注重学生体验促进学生教学_机械能守恒定律论文

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机械能守恒定律的教学安排一般分为3课时,第1课时一般为机械能守恒定律的得出与应用机械能守恒定律的解题步骤;第2课时一般为单个物体的曲线运动与机械能守恒定律相结合问题,第3课时一般为多个物体的机械能守恒问题。本文以第3课时的教学为例,以期达到学生掌握系统机械能守恒定律的表达形式,比较机械能守恒定律与动能定理的特点,学会在多物体系统,多过程问题中应用机械能守恒定律。在教学中注重学生体验,让学生自己构建知识体系,更好的促进课堂教学。

一、复习知识,学以致用

师:在前面两节学习的基础上,复习机械能守恒定律的内容与守恒条件。

(生)1.在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能可以相互转化,而总的机械能保持不变。

(生)2.守恒条件:只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可以相互转化。

(师总结):守恒条件有两层含义:前半句“只有重力或弹力做功的物体系统内”是从做功角度判断是否守恒,当系统内只有重力、弹力做功;无其他内力做功、无外力做功或其他力总功为0,系统机械能守恒。后半句“动能与势能相互转化”从能量角度判断是否守恒,当系统内只有动能和势能的相互转化,无其他能量参与转化;同时与系统外也无能量交换,系统机械能守恒。

师:回顾机械能守恒定律的表达形式。

(师总结):第一种表达式强调了机械能总量保持不变,从守恒的角度来理解机械能守恒定律。第二种表达式强调了动能和势能之间转化的量的关系,从能量转化的角度来理解机械能守恒定律。

二、典型问题,总结规律

在知识复习的基础上进行新课教学:

例1 如图1所示,质量分别为3kg和5kg的物体A、B,用轻绳连接跨在一定滑轮两侧,轻绳正好拉直,且A物体底面接触地面,B物体距地面0.8m,求:放开B物体,当B物体着地时,A物体的速度是多少?B物体着地后A物体还能上升多高?

本题意图:一是进一步熟悉巩固应用机械能守恒定律时的系统选择问题,二是让学生在自己的体会下得出机械能守恒定律的另外一种表达形式。

1.引导分析,判断守恒

从释放B物体,到B物体着地前瞬间:

发现单独对AB研究都不满足机械能守恒定律的条件。对学生进行引导分析AB构成的系统进行研究,满足机械能守恒的条件。

对AB构成的系统有:

从而让学生可以进一步解决该问题。

2.学生体验,得出结论

既然单独对AB两物体研究,机械能均不守恒,那么AB物体的机械能变化了多少呢?

教师总结提升:第三种表达式强调了机械能在两个物体之间转移的量的关系,从能量转移的角度来理解机械能守恒定律。

三、小试牛刀,比较优劣

例2 如图2所示,长为2l的轻杆OB,O端装有转轴,B端固定一个质量为m的小球B,OB中点A固定一个质量为m的小球A。若OB杆从水平位置静止开始释放转到竖直位置的过程中,求(1)A、B球摆到最低点的速度大小各是多少?(2)轻杆对A、B球各做功多少?(3)轻杆对A、B球所做的总功为多少?

本题意图:(1)再次巩固机械能守恒定律的条件判断与系统选择;(2)通过本题让学生自己体会机械能守恒定律与动能定理的各有所长。

1.归缪求真,思维缜密

首先引导学生对AB单独判断是否机械能守恒,很多同学都陷入这样一个误区,即对AB单独而言机械能都守恒,则有以下的结论:

从能量角度来判断守恒,对AB系统,整个过程中只有动能与势能之间的相互转化,因而AB系统满足机械能守恒定律。

学生由此可以从理论上理解,对AB物体单独研究,不满足机械能守恒的条件。

(3)轻杆对A、B球所做的总功为多少?学生由此可以从理论上理解,对AB物体系统研究,满足机械能守恒。

2.实验体验,验证理论

实验上是否有现象支持和验证理论上的计算,演示实验:用一个杆上固定两个小球演示实验,会发现杆和小球依次经历1、2、3的位置直到最低点的位置,如下页图3所示。那么两球之问的这段杆到底如何作用的呢,为了更方便模拟,采用两段杆与小球连接的模型进行模拟,如下页图4所示,发现杆和小球会依次经历4、5、6三个位置。月球某种意义上总是滞后A球,杆对A球的运动总是阻碍其运动,对月球的作用总是促进其运动。

从实验上来看,虽然B球的速度大于A球,但杆的作用仍然是使其更快的运动。学生通过实验观察一目了然,对知识的理解更加透彻。此时再适时提问“能否用等效重心来处理类似问题呢?”学生用等效重心进行计算,自然比较出问题,“为什么不能用等效重心来处理呢?”学生会得出动能是主要原因。

3.对比比较,酌情选择

在本题的第一问求解中,学生体会应用机械能守恒定律与动能定理,哪一种方法更方便,学生回顾刚刚的求解过程自然会得出在这类题目中机械能守恒定律更为方便。此时教师适时点拨,对系统而言,一般无需考虑其内部具体的做功多少问题,仅考虑能量如何转化,应用机械能守恒定律可回避不确定的功的问题,较为方便。对于单个物体,直接应用动能定理,可以回避由机械能守恒定律所带来的0势能面的选定以及多种表达式的选择问题,因而更为方便。学生对机械能守恒定律与动能定理的比较,得出以下结论:

(1)对系统而言,一般机械能守恒比较方便,可避免很多不确定问题。

(2)对单个物体而言,一般选用动能定理。

四、多个系统,巧妙选择

例3 已知A、B、C三小球质量均为m,用长均为L的细线相连后于高为h的光滑桌面上,已知L>h,C球恰在桌边外,且桌边有光滑挡板,使小球离开桌面后只能向下运动,如图5所示,静止起释放它们,小球落地后都不再弹起,求小球A落地时速度大小。

本题意图:(1)巩固强化学生对机械能守恒定律的条件判断与系统选择的掌握程度;(2)使学生认识通过本题的求解,理解很多系统整体不满足机械能守恒定律,但系统中的部分物体满足;很多问题整个过程不满足机械能守恒定律,但运动过程中的某一段满足。

通过学生求解,引导学生自己总结:有时系统的机械能不守恒,但系统内部分物体机械能守恒,也可能是运动过程的某一段机械能守恒。

教师引导学生总结“在应用机械能守恒定律时,我们最需要关注那些问题?”学生讨论得出“第一关注系统的选择,第二关注机械能守恒的条件的判断。”

五、学生回顾,总结提升

最后引导学生自己总结本节学习了哪些问题:

(1)若一个系统满足机械能守恒,系统内只有AB两个物体,则A物体增加的机械能大小等于B物体减小的机械能,即机械能守恒定律的第三种表达形式:

(2)机械能守恒定律与动能定理的优缺点比较:

①对系统而言,一般机械能守恒比较方便,可避免很多不确定问题。

②对单个物体而言,一般选用动能定理。

(3)有时系统的机械能不守恒,但系统内部分物体机械能守恒,也可能是运动过程的某一段机械能守恒。

(4)应用机械能守恒定律解题时,先要关注系统的选择,然后关注判断机械能守恒是否满足条件。

在整个习题讲解过程中,注重学生自己的体验和对问题的总结,让学生自己去构建知识体系,这样得出的结论印象才更为深刻。

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