【教学设计】追寻守恒量-能量

第七章机械能及其守恒定律7.1 追寻守恒量-能量课标解读：(1)了解守恒思想的重要性，守恒关系是自然界中十分重要的关系(2)通过具体的事例使学生对守恒观念有初步的认识。

(3)能独立分析伽利略理想斜面实验的能量转换和守恒关系。

(4)理解动能、势能及能量的概念与意义，能列举不同形式的能量可以相互转化并守恒的实例。

能量的概念虽然十分抽象，但在物理学中却十分重要，因为它是一个“守恒量”。

本课是体现新课程理念、具有启发性的一节课，目的是对学生进行方法和观念的教育，使学生了解守恒思想的重要性，体会人类在探索能量概念过程中的不懈追求。

教材分析：“追寻守恒量”主要是观念性教育的内容，目的是对学生进行方法和观念的教育，使学生了解守恒思想的重要性。

它从一个较高的角度入手，给学生一种观点，并希望学生在今后的学习中用这种观点去认识问题。

守恒是自然界普遍遵循的重要基本规律，“能量”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一，究其原因是能量及其守恒的思想与牛顿的力学研究思路有所不同，能量及其守恒的思想从更抽象层次上反映了物质运动和相互作用的本质。

功和能量转化的关系不仅为解决力学问题开辟了一条新的重要途径,同时它也是分析解决电磁学、热学等领域中问题的重要依据.但是学生在能量概念的建立上没有概念基础,所以教材在第一节设立追寻守恒量,旨在让学生对能量能够有清晰的认识.教材从著名物理学家的理论出发,展示伽利略的斜面实验,逐步引导能量的概念建立.继而利用生活中的实例,给出势能和动能的概念.教材具体说明了引入能量概念的必要性.守恒关系是自然界中十分重要的关系,通过本节课的学习,加强学生对守恒关系的认识,并把这种物理思想渗透在能量学习的过程中学情分析：通过初中的学习，学生已经知道能量有各种形式，也初步学习了动能、势能和机械能的概念，这为本节相关问题的探究时直接引用动能、势能概念奠定了基础，通过初中的学习，学生了解了各种能量间可以互相转化以及机械能守恒的观点，这可能使学生在进行本节相关问题的探究时，对猜想有了定向，教师在教学中既要利用好这种定向，又要避免由于这一定向可能带来的对思维的束缚。

能量转化与守恒规律虽然是适合各个领域的普遍关系，规律本身与规律的发现过程具有丰富的内涵，但考虑到学生的基础，本节课的教学内容宜限定在学生比较容易理解和接受的机械能范围，对规律本身与规律发现过程丰富的内涵的发掘与阐述也应充分考虑学生能够理解与体会的程度。

教学目标：1、知识与技能（1）领悟伽利略理想斜面实验中的转化和守恒的事实；（2）理解能量这个物理量及动能、势能的物理意义；（3）独立分析伽利略理想斜面实验的能量转换和守恒关系；（4）除伽利略理想斜面实验以外，能列举出其它动能与势能相互转化和守恒的实例；（5）能够列举出不同形式的能量可以互相转化并可能守恒；（6）理解能量转化与守恒是一种重要的自然规律，激发学生产生用这一规律解决问题的意识。

2、过程与方法（1）体会伽利略分析问题的精妙，学习他能分析出事物本质的方法；（2）体会费恩曼所说话的深刻内涵，体会转化与守恒的普遍性。

3、情感、态度、价值观（1）体会大自然的多样性和科学概念的概括性，激发对自然现象的探究欲望和对科学知识的崇尚精神。

（2）体会物理规律分析问题的简洁之美。

教学重点：理解动能、势能的含义，体会能量转化、守恒的普遍存在性。

教学难点：培养创新能力，使学生在发现了能量转化、守恒的普遍存在性后，能马上意识到这里面存在的巨大的使用前景（就象商人看到了商机）。

教学用具：多媒体课件、实物投影系统一套，学案36教学过程：同学们，这节课我们学习第七章《机械能守恒定律》第一节《追寻守恒量》生活中的守恒量、情景一：先看事例：1、两个同学下象棋,不小心棋盘被打翻了,收拾后发现少了三颗棋子，两位同学就开始找,一会儿在墙边找到一颗，又过了一会儿在书缝隙找到一颗，还少一颗，两位同学继续找呀找，终于在较远处的角落找到了,问支撑两位同学继续寻找的信念是什么？本节课的主要任务是“追”——守恒量“寻”——哪个量是守恒量生活中的守恒量、情景二：2、正常的水表连在自来水管道中，总表的读数应该等于各分表读数的总和，这就是守恒关系，若发现读数不相等了，你会怎么想？是否守恒关系不成立了呢？物理学中的守恒量、情景一：1、有一次，爱迪生把一只灯泡（还没有制成成品）交给他的助手阿普顿，让他计算出这只灯泡的体积是多少。

阿普顿是普林斯顿大学数学系的毕业生，又去德国深造了一年，数学程度相当不错，他拿着这只梨形的灯泡，打量了好半天，又特地找来皮尺，上下量了尺寸，画了剖视图、立体图，还列了一道又一道的算式。

一个小时过去了，爱迪生着急了，走近一看，在阿普顿面前，好几张白纸上写满了密密麻麻的算式。

思考与讨论：（1）爱迪生是怎样测出灯泡体积的？（2）爱迪生测量灯泡体积的原理是什么？2、在一个盛水的容器内放入一块冰。

不考虑水的热膨胀，在冰的融解过程中，容器内的水位会升高还是降低？为什么？物理学的任务是发现普遍的自然规律。

因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变性，所以对于守恒量的寻求不仅是合理的，而且也是极为重要的研究方向。

--------诺贝尔物理学奖获得者劳厄物理学规律、甚至是普遍的自然规律，在结构上通常有两种最基本的形式，第一、形如“X=Y”而揭示因果关系的规律;第二、形如“X=X”而表现守恒特征的规律.3、伽利略的理想斜面（学生分析实验）先学生自己复述实验内容让小球沿一个斜面从静止开始滚下，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。

减小后一斜面的倾角，小球在这个斜面上仍达到同一高度，但这时他要滚得远些。

继续减小后一斜面的倾角，小球达到同一高度，但滚得更远些，若将后一斜面放平，由于球永远达不到原来的高度，所以将永远滚动下去。

（师总结）伽利略在分析理想斜面实验时，除了得出：运动不需要力来维持的结论外，他还注意到实验中反映出一个转化与守恒的事实（或思想）。

对伽利略理想斜面实验的初步分析（出示问题）提问1：猜一猜他看出的转化的事实是什么？（高度与速度，还要具体说一下，如下滑时高度转化为速度等，若有人直接说出势能与动能，则指出伽利略时代还没有这两个概念）提问2：猜一猜他看出的守恒的事实是什么？（一个与高度有关的量和一个与速度有关的量之和守恒，若回答出势能、动能之和守恒，引导同上，若回答出高度与速度之和守恒，引导出这是描述物体运动的两个不同概念，单位都不一样，无法相加）3、实验总结（1）、在伽利略斜面实验中，将小球提高到起始点的高度时，小球被赋予一种形式的能量——势能。

相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能势能分为重力势能和弹性势能。

举例说明。

（2）、在伽利略斜面实验中，释放小球后，小球开始运动，获得速度，小球被赋予一种形式的能量——动能物体由于运动而具有的能量叫做动能。

举例说明。

（3）、机械能：动能与势能的总和小球下降时，势能减小，动能增加小球上升时，动能减小，势能增加；小球上升和下降时，动能＋势能的和（即机械能）不变。

通过以上实验我们可以观察到斜面上的小球、单摆中的小球、碰撞中的小球好像“记得”自己起始的高度（或与高度相关的某个量）。

后来的物理学家把这一事实说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫做能量或能。

“有一个事实，如果你愿意，也可以说一条定律，支配着至今所知的一切自然现象……这条定律称做能量守恒定律。

它指出某一个量，我们把它称为能量，在自然界经历的多种多样的变化中它不变化。

那是一个最抽象的概念……”——诺贝尔物理学奖获得者费恩曼自然界中的能量无处不在，存在各种不同的形式——如：机械能(动能和势能)、内能、电能、化学能、核能等等，各种不同形式的能量可以相互转化，在转化过程中遵从能量守恒这个基本原理，本章后面几节我们引入了功和能(动能、势能)等重要物理量和动能定理、机械能守恒定律等重要规律，为我们解决力学问题开辟了新的途径．（4）想一想从“力”的角度分析伽利略斜面实验的运动过程，有何不足之处？学生答：不能表达和解释一个重要的事实：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确的终止于同它开始点相同的高度，决不会更高一点，也决不会更低一点。

这说明某种“东西”在小球运动过程中是不变的，这个“东西”就是能量。

4、“追寻守恒量”的意义（1）可行性：物质在运动变化过程中存在守恒量。

（2）重要性：物质在运动变化过程中都要满足一定的守恒定律。

板书设计：7.1追寻守恒量课后作业1．在伽利略的斜面理想实验中（斜面光滑），以下说法正确的是( ) A．小球从A到B运动的过程动能保持不变B．小球从A到B运动的过程势能减少C．只有小球从B到C运动的过程中动能和势能的总和不变D．小球在斜面上运动的最大距离等于AB2．下列实例中,动能转化为势能的是( ) Array A．竖直上抛的正在上升的石块.B．上紧发条的玩具汽车正在行驶.C．从高处下落的乒乓球D．从斜槽上滚下的钢珠3．关于伽利略的斜面实验,以下说法正确的（）A．无论斜面是否光滑,小球滚上的高度一定与释放的高度相同.B．实际上,小球滚上的高度会比释放的高度要小一些.C．只有在斜面绝对光滑的理想条件下,小球滚上的高度才与释放的高度相同.D．伽利略的斜面理想实验反映了在小球的运动过程中存在某个守恒量.4. 关于能量概念的说法正确的是( )A．能量的概念是牛顿首先提出的一个力学概念.B．能量的概念是伽利略提出的,并用斜面理想实验来验证能量的存在.C．人们从伽利略的斜面实验得到启发,认识到引入能量概念的重要性.D．以上说法都不正确.参考答案：1.B 2.A 3.BCD 4.C。