2024-2025学年高中物理 第四章 机械能和能源 第5节 验证机械能守恒定律教学实录3 粤教版必修2

2024-2025学年高中物理第四章机械能和能源第5节验证机械能守恒定律教学实录3粤教版必修2科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）2024-2025学年高中物理第四章机械能和能源第5节验证机械能守恒定律教学实录3粤教版必修2课程基本信息1.课程名称：验证机械能守恒定律

2.教学年级和班级：高一年级（1）班

3.授课时间：2024年10月15日星期二第3节课

4.教学时数：1课时核心素养目标1.培养学生的科学探究精神，通过实验验证机械能守恒定律，提高学生的实证研究能力。

2.强化学生的数学应用能力，学会运用数学工具处理物理问题，提升数据分析与问题解决能力。

3.增强学生的科学思维，理解能量转化和守恒的物理本质，培养科学的世界观和方法论。学情分析高一年级学生对物理学科的学习正处于基础阶段，他们在初中阶段已经接触过基本的物理概念，如力、运动等，但对其深入理解和应用还较为有限。在知识层面上，学生对机械能的概念有一定了解，但对机械能守恒定律的理解可能还停留在表面，缺乏对能量转化和守恒原理的深刻认识。

能力方面，学生的实验操作能力普遍较弱，对实验器材的使用和实验步骤的掌握不够熟练。在数据分析上，学生能够进行简单的记录和计算，但面对复杂的数据处理和物理问题的解决时，往往缺乏有效的策略和方法。

在素质方面，部分学生可能存在依赖心理，习惯于教师讲解和引导，自主探究能力不足。此外，学生的合作意识和团队协作能力也有待提高，这在物理实验中尤为重要。

行为习惯上，学生在课堂上参与度不均，有的学生过于活跃，有的则较为沉默，这可能会影响课堂氛围和教学效果。对于课程学习，学生的兴趣程度不一，对机械能守恒定律这一理论知识的接受程度和掌握情况存在差异，这将对教学目标的达成产生一定影响。教学资源准备1.教材：确保每位学生都备有粤教版必修2物理教材。

2.辅助材料：准备与机械能守恒定律相关的图片、图表和视频资料，以帮助学生直观理解概念。

3.实验器材：准备斜面、小车、滑轮、测力计、秒表等实验器材，确保实验操作的安全性和准确性。

4.教室布置：设置分组讨论区，以便学生进行实验操作和交流，同时布置实验操作台，方便学生进行实验。教学过程设计**导入环节**

1.创设情境：展示一辆小车从斜面滑下的视频，提出问题：“同学们，你们观察到小车下滑时发生了什么变化？”

用时：5分钟

2.引导学生思考：提问学生，下滑过程中小车的动能和势能是如何变化的？

用时：2分钟

3.引入课题：今天我们一起来验证一个重要的物理定律——机械能守恒定律。

用时：1分钟

**讲授新课**

1.机械能守恒定律的定义：介绍机械能守恒定律的概念，即在一个封闭系统中，机械能的总量保持不变。

用时：5分钟

2.能量的转化：讲解动能和势能的转化过程，以及如何通过数学公式表达这一转化关系。

用时：5分钟

3.实验原理：解释如何通过实验来验证机械能守恒定律，包括实验步骤和预期结果。

用时：5分钟

**实验操作指导**

1.实验分组：将学生分成小组，每组4-5人，分配实验任务。

用时：2分钟

2.实验步骤讲解：详细讲解实验步骤，包括如何设置实验器材、如何进行测量等。

用时：5分钟

3.安全注意事项：强调实验安全，特别是使用滑轮和测力计时需要注意的事项。

用时：2分钟

**巩固练习**

1.实验数据分析：学生分组进行实验，收集数据，并进行初步分析。

用时：10分钟

2.小组讨论：每组分享实验结果，讨论实验中出现的问题和解决方案。

用时：10分钟

**课堂提问**

1.提问：如果实验结果与理论预期不符，可能的原因是什么？

用时：5分钟

2.引导学生思考：如何改进实验设计，以提高实验结果的准确性？

用时：5分钟

**师生互动环节**

1.教师巡视指导：在实验过程中，教师巡视各组，提供个别指导和帮助。

用时：5分钟

2.小组汇报：每组代表向全班汇报实验结果和数据分析。

用时：5分钟

3.学生提问：学生提问，教师解答，深化学生对机械能守恒定律的理解。

用时：5分钟

**核心素养拓展**

1.思辨能力培养：引导学生思考机械能守恒定律在实际生活中的应用，如能源转换效率等。

用时：5分钟

2.合作学习：强调小组合作在实验中的重要性，鼓励学生在团队合作中共同进步。

用时：5分钟

**总结与反馈**

1.教师总结：回顾本节课的主要内容，强调机械能守恒定律的重要性。

用时：2分钟

2.学生反馈：学生反馈学习收获和遇到的问题，教师给予回应和指导。

用时：3分钟

**总计用时：45分钟**知识点梳理1.机械能的概念：

-机械能是指物体由于运动和位置而具有的能量，包括动能和势能。

-动能：物体由于运动而具有的能量，公式为\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，其中\(m\)是物体的质量，\(v\)是物体的速度。

-势能：物体由于位置而具有的能量，包括重力势能和弹性势能。

-重力势能：物体由于高度而具有的能量，公式为\(E_p=mgh\)，其中\(m\)是物体的质量，\(g\)是重力加速度，\(h\)是物体的高度。

-弹性势能：物体由于形变而具有的能量，如弹簧的弹性势能。

2.机械能守恒定律：

-机械能守恒定律：在一个封闭系统中，如果没有非保守力（如摩擦力、空气阻力等）做功，系统的机械能总量保持不变。

-公式表示：\(\DeltaE_{\text{机械能}}=0\)，即\(\DeltaE_k+\DeltaE_p=0\)。

3.机械能守恒定律的应用：

-分析物体在运动过程中的机械能变化。

-解决涉及动能和势能转化的物理问题。

-应用机械能守恒定律解释实际生活中的现象，如抛物运动、斜面运动等。

4.机械能守恒的验证实验：

-实验目的：验证机械能守恒定律。

-实验原理：通过测量物体在不同位置的动能和势能，验证它们的总和是否保持不变。

-实验步骤：

-准备实验器材，如斜面、小车、滑轮、测力计、秒表等。

-将小车从斜面顶部释放，记录小车在不同位置的动能和势能。

-计算小车在不同位置的机械能总和。

-分析实验数据，验证机械能守恒定律。

5.机械能守恒定律的局限性：

-机械能守恒定律适用于封闭系统，即没有非保守力做功的系统。

-在实际生活中，由于摩擦力、空气阻力等因素的存在，机械能并不总是守恒，但可以近似地认为机械能守恒。

6.机械能与能量守恒定律的关系：

-机械能是能量守恒定律的一个具体应用，能量守恒定律是自然界普遍适用的基本定律。

-在任何过程中，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式。

7.机械能守恒定律的意义：

-机械能守恒定律是物理学中的一个重要定律，它揭示了能量转化的规律。

-机械能守恒定律在工程、技术等领域有着广泛的应用，如机械设计、能源利用等。教学反思与改进这节课下来，我感觉收获颇丰，但也发现了一些需要改进的地方。首先，我想分享一下我在教学过程中的反思。

在导入环节，我尝试通过小车下滑的视频来激发学生的兴趣，但感觉效果并不理想。有些学生对于视频中的现象并没有太多的反应，可能是由于他们对机械能的概念还不够熟悉。因此，我打算在今后的教学中，尝试使用更加贴近学生生活实际的例子，比如让他们观察日常生活中的抛物运动，这样可能更容易引起他们的兴趣。

在讲授新课的过程中，我发现学生对机械能守恒定律的理解并不深入。虽然我尽力通过讲解和举例来帮助他们理解，但似乎效果并不明显。我想，这可能是因为我在讲解过程中过于依赖理论，而忽视了实际操作的重要性。所以，我计划在未来的教学中，增加更多的实验环节，让学生通过亲自动手操作来加深对知识的理解。

在巩固练习环节，我发现学生们在分析实验数据时遇到了一些困难。他们对于如何处理数据、如何得出结论并不是很清楚。这让我意识到，我在讲解数据处理方法时可能不够详细，或者学生对于这些方法的理解还不够到位。因此，我需要在今后的教学中，更加细致地讲解数据处理的方法，并鼓励学生多进行练习。

在课堂提问环节，我发现学生们的回答往往不够深入，有时候甚至只是简单地重复了我在课堂上讲的内容。这说明我在引导学生思考方面还有很大的提升空间。我需要在今后的教学中，设计更加开放性的问题，鼓励学生从不同的角度去思考问题，培养他们的批判性思维。

在教学反思的基础上，我制定了以下改进措施：

1.丰富导入环节：尝试使用更多与学生生活相关的例子，如体育比赛、日常生活等，来激发学生的学习兴趣。

2.加强实验教学：增加实验环节，让学生通过实验操作来验证理论知识，加深对机械能守恒定律的理解。

3.细化数据处理讲解：在讲解数据处理方法时，更加细致地讲解每一步的操作，并鼓励学生多进行练习。

4.设计开放性问题：在课堂提问环节，设计更多开放性问题，引导学生从不同角度思考问题，培养他们的批判性思维。

5.及时反馈与调整：在教学中，及时关注学生的学习情况，并根据学生的反馈调整教学策略。

我相信，通过这些改进措施，我能够在未来的教学中更好地帮助学生掌握机械能守恒定律，提高他们的物理学习兴趣和能力。板书设计①机械能的概念

-动能：\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)

-势能：重力势能\(E_p=mgh\)，弹性势能（具体公式根据实验或情境）

-机械能：动能+势能

②机械能守恒定律

-守恒条件：封闭系统，无非保守力做功

-守恒公式：\(\DeltaE_{\text{机械能}}=0\)，即\(\DeltaE_k+\DeltaE_p=0\)

③机械能守恒的验证实验

-实验目的：验证机械能守恒定律

-实验步骤：设置实验器材，记录数据，计算动能和势能，分析结果

-实验数据记录表格：位置、高度、速度、动能、势能、机械能总和

④机械能守恒的应用

-分析物体在运动过程中的机械能变化

-解决涉及动能和势能转化的物理问题

-解释实际生活中的现象，如抛物运动、斜面运动等

⑤机械能与能量守恒定律的关系

-机械能是能量守恒定律的一个具体应用

-能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式

⑥机械能守恒定律的意义

-揭示能量转化的规律

-在工程、技术等领域有着广泛的应用典型例题讲解1.例题：

一辆质量为2kg的小车从斜面顶端以初速度5m/s下滑，斜面高度为2m，斜面倾角为30°。不计摩擦力，求小车滑到底部时的速度。

解答：

首先，计算小车在斜面上的重力势能：

\(E_p=mgh=2kg\times9.8m/s^2\times2m=39.2J\)

由于不计摩擦力，机械能守恒，因此小车滑到底部时的动能等于初始的重力势能：

\(E_k=E_p=39.2J\)

根据动能公式\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，解出速度\(v\)：

\(v=\sqrt{\frac{2E_k}{m}}=\sqrt{\frac{2\times39.2J}{2kg}}=\sqrt{39.2m^2/s^2}\approx6.26m/s\)

2.例题：

一弹簧振子从最大位移处开始振动，振幅为0.1m，弹簧劲度系数为100N/m。求振子通过平衡位置时的速度。

解答：

振幅\(A=0.1m\)，弹簧劲度系数\(k=100N/m\)

弹性势能最大时，即振子处于最大位移处：

\(E_p=\frac{1}{2}kA^2=\frac{1}{2}\times100N/m\times(0.1m)^2=0.5J\)

通过平衡位置时，弹性势能转化为动能，机械能守恒：

\(E_k=E_p=0.5J\)

根据动能公式\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，解出速度\(v\)：

\(v=\sqrt{\frac{2E_k}{m}}\)

由于质量\(m\)未知，但我们可以使用振幅和劲度系数来找到速度：

\(v=\sqrt{\frac{2kA^2}{m}}=\sqrt{\frac{2\times100N/m\times(0.1m)^2}{m}}=\sqrt{2m}\)

为了找到具体的速度，我们需要知道质量\(m\)，但这里我们只需要表达速度与质量的关系。

3.例题：

一物体从高度\(h\)自由下落，不计空气阻力。求物体落地时的速度。

解答：

根据机械能守恒定律，物体的重力势能全部转化为动能：

\(mgh=\frac{1}{2}mv^2\)

解出速度\(v\)：

\(v=\sqrt{2gh}\)

例如，如果\(h=10m\)，则：

\(v=\sqrt{2\times9.8m/s^2\times10m}\approx14m/s\)

4.例题：

一物体从高度\(h\)以初速度\(v_0\)水平抛出，不计空气阻力。求物体落地时的速度。

解答：

水平方向的速度\(v_x\)保持不变，即\(v_x=v_0\)。

垂直方向的速度\(v_y\)由自由落体运动决定：

\(v_y=gt\)

其中\(t\)是物体下落的时间，可以通过\(h=\frac{1}{2}gt^2\)解出\(t\)：

\(t=\sqrt{\frac{2h}{g}}\)

物体落地时的总速度\(v\)是水平和垂直速度的合成：

\(v=\sqrt{v_x^2+v_y^2}=\sqrt{v_0^2+(gt)^2}\)

例如，如果\(h=10m\)，\(v_0=10m/s\)，则：

\(v=\sqrt{(10m/s)^2+(9.8m/s^2\times\sqrt{\frac{2\times10m}{9.8m/s^2}})^2}\approx15m/s\)

5.例题：

一物体在水平面上以初速度\(v_0\)做匀速直线运动，不计摩擦力。求物体在时间\(t\)后的位置。

解答：

由于物体做匀速直线运动，速度\(v\)保持不变，即\(v=v_0\)。

物体在时间\(t\)后的位置\(s\)可以通过公式\(s=vt\)计算：

\(s=v_0t