2024-2025学年高中物理 第七章 机械能守恒定律 6 实验：探究功与速度变化的关系（4）教学设计 新人教版必修2

2024-2025学年高中物理第七章机械能守恒定律6实验：探究功与速度变化的关系（4）教学设计新人教版必修2授课内容授课时数授课班级授课人数授课地点授课时间教学内容本节课内容为人教版必修2第七章“机械能守恒定律”中的实验部分——探究功与速度变化的关系（4）。通过实验，引导学生观察和分析不同情况下功与速度变化的关系，进一步理解机械能守恒定律在实验中的应用。核心素养目标培养学生通过实验探究物理规律的能力，提高科学思维和科学探究素养。引导学生运用数学工具分析物理现象，提升数学应用素养。同时，强化学生的实验操作技能，培养严谨的科学态度和团队合作精神。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在此之前已经学习了运动学的基本概念，包括速度、加速度等，以及力学的基本原理，如牛顿运动定律。此外，学生对功和能量的概念也有初步的了解。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

高中学生对物理实验通常具有较高的兴趣，因为他们对物理现象的好奇心较强。学生具备一定的观察和分析能力，能够从实验数据中提取信息。学习风格上，学生中既有偏重于理论学习的，也有偏好实验操作的，因此需要提供多样化的学习活动。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

学生在理解和应用机械能守恒定律时可能遇到困难，特别是在处理实际问题时，如何将抽象的物理定律与具体的实验数据相结合。此外，学生在实验操作过程中可能面临实验技能不足、数据处理不准确等挑战。针对这些困难，教师需要通过引导和示范帮助学生逐步克服。教学资源准备1.教材：确保每位学生都有本节课所需的教材或学习资料，即新人教版必修2第七章“机械能守恒定律”。

2.辅助材料：准备与教学内容相关的图片、图表、视频等多媒体资源，以帮助学生直观理解功与速度变化的关系。

3.实验器材：确保实验器材的完整性和安全性，包括测量速度的装置、测量功的工具、实验台等。

4.教室布置：布置教室环境，设置分组讨论区，确保实验操作台宽敞，便于学生分组实验。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求。设计预习问题：围绕“探究功与速度变化的关系”，设计一系列具有启发性和探究性的问题，如“如何通过实验测量功和速度”，“实验中可能遇到哪些误差”等。

监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。

学生活动：

自主阅读预习资料：按照预习要求，自主阅读预习资料，理解实验原理和方法。

思考预习问题：针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问。

提交预习成果：将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。

作用与目的：

帮助学生提前了解实验内容，为课堂学习做好准备。

培养学生的自主学习能力和独立思考能力。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过实验视频展示实际操作，引出“探究功与速度变化的关系”课题，激发学生的学习兴趣。

讲解知识点：详细讲解功与速度变化的关系，结合实验原理和公式，帮助学生理解。

组织课堂活动：设计小组实验，让学生分组进行实验操作，记录数据。

解答疑问：针对学生在实验过程中产生的疑问，进行及时解答和指导。

学生活动：

听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。

参与课堂活动：积极参与实验操作，记录数据，分析实验结果。

提问与讨论：针对实验结果，提出疑问，参与小组讨论。

教学方法/手段/资源：

讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解功与速度变化的关系。

实践活动法：设计小组实验，让学生在实践中掌握实验技能。

合作学习法：通过小组讨论等活动，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

作用与目的：

帮助学生深入理解功与速度变化的关系，掌握实验技能。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：根据“探究功与速度变化的关系”，布置实验报告和分析题，巩固学习效果。

提供拓展资源：提供与实验相关的拓展资源，如实验原理的进一步探讨、类似实验的案例等。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。

学生活动：

完成作业：认真完成实验报告和分析题，巩固实验知识和技能。

拓展学习：利用拓展资源，进行进一步的学习和思考。

反思总结：对自己的实验过程和成果进行反思和总结，提出改进建议。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。

反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。

作用与目的：

巩固学生在课堂上学到的实验知识和技能。

通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议，促进自我提升。教学资源拓展一、拓展资源

1.机械能守恒定律的数学推导

-探讨机械能守恒定律在理想情况下的数学推导过程，包括动能定理和势能的定义。

-引入机械能守恒方程，分析其在不同物理情境下的应用。

2.非理想情况下的机械能守恒

-讨论非理想因素，如空气阻力、摩擦力等对机械能守恒的影响。

-分析实际实验中如何处理这些非理想因素，以及它们对实验结果的影响。

3.机械能守恒在日常生活和工程中的应用

-举例说明机械能守恒在体育运动、交通工具、建筑工程等领域的应用。

-通过具体案例，展示机械能守恒定律在解决实际问题时的重要性。

4.动能与势能的转化

-探讨动能和势能之间的相互转化关系，包括重力势能、弹性势能等。

-分析不同能量形式之间的转换条件，以及能量守恒在转化过程中的体现。

5.功与能量

-研究功的定义和计算方法，以及功与能量之间的关系。

-探讨功在能量转换过程中的作用，以及如何通过功计算能量的变化。

二、拓展建议

1.深入学习机械能守恒定律的数学推导过程，尝试自己推导动能定理和势能的定义。

2.结合实际案例，分析非理想因素对机械能守恒的影响，并提出解决方案。

3.观察和记录生活中的机械能守恒现象，如滚摆、抛物线运动等，尝试用所学知识解释。

4.收集和整理机械能守恒在日常生活和工程中的应用案例，撰写一篇短文或报告。

5.学习动能和势能之间的相互转化关系，尝试自己设计一个能量转化的实验。

6.研究功的定义和计算方法，尝试自己计算不同情境下的功，并分析其对能量变化的影响。

7.阅读相关物理科普书籍或文章，了解机械能守恒定律在科学研究中的应用。

8.参与物理竞赛或科研项目，将所学知识应用于解决实际问题。

9.与同学组成学习小组，共同讨论和解决在学习过程中遇到的问题。

10.向老师请教，针对自己的疑惑和兴趣点进行深入学习。重点题型整理1.**实验数据分析题**

-**题型示例**：在一个探究功与速度变化关系的实验中，测得一个物体在不同高度释放后到达地面的速度如下表所示。请根据实验数据，计算每次实验中物体所受的平均功，并分析功与速度变化的关系。

|高度（m）|速度（m/s）|

|-----------|-------------|

|2|2|

|4|4|

|6|6|

-**答案**：首先，根据能量守恒定律，物体从高度h下落到地面，重力做的功等于物体动能的增加。动能公式为\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，其中m为物体质量，v为速度。假设物体质量为m，则每次实验的平均功\(W=\DeltaE_k=\frac{1}{2}m(v_f^2-v_i^2)\)。计算每次实验的平均功，可以得到：

-第一次实验：\(W_1=\frac{1}{2}m(4^2-2^2)=6m\)

-第二次实验：\(W_2=\frac{1}{2}m(6^2-4^2)=20m\)

-第三次实验：\(W_3=\frac{1}{2}m(8^2-6^2)=28m\)

分析结果表明，随着高度的增大，物体所受的平均功也增大，且功与速度的平方成正比。

2.**实际应用题**

-**题型示例**：一辆汽车以30m/s的速度行驶，刹车后滑行距离为50m，最终停下。假设摩擦力是唯一做功的力，求刹车过程中摩擦力所做的功。

-**答案**：汽车刹车过程中，动能完全转化为摩擦力做的功。动能公式\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，其中m为汽车质量，v为速度。摩擦力做的功\(W=\DeltaE_k=\frac{1}{2}mv^2\)。代入数据得到：

\(W=\frac{1}{2}m(30^2)=450m\)焦耳。因此，摩擦力所做的功为450m焦耳。

3.**能量守恒应用题**

-**题型示例**：一个物体从高度H自由落下，落到地面时的速度为v。假设空气阻力可以忽略不计，求物体在下落过程中重力势能转化为动能的量。

-**答案**：在自由落体运动中，物体的重力势能转化为动能。重力势能公式\(E_p=mgh\)，动能公式\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)。能量守恒定律告诉我们，重力势能转化为动能的量等于两者之差：

\(\DeltaE_p=E_p-E_k=mgh-\frac{1}{2}mv^2\)。由于空气阻力忽略不计，所以重力势能完全转化为动能，即\(\DeltaE_p=E_k\)，从而得到：

\(mgh=\frac{1}{2}mv^2\)。

4.**复合系统能量守恒题**

-**题型示例**：一个质量为m的物体从高度h自由落下，与地面碰撞后弹起，弹起高度为h/2。假设碰撞是完全弹性碰撞，求碰撞前后系统的机械能变化。

-**答案**：在完全弹性碰撞中，系统的机械能守恒。碰撞前，物体的机械能为重力势能\(E_p=mgh\)。碰撞后，物体的机械能为动能\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)和重力势能\(E_p'=mgh/2\)。由于机械能守恒，我们有：

\(mgh=\frac{1}{2}mv^2+mgh/2\)。解得\(v=\sqrt{gh}\)。因此，碰撞前后系统的机械能没有变化。

5.**功的计算题**

-**题型示例**：一个质量为2kg的物体沿着斜面下滑，斜面高度为2m，斜面长度为5m。斜面与水平面的夹角为30°，求物体下滑过程中重力所做的功。

-**答案**：物体下滑过程中，重力所做的功等于物体沿斜面下滑的势能变化。势能变化\(\DeltaE_p=mgh\)，其中h为物体下滑的高度。沿斜面下滑的高度可以通过三角函数计算：

\(h=\frac{5m}{\sin30°}=10m\)。因此，重力所做的功为：

\(W=mgh=2kg\times9.8m/s^2\times10m=196J\)。教学反思与总结今天的课，我觉得还是有不少收获的。首先，我在教学方法上做了一些尝试，比如引入了多媒体资源，通过视频和图表让学生更直观地理解功与速度变化的关系。我觉得这个方法挺有效的，因为同学们在观看视频时，他们的注意力更加集中，对于物理现象的理解也更加深刻。

在教学策略上，我注意到了几个问题。比如说，在讲解机械能守恒定律时，我发现有的同学对动能和势能的概念理解得不够透彻。于是，我决定在课堂上多举一些例子，比如滚摆的运动，抛物线的运动，这样可以帮助他们更好地理解这两个概念在实际中的应用。

在课堂管理方面，我发现有些同学在实验操作时不够细心，导致实验数据不准确。针对这个问题，我在课后进行了反思，觉得可能是因为我没有在实验前强调实验操作的规范性。所以，在接下来的教学中，我会更加注重实验操作的规范训练，让学生明白每一个步骤的重要性。

至于教学效果，我觉得整体上是不错的。同学们在实验过程中积极参与，对于实验数据的分析也比较到位。在知识方面，我相信他们对机械能守恒定律有了更深入的理解。在技能上，他们的实验操作能力也有所提高。在情感态度上，他们对物理实验的兴趣更加浓厚了。

当然，也存在一些不足。比如，我在讲解一些复杂的概念时，可能没有做到深入浅出，导致部分同学听起来有些吃力。此外，我在课堂上的互动还不够充分，有些同学可能没有充分表达自己的想法。

针对这些问题，我提出以下改进措施和建议：

1.在讲解复杂概念时，我会尽量用简单的语言和实例来解释，确保所有同学都能理解。

2.增加课堂互动，鼓励同学们提出问题，分享自己的观点，这样可以提高他们的参与度和思考能力。

3.加强实验操作的规范性训练，确保每个同学都能准确地进行实验操作。

4.在课后及时进行教学反思，针对每个环节进行总结和改进。作业布置与反馈作业布置：

为了巩固学生对“探究功与速度变化的关系”这一知识点的理解，以下作业将有助于提高他们的分析能力和应用能力。

1.**实验数据分析**：请根据本节课的实验数