机械能守恒定律 课堂实录

【教学内容】

高一《物理》第一册第七章第六节“机械能守恒定律”。

【教学过程】

一、创设情境，提出问题

这是一节多媒体辅助教学课。教师首先让学生观看两个实际的动画演示。

1．打桩机重锤下落的情况。

2．公园里“过山车”翻滚的镜头。（加上配音，使学生很快进入了学习的状态，让演示镜头定格到两个静止的抽象的画面，如下图所示。）

（忽视摩擦和空气阻力作用）提出本节课要探究的两个问题：（用投影仪投影出来）

问题一：（1）重锤在自由下落过程中有哪些力做功？（任选A、B两个位置）。（2）减少的重力势能转化成了什么能量，动能增加了多少？（3）根据重力做功与重力势能的关系以及动能定理可以得出什么结论？

问题二：（1）为了确保“过山车”安全翻滚，至少要满足什么条件？（忽视摩擦阻力）（2）假设你是“过山车”的设计者，设计中应考虑哪些主要因素？

问题一是属于利用旧知识迁移推导机械能守恒定律的问题；问题二是利用学到的新知识分析解决实际问题。由于问题来源于生活实际，一下子激发了学生学习的欲望和兴趣，马上就有学生议论开了。

二、学生自学，分组进行探究

学生按学习小组（4～6人为一组），先看书自学，然后对教师提出的两个问题展开了热烈的讨论，并要求把自己小组的探究的结果和思路记录下来，用于同组间互相交流。教师一边巡查，一边加入到同学们的讨论中。这一过程大约用了10分钟左右，就有小组的同学迫不及待地要发表自己小组的意见了。

三、展示小组探究的成果，再次探究和实证

（一）问题一的探究学习活动

师：重锤在下落过程中只有重力做功吗？

生：只有重力做功。

师：为什么？

生：重锤是受重力自由下落，忽略空气阻力。

师：第二个问题，重力势能变化了多少？

生：。

师：重力势能变化跟重力做功有什么关系？请其他同学补充。

生：，

师：注意这里是在前，在后。第三个问题，减少的重力势能转化成了什么能量？哪个小组回答？

生：转化成了动能。

师：为什么？

生：重锤下落时速度越来越大，高度越来越小。

（通过这样把知识设计为程序式的问题，由学生自学，很顺利地把机械能守恒定律推导出来了。把学生自学与教师作用结合起来，补充了教材“文本”显现方式的不足。）

（二）问题二的探究学习活动

师：哪个小组把你们小组探究解决的方法交上来展现给同学们看？

（很快有几个组的同学都举起手。教师指定一个组，引导学生用实物投影仪，投影到幕上）

师：请问这个小组同学，你们是怎样思考的？给同学们讲讲。

生：过山车要安全翻滚通过圆的最高点时要满足两个条件。一是机械能守恒，二要做匀速圆周运动条件。

师：其他小组同学是不是这样考虑的？这个推导对吗？请其他同学补充。

生：第二个式子错了，应该是。

师：刚才小组同学为什么会错？

生：过山车是在内则轨道翻滚而不是在外侧轨道翻滚。

师：至少要满足什么条件是什么意思？

生：在最高点速度最小，。

（接着教师用动画演示过山车翻滚时要满足的条件，加强学生对问题真实情况了解。）

师：如果你是过山车设计者应考虑哪些主要因素？是否把车拖得既高、刺激，又安全？

（台下学生七嘴八舌议论开了，教师也参加到学生讨论中去，过了约5分钟时间。教师组织学生对问题进行深入探究。）

师：过山车在下落翻滚时有哪些能量转化？

生：有一部分能量转化成热能，摩擦力要做功。

生：太大，把车拖上去要消耗过多能量。

师：对，还要考虑什么问题？

生：太大，增大，也增大，对车的材料质量要求更高，可能会增加成本。

师：对，这位学生有一定的经济头脑，作为设计者，一定要考虑这些因素，还要考虑哪些因素？

生：太大，车翻滚后要停下来就更困难，也要消耗能量。

生：太大，翻滚时太大，可能很多人不敢乘坐，反而减少了收入。

师：不能太大，那要多少才恰当？还要考虑哪些条件？

（学生又在下面按小组再进行深入的探究。学生约讨论了3分钟后。）

生：还要具体计算出摩擦力所做的功为多少，才能确定的大小。

师：怎样计算摩擦力做功为多少，要知道哪些条件？

生：是滑动摩擦力，（如图所示），为斜面的倾角。

师：那翻滚圆周时又怎样计算摩擦力所做的功？这里是一个什么量？

生：是一个变力。

师：变力做功怎么计算？

（学生一时茫然，学生又在下面开始讨论。）

生：前面阅读材料讲过计算变力做功的知识，在课本第137页就有介绍，如图所示，小段、小段的功可以用计算功，然后把各个小段所做的功加起来，就可以算出整个过程所做的功。

生：这里介绍的是一种解决问题的思维方法。实际上是不确定，还是不能计算。

师：同学们再想想，还有什么办法可以计算变力做的功？

生：我到黑板说明一下我的想法。看大家是否同意。（学生鼓掌欢迎）

该生计算方法如下：如图所示，只要想办法测量出翻滚车直接滑下最低端时的速度和经过翻滚第二次到达最低端时的速度，根据动能定理，可以计算摩擦力翻滚时所做的功。

师：课本上介绍的方法是直接测量，这位同学想的方法是间接测量，关键是、怎样测量？

生：高速路上汽车的速度又是怎样测量的？

师：对，这位同学认真开动了脑筋，、的测量，课后同学们可以查有关资料再作进一步的探究。

师：，等于多少？你是设计者，不给出具体的数字，怎样设计？（学生一下子都笑了）

生：不是题目给出的已知条件吗？

师：你是设计者要谁告诉你等于多少呢？（同学们平时总喜欢解决书本的问题，到了要解决实际的问题，一下子思维还转不过弯来。）

生：太小不够刺激，太大的话，也要大，要怎样才合适？我们不知道从哪些知识去考虑。

（教师用动画演示过山车实际翻滚的画面，让学生观察的大小情况。）

生：一定大于。

另一组学生回答：“我们小组观察画面大约为。（教师再把画面倒回来。让学生再观察，确实有这样的结果。）

师：是多大还是没有解决，小组再观察。

生：我们认为大小不是惟一的，可能只要满足就可以。

生：大小由决定。

生：大小主要考虑到达最底端时的速度，太大、太大不安全；太小，不刺激，达不到效果。

生：关键确定多大为合适。这是解决问题的关键。

师：怎样的速度，人才可以感到既刺激又能承受呢？这方面的知识是我们物理学以外的知识。我也没有这方面的资料，请同学们课后，通过其他途径，再查找这方面的资料，从而确定多大时才合适。

四、训练与反思

1．知识反思（略）。

2．训练反馈。教师共提供了5道有关机械能守恒定律的练习题，通过课堂训练和反馈，学生完成情况良好。