高中物理必修二第8章《機械能守恒定律》單元教學設計及案例分析《物理學科課程標準》對此部分的要求2.1.1理解功和功率。了解生產生活中常見機械的功率大小及其意義。例1分析物體移動的方向與所受力的方句不在一條直線上時，該力所做的功。例2分析汽車發動機的功率一定時，牽引力與速度的關系。2.1.2理解動能和動能定理。能用動能定理解釋生產生活中的現象。例3根據牛頓第二定律推導出動能定理。21.3理解重力勢能，知道重力勢能的變化與重力做功的關系。定性了解彈性勢能。2.1.4通過實驗，驗證機械能守恒定律。理解機械能守恒定律，體會守恒觀念對認識物理規律的重要性。能用機械能守恒定律分析生產生活中的有關問題。活動建議

通過查閱資料、訪問有關部門，收集汽車剎車距離與車速關系的教據，用動能定理進行解釋。一、《機械能守恒定律》單元教學設計指導思想

本單元圍繞能量這個物理核心觀念展開，通過對重力做功、彈力（彈簧）做功、合力做功的推理演繹，引出勢能、動能，進而建立“功是能量變化的量度”的定量觀念，再通過推理演繹得出機械能守恒定律，同時挖掘極限思想、微元法等思想方法，促進學生深度思考，形成基本的能量觀，讓學生對守恒這個科學本質有一定了解，為學生成長奠定基礎。二、《機械能守恒定律》單元教學教學內容分析1.本單元的知識結構圖2.本單元蘊含的學科方法功與功率：等效替代、極限思想、模型建構重力勢能：抽象概括、微元方法動能和動能定理：演繹推理、微元方法機械能守恒定律：推理演繹、能量觀念、守恒思想驗證機械能守恒定律：模型建構、科學論證、科學探究三、《機械能守恒定律》單元學情分析1.物理觀念:學生在初中對功、功率、做功的兩個要素、能量等都有一定的認識，對動能和勢能之間的相互轉化、對守恒思想有一些了解，但對能量的定量表達，對能量守恒的定量表述還不清楚，“功是能量轉化的量度”、“守恒思想”有模糊的印象，清晰的物理觀念尚未建立，進而運用功能關系、守恒思想處理分析實際問題存在非常大的挑戰。2.科學思維:學生能比較熟練的運動和相互作用的觀念分析解決問題,對運用極限思想、微元方法等研究方法有基礎。

本章以功的計算為基礎，通過推導定義重力勢能、動能，理解功是能量轉化的量度，以此為基礎，通過研究動能和勢能的相互轉化，推理得出機械能守恒定律，對學生的抽象思維、理解能力、推理演繹等要求比較高。

利用動能定理、機械能守恒解決問題是一種方法上的更新，從熟悉的動力學解決問題轉換過來，對學生是個挑戰，因此要適時的展示能量方法處理問題的優越性。同時能量觀點解決問題關注過程和初末狀態，對學生的思維深度要求比較高，功、能容易混淆，造成學習困難，通過明確的步驟讓學生有抓手，進而降低思維難度。3.科學探究:學生對高中實驗已經有所涉獵，能比較熟練地使用打點計時器，具有比較好的實驗操作能力和數據分析能力，能夠用圖像法處理數據。有一定的實驗探究能力，對理論探究接觸少，較為陌生，可以通過本章的學習讓學生熟悉。4.科學態度和責任:本章的學習可以讓學生很好地認識到推理演繹和實驗探究的完美結合，通過對學史的介紹讓學生認識到任何一個科學規律的得出都不是一蹴而就的，需要很多科學家的接續努力。通過本章學習，讓學生對科學本質（守恒思想）有了解，埋下守恒觀念的種子。四、《機械能守恒定律》單元教學目標1. 初步建立能量觀念。包括建立功、功率、重力勢能、彈性勢能、動能、機械能的概念；通過分析重力做功、合力做功與對應能量變化的關系，讓學生經歷從特殊到一般的探究過程，初步建立功是能量轉化的量度的觀念；通過理論探究和實驗驗證，建立機械能守恒，形成能量守恒觀念。2.體會演繹推理、微元法等學科方法。包括以勻變速直線運動為基礎，通過牛頓第二定律推導動能定理，再通過微元法推廣到一般運動過程；通過分析物體沿直線運動中重力做功，再到用微元法分析物體沿曲線運動重力做功，得出重力做功與路徑無關；通過動能定理、重力做功與重力勢能的關系推理得出機械能守恒定律，通過實驗驗證機械能守恒定律，進而建立守恒思想。3.形成用能量方法處理問題的大思路。包括解決問題時關注狀態和過程，了解能量方法處理問題的特點和優越性；了解動能定理的普適性和機械能守恒定律的條件；理解功能關系和守恒思想的具體應用過程和步驟；愿意從功能關系的視角分析能量的轉化。五、《機械能守恒定律》主要教學活動設計1.通過概念進階逐步建立功的概念功的起源（歷史起源、能量的轉化與做功緊密相連）如何計算功？F、l同方向時，W=Fl；F、l相互垂直時，W=0；當F、l有一定夾角時，利用分解,可以得出功的表達W=Flcosθ。其中l是作用點的位移。θ不同，功的正負不同，功有正負之分。通過計算并發現各個力的功和合力的功的關系，得出功是標量。會計算合力的功：各力做功之和，也等于合力的功。以子彈射入木塊為例，區分作用點的改變和作用點的位移。相互作用力的功不一定互為相反數。變力做功的計算：微元思想，小量求和，示功圖（F—x圖）。功是能量轉化的量度。2.通過演繹推理和微元思想，科學建立能量概念和功能關系（以重力勢能的建立為例）（1）結合課前問題，引出重力勢能的研究離不開重力做功？（2）研究不同圖景中重力做功。（3）利用微元思想研究曲線運動中重力做功特點。（4）得出結論：重力做功與路徑無關，與物體的起末位置的高度差有關。即WG=mg?h。（5）建立和始末位置的直接聯系：即WG=mgh1-mgh2。3.在不同的模型中，通過演繹推理，建立守恒思想（以機械能守恒定律為例）（1）認識物體在不同運動過程中勢能和動能的轉化，提出問題：這些過程中動能的變化量與勢能的變化量有什么關系呢？（2）研究物體沿光滑曲面運動過程中動能和勢能的變化，進行推理。（3）研究單擺運動過程中的動能和勢能的變化，進行推理。此過程中物體受重力、拉力，只有重力做功，所以:此過程雖然受到拉力，但拉力不做功，只有重力做功，動能的增量也等于勢能的減少量。（4）得出守恒條件，建立守恒思想。4.通過實驗驗證機械能守恒定律（1）創設滿足機械能守恒定律的情景。自由落體減小阻力影響：紙帶豎直穿過限位空，使用密度比較大的重錘。（2）物理量測量及定律的驗證。（3）常見學生疑問：自由落體：紙帶選擇：第一個點與第二個點之間的間隔約為2mm；任意找兩點A、B，分別測出兩點的速度大小vA、vB以及兩點之間的距離d。滿足下面的表達即可證明：測出某個計數點的速度：；不能使用能不能通過驗證加速度是否為g來驗證？六、課時教學設計案例——以《動能和動能定理》為例

任務一：觀看、提出問題：

這兩個過程哪個過程中阻力做功多呢？外力做功速度變化

任務二：建立模型，確定研究過程：

物理中研究問題往往先從最普遍、最簡單的圖景或者模型入手，物體在什么樣的外力作用下是最簡單的？速度發生怎樣的變化是比較簡單的？——在恒力作用下，物體沿直線運動，速度從v1變為v2。

任務三：演繹推理，逐步深入：

（1）在光滑水平面上，質量m的物體，在恒定外力作用下，經過一段水平位移，速度從v1變為到v2，外力做了多少功？FFNmgNmg

（2）如果在粗糙的水平面呢？FFNmgNmgff

（3）如果在變化的外力作用下呢？沿直線運動，速度從vA變為到vB，外力做了多少功？FAFBNmgNmgvAvB12n-1ABvAvBvAvB…12n-1ABvAvBvAvB……（4）如果物體沿曲線從A運動到B，外力又做了多少功？（5）類比遷移

任務四：建立概念和規律：

一、動能：

物體因運動而具有的能量（1）（2）單位：J（3）動能