机械能及其守恒

1、机械能及其守恒1. 新、旧教材章节结构对比新教材 第五章 机械能及其守恒定律 1 追寻守恒量 2 功 3 功率 4 重力势能 5 探究弹性势能的表达式 6 探究功与物体速度变化的关系 7 动能和动能定理 8 机械能守恒定律 9 实验：验证机械能守恒定律 10 能量守恒定律与能源原教材 第八章 机械能 一、功   二、功率 三、功和能  四、动能 动能定理  五、重力势能  六、机械能守恒定律  七、机械能守恒定律的应用*八、伯努利方程  实验：验证机械能守恒定律·原教材以 “功是能量转化的量度”结论为理论基础展开对

2、动能、重力势能的探讨；·新教材从追寻守恒量入手，在逐步了解重力势能和弹性势能有关知识的基础上，从实验和理论两方面探究功与物体速度变化的关系，得出动能和动能定理的表达式；·新教材增加“探究弹性势能的表达式”，但对结论不作要求。2. 对具体教材的分析（1）重力势能、弹性势能、动能与动能定理的教学线索新教材没有采用对“功是能量转化的量度”这一知识结论进行演绎的方式来讨论势能和动能，而是从重力做功的特点入手，讲授重力势能的意义及重力功与重力势能的关系，再用相似的思维学习弹性势能，在此基础上，展开对动能表达式的探求，得出动能定理。对功和能的关系的认识是通过个例渗透不断深入的，它比较符

3、合人们对自然规律认识的逻辑。（2）动能表达式、动能定理知识的建立在探求动能的定量表达式时，动能表达式和动能定理是捆绑在一起讨论得出的，既不是根据动能表达式推导出动能定理，也不是根据动能定理推导出动能表达式。而是根据功能关系的设想同时建立这两个知识，不会造成逻辑上的混乱。（3）新增加两节课文的教学目标“探究弹性势能的表达式”和“探究功与物体速度变化的关系”是新增加的两节课文，要把握这两节课的教学设计，需要分析它们的教学目标。知识上“探究弹性势能的表达式”不要求学生掌握探究的结论，但本课始终贯穿着“物体克服弹力所做的功等于弹簧弹性势能的增加量”这种认识，该认识是“重力功与重力势能的关系”的延伸，也

4、为下一个课题“外力功与物体动能关系”的学习进行了一次铺垫和渗透。“探究功与物体速度变化的关系”是寻求动能表达式的实验探究过程，下一节课“动能和动能定理”中的推导是寻求动能表达式的理论探究过程，通过这两节课的学习，学生寻求到了动能的表达式，同时获得了功与物体动能变化关系的结论。过程与方法上“探究弹性势能的表达式”是学生首次接触到的一个理论探究课题，它让学生经历一次对“弹簧的弹性势能跟哪些物理量有关”的科学猜想过程；让学生经历一次关于变力做功的分析过程，把“一个变化过程的极短时间可以看为不变”的思想，从速度的变化迁移到力的变化；让学生经历一次用图象来处理变化过程的累积效果问题，把根据变速运动的v-

5、t图象求位移的方法迁移为根据变力移动的F-l图象求变力的功；让学生经历一次根据理论探究的结果来概括物理结论的过程。“探究功与物体速度变化的关系”是一个实验探究课题，在“探究的思路”小标题中，教材通过实验方案的举例和分析，培养学生设计实验的能力；在“操作的技巧”小标题中，引导学生思考实验设计中减小误差的方法；教材引导学生探讨正确处理实验数据的方法；教材让学生经历一次通过图象来确定个物理量之间定量关系的数据处理过程，体验一下如何改变坐标轴的设定，使得绘制的图象是一条直线。（4）对“探究功与物体速度变化的关系”实验的分析和建议（此处略）。（5）关于“实验：验证机械能守恒定律”的写法。新教材改变了原教

6、材过分重视结果的写法，通过四个“要注意的问题”，引导学生自主实验。二、第六章 曲线运动1. 新、旧教材章节结构对比原教材 第八章 机械能 一、曲线运动   二、运动的合成和分解 三、平抛物体的运动  四、匀速圆周运动  五、向心力 向心加速度  六、匀速圆周运动的实例分析  七、离心现象及其应用学生实验：研究平抛物体的运动新教材 第六章 曲线运动 1 曲线运动 2 运动的合成和分解 3 探究平抛运动的规律 4 抛体运动的规律 5 圆周运动 6 向心加速度 7 向心力 8 生活中的圆周运动·总的来看，新教材大体继承了原教材“曲

7、线运动运动的合成和分解平抛运动匀速圆周运动”的知识线索。·关于平抛运动的学生实验，原教材基本上属于测定性实验，测定平抛运动的初速度；新教材把该实验改为探究性实验，第、两节课文分别从实验和理论两个方面探究平抛运动的规律。·关于匀速圆周运动，原教材是先学习向心力，再学习向心加速度；新教材是先学习向心加速度，再学习向心力。2. 对具体教材的分析（1）“曲线运动速度的方向”：重视对学习过程的设计。新教材通过以下5个过程学习“曲线运动速度的方向”。过程1（问题猜想）：以圆周运动为例，说明曲线运动不同时刻的速度方向不同。猜想曲线运动的速度方向可能沿切线方向。过程2（实验）：用任意曲线轨

8、道进行实验，小球在脱离轨道后沿切线方向运动。过程3（理论分析）：过曲线上A、B两点作割线，当B点非常靠近A点时，割线便成了过A点的切线。过程4（概括）形成结论：做曲线运动的质点在某一点的速度，沿曲线在这一点的切线方向。过程5（体验）：做一个飞镖斜向上抛出，感受曲线运动瞬时速度方向跟轨迹的关系。（2）“平抛运动实验”：测定性实验改为探究性实验。新教材在理论分析平抛运动前，先通过实验来探究平抛运动的规律。具体教学设计是，先探究平抛运动在竖直方向的特点，在获得结论之后，利用竖直方向做自由落体运动的结论，进一步探究平抛物体在水平方向运动的特点。这样处理，有利于学生形成正确的逻辑思维，但要求比较高。（3

9、）“运动的合成和分解”“抛体运动”：重视思路和方法。新教材在“运动的合成和分解”一节中，通过对红蜡块运动的分析，让学生悟出一条思路：研究物体的运动时，可以在相互垂直的方向分别研究，即，在知道两个方向的分运动情况下可以分析和求解它的合运动，在知道它的合运动的情况下可以分析和求解其两个方向的分运动。在“抛体运动的规律”中，进一步延伸该思路，重在对思路和方法的教学，教学目标并不只是规律的本身。（4）“向心加速度”：构建合理的知识结构。新教材把“向心加速度”的教学放在“向心力”前面，是先从运动学的角度了解向心加速度的意义，再从牛顿第二定律了解向心加速度和向心力的关系，这样做，学生所获得的向心加速度概念

10、的具有全面、合理的结构，而不是仅仅从逻辑上知道“因为向心力指向圆心，所以向心加速度也指向圆心”。这种安排的关键是需要懂得“速度变化量”的意义，这是个难点，教材在这个方面做了很多铺垫。这部分要求比较高，不同学校可以做一些变通和处理。（5）“向心力实验”：让学生能自己动手。原教材中的向心力实验是探究性的，因装置复杂，通常为演示实验。新教材的向心加速度公式是根据运动学得到的，并由它推出向心力公式，因此，向心力公式实验属于验证性实验。新教材设计的圆锥摆实验装置简单，是向心力知识的具体应用，适合安排为学生实验，让学生自己经历一次对向心力的测量和分析过程。三、第七章 万有引力与航天1. 新、旧教材章节结构

11、对比原教材 第八章 万有引力与航天 一、行星的运动   二、万有引力定律 三、引力常量的测定  四、万有引力定律在天文学上的应用  五、人造卫星 宇宙速度 *六、行星、恒星、星系和宇宙 新教材 第五章 万有引力与航天 1 行星的运动 2 太阳与行星间的引力 3 万有引力定律 4 万有引力理论的成就 5 宇宙航行 6 经典力学的局限性 ·新教材大体继承了原教材的知识线索，在关于“万有引力与航天”方面的知识要求没有大的变化。新教材在“行星的运动”与“万有引力定律”之间增加一节课文“太阳与行星间的引力”，旨在放缓万有引力定律发现历

12、程的展现，为学生学习万有引力定律的发现奠定更充分的知识基础；·“经典力学的局限性”是共同必修模块的最后一节课，在“万有引力理论的成就”后面，用“经典力学的局限性”来作为必修教材力学的结尾，是对学生所学经典力学的一次总结。2. 对具体教材的分析（1）充分展现万有引力定律发现的科学过程，发展科学思维能力。教科书在尊重历史事实的前提下，通过一些逻辑思维的铺垫，让学生以自己现有的知识基础处身于历史的背景下，经历一次自己“发现”万有引力定律的过程。教科书的线索和思路如下：·开普勒行星运动定律为万有引力规律的发现做出了什么贡献？开根据普勒行星运动第三定律和匀速圆周运动公式，可以推导出：

13、太阳对行星的引力 。（ m为行星质量、r为行星运动半径 ）·那么，行星对太阳的引力有什么规律？根据牛顿第三定律可以分析出：。（M为太阳质量）·太阳与行星之间的相互引力有什么规律？由于以上F和的大小是相等的，所以： 。·星体间相互引力规律适用于地球上的物体吗？ 牛顿进行了月地检验：说明天上和地下的物体都遵从以下相同的规律：，这就是万有引力定律。公式中的G为引力常量。·引力常量G的值等于多少？卡文迪许在实验室测出了G的值，这使得万有引力的定量计算成为可能，我们能据此计算出星体质量2. 增进科学与生活、社会的联系教科书在“STS”栏目“航天事业改变着人类生活”

14、列举了诸多事例：从气象卫星到天气预报，从卫星定位系统到自动导航的出租车，从地球资源卫星到我国西部开发整体规划，从军用卫星到现代防务，从失重现象到微重力实验室，从太空辐射到太空育种，等等。它引导学生进行科学跟生活、跟社会联系的思考，即使像“万有引力定律”这种抽象、纯理论的物理知识，也能体会到物理学就在我们的身边。3. 注重科学文化、科学精神的熏陶新教材通过人类对行星运动规律认识的介绍，让学生领略前辈科学家不屈不饶的探索精神和一丝不苟的科学态度，感悟到科学结论总是在顽强曲折的科学实践中悄悄地来临；通过对“黑洞”的介绍，开阔学生的视野，激励学生对未知的探索；本章在各场合下引用了诸多名家的言论，开普勒

15、、牛顿、爱因斯坦、霍金，马克·吐温、萧伯纳、梁启超等科学家、文豪、学者，他们在不同视角下所说出的经典语句，道出了深刻的哲理，是体现情感、态度与价值观目标的生动素材；本章的最后一节课，教材从高速、微观、强引力三个方面陈述经典力学的局限性，其中的重要目的，就是让学生知道科学结论的普适性总是相对的，科学总是在探索更广泛适用的理论中得到发展。第二部分：必修、必修教材的实验分析和教学建议一、新教材实验的编写特点1. 统一的探究思路和多种实验方案相结合关于物理实验，特别是探究性实验，课程标准只提出了需要探究的实验项目，并没有对实验原理和方法作出规定。对此，新教材采取的编写策略是“统一的探究思路和

16、灵活多样的实验方案相结合”。对实验的思路、数据处理的基本方法等内容进行统一的陈述，并在可能的情况下，介绍几种不同的实验装置和方法，供不同师生根据自己的条件选择合适的实验方案。这样做，有利于使学生重视实验的科学思想，有利于学生对实验的理解，有利于学生根据多种案例的启发创造性地设计自己的实验方案，避免死记实验装置、步骤的条文。2. 有利于独立思考、合作交流新教材改变了传统教材围绕“如何操作？会得出什么结论？”编写实验课题的风格，避免学生根据教材“按方抓药”。新教材根据实验的思路，逻辑性地提出一些问题，这种行文有利于启发学生的科学思维，为学生学习过程中的独立思考、合作交流创造条件。3. 不同栏目的要

17、求不同新教材的物理实验有四种不同的层次。（1）以实验名称作为课文“节标题”的实验项目。这些实验，大多数是课程标准所明确要求的实验项目，整节课文围绕着该实验进行，是学生必须完成的。以实验作为课文节的标题，物理、物理两个模块各有3个。（2）“演示”栏目和“实验”栏目中的实验这是课堂上需要做的实验，物理、物理模块各有6个。一般来说，“演示”栏目中的实验以教师操作为主，“实验”栏目中的实验应创造条件让学生操作。这些实验是知识线索展开中的有机组成部分，相关知识结论形成，需要这些实验的支撑。（3）“做一做”栏目中的实验这些实验，其主要功能是应用、拓展、体验和联系实际，物理、物理两模块中共有十几个，它们不是

18、必须做的（其排版字体的字号比“演示”、“实验”栏目中的小），但让学生动手做这些实验对提高学生的基本素质很有益。（4）“问题与练习”中的实验这是练习题中实验，题目不多，在老师布置下学生课外操作完成（也是小的字号）。物理、模块中上述四种实验列出如下：节标题以实验项目作为节的标题·实验：用打点计时器测速度·实验：探究小车速度随时间变化的规律·实验：探究加速度与力、质量的关系·探究功与物体速度变化的关系·实验：验证机械能守恒定律·探究平抛运动的规律演示和实验·真空中羽毛和金属片的下落（演示）·用打点计时器测重物自由落体加速度（实验）·桌面的微小形变（演示）·水平桌面上木块所受摩擦力大小随拉力的变化（演示）·探究求合力的方法（实验）·探究作用力与反作用力的关系（实验）·曲线运动速度的方向（演示）·物体做曲线运动的条件（演示）·运动的合成红蜡块的运动（演示）·平抛物体的竖直分运动是什么运动？（实验）*·获得平抛运动轨迹的参考案例（实验）·用圆锥摆粗略验证向心力的表达式（实验）做一做·设计、测量自行车的行驶速度和蚊香的燃烧速度、评估结