
情景2小组理论探究结果展示的内容:
下滑过程中重力对物体做功,重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量。
取B点重力势能为零,有
④
根据动能定理,有
⑤
提出问题:
上述结论是否具有普遍意义呢?
(作为课后作业,请同学们课后进一步分析物体做平抛和竖直上抛运动时的情况。
)
学生讨论:
上述两个表达式③⑤说明了什么?
讨论后、学习小组代表回答。
代表甲:
在表达式③中等号左边是物体在A处的机械能,等号右边是物体在B处的机械能,该表达式说明:
物体在下落过程中,物体的机械能总量不变。
代表乙:
对于表达式⑤,重力做的功等于动能的增量,也等于重力势能的减少量。
该表达式说明:
物体在下滑过程中,重力势能的减少量等于动能的增量。
物体的机械能总量不变。
教师总结:
用EK1和EK2表示物体的初动能和末动能,用EP1和EP2分别表示物体在初位置的重力势能和末位置的重力势能,则得到:
EK1+EP1=EK2+EP2,也就是初位置的机械能等于末位置的机械能,即机械能是守恒的。
(四)学习小组讨论机械能守恒的条件:
教师引导学生思考:
在推导中我们以物体做自由落体和斜面小车为例进行的,上述二种运动有什么相同和不同之处?
从上述两种运动中,你能猜想一下:
机械能在什么情况下守恒?
在引导学生会回答认识,不同之处是物体运动受力不同,自由落体运动是只受重力作用,而斜面小车还受支持力作用。
相同点是在上述两种运动中物体只有重力做功,支持力不做功。
教师再要求学生猜想并分析:
机械能在什么情况下守恒?
学生在猜想过程中教师提示:
重力做功只会使动能与势能相互转化,机械能总量不变。
除了重力之外其它力做功又会怎样呢?
学生举例分析。
例如,汽车加速上坡,子弹打进木块。
前者合外力的功为正机械能增加,后者摩擦力做功机械能减少。
最后教师总结:
通过上述分析,我们得到:
在只有重力做功,其它外力不做功或其它外力做功的代数和为零的情况下,物体的动能和重力势能发生相互转化,但机械能的总量保持不变,这个结论叫机械能守恒定律。
为了回答情景3和完善机械能守恒的条件教师演示并讨论:
放开被压缩的弹簧,可以把跟它接触的小球弹出去,在这个过程中,能量是如何转化的?
类比地,你能得到在这个过程中机械能守恒的条件吗?
引导学生认识在小球被弹簧弹出的过程中,弹簧的弹性势能转化为小球的动能。
类比得到:
如果有弹力做功,动能和弹性势能之和保持不变,即机械能守恒。
这样就得到机械能守恒的条件:
物体在只有重力和弹簧的弹力作用下,势能和动能相互转化,机械能保持不变。
(五).回顾总结深化认识
教师引导学生回顾本节课的理论探究过程,以及探究过程中使用的物理思想和方法:
即用已学的规律探究和发现新的物理规律;归纳总结这节课的知识要点;让学生提出自己在理论探究学习中存在的疑问,教师答疑,以巩固和深化知识。
教学情景预测学生可能遇到的困难1。
不懂得从已学过的物理规律来推导新的物理规律。
教师可以这样启发:
对研究对象经历的过程用重力势能与重力功德关系列一式;再用动能定理列一式……。
学生可能遇到的困难2,不懂得应用运动学来整理表达式而得出结论。
教师提示:
告诉学生明确目的,即探究过程“物体的机械能是否变化”,要把过程机械能的变化写出来,并用已知的,相同的,可比的量来表示。
教学过程提醒:
①.在学生交流讨论推导结论过程,要有较充分的时间让他们对另一种推导方法进行交流学习,各对比组阐述自己的观点,方法,思路。
以达到相互学习,开阔思路的目的。
②.同时应注意有些学生可能有别的方法,要鼓励和认真对待,在课堂时间不足的情况下,可在课外指导学生去探究。
七.本设计主要特点:
1.本节课教学设计注重学生学习过程的理论探究,体现了培养学生推理和应用知识的能力。
笔者始终认为探究有两方面:
实验探究和理论探究,两者缺一不可。
2.本节课把能量守恒定律分为两个课时,第一课时侧重理论探究,第二课时则为实验探究。
第二节课的实验,既有上课时各学习组的理论探究结果的验证性实验,又有探究性实验,例如用数码相机连拍的功能拍摄阻力较大和较小的落体运动,探究其机械是否守恒。
3.在教学方法上突出学生为主导,教师的作用是启发,引导和答疑。
在学生展示推导过程和讨论结果时,教师应溶入到学生中,扮演其中的一分子,开展合作探究,进行理论探索。
教学中尤其关注生个体差异产生新的教学资源并较好地进行利用,运用评价手段不断引导学生学习,较好地将新课程理念结合于教学实际中。
八.教学流程图:
引入新课:
1.演示实验.2.多媒体课件:
物体在不同的力学条件下的运动.
提出问题:
物体在重力,弹力作用下机械能守恒吗?
情景3。
弹簧小球
情景2。
光滑斜面下滑的小车
创设情景1。
自由落体的物体。
学习小组选择以上情景理论探究物体在运动过程机械能的变化或转化。
各学习小组展示理论探究过程与结果。
分析总结各小组的研究结果得出机械能守恒定律。
2019-2020年高一物理自由落体运动人教必修版
三维目标
知识与技能
1.认识自由落体运动,知道影响物体下落快慢的因素,理解自由落体运动是在理想条件下的运动,知道它是初速度为零的匀加速直线运动。
2.能用打点记时器或其他实验仪器得到相关的运动轨迹并能自主进行分析。
3.知道什么是自由落体的加速度,知道它的方向,知道在地球上不同地方,重力加速度大小不同。
4.掌握如何从匀变直线运动的规律推出自由落体运动的规律,并能够运用自由落体规律解决实际问题。
5.初步了解探索自然规律的科学方法,培养学生的观察、概括能力。
过程与方法
1.由学生自主进行实验探究,采取实验室的基本实验仪器—打点记时器,记录下运动的信息,定量地测定重物自由下落的加速度,探究运动规律的同时让学生进一步体验科学探究方法。
2.培养学生利用物理语言归纳总结规律的能力。
3.引导学生养成进行简单物理研究习惯、根据现象进行合理假设与猜想的探究方法。
4.引导学生学会分析数据,归纳总结自由落体的加速度g随纬度变化的规律。
5.教师应该在教学中尽量为学生提供制定探究的机会,根据学生的实际能力去引导学生进行观察、思考、讨论和交流。
情感态度与价值观
1.调动学生积极参与讨论的兴趣,培养逻辑思维能力及表述能力/。
2.渗透物理方法的教育,在研究物理规律的过程中抽象出一种物理模型—自由落体
3.培养学生的团结合作精神和协作意识,敢于提出与别人不同的见解。
教学重点
重点是使学生掌握自由落体的速度和位移随时间变化的规律。
自由落体的特征是初速度为零,只受重力作用(物体的加速度为自由落体加速度g)。
教学难点
是演示实验的技巧及规律的得出,介绍伽利略的实验验证及巧妙的推理。
教具
牛顿管、硬币、小纸片、打点记时器、刻度尺、铁架台、纸带、重物等
课时安排1课时
教学内容
复习提问
s1∶s2∶s3=1∶4∶9 sⅠ∶sⅡ∶sⅢ=1∶3∶5
引入新课
演示:
多种小物体的下落。
我们都见过雨滴、雪片从天而降,树叶飘落,苹果坠地以及石子落入水井中,上述物体都是受到重力作用而竖直下落的。
落体运动:
指出在地面附近的任何物体,脱离支持物后,竖直落向地面的运动叫做落体运动。
研究落体运动对我们的生产和生活有非常重要的意义。
如:
我们通过坠落的石子来测量井口到水面的深度;飞机空投人员和货物时使用降落伞以减小着地速度等都用上了自由落体运动的相关知识。
引入新课
历史回顾及实验
演示1:
取一枚硬币,一枚与硬币等大的纸片,让它们从同一高度同时下落,观察下落情况。
结论:
“物体越重,下落得越快”。
1.亚里士多德(Aristotle)的认识
从公元前4世纪至公元17世纪,这种观念统治了人们两千多年之久。
2.伽利略(Galileo)的贡献(1638年)
两个物体mA>mB分别由同一高度下落,重的物体比轻的物体下落的快,当把两物体捆在一起仍从同一高度下落情况会是怎样呢?
结论:
①整体分析:
当把两个物体捆在一起时mC=mA+mB,因为新组成的物体比上述两个物体中的任一个都重从而下落的应最快。
②局部分析:
A物体下落的快,受到一个下落得慢的物体B的作用,结果就像一个大人拉着小孩向前跑,比单独大人跑要慢,比小孩单独跑要快一样,他们的共同速度应介于A、B两物体之间即vA>vC>vB。
伽利略用归谬法巧妙地否定了亚里斯多德的观点,从而得出结论:
重物体不比轻物体下落得快。
问题:
到底是谁的观点对呢?
我们可做个简易实验,试试看。
演示2:
取一颗小石子,一张比小石子重的大纸片,让它们从同一高度同时下落,观察下落情况。
。
结论:
“观察出小石子先着地,得出物体越轻下落越快。
”
演示3:
取两张完全相同的大纸片,它们的重力是相同的,这样重力对下落的作用是相同的(采用控制变量法),再把其中的一张捏成纸团,让它们从同一高度同时下落。
结论:
“观察到纸团先着地,重力相同的两个物体下落快慢可能不同。
”
物体下落的快慢和物体的轻重关系比较复杂,既不能说越重越快,也不能说越轻越快,重力相同的两个物体下落快慢可能不同。
那么,除了物体的重力外,影响以上各实验物体下落快慢的因素还可能有什么呢?
学生讨论分析
分析前面各实验现象的原因得出是空气阻力的影响。
影响空气阻力大小的因素太复杂(物体形状、速度大小、空气密度等),引导得出最好先研究在没有空气阻力的条件下的落体运动。
问题与假设
空气阻力是影响物体下落快慢的重要因素,若消除空气阻力,轻重物体的下落快慢会怎样呢?
思维敏捷的学生对观察、实验得到的现象进行分析后会作出各种假设,学生们争论不休,期盼结论。
演示4:
取一枚硬币,一枚与硬币等大的纸片,将纸片捏成团。
让硬币与纸团从同一高度同时自由下落。
现象:
观察到在空气阻力可忽略时,两者几乎同时着地。
演示5:
通过牛顿管来演示羽毛和钱币下落的快慢
现象:
没有抽气时,羽毛比钱币下落慢得多,尽量抽空管内空气后,两者几乎同步下落,同时落到牛顿管的下端,硬币落下有声,眼可直接观察鸡毛下落。
结论:
物体下落过程的运动情况与物体的质量无关,没有空气阻力时,羽毛和钱币下落一样快。
引入自由落体运动的概念。
一.自由落体运动
1.定义:
物体只在重力作用下,从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。
2.说明:
自由落体运动是一种理想化的运动,在实际问题中有空气时,物体的密度不太小,速度不太大(H不太高),在空气阻力远小于物体的重力,空气阻力的作用可以忽略不计时,落体运动可以近似看成是自由落体运动。
3.推论:
在没有空气阻力时,做自由落体运动的物体,在同一地点不同物体做自由落体运动的情况都相同。
二.自由落体运动的性质:
(探索自由落体运动的性质)(说明下一节有关于伽利略研究自由落体运动的过程,请同学们阅读)
从实验中知道,自由落体运动是一种变速直线运动,这种运动是什么性质的运动呢?
是一般的变速直线运动,还是匀变速直线运动呢?
(展示重物自由下落时打点计时器打下的一条纸带)
从纸带可以看出,在相等的时间间隔里,小球下落的位移越来越大,表明小球在做加速运动。
(演示实验)
利用重物自由下落时打点计时器打下的纸带,测出有关的数据,利用结论ΔS=SⅡ-SⅠ=SⅢ-SⅡ=…=aT2,定量判断出自由落体运动是匀加速直线运动,并求出加速度的大小(在处理纸带是可以利用投影,教师测量数据,让学生自己处理并得出结果)
(教师小结)
1.结论:
自由落体运动是一种初速度等于零的匀加速直线运动。
通过不同重量的物体在被抽掉空气的玻璃管内下落的情况的比较,可以得出的结论是:
在没有空气阻力时,做自由落体运动的物体,在同一地点不同物体做自由落体运动的情况都相同,所以它们从静止开始在相同时间里下落的位移必定相同,根据公式S=at2/2,得出自由落体运动的物体都具有相同的加速度。
在同一地点的不同物体做自由落体运动的加速度均相同。
2.自由落体加速度:
(1)在同一地点,不同物体作自由落体运动时的加速度相同,这个加速度叫自由落体加速度,也叫做重力加速度,通常用g表示。
物体自由下落时速度变化的快慢都一样。
我们平时看到轻重不同,密度不同的物体下落时的快慢不同,加速度不同,那是因为它们受到的阻力不同的缘故。
(2)不同的地理位置,重力加速度的大小不同,其大小与物体所在地球上的位置有关,与离地面的高度也有关。
在通常情况下,重力加速度取g=9.8m/s2,粗略计算时g取g=10m/s2。
(3)重力加速度是矢量,它的方向总是竖直向下的,与重力方向相同。
由于自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,所以匀变速直线运动的基本规律及其推论都适用于自由落体运动,只要把V0取零,并且用g来代替加速度a就行了。
三.自由落体运动的规律:
1.规律:
速度变化规律Vt=gt
位移变化规律 S=gt2/2
2.推论:
Vt2=2gs
=Vt/2=Vt中
3.特点:
V1∶V2∶V3…=1∶2∶3…
S1∶S2∶S3…=12∶22∶32…
SⅠ∶SⅡ∶SⅢ…=1∶3∶5…
ΔS=SⅡ-SⅠ=SⅢ-SⅡ=…=gT2
例1。
物体从离地h高处下落,它在落地前的1s内下落35m,求物体下落时的高度及下落时间。
解析:
设下落时间为t,则有:
最后1s内的位移便是ts内的位移与(t-1)s内的位移之差:
s=gt2-g(t-1)2
代入数据:
35=5t2-t(t-1)2
得t=4s
下落时的高度h=gt2=80m
例2:
长为L的细杆AB,从静步开始竖直落下,求它全部通过距下端h处的p点所用时间是多少?
解析:
由于细杆上各点运动状态完全相同,可以将整个杆转化为一个点,例如只研究A点的运动。
B下落h时,杆开始过P点,A点下落h+L时,杆完全过P点。
从A点开始下落至杆全部通过P点所用时间为
t1=
A点下落h所用时间,t2=
杆通过P点所用的时间,
t=t1–t2=
通过草图分清各阶段运动,然后用自由落体运动公式求解。
巩固应用
1.做一做:
测定反应时间(详见教材)
(学生对这个小实验兴趣极大,个个跃跃欲试,可多做几位,g取10m/s2,教师必须先测算出一些数据,做好准备)
2.某人要测一座高塔的高度,从这座塔顶上静止释放一个小石块,测得石块从释放到落地时间是3.0s,问塔有多高?
g取10m/s2。
3.甲物体的质量是乙物体质量的2倍,甲从H米高处自由落下,乙从2H米高处与甲同时自由下落,下面说法中正确的是:
A:
两物体下落过程中,同一时刻甲的速度比乙的速度大。
B:
下落过程中,下落1s末时,它们速度相同。
C:
下落过程中,各自下落1m时,它们的速度相同。
D:
下落过程中,甲的加速度比乙的大。
4.一个自由落体落至地面前最后一秒钟内通过的路程是全程的一半,求它落到地面所需的时间。
解析:
物体做匀变速直线运动,第n秒通过的路程为sN,n秒内通过的路程为sn,则
物体在n-1秒内通过的路程为sn-1,则
根据题意,得
【课堂小结】
1.自由落体运动是一种非常重要的运动形式,在现实生活中有许多落体运动可以看成是自由落体运动,研究自由落体运动有着普遍的意义。
2.为了研究自由落体运动,我们运用了物理学中的理想化方法,从最简单、最基本的情况入手,抓住影响运动的主要因素,去掉次要的非本质因素的干扰,建立了理想化的物理模型——自由落体运动,并且研究了自由落体的运动规律,理想化是研究物理问题常用的方法之一,在后面的学习中我们还要用到。
3.自由落体运动是一种简单的基本的运动形式,抛体运动可以看成是另一个运动形式与自由落体运动的合成,也就是说自由落体是研究其他抛体运动的基础,一定要抓住其产生的条件和运动规律。
四.作业
课本47页23
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