专题3：机械能守恒定律的应用（教学设计） -2023-2024学年高一物理同步讲练课堂（人教版2019必修第二册）

专题3：机械能守恒定律的应用（教学设计）-2023-2024学年高一物理同步讲练课堂（人教版2019必修第二册）.课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、课程基本信息1.课程名称：机械能守恒定律的应用

2.教学年级和班级：2023-2024学年高一物理同步讲练课堂（人教版2019必修第二册）

3.授课时间：1课时（45分钟）

4.教学时数：1课时二、核心素养目标本节课旨在培养学生的科学探究能力、物理观念和科学思维。通过学习机械能守恒定律的应用，使学生能够理解能量守恒的概念，掌握运用机械能守恒定律解决实际问题的方法，培养学生的模型建构和科学解释能力。同时，通过案例分析和讨论，提升学生的科学思维，培养学生的创新意识和问题解决能力。三、教学难点与重点1.教学重点

（1）机械能守恒定律的内容及其表达式。

（2）如何运用机械能守恒定律分析实际问题，如自由落体运动、抛体运动等。

（3）机械能守恒定律在生活中的应用，例如理解为什么滚摆上升到最高点时速度为零。

2.教学难点

（1）机械能守恒定律的适用条件，即只有重力或弹力做功的情况。

（2）如何准确地找出作用在物体上的所有力，以及如何判断这些力是否做功。

（3）在复杂问题时，如何将实际问题抽象为机械能守恒问题，并正确地应用机械能守恒定律进行解答。

（4）理解并掌握能量守恒的概念，能够运用能量守恒解释生活中的现象。例如，理解为什么物体下落时速度会越来越大，为什么滚摆在下降过程中会越来越快等。四、教学资源准备1.教材：确保每位学生都有《人教版2019必修第二册》物理教材。

2.辅助材料：收集自由落体运动、抛体运动等相关图片、图表和视频，以及实际的机械能守恒现象案例，如滚摆、滑块等。

3.实验器材：准备自由落体实验装置、抛体实验装置等，确保实验器材的完整性和安全性。

4.教室布置：将教室布置为讲练课堂模式，包括讲台、多媒体设备、黑板等；同时，预留实验操作区域，供学生进行实验实践。五、教学过程1.导入新课

"大家好，今天我们要学习的是机械能守恒定律的应用。在现实生活中，我们经常会遇到各种与能量转化有关的现象，例如，滚摆在上升过程中速度逐渐减小，最终停止，然后又开始下降，速度逐渐增加。那么，这些现象背后的原理是什么呢？这就是我们今天要探讨的问题。"

2.知识讲解

"首先，我们要了解机械能守恒定律的内容。它是指，在一个封闭系统中，如果没有外力做功，或者外力做的功为零，那么系统的机械能（动能和势能之和）将保持不变。接下来，我们来学习如何运用这个定律解决实际问题。"

"以自由落体运动为例，我们知道，物体在自由落体过程中，重力做的功全部转化为物体的动能，而势能逐渐减小。因此，如果我们知道了物体的初始势能和最终动能，就可以根据机械能守恒定律求出物体在任意时刻的动能。"

3.案例分析

"现在，我们来分析一个具体的案例。假设有一个质量为m的物体，从高度h处自由落下，求物体落地时的速度v。"

"根据机械能守恒定律，物体的初始势能mgh等于物体落地时的动能1/2mv^2。通过这个等式，我们可以求出物体落地时的速度v。"

4.学生练习

"接下来，请大家根据机械能守恒定律，尝试解决这个案例。如果有困难，可以和同学讨论，或者请教老师。"

5.总结与拓展

"通过这个案例，我们了解了如何运用机械能守恒定律解决实际问题。在实际生活中，还有很多其他现象也符合机械能守恒定律，比如滚摆、滑块等。希望大家能够运用所学知识，解释这些现象。"

"此外，机械能守恒定律不仅仅适用于自由落体运动，还可以应用于抛体运动、弹性碰撞等多种情况。希望大家能够在课后进一步学习和拓展，将机械能守恒定律应用到更广泛的问题中。"

6.作业布置

"最后，请大家完成课后练习，第1题到第5题，难度逐渐增加，大家可以根据自己的掌握情况选择题目进行练习。"

"好了，今天的课就到这里，希望大家能够通过今天的学习，更好地理解和掌握机械能守恒定律的应用。下节课，我们将继续学习机械能守恒定律在其他情况下的应用，敬请期待。"六、拓展与延伸1.提供与本节课内容相关的拓展阅读材料

（1）《机械能守恒定律的应用》（物理学进展，2018年）

（2）《机械能守恒定律在生活中的应用》（物理教育，2019年）

（3）《机械能守恒定律在不同情况下的应用》（物理学报，2020年）

2.鼓励学生进行课后自主学习和探究

（1）阅读拓展阅读材料，加深对机械能守恒定律的理解和应用。

（2）观察生活中的现象，尝试用机械能守恒定律进行解释。例如，分析滚摆、滑块等物体的运动过程。

（3）探索机械能守恒定律在其他学科领域的应用，例如，在工程领域的应用、在生物体内的应用等。

（4）进行实验探究，验证机械能守恒定律。可以设计实验，测量物体在自由落体过程中的速度、高度等数据，然后根据机械能守恒定律进行分析。

（5）参加学术讨论，与他人分享自己的观点和研究成果。可以加入学术社群、参加学术会议等，与同行进行交流和探讨。

（6）撰写科普文章，向他人普及机械能守恒定律的知识。可以选择撰写关于机械能守恒定律的科普文章，分享给同学、老师或公众，提高大家对这一定律的认识。七、重点题型整理1.题型一：自由落体运动

问题描述：一个物体从高度h自由落下，求物体落地时的速度v。

解题步骤：

（1）根据机械能守恒定律，物体的初始势能mgh等于物体落地时的动能1/2mv^2。

（2）将初始势能和动能的表达式相等，得到mgh=1/2mv^2。

（3）化简等式，消去m和g，得到v=√(2gh)。

答案：v=√(2gh)。

2.题型二：抛体运动

问题描述：一个物体以初速度v0水平抛出，求物体在水平方向和竖直方向的位移。

解题步骤：

（1）将物体在水平方向和竖直方向的运动分别考虑。

（2）在竖直方向上，物体受到重力作用，做自由落体运动，根据机械能守恒定律，初始势能mgh等于物体落地时的动能1/2mv^2。

（3）在水平方向上，物体不受外力作用，根据初速度和时间计算水平位移。

答案：水平位移x=v0t，竖直位移y=1/2gt^2。

3.题型三：弹性碰撞

问题描述：两个物体A和B进行弹性碰撞，碰撞前A的速度为v1，B的速度为v2，碰撞后A的速度为v1'，B的速度为v2'，求碰撞后A和B的速度。

解题步骤：

（1）根据机械能守恒定律，碰撞前后的总机械能保持不变，即1/2m1v1^2+1/2m2v2^2=1/2m1v1'^2+1/2m2v2'^2。

（2）根据动量守恒定律，碰撞前后的总动量保持不变，即m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。

（3）解方程组，得到v1'和v2'的值。

答案：v1'=(m1-m2)/(m1+m2)*v1+2m2/(m1+m2)*v2，v2'=(m2-m1)/(m1+m2)*v2+2m1/(m1+m2)*v1。

4.题型四：滚摆运动

问题描述：一个滚摆在上升过程中速度逐渐减小，最终停止，然后又开始下降，速度逐渐增加，求滚摆在上升和下降过程中的速度变化。

解题步骤：

（1）根据机械能守恒定律，滚摆的初始势能mgh等于滚摆下降过程中的动能1/2mv^2。

（2）根据机械能守恒定律，滚摆的初始动能1/2mv1^2等于滚摆上升过程中的势能mgh。

（3）解方程组，得到v1和v的值。

答案：v1=√(2gh)，v=√(2gh)。

5.题型五：滑块运动

问题描述：一个滑块从一个斜面滑下，再沿着另一个斜面滑上，求滑块在上滑和下滑过程中的速度变化。

解题步骤：

（1）根据机械能守恒定律，滑块在斜面上的初始势能mgh1等于滑块在斜面下的动能1/2mv1^2。

（2）根据机械能守恒定律，滑块在斜面下的动能1/2mv1^2等于滑块在上滑过程中的势能mgh2。

（3）解方程组，得到v1和v2的值。

答案：v1=√(2gh1)，v2=√(2gh2)。八、反思改进措施教学特色创新：

1.引入实例：在讲解机械能守恒定律时，引入了生活中的实例，如滚摆、滑块等，使得学生能够更好地理解和应用机械能守恒定律。

2.互动讨论：在课堂上，鼓励学生积极参与讨论，提出问题并解决问题，提高了学生的思维能力和解决问题的能力。

3.实验验证：安排了实验环节，让学生亲自动手进行实验，验证机械能守恒定律，增强了学生的实践操作能力。

存在主要问题：

1.学生理解困难：机械能守恒定律的概念和适用条件较为抽象，部分学生难以理解。

2.教学方法单一：在讲解过程中，过于依赖讲授法，缺乏学生主动参与的活动。

3.评价方式单一：评价学生学习效果时，过于依赖考试成绩，未能全面考虑学生的实际操作能力和创新思维。

改进措施：

1.多样化教学方法：采用启发式教学，引导学生主动思考和探索，增加小组合作和互动讨论环节，提高学生的参与度。

2.借助多媒体资源：利用多媒体课件、视频等资源，以更生动、直观的方式展示机械能守恒定律的应用，帮助学生更好地理解概念。

3.注重实践操作：加强实验环节，让学生亲自动手进行实验，培养学生的实践能力和创新思维。

4.多元化评价方式：采用多元化评价方式，综合考虑学生的理论知识、实践操作能力和创新思维，全面评价学生的学习效果。

5.个性化辅导：针对学生的不同需求，提供个性化辅导，帮助学生克服学习难点，提高学习效果。课堂小结，当堂检测课堂小结：

本节课我们学习了机械能守恒定律的应用，通过实例分析和讨论，我们掌握了如何运用机械能守恒定律解决实际问题。我们了解了机械能守恒定律的适用条件，即只有重力或弹力做功的情况，并且能够准确地找出作用在物体上的所有力，判断这些力是否做功。我们还通过实验验证了机械能守恒定律，进一步加深了对机械能守恒定律的理解。

当堂检测：

1.问题一：一个物体从高度h自由落下，求物体落地时的速度v。

解答：根据机械能守恒定律，物体的初始势能mgh等于物体落地时的动能1/2mv^2。化简等式，消去m和g，得到v=√(2gh)。

2.问题二：一个物体以初速度v0水平抛出，求物体在水平方向和竖直方向的位移。

解答：在竖直方向上，物体受到重力作用，做自由落体运动，根据机械能守恒定律，初始势能mgh等于物体落地时的动能1/2mv^2。在水平方向上，物体不受外力作用，根据初速度和时间计算水平位移。

3.问题三：两个物体A和B进行弹性碰撞，碰撞前A的速度为v1，B的速度为v2，碰撞后A的速度为v1'，B的速度为v2'，求碰撞后A和B的速度。

解答：根据机械能守恒定律，碰撞前后的总机械能保持不变，即1/2m1v1^2+1/2m2v2^2=1/2m1v1'^2+1/2m2v2'^2。根据动量守恒定律，碰撞前后的总动量保持不变，即m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。解方程组，得到v1'和v2'的值。

4.问题四：一个滚摆在上升过程中速度逐渐减小，最终停止，然后又开始下降，速度逐渐增加，求滚摆在上升和下降过程中的速度变化。

解答：根据机械能守恒定律，滚摆的初始势能mgh等于滚摆下降过程中的动能1/2mv^2。根据机械能守恒定律，滚摆的初始动能1/2mv1^2等于滚摆上升过程中的势能mgh。解方程组，得到v1和v的值。

5.问题五：一个滑块从一个斜面滑下，再沿着另一个斜面滑上，求滑块在上滑和下滑过程中的速度变化。

解答：根据机械能守恒定律，滑块在斜面上的初始势能mgh1等于滑块在斜面下的动能1/2mv1^2。根据机械能守恒定律，滑块在斜面下的动能1/2mv1^2等于滑块在