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《 机械能及其守恒定律》教材分析及建议
成都市第二中学 物理组
一、关于《机械能及其守恒定律》的课标要求
二、大单元视角下《机械能及其守恒定律》的教材分析
三、《机械能及其守恒定律》在新高考中的呈现
1
2
3
4
四、基于学习进阶理论的教学建议
内容纲要
关于《机械能及其守恒定律》的课标要求
1
一、课程标准要求
2003版课标 2017版课标（2020年修订）
内容标准 （1）举例说明功是能量变化的量度，理解功和功率。关心生活和生产中常见机械的功率的大小及其意义。 例1 分析物体移动的方向与力的方向不在一条直线上时力所做的功。 例2 分析汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系。 内容要求
2.1.1理解功和功率。了解生产生活中常见机械的功率大小及其意义。
例1 分析物体移动的方向与所受力的方向不在一条直线上时，该力所做的功。
例2 分析汽车发动机的功率一定时，牵引力与速度的关系。
2003版课标 2017版课标（2020年修订）
内容标准 （2）通过实验，探究恒力做功与物体动能变化的关系。理解动能和动能定理。用动能定理解释生活和生产中的现象。 例3 用打点计时器或光电计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系。 例4 从牛顿第二定律导出动能定理。 内容要求
2.1.2理解动能和动能定理。能用动能定理解释生产生活中的现象。
例3根据牛顿第二定律推导出动能定理。
例4用打点计时器或光电计时器探究恒力做功与物体动能变化的关系。
一、课程标准要求
修二“机械能及其守恒定律”主题。
2003版课标 2017版课标（2020年修订）
内容标准 （3）理解重力势能。知道重力势能的变化与重力做功的关系。 （4）通过实验验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律。用机械能守恒定律分析生活和生产中的问题。 内容要求
2.1.3理解重力势能，知道重力势能的变化与重力做功的关系。定性了解弹性势能。
2.1.4通过实验，验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。
一、课程标准要求
修二“机械能及其守恒定律”主题。
2003版课标 2017版课标（2020年修订）
内容标准 （5）了解自然界中存在多种形式的能量。知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一。 （6）通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性。了解能源与人类生存和社会发展的关系知道可持续发展的重大意义。 例5 评价核能为人来带来的好处和可能发生的问题。
一、课程标准要求
3.4.1了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式，初步了解核裂变与核聚变。
3.4.2知道不同形式的能量可以互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。
3.4.3了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过渡开发和利用对环境的影响。
3.4.4 认识环境污染的危害，了解科学.技术.社会.环境协调发展的重要性，具有环境保护的意识和行为。
必修3
2003版课标 2017版课标（2020年修订）
活动思考 （1）设计实验，测量人在某种运动中的功率。 （2）通过查找资料、访问有关部门，收集汽车刹车距离与车速关系的数据，尝试用动能定理进行解释。 活动思考
通过查阅资料、访问有关部门，收集汽车刹车距离与车速关系的数据，用动能定理进行解释。
一、课程标准要求
　　能量的概念、功和能的关系以及不同形式的能相互转化和守恒的规律,贯穿在全部物理学中,是自然界最普遍、最重要的规律之一。
　　本章是运动学和动力学知识的进一步综合应用，也是后续学习内能、电能等不同形式的能量转化规律的起点。今后除了运用牛顿运动定律和运动学的知识,还可以从能量的观点和守恒的观点来分析问题,特别是解决变力做功和曲线运动的问题会更加方便,为解决物理问题开辟了新的途径。
　　本章学习功、功率、动能、势能和机械能的概念,体会功是能量转化的量度,学习用动能定理和机械能守恒定律解决实际问题。
概述
重点分析
本章重点是动能定理、机械能守恒定律。
关于动能定理的建立，教材创设一个理想化的情景，引导学生自主探究，结合功能关系定义动能，建立动能定理。教材还专门安排实验验证动能定理。通过例题示范加深对动能定理的理解，进一步与动力学观点解题进行比较分析。以上举措突出动能定理这一重点。
关于机械能守恒定律，教材先从学生初中的知识经验出发，结合实际重温势能与动能的相互转化；然后根据功能关系，理论推导得出机械能守恒定律；接着通过实验观察多种情况的机械能守恒实例以及例题示范，加深对机械能守恒定律的理解。最后还专门安排一节的内容验证机械能守恒定律。以上举措突出机械能守恒定律这一重点。
难点分析
本章难点是对能量概念的认识、对机械能守恒条件的理解。
在具体情景中，结合功能关系，在做功的过程中认识能量的变化，进而理解能量的概念。
结合图4-5-1小朋友的秋千、4-5-2运动员击网球、4-5-3蹦极的情景，感受动能与势能的相互转化，提出守恒的猜想。理论推导出只有重力做功的系统内，机械能守恒及守恒的条件。类比得到只有弹力做功的系统内，机械能守恒及守恒的条件。进而推广得到只有重力或弹力做功的系统内，机械能守恒及守恒的条件。从简单到复杂，从猜想到理性探究，然后又通过实验观察理解机械能守恒及守恒的条件，最后安排第6节验证机械能守恒定律，通过误差分析加深对机械能守恒条件的的理解。
2.1
2.2
2.3
2.4
单元框架
单元核心素养
学习进阶目标
教材分析
2
大单元视角下《机械能及其守恒定律》的教材分析
势能
动能
机械能守恒定律
动能定理
功能关系
能量守恒与转化定律
功
功率
能
哲学观点
跨学科的
宏观认识
学科视角
的核心概念和规律
基础知识、基本概念
能量观、守恒观
2.1.1本单元框架
二、大单元视角下《机械能及其守恒定律》的教材分析
探究功能关系是本章学习、发现重要物理量及重要物理定律的主线：重力势能概念的建立、探究弹性势能的表达式、动能概的建立，动能定理的得出。都是围绕功能关系在已有的基础上学生探究并完善的，在本章探究的空间非常大。
教材章节 教材包含知识内容 课标中的动词 行为核心概念维度
必 修 第 二 册 4.1功 4.2功率 功的定义、计算式、正功和负功意义、多力做功的计算、功率的定义、计算式 理解、了解 ②
4.3动能和动能定理 动能的定义与定量表达式、动能定理的 文字表述与内涵、动能定理的应用 理解、能解释现象
①②
4.4势能 重力势能的定义及其定性影响因素、重力做功所具有的特点、重力势能的定量表达式、重力势能的特点、弹性势能的定性影响因素 理解、知道、定性了解 ①②
4.5机械能守恒定律 守恒量-能量的探究过程、动能与势能两种形式相互转化过程的实例分析、定义机械能、机械能守恒定律的文字表述与不同的公式表达、机械能守恒定律的应用 验证、理解、体会
①②③④
4.6实验：验证机械能守恒定律 注：①是指能量来源与形式观：②是能量转化和转移观：③是能量守恒观：④是能量耗散和实践意识
2.1.2高中物理“能量相关”内容单元框架
教材章节 教材包含知识内容 课标中的动词 行为核心概念维度
必 修 第 三 册 1.4电场力的功和电势能 静电力做功的特点、电势能变化与静电力做功之间的关系、电势能的定量计算方法、电势能的系统性与相对性 知道、了解 ①②
2.6电源的电动势和内阻 闭合电路的欧姆定律 非静电力做功方式、电源能量流向、电动势的定义、闭合电路欧姆定律的推导与能量分析 理解、能应用于实际 ①②③
2.8焦耳定律 电路中的能量转化 电功、电功率的定义与计算、焦耳定律的文化字表述和公式表达、热功率的计算、纯电阻与非纯电阻电路电能的流向 理解、能解释现象 ①②③④
3.4电磁波的发现及应用 电磁场、电磁波的形成、电磁波的能量 了解 ①
4.3能源与可持续发展 能量守恒定律的文字表述、能量在形式转化或对象转移过程存在的确定方向性、能源分类和应用与社会发展的联系 知道、了解、认识 ③④
13.5能量量子化 热辐射过程、能量子假说、能量量子化、光子的观点、能级的概念、跌迁过程 知道、初步了解 ①②
2.1.2高中物理“能量相关”内容单元框架
注：①是指能量来源与形式观：②是能量转化和转移观：③是能量守恒观：④是能量耗散和实践意识
教材章节 教材包含知识内容 课标中的动词 行为核心概念维度
选 择 性 必 修 第 一 册 1.5碰撞 两种碰撞方式在具体的能量表达式上的的区别、弹性碰撞下速度的推导 体会 ③
2.2简谐运动的回复力和能量 弹簧振子运动过程中各种形式能量的转化 认识 ②③
2.1.2高中物理“能量相关”内容单元框架
注：①是指能量来源与形式观：②是能量转化和转移观：③是能量守恒观：④是能量耗散和实践意识
教材章节 教材包含知识内容 课标中的动词 行为核心概念维度
选 择 性 必 修 二 册 2.1楞次、次定律 楞次定律的分析过程和内容表述、楞次定律的应用 理解 ①②③
2.3涡流、电磁阻尼和电磁驱动 涡流的产生、涡流中能量的转化、电磁阻尼和电磁驱动的定义、电动机的原理 了解、能说明 ②④
2.4互感和自感 互感现象和自感现象的表述、磁场的能量分析 ①②
3.1交变电流 交流发电机的原理 了解、认识 ②④
3.4电能的输送 输送电能过程中的损耗、降低损耗的途径、电网供电模式 知道 ④
4.1电磁振荡 电磁振荡产生过程、电磁振荡中的能量转化 初步了解
②
4.2电磁场和电磁波 电磁场的产生和电磁波的形成、电磁场转换时能量的变化 2.1.2高中物理“能量相关”内容单元框架
教材章节 教材包含知识内容 课标中的动词 行为核心概念维度
选择性必修第三册 1.3分子的热运动 1.4分子间的相互作用力 分子动能的表述、分子平均动能的表述、势能的定义和影响因素、内能的含义 知道 ①
3.1热力学第一定律 热力学第一定律的内容、热力学第一定律的应用 知道、了解、体会 ①②③
3.2能量守恒定律 能量守恒定律的探究科学史、能量守恒定律的内容、第一类永动机不能存在的分析 理解、能解释、体会 ②③
3.3热力学第二定律 热力学第二定律的克劳修斯表述与开尔文表述、能源的有限性 了解知道 ①
4.4氢原子光谱和玻尔的原子模型 三个基本假设在玻尔原子理论中的建立（能了解级、基态、激发态的定义）、玻尔理论对氢光谱的解释、能级跃迁过程 了解 ①②
5.3核反应与结合能 结合能和比结合能的概念、质量亏损过程 认识、知道 ①③
5.4核裂变与核聚变 核裂变的发现过程与能量释放、链式反应、核聚变的反应式与能量变化过程 了解、关注 ①③
6.1量子论初步 黑体辐射过程、能量子的概念与叙述 了解、知道 ①
6.2光电效应 光电效应得到的实验规律及其解释、爱因斯坦对应提出的光电效应理论与光电效应方程 了解、知道 ①
2.1.2高中物理“能量相关”内容单元框架
1、物理观念
能量观的核心内容是：
自然界中一切物质都具有能量；
能量的大小可以用功来量度；
能量有不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体传递到另一个物体；
在能量转化和传递的过程中，各种形式能量的总量保持不变。
能量的转化和转移具有方向性。
2.2单元学科核心素养
二、大单元视角下《机械能及其守恒定律》的教材分析
帮助学生建立能量观，渗透功是能量转化的量度。建立“可以通过做功的多少，定量地研究能量及其相互转化”的观念，进而理解机械能守恒定律。
1、功和功率
做功伴随着能量转化
3、重力势能
通过研究重力做功定义重力势能
2、动能和动能定理
通过研究合力做功定义动能
4、机械能守恒定律
只有重力做功系统下能量的转化
2.2单元学科核心素养
二、大单元视角下《机械能及其守恒定律》的教材分析
1
6
5
4
3
2
模型构建
实际问题抽象成物理模型
类比
类比研究重力势能的研究方法研究弹性势能
2、科学思维
微元
变力做功，曲线运动中做功，化变为恒
极限
从平均功率到瞬时功率
认识角度
不仅可以研究力的瞬时作用效果，还可以研究其在空间的积累效果。
演绎推理
在动能定理、机械能守恒定律理论探究中，体会演绎推理方法。
二、大单元视角下《机械能及其守恒定律》的教材分析
2.2单元学科核心素养
3.科学探究
培养学生的问题意识：
爱因斯坦说：“提出一个问题比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的理论，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”
讨论交流和发展空间：
学生基于观察引发思考，从被动思考教材提出的问题，发展到主动提出需要研究的问题。
2.2单元学科核心素养
3.科学探究
验证动能定理：
设计多种实验方案验证动能定理，能分析实验误差的来源。
验证机械能守恒定律：
明确实验需要测量的物理量，设计实验方案。使用实验器材进行实验并获得数据，通过对数据的分析发现其中的特点，进而归纳出实验结论，并尝试对其作出解释。能撰写简单的实验报告。
2.2单元学科核心素养
4.科学态度与责任
2.2单元学科核心素养
4.科学态度与责任
了解科学技术与社会的关系，科学技术对自然环境和可持续发展的影响，帮助学生形成可持续发展的理念。
通过守恒的观念体会自然规律简洁和谐之美。
学习尊重事实，敢于质疑，善于反思，勇于创新，实事求是，团结协作的科学精神。
2.2单元学科核心素养
1
2
3
4
从学生已有认知作为教学起点，布置预习作业，自主学习，做出本章知识结构图或思维导图。
基于核心素养发展的教学策略
5
2.2单元学科核心素养
构建适合学生发展、满足学生需求的整体性学习内容和学习活动——单元教学设计。
以问题引领或任务驱动创设真实的学习情境。
让学生经历概念、规律的建构过程，发展学生的科学思维和探究能力 。
让学生解决真实的物理问题，从中认识物理学的价值及其与生活、社会、科技、环境之间的联系，培养学生的科学态度与责任 。
机械能及其守恒定律
能量本质和形式
能量转移和转化
能量守恒
功的计算
正功和负功
功是能量变
化的量度
功率与力、
速度
动能
定理
重力做功
重力势能相对性
机械能守恒定律及验证
功
做功与能量
变化的关系
功率
动能
重力
势能
弹性
势能
动能、势能的相互转化（机械能）
功的概念起源：蒸汽机时代，蒸汽机的主要作用：提升重物和推动物体。
蒸汽机“能力”与哪些因素有关
对比快速和漫步爬楼梯人的感受
子弹击穿苹果，海啸掀翻汽车、摧毁房屋，风推动叶片转动
珠穆朗峰雪崩灾难
弯弓搭箭，蹦床，撑杆跳，弹簧拉力器
荡秋千，
打网球，
蹦极
静电场
电路及其应用
电磁场和电磁波初步
能源与可持续发展
阐述
组成
阐述
组成
阐述
组成
总结
总结
总结
总结
分析
分析
推
导
总结
推
导
推
导
推
导
类
比
相互联系
相互联系
2.3单元学习进阶目标
初中学习为起点：功与能量的关系
新教材
旧教材
动能定理位置发生变化，通过研究功、研究做功的快慢，初步利用做功和能量转化的关系，建立动能概念。
2.4.1章节设置、目录的比较
新教材
旧教材
第6节增加学生必做实验
2.4.1章节设置、目录的比较
旧教材 新教材 旧教材 新教材
4.1功 做功与能量变化 功的计算公式 功的正负 合力做功 4.1功 功的概念的起源 功的计算 功的正负 4.4动能 动能定理 动能 合外力做功和物体动能的变化 动能定理的应用 4.3动能 动能定理
动能 动能定理
动能定理的实验证明
4.2功率 功率的含义 功率、力和速度之间的关系 4.2功率 功率的含义 额定功率 输出功率、作用力和速度之间的关系 4.5机械能守恒定理 动能和势能的转化规律 机械能守恒定律的应用 学生实验：验证机械能守恒定律 4.5机械能守恒定律
动能和势能相互转化
机械能守恒定律
关于机械能转化与守恒的实验观察
机械能守恒定律应用
4.3势能 重力势能 弹性势能 势能是系统所共有的 4.4势能 重力做功的特点 重力势能 弹性势能 势能是系统共有的 4.6能源开发与利用 能量守恒定律 能源的利用 新能源的开发 4.6实验：验证机械能守恒定律
2.4.1章节设置、小标题的比较
旧版 新版
观察思考 讨论交流 活动 例题 练习与评价 本章小结 发展空间 讨论交流
活动
例题示范（含题后拓展）
理论探究
自我评价
反思小结交流
发展空间
2.4.1章节设置、栏目的比较
2.4.2素材的选取与使用比较
概念教学放在历史发展的背景中，帮助学生充分认识人类对于自然规律的探索不可能超越时代，科学的发展总是伴随着生产力的发展和生产关系的变化，科学发现具有时代性，避免把科学教育简单和肤浅地等同记忆知识和做题
重视对物理概念建立过程的追本溯源
新
旧
2.4.2素材的选取与使用比较
重视学生思维台阶的搭建，素材选取生活化
共线
不共线
建模
变“不共线”为“共线”
2.4.2素材的选取与使用比较
重视物理思维方法的渗透
类比
微元法
2.4.2素材的选取与使用比较
重视通过真实情景培养学生建模能力
新
旧
2.4.2素材的选取与使用比较
重视实际情境转化为物理模型
2.4.2素材的选取与使用比较
重视科学探究能力和信息技术的应用
新版第一题增加了问题情景
第五题对比重力做功与空气阻力做功的特点，得出阻力做功与路程有关
2.4.3习题对比
弹簧振子在光滑的水平面运动，只有弹力在做功，对弹簧振子模型进行突破。
习题插图，体现了科技、教育与体育的融合。
2.4.3习题对比
东方红1号插图的改变，体现科技工作者的钻研精神。
利用动能定理解决生活中的而实际问题，且可以组织学生活动就该问题对汽车进行调研。
2.4.3习题对比
新版教材实验探究的味道渗入习题，更加浓厚。
2.4.3习题对比
目的明确
主体多元及方式多样
激励进步
可信有效
全面深入
评价原则
评价应以促进学生物理学科核心素养的提升和学习能力的提高为目的
将评价作为进一步促进学生学习和发展的重要手段，激发个性潜能。
从不同视角评价，多维度评价有机结合
所收集数据和资料符合学生的实际情况
不仅全面检查学生所学知识和基本技能，还要检测物理观念，科学思维，科学探究和科学态度与责任
2.5单元设计评价建议
高考评价体系关键能力
知识获取能力群
思维认知能力群
实践操作能力群
理解能力
模型建构能力
逻辑推理能力
分析综合能力
信息加工能力
实验探究能力
2.5.1高考评价关键能力
学科素养 水平2 水平4 水平5
物理观念 了解功、功率、动能势能 了解动能定理、机械能守恒定律 理解功、功率、动能、动能定理和重力势能 理解机械能守恒定律 系统地理解动能、势能与机械能之间的关系
科学思维 力与位移不共线的，会计算功与功率。简单应用动能定理简单计算 用机械能守恒解释生活中的简单问题 结合生活实际会推导功率、力与速度关系。 推导得出机械能守恒定律并综合性应用于生活情境 结合生活实际会推导功率、力与速度关系掌握动能定理理论推理的方法。
从动力学和能量多角度出发解决同一问题
分析其优劣
科学探究 会计算几种力与位移不共线情况进行探究 根据已有方案验证机械能守恒定律 分析现有方案的优缺点，制订方案并实验 创新实验验证机械能守恒定律，用多种方法分析数据
科学态度与责任 产生节约能源的意识 形成能量守恒的科学观 激发学科学、用科学的积极性产生从事新能源开发相关研究的欲望
2.5.2本单元核心素养水平划分
机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
3
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
考察：功，输出功率、作用力与速度间的关系
重力做功
牛顿运动定律结合功率
考察基础知识，体现模型建构能力
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
体育运动（冬奥热）-——滑雪
生活情境类问题考察分析、解决问题的能力
考察：斜面+滑块模型---直线运动
E K-X图像
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
考察：斜面+滑块模型---直线运动
经典模型常考不衰，考查分析、推理、解决问题能力
动能定理
动能定理、向心力的综合考查
考查图像信息提取和分析能力
动能定理灵活考查
动能定理和运动学综合考查
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
考察：斜面+滑块模型---直线运动
能量转化及守恒，临界问题的综合考查
关于机械能和和能量守恒的深度理解考查
在新情境中对综合性问题进行分析和推理，是重要的科学思维方法。
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
考察：平抛运动模型-- 曲线运动
建模能力考查
功率、重力势能、机械能的综合考查
建模能力考查
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
考察：弹簧+物体 模型------能量守恒或机械能守恒
对物理模型进行分析、推理、论证是科学思维的几个要素。
能量守恒的综合分析
系统机械能守恒深度理解考查
考察：弹簧+物体 模型------能量守恒或机械能守恒
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
简谐振动、系统机械能守恒
深度理解考查
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
考察：功能关系----能量守恒
倡导使用绿色、清洁能源，提倡社会新风尚。综合考查物理学科素养
考察：圆周运动模型——机械能守恒
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
考察：体育、竞技（篮球，蹦极，引体向上等）——机械能守恒
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
在真实情境中挖掘生成物理问题，提升解决实际问题的能力与素养。
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
考察：连接体 模型------机械能守恒定律
关联知识综合考查，跨章节综合考查成为主流。
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
考察：碰撞模型------能量守恒
经典模型仍是高考考察的重点
动量守恒与能量守恒相结合综合考查
动量守恒与能量守恒、圆周运动深度考查
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
立德树人，压轴题承担为国育才、为党选才的重任
多章节知识融合，综合性强，深度考查学生分析、推理、论证能力。
三、机械能及其守恒定律在新高考中的呈现
新高考地区高考试题总体特点：
1.本章高考题型主要以选择题+计算题形式呈现，普遍综合性强。
2.整体分析新课改地区考题难度，明显课改先行地区对综合能力、探究意识、深度思维考查更深入。
3.整体分析新课改地区考题呈现形式，所有高考题遵循教材，有情境，贴近生活，从生活中来，在生产生活中生成问题，检测学生模型建构能力、分析、推理、质疑和创新的思维能力。
4.整体分析新课改地区考题考查方式，均以基本模型为基础，采用章内、章外、学科外联合考查，课改先行区尤为明显。
基于学习进阶理论的教学建议
T
4
4.1、学习进阶的起点
初中学习了能量、功、功率、动能、势能、机械能的概念，以及功和功率的计算。
四、基于学习进阶理论的教学建议
动能与速度、质量的定性认识
四、基于学习进阶理论的教学建议
1、学习进阶的起点
4.1、学习进阶的起点
四、基于学习进阶理论的教学建议
建议重视“历史发展背景”与概念教学有机结合
4.2、教材素材使用建议
第一节 功
把概念教学放在历史发展的背景中，帮助学生充分认识人类对于自然规律的探索不可能超越时代，科学的发展总是伴随着生产力的发展和生产关系的变化，科学发现具有时代性，避免把科学教育简单和肤浅地等同记忆知识和做题。
四、基于学习进阶理论的教学建议
十八世纪
工业革命
纽可门、瓦特
十七世纪
德国
莱布尼兹
学派
十七世纪
法国
笛卡尔学派
十九世纪初
法国卡诺
科里奥利
彭塞利
1644年笛卡尔《哲学原理》从运动量守恒的角度，把mv作为物体运动量的量度
1687牛顿《原理》明确提出“动量”
1652年惠更斯1686年莱布尼兹
应该用运动产生的效果—活力
mv2量度物体运动量。
1690年法国巴本在德国发明蒸汽机
力和受力点沿力的方向的位移的乘积叫做“运动的功”
活力应定义为mv2/2
1743法国达朗贝尔《动力学》mv与运动的时间有关；
mv2与运动的距离有关；
计温学（摄氏温标） 、量热学（热量、比热、卡）、化学（拉瓦锡）
物理学史：能量概念是人类在追寻“守恒量”的过程中发展而来；
功的概念起源于工业革命中比较蒸汽机效率的需要
1847
德国生理、物理学家
亥姆霍兹
1840-1878
英国
焦耳
1840—1851
德国医生
迈尔
十九世纪后半叶
《论力的量和质的测量》
《论无机界的力》
《论有机运动与新陈代谢》
《论热的机械当量》
《通俗天体力学》
物理学史：能量概念是人类在追寻“守恒量”的过程中发展而来；
功的概念起源于工业革命中比较蒸汽机效率的需要
《磁电的热效应和热的机械值》
《论空气的膨胀产生的温度变化》
《论热的机械当量》
40年 400余次实验
《论力的守恒》:系统中张力和活力之和始终不变。推广到光、热、电磁、化学运动、生物机体内。
1853年W 汤姆逊精确定义了“能量”
1860年广泛认可科学基石
1885年恩格斯改为能量守恒与转化定律
模型建构：实际问题抽象成物理模型
微元和累积思想：变力做功，曲线运动中做功，化变为恒。
建议重视“模型构建过程”与“科学方法的渗透”
4.2、教材素材使用建议
四、基于学习进阶理论的教学建议
第二节 功率
建议重视生产生活中生成有价值的科学探究问题的情境
建议重视类比的学习，搭建学生的思维台阶
4.2、教材素材使用建议
四、基于学习进阶理论的教学建议
第三节 动能 动能定理
建议重视理论探究，挖掘动能定理各个物理量的含义
4.2、教材素材使用建议
四、基于学习进阶理论的教学建议
建议重视科学思维的引导——重视实验方案的设计
第三节 动能 动能定理
新增
新增
4.2、教材素材使用建议
四、基于学习进阶理论的教学建议
建议实际情境转化为物理模型
第四节 势能
建议类比研究弹簧弹力做功
建议重视对“系统”的研究
新增
4.2、教材素材使用建议
四、基于学习进阶理论的教学建议
建议重视实际情境转化为物理模型
建议重视利用机械能守恒知识解释实际情境中机械能不守恒的原因
第五节 机械能守恒定律
4.2、教材素材使用建议
四、基于学习进阶理论的教学建议
教材实验方案：
建议引导学生“自行”创设机械能守恒情景，设计验证机械能守恒的多种实验方案
第6节 验证机械能守恒定律的教学实例
4.2、教材素材使用建议
四、基于学习进阶理论的教学建议
建议引导学生“自主”创设运动模型，探究功和动能的关系
《 动能 动能定理》的教学实例
——张玉玲老师教学实例
4.3教学实例
《机械能守恒定律》
——付敏玲老师教学实例
建模
创设真实情景
定性探究：
粗糙
较光滑
合力外推：
光滑
4.3教学实例
《机械能守恒定律》
——付敏玲老师教学实例
科学探究（二）—定量认识机械能守恒
科学思维——理论探究机械能守恒
4.3教学实例
《机械能守恒定律》
——付敏玲老师教学实例
科学探究三——动能和弹性势能相互转化，机械能守恒吗？
科学思维——动能和弹性势能、重力势能相互转化时，机械能守恒吗？
学以致用：——反思探究之旅
1.小球在做摆动过程中，为什么第一次能摆到与释放点等高的位置，以后会越摆越低？
2、小球在摆动过程中通过同一位置时光电门记录时间相同吗？
利用机械能守恒知识解释实际情境中机械能不守恒的原因
4.3教学实例
教材实验方案：
建议引导学生“自行”创设机械能守恒情景，设计验证机械能守恒的多种实验方案
《 验证机械能守恒定律》的教学实例
——李晓丽老师教学实例
4.3教学实例
学生设计的验证机械能守恒的实验方案
只有弹簧弹力做功
只有重力做功——平抛运动和圆周运动结合，自由落体与圆周运动结合
弹簧和气垫导轨
处理弹簧弹力做功图像法
4.3教学实例
学生设计的验证机械能守恒的实验方案
只有重力做功——自由落体模型
电磁铁
速度传感器
电磁铁
光电门计时器
细节：“软垫”和“棉花”保护装置
4.3教学实例
学生设计的验证机械能守恒的实验方案
从弹簧测力计的圆周运动逐渐改进为更方便测量的单摆模型。
带压力传感器的圆周运动
斜面和气垫导轨、光电门结合的模型
4.3教学实例
实验方案结合实际还在不断改进
单摆+气垫导轨+弹簧
其他模型
学生设计的验证机械能守恒的实验方案
学生们的实验方案虽然还有很多不完善，学生的思维非常活跃，从不同的角度创设了非常多的实验情景，可以看到学生对机械能守恒的理解很全面，其次在设计实验方案中很重视实验误差的减小，例如真空管、速度传感器、光电门、气垫导轨等。
4.3教学实例
教材传统实验
改进实验：
单摆加数字计时器
改进实验：
气垫导轨加计时器
实验过程——为学生准备了三种实验器材
4.3教学实例
课时建议（19课时）
机械能守恒定律（19课时+测试讲评2课时） 主题一 第1节 功 （2课时）
第2节 功率 （2课时）
习题课 （2课时）
主题二 第3节 动能和动能定理 （3课时）
第4节 势能 （2课时）
习题课 （2课时）
主题三 第5节 机械能守恒定律 （2课时）
第6节 实验：验证机械能守恒定律 （2课时）
习题课 （2课时）
4.4课时建议

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