課題：F 機械能守恒定律（第一課時）
執(zhí)教：上海川沙中學 沈銘峰
一、教學任務分析
本節(jié)課所用的教材是由上?？茖W技術出版社出版的高級中學物理課本高一年級第二學期第五章《F 機械能守恒定律》。從內(nèi)容上看這節(jié)課的內(nèi)容有利于學生對功能關系的進一步認識，有利于強化學生對動能定理的理解；從思維方式上來看機械能守恒定律是學生在高中階段遇到的第一個守恒定律，學生通過學習能初步建立守恒的思想。因此，本課時的學習在本章中具有很重要的地位。
上海市川沙中學是上海市實驗性示范學校，學生來自全市，以浦東新區(qū)的學生為主。教學對象為高一平行班學生，他們對DIS（數(shù)字化信息系統(tǒng)）實驗操作有一定基礎，能利用力學傳感器進行測量并能進行簡單的分析。
通過前幾節(jié)課內(nèi)容的學習，學生已經(jīng)知道了重力做功會引起重力勢能的變化，合外力做功能引起物體動能的變化。那么，動能和勢能都參與轉(zhuǎn)化的過程中，情況又如何呢？本節(jié)課
就是解決學生頭腦中的這個疑問。
本設計從“小車從斜面上滑后再下滑”和“碰鼻游戲”引入，知道這兩個運動中都有重力勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化，緊接著就提出問題——在轉(zhuǎn)化過程中重力勢能和動能遵循怎樣的規(guī)律？然后通過學生實驗自己探究重力勢能和動能轉(zhuǎn)化過程中機械能守恒，再通過兩個教師演示實驗得出機械能守恒的條件，最后對機械能守恒定律進行小結和應用。
二、教學目標
1．知識與技能
（1）理解物體在只有重力做功時動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化；
（2）理解機械能守恒定律及其條件。
2．過程與方法
（1）在機械能守恒定律的探究中，經(jīng)歷科學的探索過程，感受物理學中過程模型化的思想；
（2）運用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點解釋物理現(xiàn)象、分析生活中的實際問題。
3．情感、態(tài)度與價值觀
（1）通過對現(xiàn)象、實驗的分析，激發(fā)學習物理的興趣；
（2）通過對機械能守恒的探究過程樹立科學的觀點，感受物理中守恒思想的意義。
三、教學重點和難點
重點：理解機械能守恒定律內(nèi)容；
難點：（1）理解機械能守恒的條件；
（2）DIS實驗中的實驗數(shù)據(jù)分析與處理。
四、教學資源
1．DIS演示實驗1套（包括計算機1臺、數(shù)據(jù)采集器1個、光電門傳感器6個、導線若干）。
2．學生實驗24組（包括計算機1臺、數(shù)據(jù)采集器1個、DIS驗證機械能守恒定律器材1套）。
3．演示實驗：單擺（重擺錘，繩）、鐵球2個、小車1輛、軌道3個、鋼絲繩1根
4．課件：PPT幻燈片。
5．軟件：DIS 7.0實驗軟件。
6．投影儀。
五、教學設計思路
本設計從“學生主動學習，自主發(fā)展”的理念出發(fā)，重視學生對現(xiàn)象、實驗觀察分析能力的培養(yǎng)，讓學生經(jīng)歷“觀察——分析——設計——結論”的過程，獲得機械能守恒定律及其守恒的條件，最后能對相關現(xiàn)象進行解釋并能進行簡單計算。這樣學生就可以在學習物理知識的過程中，體驗科學方法，增強科學精神、養(yǎng)成科學態(tài)度。
本節(jié)課需突出的重點是：機械能守恒定律內(nèi)容。
方法：整個教學活動都圍繞機械能守恒定律的獲得展開。從“小車從斜面上滑后再下滑”和“碰鼻游戲”引入，增加學生的感性認識，體驗到重力勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化；通過學生對實驗的探究，得出擺錘在擺動過程中機械能守恒；然后教師做演示實驗——“小球自由落體”和“帶孔小球從傾斜鋼絲上下滑”，得出重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化時機械能守恒并得出機械能守恒的條件；應用階段是用定律來解釋“碰鼻游戲”和“上海地鐵某車站的設計方案”，來進一步強化機械能守恒定律及其條件。
本節(jié)課需突破的難點是：機械能守恒的條件和DIS實驗中的實驗數(shù)據(jù)分析與處理。
方法：對于機械能守恒的條件這個難點是通過對擺錘在豎直面內(nèi)的擺動、自由落體運動和帶孔小球從傾斜鋼絲上下滑這三種運動的對比，再加上學生與同伴間相互討論、小結獲得機械能守恒的條件，這樣一來學生對這個知識會有很深的印象，理解也會更深了。對于DIS實驗中的實驗數(shù)據(jù)分析與處理，這一直以來是高中學生在物理實驗中的一個難點，這次還是以引導為主，逐步完善學生在實驗數(shù)據(jù)分析與處理上的方法。
完成本設計的內(nèi)容需1課時。
六、教學流程
1.教學流程圖
2．教學流程圖說明
情景Ｉ 通過觀看“小車從斜面上滑后再下滑”演示實驗1引入,提出問題1。
活動I 師生互動“碰鼻游戲”結合剛才演示實驗，對現(xiàn)象進行觀察和分析，知道這兩個運動過程中重力勢能和動能相互轉(zhuǎn)化。提問2，在運動過程中動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化時的規(guī)律。
活動II 學生分組進行實驗，通過對實驗的分析來研究擺錘在豎直平面內(nèi)擺動時動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。
活動III 演示實驗2——小球自由落體，研究自由落體運動過程中動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。
活動Ⅳ 演示實驗3——帶孔小球從傾斜鋼絲上下滑，根據(jù)實驗結果分析機械能守恒的條件，最后歸納出機械能守恒條件。
應用 解釋“碰鼻游戲”的安全性；解釋“上海地鐵某車站的設計方案”；布置作業(yè)
3．主要教學環(huán)節(jié)
本設計可分為四個主要的教學環(huán)節(jié)。
第一個環(huán)節(jié) 情景引入 通過演示實驗和游戲引入本節(jié)課的課題，動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化及其規(guī)律。
第二個環(huán)節(jié) 定量探究 通過學生實驗，研究擺錘在豎直平面內(nèi)擺動過程中動能和重力勢能
相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，對此實驗結果進行小結，得出擺錘在運動過程中機械能守恒。
第三個環(huán)節(jié) 實驗驗證 通過教師演示實驗獲得自由落體運動過程中機械能守恒。
第四個環(huán)節(jié) 實驗探討 通過教師演示實驗——帶孔小球從傾斜鋼絲上下滑，分析結果，機械能不守恒，再總結機械能守恒的條件和定律。
第五個環(huán)節(jié) 應用 解釋現(xiàn)象，鞏固所學知識，作業(yè)布置。
4．板書設計
F 機械能守恒定律
1、條件：只有重力做功
2、內(nèi)容：在只有重力做功的情形下，
物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，
但機械能的總量保持不變。
3、表達式：
或
七．教學過程
（一）課題引入
復習回顧：
師：同學們，通過上幾節(jié)課的學習我們已經(jīng)知道了機械能的形式包括動能和勢能，勢能又包含了重力勢能和彈性勢能。（板書：機械能 動能、勢能 重力勢能、彈性勢能）
演示實驗：小車從斜面上滑后再下滑和大鐵錘在豎直面的擺動，觀察這兩個過程中的能量轉(zhuǎn)化。
師：請從動能和重力勢能角度來分析它們有什么共同特點？
生：它們在運動過程中都有動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的過程。
游戲：接下來我要邀請一名同學和我一起做游戲——碰鼻游戲。
實驗裝置如圖所示。
讓學生靠近單擺站立，教師把懸掛的重錘拉至學生鼻尖由靜止釋放，觀察當重錘回擺時學生是否害怕，并根據(jù)游戲現(xiàn)象猜想動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中是否存在某種規(guī)律。
師：從游戲中可以看到重錘只能擺到釋放時的等高處，鼻子不會受到任何傷害，為什么呢？（學生討論，通過學生親身經(jīng)歷，激發(fā)學生探究欲望），要想知道原因，那我們必須先知道這一過程中動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化時的規(guī)律。
（二）學生探究
師：那么動能和重力勢能在相互轉(zhuǎn)化過程中有什么規(guī)律呢？今天我們將通過實驗來探究。
下面我們要根據(jù)課桌上的器材來做實驗，來探究重錘在豎直平面內(nèi)擺動機動能和機械能的關系。觀察實驗器材，說說各個裝置的作用。
學生實驗：用DIS研究機械能守恒定律
實驗裝置如圖所示。
實驗目的：研究動能和重力勢能轉(zhuǎn)化中所遵循的規(guī)律。
實驗原理：分別測定擺錘在擺動過程中任意時刻的動能和勢能，研究機械能的總量有什么特點。
實驗器材：機械能守恒實驗器、光電門傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機。
實驗步驟：
1．架設好“機械能守恒實驗器”，將實驗裝置中的光電門傳感器接入數(shù)據(jù)采集器。
2.點擊教材專用軟件主界面上的實驗條目“研究機械能守恒定律”，打開該軟件。
3.測量機械能守恒實驗器擺錘的直徑Δs及其質(zhì)量m，將數(shù)據(jù)輸入軟件窗口下方的表格。（已由計算機默認，不必輸入）
4．將釋放器（磁鐵夾）固定在機械能守恒實驗器的A點（用測平器定位），將光電門固定在D點（用測平器定位），取擺錘擺動時的最低點D為零勢能點。
