4.5 机械能守恒定律 教学设计 -2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦《机械能守恒定律》核心知识点，通过播放滑草与滑梯视频复习动能势能转化，演示铁球碰鼻实验设疑，衔接功、动能、动能定理等前备知识，搭建“提出问题-实验探究-理论分析”的学习支架。 特色亮点在于采用探究式教学，通过实验探究定量分析自由下落过程机械能变化，理论探究定性分析弹簧压缩、蹦极运动中能量转化，培养科学探究能力与科学思维，结合生活实例和学生实验帮助理解守恒条件，提升教师教学效率，突出重点突破难点。

《机械能守恒定律》的教学设计 四川省眉山车城中学 廖珍均 新课程理念强调从生活走进物理，从物理走向社会，注重保护探索兴趣；强调知识的构建过程，注重培养物理实验、科学探究能力；强调基础知识的学习，方法的培养，注重物理学核心概念的建立。根据我对双新背景下新课程理念的体会和多年来物理教学中的感悟，采用探究式教学方法，从教材分析、教法分析、学法指导、过程分析、教学反思五个方面对教科版普通高中课程标准实验教科书（教科版）物理必修二第四章第五节《机械能守恒定律》进行教学设计。 一、教材分析 （一）教材的地位和作用 机械能守恒定律是普遍的能量守恒与转化定律的一种特殊情况，是高中学生对能量转化和守恒的初步认识。在本节内容前，依次安排了“功、势能、动能、动能定理”的内容，因为这些概念和规律是学习机械能守恒定律的准备知识。本节内容与本章的各节内容有紧密的逻辑关系，是全章知识链中的核心，起着承前启后的作用，不仅为以后的能量守恒与转化定律的学习奠定基础，也为学生解决实际的能源问题提供了一种依据。新的教科版更加突出学生对活动的体验，“观察思考”、“实验探究”、“理论探究”、“活动”等板块的设置，既有利于培养学生的演绎推理能力、分析归纳能力，又有利于领悟物理学研究方法，从而提升学生的科学素养，不仅对学好物理有重要意义，对学习其它自然科学知识也有很重要的意义。 （二）教材处理 机械能守恒定律的描述是：“在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能会发生相互转化，但机械能的总量保持不变。”本节教材仅以平抛运动为例，就直接得出了机械能守恒定律，我认为对学生掌握知识、训练思维和发展能力不够。为了使学生充分理解机械能守恒定律，我设计了一个实验探究（定量分析物体自由下落过程中机械能变化特点及力做功的关系）和理论探究（定性分析物体压缩弹簧过程中机械能变化特点及力做功的关系），将本节设计为探究性课题，让学生通过实验探究定量分析、理论探究定性分析科学归纳出机械能守恒定律。本节分2课时完成新课教学（第一课时主要是机械能守恒定律的建立、含义的理解和适用条件推导；第二课时主要是机械能守恒定律的实际应用）。这是第一课时的教学设计。 （三）教学目标 依据课程标准，确定学科核心素养下的教学目标： （1）．通过机械能守恒定律的建立，理解机械能守恒定律的内容、表达式及适用条件，体验科学探究的过程与方法，培养探究自然规律的科学态度。 （2）．通过运用反馈体会机械能守恒定律在生产和生活中的简单运用，领悟运用机械能守恒定律解决问题的优点，建立用“转化”和“守恒”的思想去思考问题。 （四）教学重点和难点 因为机械能守恒定律的内容是：“在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能会发生相互转化，但机械能的总量保持不变”，研究对象是系统，适用条件是系统内只有重力或弹力做功；教材在机械能守恒定律的建立及应用举例中，均以单一物体为研究对象，而在处理实际问题时，却常是系统类问题，此时运用机械能守恒定律比动能定理更方便且更为广泛；学生在初中也已经对机械能守恒定律有一定的了解。所以本节课的教学重点设为： 1、学生对探究过程（机械能守恒定律的建立过程）的体验。 2、通过探究加深对机械能守恒定律的理解。 因为学生通过前面的学习，已经习惯于从力的角度来分析问题，容易把“只有重力或弹力做功”理解为“只受重力或弹力做功”，导致对机械能守恒定律的错误理解。所以本节课的教学难点我认为是： 判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒。 二、教法分析 新课程理念强调“注重学生的发展，注重从生活走向物理，从物理走向社会，提倡科学探究”，所以，教学中应体现“教师主导、学生主体”的教学原则，注重学生对过程的体验。在本节课中，我设计了两个体验过程：一是定量分析自由落体运动过程中系统机械能遵循的规律；二是定性分析物体压缩弹簧过程中系统机械能遵循的规律；无论是问题情景的创设还是对问题的探究，都注重充分调动学生积极性，鼓励学生发表自己的见解、提出自己的问题，提倡学生的合作交流，努力创造条件让尽量多的学生参与。所以： 本节课我首先采用了实验演示法进行教学，让学生采用观察法从初中的知识和方法基础出发，分析熟悉的实例（滑草与滑梯）中动能与势能之间的相互转化，再由老师与学生共同完成一个具有惊险性的演示：铁球碰鼻。借此提出本节课的学习任务：通过具体实例探究物体及物体系机械能遵循的规律，并利用做功与能量变化的关系得出满足规律的条件。然后综合采用实验法、讨论法、小组合作探究法让学生通过实验探究定量分析和理论探究定性分析获得机械能守恒定律的关联体验。这样设计，层层递进，过渡自然。接着采用讲授法，科学归纳出机械能守恒定律。最后通过习题，让学生练习机械能守恒定律的简单应用。与此同时，结合学生过程性评价记录表，及时把握学生情况、调节课堂节奏，力求达到最优化的教学效果，突出重点、突破难点。 三、学法指导 （一）学情分析 学生在学习本节内容之前，在初中已经学习过动能、势能、机械能的基本概念，对机械能守恒定律有一定的了解；在高中又进一步深入、系统的学习了有关势能和动能的知识，同时已经较扎实地掌握了动力学的分析方法，知道直线运动、曲线运动的处理方法，已经完全具备进一步研究和学习机械能守恒定律的能力。利用动能定理推导出机械能守恒难度不大，但从功能关系分析机械能守恒定律的适用条件就要求学生具有一定的分析归纳能力，用能量转化和守恒的观点解释物理现象的能力也需进一步培养和提高。 （二）引导学生自我建构学习方法 结合学情分析，引导学生采用自我建构的学习方法，在具体的物理情景及老师的引导下进行探究式学习，让学生观察实验、实验探究、理论探究，用已掌握的知识进行探究式的演绎推理、学会思考与分析，体现由物及理的基本方法。为使学生更好地进行建构，通过设疑、启发、交流，让学生的思维活跃而趋于有致，在探究过程中体验发现和成功的喜悦。所以，我引导学生主要用实验法、探究法、合作法（小组合作学习共同攻克重点，师生合作学习共同攻克难点）进行学习的自我建构学习方法。 4、 过程分析 1. 流程图 ( 营造问题情境 提出问题 (5分钟) 开始 观看视频，复习巩固 演示实验， 激发探究欲望 解决问题 (23分钟） 定量分析 理论探究：系统内只有弹力做功和系统内既有重力做功又有弹力做功， 系统 机械能守恒 定性分析 实验探究： 物体自由下落过程中机械能变化特点及力做功的关系。只有重力做功， 系统 机械能守恒 提出核心问题： 通过具体实例探究物体及物体系机械能遵循的规律，并利用做功与能量变化的关系得出满足规律的条件。 归纳提升 (5分钟) 总结提炼：知识、方法 启发思维、培养能力 明白学习任务 运用反馈 (5分钟) 课堂小结、布置作业 结束 教学反馈 知识运用、反馈 课堂小结 (2分钟) ) 2、具体教学过程 基于以上分析，为使本堂课围绕重点、突破难点，让学生在课堂教学中知识、能力和方法得到提高，我设计如下的教学过程。 教学过程 教师活动 学生活动 设计意图 提出问题（约5分钟） 营造问题情境 播放视频：滑草与滑梯 学生观看物理过程，分析这些过程中动能和势能的转化 复习 巩固 演示实验：如图，把悬挂重球拉至实验者鼻尖由静止释放，实验者立于原位不动，金属球会不会碰到鼻子？为什么？ 观察实验、思考。（用长线、重球夸张一点，激发兴趣） 引起思考。 以惊激趣激发探究欲望 提出 核心 问题 问题内容：通过具体实例探究物体及物体系机械能遵循的规律，并利用做功与能量变化的关系得出满足规律的条件。 明确本节课的核心任务，开始思考，跃跃欲试 明白任务，初认识容易 解 决 问 题 （约23分钟） 实验探究（体验 一） ●出示猜测性问题：物体自由下落过程中机械能变化特点？ ●发现问题 定量分析 只有重力做功系统机械能守恒，注重学生体验探过程 ●作出假设:提出猜想 ●布置实验任务 ●设计实验:原理、实验器材、实验步骤、数据记录表格 ●提示、个别指导 ●进行实验：分组实验操作、数据记录 ●提示、个别指导 ●得出结论：小组交流、共识 ●引导学生领悟实验探究方法，重视探索新知的经历；渗透物理思想，培养科学态度。 ●引导从功能关系分析该例为什么物体在运动过程中机械能守恒？从而得出机械能守恒的条件。 ●讨论交流、展示 如果只有重力做功，物体与地球组成的系统机械能的总量保持不变。 提升学生的科学素养 理论探究（体验二） 1、通过功能关系定性分析如果光滑水平面上物体以一定初速度压缩弹簧。压缩过程中什么力做功？系统伴随怎样的能量转化？同样是机械能内部转化，那它们两个的机械能总量呢？ 思考，不难得出：只有系统内弹簧弹力做功，弹性势能与动能转化，只是在机械能内部转化，故机械能总量也守恒 只有系统内只有弹力做功 难度低 2、播放视频：蹦极运动。定性分析物体、地球、弹簧组成的系统伴随的能量转化如何？系统机械能总量如何变化？为什么物体在运动过程中机械能会守恒？（演示：带弹簧的圆珠笔竖直方向上弹起、玩具模型，体现物理走向社会） 思考，容易得出：只有动能、重力势能、弹性势能三者相互转化，仍然是在机械能内部转化，所以机械能总量也守恒。 系统内既有重力做功又弹力做功 归纳提升 （约5分钟） 1、反思提升知识 小结机械能守恒定律的内容、研究对象、表达式及适用条件。 2、反思提升方法 勇于突破原有的思维进行创造性思维 学生在获得机械能守恒的关联体验的基础上，听教师规范表述相关概念，规律。 条理逐渐清晰。 获得自我肯定 总结提炼，培养学生分析、归纳能力 运用反馈 （约5分钟） 分析下列情况（除A外都不计空气阻力），下机械能是否守恒？ A.跳伞员利用降落伞在空气中匀速下落。 B.抛出的手榴弹在空中运动。 C.用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升。 D.用细绳（不可伸长）拴着一个小球，使小球在竖直平面内做圆周运动。 巡视、个别辅导， 学生独立完成 教学反馈，检测学生掌握的情况，体会机械能守恒定律的实际运用 激励性评价、引导，小结。 交流、参与评析 课堂小结 （2分钟） 小结/布置作业： 1.完成过程性评价记录表 2.课本72页 理论探究 学生课后独立完成 巩固训练 五、学习评价 通过学生过程性评价记录表（附件）把握学习效果，调节课堂节奏。 六、板书设计 ( 第五节、机械能守恒定律 一、核心问题：学习目标 通过具体实例探究物体及物体系机械能遵循的规律，并利用功与能量变化的关系得出满足规律的条件。 机械能的组成：动能 重力势能 弹性势能 不同形式的机械能可以相互转化 二、探究活动：建构知识 1、只有重力做功时，物体的动能与重力势能相互转化，物体与地球组成的 系统 机械能守恒 2、只有系统内弹力做功时， 系统 机械能守恒 3、系统内既有重力做功又有弹力做功， 系统 机械能守恒 三、归纳提升： 1、知识：机械能守恒定律 (1)、内容： (2)、研究对象： (3)、表达式： (4)、适用条件： 2、方法：实验探究过程、方法 四、运用反馈： ) 新课程标准要求学生在学习物理的过程中不仅需要学到物理知识，提高科学文化素质，而且需要培养实验技能，探究问题的能力。教学中结合大量学生熟悉的生活实例（如滑草与滑梯、自由落体运动），利用学生身边的日常器具（如带弹簧的圆珠笔、带弹簧的玩具等）展开探究，让学生参与实验，使教学贴近学生生活，联系社会实际；教学中变验证型实验为探究性实验，设置恰当的探究点，注重了知识与技能的循序渐进的教学，注重了过程与方法的教学，充分展示了学生的主体地位，更进一步体现了注重学生体验的理念，更加重视学生已有知识和经验、现实生活体验、现实世界体验。 但如何在有限的课堂时间内进行实效的探究活动还需在实践中深入研究和探索。 ( 附件1 ) 学生过程性评价记录表 记录时间： 年 月 日 学 校： 年 级： 班 级： 学 号： 姓 名： 学 科： 课题内容：第 章 节： 观看实验：如图所示，把悬挂重球拉至鼻尖由静止释放，实验者立于原位不动。 观察与思考： 1、金属球会不会碰到鼻子？为什么？ 2、金属球在摆动过程中动能与重力势能是怎样变化的？ ★提出问题：本节的核心问题是： ★解决问题： 一、【实验探究】：定量分析物体自由下落过程中机械能变化特点及力做功的关系。 1、提出问题： 2、作出假设： 3、设计实验： （1）实验原理： （2）实验器材： （3）实验步骤： （4）实验数据记录表格： 4、进行实验： 实验数据记录及分析 5、得出结论： 二、【理论探究】 1、光滑水平面上物体以一定初速度压缩弹簧。请通过功能关系定性分析：压缩过程中什么力做功？伴随的怎样的能量转化？那它们两个的机械能总量如何呢？ ( V ) 2、视频2：蹦极运动。请通过功能关系定性分析：在系统内伴随的能量转化如何？系统机械能总量如何变化？分析该例为什么物体在运动过程中会机械能守恒？ ★归纳提升： 1、机械能守恒定律 （1）、内容： （2）、表达式： （3）、研究对象： （4）、适用条件： 2、实验探究的基本方法： ★运用反馈： 下列实例中（除A外都不计空气阻力），分析下列情况下机械能是否守恒？ A.跳伞员利用降落伞在空气中匀速下落。 B.抛出的手榴弹在空中运动。 C.用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升。 D.用细绳（不可伸长）拴着一个小球，使小球在竖直平面内做圆周运动。 过程性评价结果 ( 一、自我评价： 1 . 本节课学到什么知识？ 2 . 本节课学到什么方法？ 3 . 对本节课学习有何体会？ 二、小组互评： 三、教师评价： ) 4 学科网（北京）股份有限公司 $