机械能守恒定律科学探究的教学设计说明

1、机械能守恒定律”科学探究的教学设计高中物理新课程将科学探究列为课程目标和课程容，并作为学生自主学习物理的一种有效学习 方式。科学探究是学生在物理课程或现实生活的情境中，通过自己去发现问题、调查研究、动手操 作、表达与交流等探究活动，获得知识、技能、方法的学习方式和学习过程。科学探究的目的是让 学生经历探究的过程，获得理智与情感的体验，积累科学知识与方法。科学探究的目的是把学生置 于动态、开放、生动、多元的学习环境中，在自主学习、探索中，获得学习体验。一、设计思想“只有重力做功时，物体的动能和重力势能可以相互转化，总的机械能如何变化？”是高一学生 经常遇到的一个问题。这节课按照科学探究的要求，组

2、织高一学生根据力学知识，制定实验计划， 设计方案和进行操作。通过科学探究，使学生对机械能守恒定律的得出、含义、适用条件有一个明 确的认识；学会应用科学探究的方法研究物理问题，探索物理规律，加深对科学的本质和价值的理 解。运用计算机辅助，使学生亲身体验现代科技的影响，掌握将信息技术作为知识获取工具的方法。 二、教学设计（一）教学目标1 知识与技能：能理解机械能守恒定律的容；在具体问题中，能判定机械能是否守恒；培养学 生的科学探究能力。2 过程和方法：通过对科学探究过程的参与，学会获取知识和实验技能的方法；能从能量转化 和守恒的观点来解释物理现象，分析问题。3 情感、态度、价值观：分组探究，能引起

3、学生对自然和科技的关注，激发应用物理知识探究 科学问题的热情，培养学生实事的科学态度和相互合作交流的精神。（二）教学重点运用所学的力学知识，制定实验计划，设计方案，确定操作步骤，进行数据处理。（三）学法教法教师提出目标，学生分组探究，并互相交流评估。DIS（四）教学器材 刻度尺、天平、铁架台、打点计时器、纸带、夹子、铅球、重物、带孔的小钢珠、细线、 装置、秒表、皮卷尺、弹簧秤 、斜面、滑块、计算机（五）教学过程1 引入课题：引导学生回忆已学过的力学知识匀变速直线运动规律，单摆等，回忆用过的相关仪 器。2 科学探究过程21/提出问题同学们都荡过秋千，在荡秋千的过程中，能量怎样变化？大家回答动能和

4、重力势能相互转化。 那么，在此过程中，忽略阻力，当只有重力做功时，人的机械能总量怎样变化？ 2 2 猜想和假设学生回忆荡秋千的过程，相互议论并推测结果。有的学生认为荡秋千时，秋千上升的高度逐渐 降低，最后停下来，因此总机械能逐渐减小；有的学生说秋千在不同的高度，摆动的快慢不同，故 机械能变化，且机械能的大小与高度有关；还有学生分析，荡秋千的最大高度逐渐降低，是因为人 受到阻力，若忽略阻力，只有重力做功，人的机械能守恒。众说纷纭，教师提出，这节课就让学生 科学探究只有重力做功时，物体的机械能总量如何变化。2 3 制定计划与设计实验学生分析出实验需测量的物理量有三个：高度、速度和质量，这样就可定量

5、研究机械能的变化。教师发动学生来讨论解决这些问题的方法，并要求每组至少设计出一种实验方案，每种方案有仪器 和操作步骤等，然后分组介绍交流。有些学生提出的实验方案有多种，也有少数学生提不出方案， 在交流中让学生充分参与，并让学生筛选出比较好的方案。学生设计出比较好的方案有以下四种：（1）器材：秒表、皮卷尺、天平、重物操作：测出重物的质量，让它从某一高度处自由下落，测出下落的高度h，及时间t，求出落到地面的速度v=gt,从而探究1/2mv 2是否等于mgh。（2）器材：秒表、皮卷尺、天平、滑块、斜面操作：测出滑块的质量，让它从光滑斜面下滑，记录下从顶端下滑到底端的时间t，再测出斜面的高度h和长度I

6、，求出末速度v,探究机械能是否守恒。（3）器材：秒表、皮卷尺、铅球操作：在高h处水平抛出一个铅球，记下铅球落地所需时间t ;测出下落的高度 h和水平前进的距离s,计算出初速度vo和末速度vt，探究初机械能1/2mv o2+mgh和末机械能1/2mv t2是否相 等。（4） 器材：自由落下的重物和打点计时器，见图1Q1图上操作：纸带上两点之间的距离等于重物下落的高度，选定几个计数点，测出他们之间的距离和 重物在各点的速度，探究：机械能是否守恒。教师让学生思考能否设计出更精确易行的实验方案，学生经过阅读课本和老师的启发，知道了 第五种实验方案。（5）单摆和DIS装置：见图2将DIS （数字化信息系

7、统）装置中的光电门先后放在 A、B、C、D各点，测出各点的速度 v， 再测出各点对点 D的高度。运用所得数据探究：单摆的机械能是否守恒。 学生都认为利用 DIS装置 可以有效的增进实验教学效果，借助计算机采集，处理数据，可以简化实验步骤。2 .4进行实验与收集数据因受时间限制，每组选取一种方案分组实验（有的组可在室外）操作，通过观察收集实验数据, 把测量数据填入下表。项目/次数123质量高度速度减小的重力势能增加的动能结论教师巡视时发现，有很多学生仅在草稿纸上随意写上几个记录数据，没有设计表格。2 . 5分析数据，得出结论部分学生在实验中发现：物体减小的重力势能总是大于增加的动能，让学生分析实

8、验误差的来 源。师生交流讨论后，得出原因：物体在下落过程中存在着阻力的作用，物体克服阻力做功要损失 一部分机械能。在忽略阻力作用的情况下，得出了机械能守恒定律：只有重力做功时，物体的动能 和势能可以互相转化，但其机械能的总量不变。2 . 6评估为什么有些学生假设与探究结果不符？学生分析后，懂得了机械能“守恒”的条件是：只有重 力做功。回顾以上操作，看看有什么不妥的地方：要不要测出物体的质量？学生进行数据处理时， 发现不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量其质量。部分学生做了无用功，因为制定 方案时没有认真分析。实验操作时怎样减小实验误差？采用前三种方案的同学，测时间和长度时， 采取了多

9、次测量取平均值。用打点计时器的同学认为使误差最小的关键是：一是保证纸带无初速释 放，二是先接通电源，再释放纸带，三是要减小摩擦力：要用密度较大些的重锤以减小空气对纸带 的阻力，且打点计时器应竖直架稳固定，纸带竖直拿高以减小限位孔对纸带的阻力，复写纸应放在纸带的上面使振针间接接触纸带 ，以减小振针对纸带的阻力。按哪种方案进行实验，误差最小？学生们 在交流中发现用 DIS装置提高了实验的准确性，误差最小。既然科学探究实验中运用 DIS装置，比传统实验方法有很大的优越性，若利用计算机辅助，能否改进前四种方案？学生积极思考，在班里 展开开放式讨论，形成了新的探究方案。如有的学生提出可用运动传感器、数据采集器与图形计算 器相结合，来探究球上升下降过程中机械能的变化。第四种方案中可用计算机处理数据。2 . 7交流与合作各个小组把实验的过程和结果写成实验报告，并分别在班上报告本组的实验结果。这时教师对 没有设计表格的学生，特别