2024-2025學年高中物理第四章機械能和能源第5節驗證機械能守恒定律教學實錄3粵教版必修2科目授課時間節次--年—月—日（星期——）第—節指導教師授課班級、授課課時授課題目（包括教材及章節名稱）2024-2025學年高中物理第四章機械能和能源第5節驗證機械能守恒定律教學實錄3粵教版必修2課程基本信息1.課程名稱：驗證機械能守恒定律

2.教學年級和班級：高一年級（1）班

3.授課時間：2024年10月15日星期二第3節課

4.教學時數：1課時核心素養目標1.培養學生的科學探究精神，通過實驗驗證機械能守恒定律，提高學生的實證研究能力。

2.強化學生的數學應用能力，學會運用數學工具處理物理問題，提升數據分析與問題解決能力。

3.增強學生的科學思維，理解能量轉化和守恒的物理本質，培養科學的世界觀和方法論。學情分析高一年級學生對物理學科的學習正處于基礎階段，他們在初中階段已經接觸過基本的物理概念，如力、運動等，但對其深入理解和應用還較為有限。在知識層面上，學生對機械能的概念有一定了解，但對機械能守恒定律的理解可能還停留在表面，缺乏對能量轉化和守恒原理的深刻認識。

能力方面，學生的實驗操作能力普遍較弱，對實驗器材的使用和實驗步驟的掌握不夠熟練。在數據分析上，學生能夠進行簡單的記錄和計算，但面對復雜的數據處理和物理問題的解決時，往往缺乏有效的策略和方法。

在素質方面，部分學生可能存在依賴心理，習慣于教師講解和引導，自主探究能力不足。此外，學生的合作意識和團隊協作能力也有待提高，這在物理實驗中尤為重要。

行為習慣上，學生在課堂上參與度不均，有的學生過于活躍，有的則較為沉默，這可能會影響課堂氛圍和教學效果。對于課程學習，學生的興趣程度不一，對機械能守恒定律這一理論知識的接受程度和掌握情況存在差異，這將對教學目標的達成產生一定影響。教學資源準備1.教材：確保每位學生都備有粵教版必修2物理教材。

2.輔助材料：準備與機械能守恒定律相關的圖片、圖表和視頻資料，以幫助學生直觀理解概念。

3.實驗器材：準備斜面、小車、滑輪、測力計、秒表等實驗器材，確保實驗操作的安全性和準確性。

4.教室布置：設置分組討論區，以便學生進行實驗操作和交流，同時布置實驗操作臺，方便學生進行實驗。教學過程設計**導入環節**

1.創設情境：展示一輛小車從斜面滑下的視頻，提出問題：“同學們，你們觀察到小車下滑時發生了什么變化？”

用時：5分鐘

2.引導學生思考：提問學生，下滑過程中小車的動能和勢能是如何變化的？

用時：2分鐘

3.引入課題：今天我們一起來驗證一個重要的物理定律——機械能守恒定律。

用時：1分鐘

**講授新課**

1.機械能守恒定律的定義：介紹機械能守恒定律的概念，即在一個封閉系統中，機械能的總量保持不變。

用時：5分鐘

2.能量的轉化：講解動能和勢能的轉化過程，以及如何通過數學公式表達這一轉化關系。

用時：5分鐘

3.實驗原理：解釋如何通過實驗來驗證機械能守恒定律，包括實驗步驟和預期結果。

用時：5分鐘

**實驗操作指導**

1.實驗分組：將學生分成小組，每組4-5人，分配實驗任務。

用時：2分鐘

2.實驗步驟講解：詳細講解實驗步驟，包括如何設置實驗器材、如何進行測量等。

用時：5分鐘

3.安全注意事項：強調實驗安全，特別是使用滑輪和測力計時需要注意的事項。

用時：2分鐘

**鞏固練習**

1.實驗數據分析：學生分組進行實驗，收集數據，并進行初步分析。

用時：10分鐘

2.小組討論：每組分享實驗結果，討論實驗中出現的問題和解決方案。

用時：10分鐘

**課堂提問**

1.提問：如果實驗結果與理論預期不符，可能的原因是什么？

用時：5分鐘

2.引導學生思考：如何改進實驗設計，以提高實驗結果的準確性？

用時：5分鐘

**師生互動環節**

1.教師巡視指導：在實驗過程中，教師巡視各組，提供個別指導和幫助。

用時：5分鐘

2.小組匯報：每組代表向全班匯報實驗結果和數據分析。

用時：5分鐘

3.學生提問：學生提問，教師解答，深化學生對機械能守恒定律的理解。

用時：5分鐘

**核心素養拓展**

1.思辨能力培養：引導學生思考機械能守恒定律在實際生活中的應用，如能源轉換效率等。

用時：5分鐘

2.合作學習：強調小組合作在實驗中的重要性，鼓勵學生在團隊合作中共同進步。

用時：5分鐘

**總結與反饋**

1.教師總結：回顧本節課的主要內容，強調機械能守恒定律的重要性。

用時：2分鐘

2.學生反饋：學生反饋學習收獲和遇到的問題，教師給予回應和指導。

用時：3分鐘

**總計用時：45分鐘**知識點梳理1.機械能的概念：

-機械能是指物體由于運動和位置而具有的能量，包括動能和勢能。

-動能：物體由于運動而具有的能量，公式為\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，其中\(m\)是物體的質量，\(v\)是物體的速度。

-勢能：物體由于位置而具有的能量，包括重力勢能和彈性勢能。

-重力勢能：物體由于高度而具有的能量，公式為\(E_p=mgh\)，其中\(m\)是物體的質量，\(g\)是重力加速度，\(h\)是物體的高度。

-彈性勢能：物體由于形變而具有的能量，如彈簧的彈性勢能。

2.機械能守恒定律：

-機械能守恒定律：在一個封閉系統中，如果沒有非保守力（如摩擦力、空氣阻力等）做功，系統的機械能總量保持不變。

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

3.機械能守恒定律的應用：

-分析物體在運動過程中的機械能變化。

-解決涉及動能和勢能轉化的物理問題。

-應用機械能守恒定律解釋實際生活中的現象，如拋物運動、斜面運動等。

4.機械能守恒的驗證實驗：

-實驗目的：驗證機械能守恒定律。

-實驗原理：通過測量物體在不同位置的動能和勢能，驗證它們的總和是否保持不變。

-實驗步驟：

-準備實驗器材，如斜面、小車、滑輪、測力計、秒表等。

-將小車從斜面頂部釋放，記錄小車在不同位置的動能和勢能。

-計算小車在不同位置的機械能總和。

-分析實驗數據，驗證機械能守恒定律。

5.機械能守恒定律的局限性：

-機械能守恒定律適用于封閉系統，即沒有非保守力做功的系統。

-在實際生活中，由于摩擦力、空氣阻力等因素的存在，機械能并不總是守恒，但可以近似地認為機械能守恒。

6.機械能與能量守恒定律的關系：

-機械能是能量守恒定律的一個具體應用，能量守恒定律是自然界普遍適用的基本定律。

-在任何過程中，能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，只能從一種形式轉化為另一種形式。

7.機械能守恒定律的意義：

-機械能守恒定律是物理學中的一個重要定律，它揭示了能量轉化的規律。

-機械能守恒定律在工程、技術等領域有著廣泛的應用，如機械設計、能源利用等。教學反思與改進這節課下來，我感覺收獲頗豐，但也發現了一些需要改進的地方。首先，我想分享一下我在教學過程中的反思。

在導入環節，我嘗試通過小車下滑的視頻來激發學生的興趣，但感覺效果并不理想。有些學生對于視頻中的現象并沒有太多的反應，可能是由于他們對機械能的概念還不夠熟悉。因此，我打算在今后的教學中，嘗試使用更加貼近學生生活實際的例子，比如讓他們觀察日常生活中的拋物運動，這樣可能更容易引起他們的興趣。

在講授新課的過程中，我發現學生對機械能守恒定律的理解并不深入。雖然我盡力通過講解和舉例來幫助他們理解，但似乎效果并不明顯。我想，這可能是因為我在講解過程中過于依賴理論，而忽視了實際操作的重要性。所以，我計劃在未來的教學中，增加更多的實驗環節，讓學生通過親自動手操作來加深對知識的理解。

在鞏固練習環節，我發現學生們在分析實驗數據時遇到了一些困難。他們對于如何處理數據、如何得出結論并不是很清楚。這讓我意識到，我在講解數據處理方法時可能不夠詳細，或者學生對于這些方法的理解還不夠到位。因此，我需要在今后的教學中，更加細致地講解數據處理的方法，并鼓勵學生多進行練習。

在課堂提問環節，我發現學生們的回答往往不夠深入，有時候甚至只是簡單地重復了我在課堂上講的內容。這說明我在引導學生思考方面還有很大的提升空間。我需要在今后的教學中，設計更加開放性的問題，鼓勵學生從不同的角度去思考問題，培養他們的批判性思維。

在教學反思的基礎上，我制定了以下改進措施：

1.豐富導入環節：嘗試使用更多與學生生活相關的例子，如體育比賽、日常生活等，來激發學生的學習興趣。

2.加強實驗教學：增加實驗環節，讓學生通過實驗操作來驗證理論知識，加深對機械能守恒定律的理解。

3.細化數據處理講解：在講解數據處理方法時，更加細致地講解每一步的操作，并鼓勵學生多進行練習。

4.設計開放性問題：在課堂提問環節，設計更多開放性問題，引導學生從不同角度思考問題，培養他們的批判性思維。

5.及時反饋與調整：在教學中，及時關注學生的學習情況，并根據學生的反饋調整教學策略。

我相信，通過這些改進措施，我能夠在未來的教學中更好地幫助學生掌握機械能守恒定律，提高他們的物理學習興趣和能力。板書設計①機械能的概念

-動能：\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)

-勢能：重力勢能\(E_p=mgh\)，彈性勢能（具體公式根據實驗或情境）

-機械能：動能+勢能

②機械能守恒定律

-守恒條件：封閉系統，無非保守力做功

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

③機械能守恒的驗證實驗

-實驗目的：驗證機械能守恒定律

-實驗步驟：設置實驗器材，記錄數據，計算動能和勢能，分析結果

-實驗數據記錄表格：位置、高度、速度、動能、勢能、機械能總和

④機械能守恒的應用

-分析物體在運動過程中的機械能變化

-解決涉及動能和勢能轉化的物理問題

-解釋實際生活中的現象，如拋物運動、斜面運動等

⑤機械能與能量守恒定律的關系

-機械能是能量守恒定律的一個具體應用

-能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，只能從一種形式轉化為另一種形式

⑥機械能守恒定律的意義

-揭示能量轉化的規律

-在工程、技術等領域有著廣泛的應用典型例題講解1.例題：

一輛質量為2kg的小車從斜面頂端以初速度5m/s下滑，斜面高度為2m，斜面傾角為30°。不計摩擦力，求小車滑到底部時的速度。

解答：

首先，計算小車在斜面上的重力勢能：

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

由于不計摩擦力，機械能守恒，因此小車滑到底部時的動能等于初始的重力勢能：

\(E_k=E_p=39.2J\)

根據動能公式\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，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.例題：

一彈簧振子從最大位移處開始振動，振幅為0.1m，彈簧勁度系數為100N/m。求振子通過平衡位置時的速度。

解答：

振幅\(A=0.1m\)，彈簧勁度系數\(k=100N/m\)

彈性勢能最大時，即振子處于最大位移處：

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

通過平衡位置時，彈性勢能轉化為動能，機械能守恒：

\(E_k=E_p=0.5J\)

根據動能公式\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，解出速度\(v\)：

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

由于質量\(m\)未知，但我們可以使用振幅和勁度系數來找到速度：

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

為了找到具體的速度，我們需要知道質量\(m\)，但這里我們只需要表達速度與質量的關系。

3.例題：

一物體從高度\(h\)自由下落，不計空氣阻力。求物體落地時的速度。

解答：

根據機械能守恒定律，物體的重力勢能全部轉化為動能：

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

解出速度\(v\)：

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

例如，如果\(h=10m\)，則：

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

4.例題：

一物體從高度\(h\)以初速度\(v_0\)水平拋出，不計空氣阻力。求物體落地時的速度。

解答：

水平方向的速度\(v_x\)保持不變，即\(v_x=v_0\)。

垂直方向的速度\(v_y\)由自由落體運動決定：

\(v_y=gt\)

其中\(t\)是物體下落的時間，可以通過\(h=\frac{1}{2}gt^2\)解出\(t\)：

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

物體落地時的總速度\(v\)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\(h=10m\)，\(v_0=10m/s\)，則：

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

5.例題：

一物體在水平面上以初速度\(v_0\)做勻速直線運動，不計摩擦力。求物體在時間\(t\)后的位置。

解答：

由于物體做勻速直線運動，速度\(v\)保持不變，即\(v=v_0\)。

物體在時間\(t\)后的位置\(s\)可以通過公式\(s=vt\)計算：

\(s=v_0t