高中物理第七章机械能守恒定律教学案例与评析人教版必修二.docx
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高中物理第七章机械能守恒定律教学案例与评析人教版必修二
【案例展示】《追寻守恒量》教学设计
人教版必修二第七章第1节
一、教材内容分析
本节课是新课标新加的内容,旨在介绍能量的有关概念,使学生对能量这一抽象的概念有一个初步的认识,对初学者来说,能量是一个很不容易理解的概念,看不见、摸不着,本节课从守恒现象出发,引出能量的概念,进一步引出势能和动能的概念,学生理解起来虽然有些困难,但能使学生大致有个印象,为以后进一步学习各种能量打下基础。
二、新课标三维目标
[知识与技能]
理解动能、势能及能量的概念与意义,领会能量的更深层次的含义。
[过程与方法]
会分析动能与势能间的相互转化过程。
[情感态度与价值观]
通过动能、势能间的相互转化来研究生活中的物体的运动规律,进一步培养学生对生活的热爱,对物理规律的探究热情。
三、新知探究过程
(一)创设情景,引入新课
[教师提问]同学们在初中曾经初步探究过关于能量转化的问题,下面请学生列举一些生活中能量转化的例子。
让学生积极思考,列举实例。
学生代表发言,其他同学补充。
教师总结点评学生的发言情况,引导学生初步体会“能量”在人类生活中的重要性。
(二)提出问题,引导探究
教师请一位学生当众朗读教材开头费恩曼的话,其他同学仔细倾听。
让学生们从先贤的话中体会能量守恒定律的重要性。
可通过多媒体动画展示“伽利略斜面实验”,让学生们形象地感受到“有某一量是守恒的”。
让学生认真观看课件演示,用心体会。
[教师提示]小球在运动过程中“有某一量是守恒的”这一守恒的量就叫做“能量”或“能”。
让学生体会、思考到底什么是“能量”,其深层次的含义又是什么?
[教师板书]小球在运动过程中“有某一量是守恒的”这一守恒的量就叫做“能量”或“能”。
(三)势能概念的教学策略
[课件展示]通过多媒体动画展示英国“巨石阵”,让学生们形象地感受到“物体由于被举高而具有的一种形式的能”。
让学生认真观看课件演示,用心体会。
教师引导学生得出“势能”的概念,并让同学们看教材第2页下半部分,领会势能的概念。
让学生认真阅读教材相应部分,互相讨论、领会势能的概念。
[教师板书]相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能。
(四)动能概念的教学策略
[课件展示]通过多媒体动画展示“行驶的汽车”,让学生们形象地感受到“物体由于运动而具有的能叫动能”。
让学生认真观看课件演示,用心体会。
教师引导学生得出“动能”的概念。
让学生互相讨论、领会动能的概念。
[教师板书]物体由于运动而具有的能叫动能。
(五)势能和动能相互转化的教学
教师通过课件展示“势能和动能的相互转化”,让学生感受到“势能和动能”是可以转化的,但总和是不变的。
让学生认真观看课件演示,用心体会,并发表见解。
教师引导学生阅读教材,并用能量的观点,解释“小球”释放后为什么会重新回到原来的高度。
教师提出问题:
如果不采用能量的概念,用我们以前的语言能否解释这个实验?
这种描述具有什么局限?
让学生思考老师的问题,讨论后学生代表发言。
教师针对学生的回答进行点评。
四、知能总结与升华
[教师引导]同学们通过本节课,学习到了那些知识与方法?
[思考与讨论]学深个体思考,分组交流。
[总结发言]
[教师评价]教师要肯定学生总结,并引导启发,要使学生有一些闪光的发言,要大加鼓励,并在学生总结的基础上适当升华。
[教师提炼]
知识要点:
能量、动能和势能。
规律:
在“伽利略斜面实验”中,小球在运动过程中“有某一量是守恒的”这一守恒的量就叫做“能量”或“能”。
方法:
通过具体的现象总结出抽象的结论的方法、用转化和守恒的思想考虑问题的方法。
【教学设计评析】
能量是物理学中最难理解、最抽象的概念之一。
本节课主要是通过一些物理现象,从“守恒量”这一观点得出能量的概念。
通过本节课的学习学生不一定能准确无误地理解好能量的概念,但可以形成一个关于能量概念的印象,体会本节课蕴涵着的深刻的物理思想。
本节课意在启迪学生,在学生心中埋下物理思想的种子。
【案例展示】《功》课堂教学实录
人教版必修2第七章第2节
一、问题激疑,引入新知
[教师提问]请同学们考虑:
初中我们学过做功的两个因素是什么?
[学生思考、回答]一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向上移动的距离。
[教师点评、总结]高中我们已学习了位移这一物理量,所以做功的两个要素我们现在可以认为是:
①作用在物体上的力;②物体在力的方向上发生的位移。
[教师板书]1、做功的两个要素是:
①作用在物体上的力;②物体在力的方向上发生的位移。
[教师提问]举几个例子说明力对物体做了功。
[学生思考、回答]人推车前进时,车在人的推力作用下发生了一段位移。
我们说推力对车做了功。
起重机提起货物,货物在起重机钢绳的拉力作用下发生了一段位移,拉力对货物做了功。
列车在机车的牵引力作用下发生了一段位移,牵引力对列车做了功。
[课件展示]利用多媒体展示几个做功实例的物理情景。
[学生活动]认真观看课件演示,用心体会。
[教师强调]力和物体在力的方向上发生的位移,是做功的两个不可缺少的因素。
[教师引导]一个物体受到力的作用,且在力的方向上移动了一段位移,这时,我们就说这个力对物体做了功。
在初中学习功的概念时,强调物体运动方向和力的方向的一致性,如果力的方向与物体的运动方向不一致呢?
相反呢?
力对物体做不做功?
若做了功,又做了多少功?
怎样计算这些功呢?
本节课我们来继续学习有关功的知识,在初中的基础上进一步扩展、进一步深化。
二、师生互动,探究新知
[教师提示]我们已经知道了做功的两个不可缺少的因素,那么如果力的方向与物体的运动方向完全一致,该怎样计算功呢?
[课件展示]投影问题1:
物体m在水平力F的作用下水平向前行驶的位移为s,如图甲所示,求力F对物体所做的功。
[学生活动]认真观看课件演示,思考老师提出的问题,根据功的概念独立推导。
[教师活动]利用多媒体投影部分学生的解答过程,并进行点评总结。
[课件展示]利用多媒体投影本题的解答过程:
力和位移方向一致,这时功等于力跟物体在力的方向上移动的距离的乘积。
W=Fs
[教师提示]如果力的方向与物体的运动方向成某一角度,该怎样计算功呢?
[课件展示]投影问题2:
物体m在与水平方向成α角的力F的作用下,沿水平方向向前行驶的距离为s,如图乙所示,求力F对物体所做的功。
[学生活动]认真观看课件演示,思考老师提出的问题,根据功的概念独立推导。
[教师活动]利用多媒体投影部分学生的解答过程,并进行点评总结。
[课件展示]利用多媒体投影本题的解答过程:
由于物体所受力的方向与运动方向成一夹角α,可根据力F的作用效果把F沿两个方向分解:
即跟位移方向一致的分力F1,跟位移方向垂直的分力F2,如图所示:
据做功的两个不可缺少的因素可知:
分力F1对物体所做的功等于F1s。
而分力F2的方向跟位移的方向垂直,物体在F2的方向上没有发生位移,所以分力F2所做的功等于零。
所以,力F所做的功W=W1+W2=W1=F1s=Fscosα
[教师总结]力F对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积。
即:
W=Fscosα
W表示力对物体所做的功,F表示物体所受到的力,s物体所发生的位移,α力F和位移之间的夹角。
功的公式还可理解成在位移方向的分力与位移的乘积,或力与位移在力的方向的分量的乘积。
[教师板书]2、功等于力的大小和在力的方向上位移大小的乘积。
3、功的公式:
W=Fscosα
[教师提问]功的单位是什么?
请同学们推倒。
[学生思考、推倒、回答]
[教师总结]在SI制中,功的单位为焦。
1J=1N·m。
在用功的公式计算时,各量要求统一采用国际单位制。
[教师板书]4、功的单位:
焦耳。
[教师指导]通过上边的学习,我们已明确了力F和位移s之间的夹角,并且知道了它的取值范围是0°≤α≤180°。
那么,在这个范围之内,cosα可能大于0,可能等于0,还有可能小于0,从而得到功W也可能大于0、等于0、小于0。
请画出各种情况下力做功的示意图,并加以讨论。
请同学们带着这些问题阅读教材第5页关于正功和负功的几段阐述。
[学生活动]认真阅读教材,思考老师的问题,通过画图解决。
[教师活动]利用多媒体投影部分学生的解答过程,倾听学生回答,并进行点评、总结。
[课件展示]利用多媒体投影本题的解答过程:
①当α=π/2时,cosα=0,W=0。
力F和位移s的方向垂直时,力F不做功;
②当α<π/2时,cosα>0,W>0。
这表示力F对物体做正功;
③当π/2<α≤π时,cosα<0,W<0。
这表示力F对物体做负功。
[课件展示]
α的取值
cosα
W
含义
α=0
1
W=Fs
力对物体做正功
0<α<π/2
大于0
W=Fscosα
力对物体做正功
α=π/2
0
W=0
力的方向跟位移垂直时,力不做功
π/2<α<π
小于0
W<0
力对物体做负功
[教师板书]5、功的正负。
[课件展示]利用多媒体投影问题:
试分析下列物体在运动过程中支持力N是否做功。
[学生认真审题、解决问题]
[教师活动]倾听学生回答,进行点评、总结,正确引导学生的思路。
[课件展示]利用多媒体投影:
在三个图中,支持力N都不做功。
[教师总结]①功的正负表示是动力对物体做功还是阻力对物体做功
功的正负由力和位移之间的夹角决定,所以功的正负决不表示方向,而只能说明做功的力对物体来说是动力还是阻力。
当力对物体做正功时,该力就对物体的运动起推动作用;当力对物体做负功时,该力就对物体运动起阻碍作用。
②功的正负是借以区别谁对谁做功的标志
功是标量,只有量值,没有方向。
功的正、负并不表示功的方向,而且也不是数量上的正与负。
我们既不能说“正功与负功的方向相反”,也不能说“正功大于负功”,它们仅表示相反的做功效果。
正功和负功是同一物理过程从不同角度的反映。
同一个做功过程,既可以从做正功的一方来表述也可以从做负功的一方来表述。
一个力对物体做负功,往往说成物体克服这个力做功。
打个比喻,甲借了乙10元钱,那么从甲的角度表述,是甲借了钱;从乙的角度表述,乙将钱借给了别人。
例如:
一个力对物体做了-6J的功,可以说成物体克服这个力做了6J的功。
[教师提示]刚才我们探究的全是一个力对物体所做功的求解方法,而物体所受到的力往往不只一个,那么,如何求解这几个力对物体所做的功呢?
请同学们独立解决下面问题。
[教师板书]6、总功的求法。
[课件展示]多媒体投影:
如图所示,一个物体在拉力F1的作用下,水平向右移动位移为s,求各个力对物体做的功是多少?
各个力对物体所做功的代数和如何?
物体所受的合力是多少?
合力所做的功是多少?
[学生认真审题、解决问题]
[教师活动]利用多媒体投影部分学生的解答过程,并进行点评总结。
[课件展示]利用多媒体投影本题的解答过程:
解析:
物体受到拉力F1、滑动摩擦力F2、重力G、支持力F3的作用。
重力和支持力不做功,因为它们和位移的夹角为90°;F1所做的功为:
W1=Fscosα,滑动摩擦力F2所做的功为:
W2=F2scos180°=-F2s。
各个力对物体所做功的代数和为:
W=(F1cosα-F2)s
根据正交分解法求得物体所受的合力F=F1cosα-F2合力方向向右,与位移同向;
合力所做的功为:
W=Fscos0°=(F1cosα-F2)s
[教师总结]当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,这几个力对物体所做的功可以用下述方法求解:
(1)求出各个力所做的功,则总功等于各个力所做功的代数和;
(2)求出各个力的合力,则总功等于合力所做的功。
[教师说明]下面同学们利用以上方法解决下面具体问题。
[课件展示]利用多媒体投影例题:
一个质量m=10kg的木箱,受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力F1=100N,在水平地面上移动的距离s=2m。
物体与地面间的滑动摩擦力F2=42N。
求外力对物体所做的总功。
[学生认真审题、解决问题]
[教师活动]利用多媒体投影部分学生的解答过程,并进行点评总结。
[课件展示]利用多媒体投影本题的解答过程:
解析:
{方法1:
出各个力所做的功,再求各个力所做功的代数和。
}
拉力F1对物体所做的功为:
W1=F1scos37°=160J。
摩擦力F2对物体所做的功为:
W2=F2scos180°=-84J。
外力对物体所做的总功:
W=W1+W2=76J。
{方法2:
先求合力,再求总功}
水平方向合力为:
F=
cos37°-F2=38N
合外力对物体所做的功为:
W=Fscos0°=76J
三、迁移应用、自主提高
问题1
[投影]水流从高处落下,对水轮机做3×108J的功,对这句话的正确理解是()
A.水流在对水轮机做功前,具有3×108J的能量
B.水流在对水轮机做功时,具有3×108J的能量
C.水流在对水轮机做功后,具有3×108J的能量
D.水流在对水轮机做功的过程中,能量减少3×108J
[学生解答]
[投影]根据“功是能量转化的量度”可知,水流在对水轮机做功的过程中,有能量参与转化,水流对水轮机做了3×108J的功,则有3×108J的机械能减少了。
故答案应选D。
注意:
功是能量转化的量度是指做功的过程就是能量转化的过程。
做了多少功,就有多少能量发生转化,绝不能说功是能量的量度。
问题2
[投影]起重机将质量为100kg的重物竖直向上移动了2m,下列三种情况下,做功的力各有哪几个?
每个力做了多少功?
是正功还是负功?
(不计阻力,g=9.8m/s2)
(1)匀加速提高,加速度a1=0.2m/s2;
(2)匀速提高;
(3)匀减速下降,加速度大小a2=0.2m/s2.
[学生解答]
[投影]解析:
(1)拉力和重力;W拉=2×103J,WG=-1.96×103J;拉力做正功,重力做负功;
(2)拉力和重力;均等于1.96×103J;拉力做正功,重力做负功;
(3)拉力和重力;拉力做功-2×103J;重力做功1.96×103J;拉力做负功,重力做正功。
问题3
[投影]一个质量m=2kg的物体,受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力F1=10N,在水平地面上移动的距离s=2m。
物体与地面间的滑动摩擦力F2=4.2N。
求外力对物体所做的总功。
[学生解答]
[投影]解析:
拉力F1对物体所做的功为W1=F1scos37°=16J。
摩擦力F2对物体所做的功为W2=F2scos180°=-8.4J。
外力对物体所做的总功W=W1+W2=7.6J。
(注意:
也可以先求合力,再求总功)
问题4
[投影]如右图1,质量为m的物体沿着倾角为α的斜面匀速向上运动,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,斜面长度为s,则各力的做功情况是怎样的?
[学生解答]
[投影]解析:
物体的受力情况如右图1所示物体在斜面方向受力情况如右图2所示其中F表示拉力,f表示摩擦力,F1表示重力沿斜面向下的分力
N=mgcosα
f=μN=μmgcosα
F1=mgsinα
F=F1+f=mgsinα+μmgcosα
下面是各个力做功情况:
力F做的功:
WF=mg(sinα+μcosα)s
力N做的功:
WN=mgcosα·s·cos90°=0
力f:
做的功:
Wf=μmgcosα·s·cos180°=-μmgscosα
重力mg做的功:
:
WG=mg·s·sin(90°+α)=-mgssinα
四、师生总结、知能升华
[教师引导]同学们通过本节课,学习到了那些知识与方法?
[思考与讨论]学深个体思考,分组交流。
[总结发言]
[教师评价]教师要肯定学生总结,并引导启发,要使学生有一些闪光的发言,要大加鼓励,并在学生总结的基础上适当升华。
[教师提炼]
知识要点:
1、做功的两个要素是:
①作用在物体上的力;②物体在力的方向上发生的位移。
2、功是一个可以有正负的标题,它的正负是由cosα的正负决定的。
规律:
功的求解公式W=Fscosα,其中α指的是F和s之间的夹角。
方法:
求解力对物体所做总功的两种方法:
a、求出各个力所做的功,则总功等于各个力所做功的代数和。
b、求出各力的合力,则总功等于合力所做的功。
[板书设计]
7.2功
1、做功的两个要素是:
①作用在物体上的力;②物体在力的方向上发生的位移。
2、功等于力的大小和在力的方向上位移大小的乘积。
3、功的公式:
W=Fscosα
4、功的单位:
焦耳。
5、功的正负。
6、总功的求法。
【教学反思】
本节课是物理概念的形成课,是“功”这一重要物理概念进行引入、形成、理解、应用的一节课。
“功”这一重要物理概念在初中已经接触过,但是理解地不够深刻。
本节课在初中理解的基础之上,一层层深入。
在进行过程中,既给学生充足的时间和空间,思考、讨论、发言,训练和发展学生的各种能力,又解决了课时紧张、内容较多的矛盾。
教师在教学过程中很好地贯彻了新课标新理念,与实际相结合;渗透学科思想方法,遵循循序渐进的教学规律。
【案例展示】《功率》课堂教学实录
人教版必修2第七章第3节
一、动画设疑,引入新知
[教师提示]请同学们观看两段动画,并进行对比。
[课件展示]用多媒体动画分别演示两段动画。
动画一:
一台起重机在1分钟内把1吨重的货物匀速提到预定的高度。
动画二:
另一台起重机在30秒内把1吨货物体匀速提到相同的高度。
[学生活动]认真观看课件演示,用心体会。
[教师引导]请同学们分析:
刚才画面上展示的两个过程中,两台起重机都对物体做了功,那么做的功是否相同?
为什么?
[学生思考、回答]两台起重机对物体做了相同功。
因为用了相同的力,通过了相同的位移。
[教师提问]两台起重机完成这些功所用的时间相同不?
这说明了什么?
[学生思考、回答]它们完成这些功所用的时间不同,第一台起重机做功所用时间长,这说明它做功慢;第二台起重面做同样的功,所用的时间短,这说明它做功快。
[教师引导]通过上述例子,我们知道力对物体做功有快慢之分,今天我们就来学习表示物体做功快慢的物理量。
二、师生互动,探究新知
[教师板书课题]7.3功率
[教师提示]请同学们思考、回答下面问题。
[课件展示]用多媒体投影问题:
力F1对甲物体做功为W1,所用时间为t1;力F2对乙物体做功为W2,所用时间为t2,在下列条件下,哪个力做功快?
A.W1=W2,t1>t2B.W1=W2,t1<t2
C.W1>W2,t1=t2D.W1<W2,t1=t2
[学生活动]认真思考,分组讨论,选出代表回答。
[教师活动]倾听学生回答,点评。
[点评:
上述条件下,哪个力做功快的问题学生都能作出判断,其实都是根据W/t这一比值进行分析判断的。
让学生把这个意思说出来,然后总结。
培养学生分析问题的方法。
]
[师生共同总结]做功快慢的比较有两种方式:
一是比较完成相同的功所用的时间;另一是比较在相同的时间内完成的功。
在物理学中,一个力所做的功W跟完成这些功所用时间t的比值
,叫做功率。
用P表示,则
物理意义:
功率是描述力对物体做功快慢的物理量。
上式是功率的定义式,也是功率的量度式,P与W、t间无比例关系,做功的快慢由做功的物体本身决定。
根据这一公式求出的是平均功率,同时这个公式变形后给我们提供了一种求功的方法:
W=Pt。
[教师板书]1、
物理意义:
功率是描述力对物体做功快慢的物理量。
[教师指导]请同学们阅读教材第7页中间部分,并考虑:
1、功率的单位是什么?
2、公式
是平均功率还是瞬时功率?
就课本第7页“说一说”栏目中提出的问题分组讨论后回答。
[学生活动]认真阅读教材、积极讨论并回答。
1、由功率的定义式可知,功率的单位由功和时间的单位决定,在SI制中,功率的单位是:
瓦特=W),1W=1J/s,常用单位:
千瓦(kW)1kW=1000W
2、
指平均功率,当
时,即表示瞬时功率。
[教师点评、总结]
[教师板书]2、功率的单位是:
瓦特(W),1W=1J/s,
指平均功率,当
时,即表示瞬时功率。
[教师指导]请同学们阅读教材第7页“额定功率和实际功率”一段,并考虑:
你对“额定功率和实际功率”是怎样理解的?
[学生活动]认真阅读教材、积极讨论并回答。
[教师活动]倾听学生回答,并进行点评、补充、总结。
1、额定功率:
指机器正常工作时的最大输出功率,也就是机器铭牌上的标称值。
2、实际功率:
指机器工作中实际输出的功率。
注意:
1、机器不一定都在额定功率下工作。
实际功率总是小于或等于额定功率。
实际功率如果大于额定功率容易将机器损坏。
1、机车起动过程中,发动机的功率指牵引力的功率而不是合外力或阻力的功率。
[教师板书]3、额定功率、实际功率
[教师提出问题]力、位移、时间都与功率相联系,请同学们用学过的知识推导出功率与速度的关系式;推不出来的同学可以先阅读教材“功率与速度”部分,然后自己再推导。
[学生思考、阅读、推导功率与速度的关系式]
[教师活动]巡回指导,发现问题及时帮助学生解决问题。
投影学生的推导过程,点评、总结。
分析公式的意义。
[课件展示]用多媒体投影问题解决过程:
一个物体在F的作用下,在时间t内发生的位移为s,已各作用力F的方向和位移方向相同,求:
(1)力F所做的功:
W=Fs
(2)力F的功率:
由此得到功率的另一种求解公式P=Fv
即力F的功率等于力F和物体运动速度v的乘积。
[师生共同分析并得出结论]
1、P=Fv,即力F的功率等于力F和物体运动速度v的乘积。
当F与v不在一条直线上时,则用它们在一条直线上的分量相乘。
2、公式P=Fv中若v表示在时间t内的平均速度,P表示力F在这段时间t内的平均功率;
2、如果时间t取得足够小,公式P=Fv中的v表示某一时刻的瞬时速度时,P表示该时刻的瞬时功率。
[教师板书]4、P=Fv
[教师提出问题]汽车等交通工具在启动和行驶过程中,其牵引力和行驶速度是怎样变化的?
请同学们阅读教材相关内容,并参照“投影”用自己的话加以解释。
[课件展示]用多媒体投影相关知识介绍:
1、机车起动过程中,发动机的功率指牵引的功率而不是合外力或阻力的功率。
1、发动机的额定功率,指的是该机器正常工作时的最大输出功率,并不是任何时候发动机的功率都等于额定功率,实际输出功率可在零和额定值之间取值。
[教师板书]5、汽车启动问题分析
[学生阅读教材,讨论、推理、作答]
[教师活动]倾听学生回答,并进行点评、补充、总结。
根据公式P=Fv:
1、当功率P一定时,F与v成反比,即做功的力越大,其速度就越小。
当交通工具的功率一定时,要增大牵引力,就要减小速度。
所以汽车上坡时,司机用换档的办法减小速度来得到较大的牵引力。
2当速度v一定时,P与F成正比,即做功的力越大,它的功率就越大。
汽车从平路到上坡时,若要保持速率不变,必须加大油门,增大发动机功率来得到较大的牵引力。
3、当力F一定时,功率P与速度v成正比,即速度越大,功率越大。
[教师进一步提出问题]请同学们思考并解答下面问题:
起重机吊起同一物体时以不同的速度匀速上升,输出的功率不等,速度越大,起重机输出的功率越大。
[学生活动]独立审题,分析题意,思考、求解。
[教师活动]投影学生的求解过程,点评、总结。
三、迁移应用、自主提高
问题1
[投影]对于公式P=Fv
a、当P一定时,F和v有什么关系?
b、当F一定时,P和v有什么
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