交给学生一把自学探究的金钥匙.docx

【教学内容】
高一《物理》第一册第七章第六节“机械能守恒定律”。
【教学过程】
一、创设情境，提出问题
这是一节多媒体辅助教学课。教师首先让学生观看两个实际的动画演示：
1．打桩机重锤下落的情况。
2．公园里“过山车”翻滚的镜头。（加上配音，使学生很快进入了学习的状态，让演示镜头定格到两个静止的抽象的画面，如下图所示。）

（忽视摩擦和空气阻力作用）提出本节课要探究的两个问题：（用投影仪投影出来）
问题一：（1）重锤在自由下落过程中有哪些力做功?（任选A、B两个位置）。（2）减少的重力势能转化成了什么能量，动能增加了多少?（3）根据重力做功与重力势能的关系以及动能定理可以得出什么结论?
问题二：（1）为了确保“过山车”安全翻滚，至少要满足什么条件?（忽视摩擦阻力）（2）假设你是“过山车”的设计者，设计中应考虑哪些主要因素?
问题一是属于利用旧知识迁移推导机械能守恒定律的问题；问题二是利用学到的新知识分析解决实际问题。由于问题来源于生活实际，一下子激发了学生学习的欲望和兴趣，马上就有学生议论开了。
二、学生自学，分组进行探究
学生按学习小组（4～6人为一组），先看书自学，然后对教师提出的两个问题展开了热烈的讨论，并要求把自己小组的探究的结果和思路记录下来，用于同组间互相交流。教师一边巡查，一边加入到同学们的讨论中。这一过程大约用了10分钟左右，就有小组的同学迫不及待地要发表自己小组的意见了。
三、展示小组探究的成果，再次探究和实证
（一）问题一的探究学习活动
师：重锤在下落过程中只有重力做功吗?
生：只有重力做功。
师：为什么?
生：重锤是受重力自由下落，忽略空气阻力。
师：第二个问题，重力势能变化了多少?
生：ΔEp=mgh2-mgh1。
师：重力势能变化跟重力做功有什么关系?请其他同学补充。
生：WG=-ΔEp，WG=mgh1-mgh2
师：注意这里是h1在前，h2在后。第三个问题，减少的重力势能转化成了什么能量?哪个小组回答?
生：转化成了动能。
师：为什么?
生：重锤下落时速度越来越大，高度越来越小。
（通过这样把知识设计为程序式的问题，由学生自学，很顺利地把机械能守恒定律推导出来了。把学生自学与教师作用结合起来，补充了教材“文本”显现方式的不足。）
（二）问题二的探究学习活动
师：哪个小组把你们小组探究解决的方法交上来展现给同学们看?
（很快有几个组的同学都举起手。教师指定一个组，引导学生用实物投影仪，投影到幕上： 。）
师：请问这个小组同学，你们是怎样思考的？给同学们讲讲。
生：过山车要安全翻滚通过圆的最高点时要满足两个条件。一是机械能守恒，二要做匀速圆周运动条件。
师：其他小组同学是不是这样考虑的?这个推导对吗?请其他同学补充。
生：第二个式子错了，应该是N+mg=mv2/r。
师：刚才小组同学为什么会错?
生：过山车是在内则轨道翻滚而不是在外侧轨道翻滚。
师：至少要满足什么条件是什么意思?
生：在最高点速度最小，N=0。
师：从上面两个式子可以推导出，对吗?
生： ，实际上有摩擦阻力。
（接着教师用动画演示过山车翻滚时要满足的条件，加强学生对问题真实情况了解。）
师：如果你是过山车设计者应考虑哪些主要因素？是否把车拖得既高、刺激，又安全?
（台下学生七嘴八舌议论开了，教师也参加到学生讨论中去，过了约5分钟时间。教师组织学生对问题进行深入探究。）
师：第一个要考虑主要因素是什么?
生：。
师：过山车在下落翻滚时有哪些能量转化?
生：有一部分能量转化成热能，摩擦力要做功。
生：h太大，把车拖上去要消耗过多能量。
师：对，还要考虑什么问题?
生：h太大，v增大，N也增大，对车的材料质量要求更高，可能会增加成本。
师：对，这位学生有一定的经济头脑，作为设计者，一定要考虑这些因素，还要考虑哪些因素?
生：h太大，车翻滚后要停下来就更困难，也要消耗能量。
生：h太大，翻滚时v太大，可能很多人不敢乘坐，反而减少了收入。
师：h不能太大，那要多少才恰当？还要考虑哪些条件?
（学生又在下面按小组再进行深入的探究。学生约讨论了3分钟后。）
生：还要具体计算出摩擦力所做的功为多少，才能确定h的大小。

师：怎样计算摩擦力做功为多少，要知道哪些条件?
生：是滑动摩擦力，Wf=fscosθ，f=μN=μmgcosθ（如图3示），θ为斜面的倾角。
师：那翻滚圆周时又怎样计算摩擦力所做的功?这里f是一个什么量?
生：是一个变力。
师：变力做功怎么计算?
（学生一时茫然，学生又在下面开始讨论。）
生：前面阅读材料讲过计算变力做功的知识，在课本第137页就有介绍，如图4所示，AB小段、CD小段的功可以用fscosα计算功，然后把各个小段所做的功加起来，就可以算出整个过程所做的功。

生：这里介绍的是一种解决问题的思维方法。实际上f是不确定，还是不能计算。
师：同学们再想想，还有什么办法可以计算变力做的功?
生：我到黑板说明一下我的想法。看大家是否同意。（学生鼓掌欢迎）
该生计算方法如下：如图5，只要想办法测量出翻滚车直接滑下最低端时的速度v1和经过翻滚第二次到达最低端时的速度v2，根据动能定理，可以计算摩擦力翻滚时所做的功。
师：课本上介绍的方法是直接测量，这位同学想的方法是间接测量，关键是v1、v2怎样测量?
生：高速路上汽车的速度又是怎样测量的?
师：对，这位同学认真开动了脑筋，v1、v2的测量，课后同学们可以查有关资料再作进一步的探究。
师： ，r等于多少？你是设计者，不给出具体的数字，怎样设计?（学生一下子都笑了）
生：r不是题目给出的已知条件吗
师：你是设计者要谁告诉你r等于多少呢?（同学们平时总喜欢解决书本的问题，到了要解决实际的问题，一下子思维还转不过弯来。）
生：r太小不够刺激，r太大的话，h也要大，要怎样才合适？我们不知道从哪些知识去考虑。
（教师用动画演示过山车实际翻滚的画面，让学生观察r的大小情况。）
生：h一定大于2r。
另一组学生回答：“我们小组观察画面大约为h-2r=h/3。（教师再把画面倒回来。让学生再观察，确实有这样的结果。）
师：r是多大还是没有解决，小组再观察。
生：我们认为r大小不是惟一的，可能只要满足h-2r=h/3就可以。
生：r大小由h决定。
生：h大小主要考虑到达最底端时的速度v，h太大、v太大不安全；h太小，不刺激，达不到效果。
生：关键确定v多大为合适。这是解决问题的关键。
师：怎样的速度，人才可以感到既刺激又能承受呢?这方面的知识是我们物理学以外的知识。我也没有这方面的资料，请同学们课后，通过其他途径，再查找这方面的资料，从而确定r多大时才合适。
四、训练与反思
1．知识反思（略）。
2．训练反馈。教师共提供了5道有关机械能守恒定律的练习题，通过课堂训练和反馈，学生完成情况良好。

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