《動能-勢能-機械能》優(yōu)教教案

8/8一、動能勢能機械能1．教學(xué)目標(biāo)⑴知道什么是動能、重力勢能、彈性勢能、機械能，知道動能、重力勢能、彈性勢能分別與哪些因素有關(guān)。⑵知道動能、重力勢能、彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化，并能解釋自然界中機械能相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。2．教材說明本節(jié)主要內(nèi)容有：功和能的關(guān)系，動能、重力勢能、彈性勢能的概念，動能、重力勢能、彈性勢能分別與什么哪些因素有關(guān)，動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化?！澳芰俊钡母拍罡Φ母拍钣忻芮械穆?lián)系（功是能量變化多少的度量，做功的過程是能量改變或轉(zhuǎn)化的過程），是物理學(xué)中重要的基本概念。新課程標(biāo)準將“能量”作為三個內(nèi)容標(biāo)準之一，可見它的重要性。本節(jié)教材，介紹能量中最常見的一種形式——機械能。學(xué)習(xí)本節(jié)課，既要密切聯(lián)系前面所學(xué)過的運動、重力、彈力等知識，還要注意觀察生產(chǎn)、生活中的能量現(xiàn)象。本節(jié)內(nèi)容又是后面學(xué)習(xí)其它各種形式的能、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的基礎(chǔ)。本節(jié)教材的編寫思路：首先通過教材圖14-17，在前面學(xué)習(xí)的功的知識基礎(chǔ)上，直接從功和能的關(guān)系引入能量的初步概念，再通過教材圖12-1和圖12-2的例子提出問題，使學(xué)生對運動物體具有能量形成比較清楚的具體印象，由此引出了動能的概念，然后再通過“活動1”的實驗探究動能的大小跟速度、質(zhì)量的關(guān)系。勢能的學(xué)習(xí)也是先通過圖12-7和12-8，從做功的角度引入重力勢能和彈性勢能的概念，再通過“活動2”的實驗探究重力勢能和彈性勢能的大小分別跟哪些因素有關(guān)。在建立這些概念的基礎(chǔ)上，教材又給出了機械能的概念，并通過“活動3”研究動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化。最后，教材指出機械能和其他形式的能之間也可以相互轉(zhuǎn)化。本節(jié)教學(xué)重點：動能和勢能的概念比較形象直觀，易于學(xué)生理解，但它是學(xué)生理解一般能量概念的基礎(chǔ)；理解影響動能和勢能大小的因素是解釋生產(chǎn)、生活中一些能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的基礎(chǔ)，所以建立動能和勢能的概念，理解影響動能和勢能大小的因素是本節(jié)課教學(xué)的重點。本節(jié)教學(xué)難點：能的概念比較抽象，學(xué)生不易理解，因此讓學(xué)生形成能的初步概念是本節(jié)課教學(xué)的難點。由于能的概念是建立在物體能夠做功的基礎(chǔ)上的，因此，緊緊抓住功和能的關(guān)系，是本節(jié)課教學(xué)的關(guān)鍵。3．教學(xué)建議本節(jié)課可以通過講故事的方法激發(fā)學(xué)生興趣，引入新課，以下事例可供選用：（1）2006年11月14日，蘭州軍區(qū)某部飛行員李劍英駕駛某型殲擊機，在訓(xùn)練結(jié)束下降途中飛機撞鳥。在生死攸關(guān)的16（2）《小子彈和大石頭》：抗日戰(zhàn)爭期間，一天，日軍進攻我軍，火力很猛，我軍的子彈快要打光了。“準備大石頭，節(jié)約子彈！”我軍連長發(fā)出了命令。戰(zhàn)士們立即利用戰(zhàn)斗間隙，把一塊塊石頭搬到戰(zhàn)壕前沿。“敵人進攻了，滾石頭！”連長又發(fā)出了命令。戰(zhàn)士們用力向下一推，幾百塊巨大的石頭從山頭滾下，猶如發(fā)生了山崩，砸得日軍死的死，傷的傷，龜縮到山腳下面去了。滾下的石頭為什么具有這么大的殺傷力？（3）一鐵路職工“中彈”昏倒：一乘客從疾馳的火車里扔下一個小小的饅頭，正好砸在一位在鐵路邊值班的工人的頭上，這位工人當(dāng)即昏倒。為什么小小的饅頭能把人砸傷？學(xué)完這節(jié)課大家自然會明白。什么是能由于能量和功的概念有密切的聯(lián)系，所以本節(jié)教學(xué)要始終注意緊扣“物體具有做功的本領(lǐng)，就說物體具有能”這一關(guān)鍵，通過一些問題引導(dǎo)學(xué)生分析具體實例，由功和能的關(guān)系建立能量的概念。可以讓學(xué)生仔細觀察教材上的圖14-17，討論分析：（1）做功的兩個必要因素是什么？（2）這些物體是否能夠做功？你判斷的依據(jù)是什么？（3）從功的角度來看，這些圖片有什么共同特點？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，教師給出“能量”的定義。也可讓學(xué)生通過觀察實驗引出“能量”的概念。比如：鋼球從斜面上滾下，在水平面上撞擊木塊，使木塊移動一段距離，讓學(xué)生分析在碰撞過程中鋼球做功的情況；或者用上發(fā)條的小汽車拖走小木塊，電動水泵抽水等實驗。有條件的話，還可以播放一些生活和自然界中物體做功事例的視頻資料，為學(xué)生提供豐富的感性認識素材，這樣有助于學(xué)生正確認識、感悟“能量”。在得出能量的定義后，可以讓學(xué)生列舉具有能的實例，并從能否做功的角度分析，加深對“能量”的理解。緊接著上面的討論，可通過舉例順勢引導(dǎo)學(xué)生思考能量的大小和如何去判斷能的大小。比如用風(fēng)來舉例：四、五級風(fēng)能夠推動帆船“逆水行舟”，八、九級大風(fēng)可以使大樹“前仰后合”，而颶風(fēng)能把大樹連根拔起。讓學(xué)生回答：哪種風(fēng)具有的能量最大？（答：颶風(fēng)。）你怎樣判斷能的大小？（答：比較它們能夠做的功的多少。）通過學(xué)生的回答總結(jié)：在物理學(xué)中，能量和做功有密切的聯(lián)系，能量反映了物體做功的本領(lǐng)。一個物體能做的功越多，這個物體的能量就越大。能的單位和功的單位相同，都是焦耳。動能的大小跟哪些因素有關(guān)為了給學(xué)生提供豐富的感性素材，具體教學(xué)中還可以多補充幾個生活中動能的實例。例如：流水推動水磨，風(fēng)推動帆船，子彈擊穿木塊，汽車撞擊木塊等。有條件的學(xué)校，還可以安排幾個演示實驗：運動的鋼球打在木塊上，把木塊推走，水流沖動水輪機模型，玩具手槍射出的子彈推動泡沫塑料等。這些實驗說明運動的鋼球、水流、運動的子彈等都能夠做功。然后引導(dǎo)學(xué)生針對上述實例，分析思考下列問題，得出動能的初步概念。（1）以上這些物體是否具有能量？為什么？（答：具有能量，因為它們都能做功。）（2）它們?yōu)槭裁茨軌蜃龉Γ浚ù穑阂驗樗鼈兌际沁\動的。）（3）這種形式的能應(yīng)該怎樣命名？能否試著給這種能下一個定義？（答：動能，物體由于運動而具有的能叫做動能。）為了加深學(xué)生對動能的理解，在得出定義后，可鼓勵學(xué)生聯(lián)系實際，列舉具有動能的實例。活動1探究動能的大小跟哪些因素有關(guān)“活動1”的目的是：通過探究實驗，引導(dǎo)學(xué)生得出動能的大小跟什么因素有關(guān)，并滲透控制變量法和轉(zhuǎn)換法的科學(xué)研究方法。進行實驗之前，先請學(xué)生猜想：動能的大小可能跟哪些因素有關(guān)？并說明猜想的依據(jù)。學(xué)生經(jīng)過思考會猜想：（1）動能的大小可能跟物體的速度有關(guān)，理由是：用玩具手槍射出去的塑料子彈威力大，而用手扔出去威力?。唬?）動能的大小還可能跟物體的質(zhì)量有關(guān)，理由是：在車禍中，電動自行車撞倒行人的后果不太嚴重，而以相同速度行駛的大卡車撞人的后果嚴重。探究實驗中的一些環(huán)節(jié)學(xué)生理解起來難度較大，考慮到實際情況，教材給出了比較詳細的實驗方案，具體教學(xué)時可以讓學(xué)生分組，按照教材上的方法進行實驗。完成實驗后，可組織學(xué)生討論以下幾個問題幫助學(xué)生加深對實驗的理解：（1）兩次實驗中，分別控制哪些因素不變？哪些因素改變？為什么要這樣設(shè)計實驗？（答：第一次實驗中，小球的質(zhì)量沒變，在斜面上的高度變了；第二次實驗中，在斜面上的高度沒變，小球的質(zhì)量變了；因為有兩個因素（速度和質(zhì)量）會影響動能的大小，所以當(dāng)研究動能和其中一個的關(guān)系時，需要控制另一個因素不變。）（2）兩次實驗中，分別讓小球從斜面的不同高度或相同高度滾下，目的是什么？（答：使小球滾到水平面上時，具有相同或不同的速度。）（3）為什么讓小球推動紙盒？紙盒被推動距離的遠近說明了什么？（答：通過小球?qū)埡凶龉Φ亩嗌俦容^它所具有動能的大?。患埡斜煌频迷竭h，小球能做的功越多，它所具有的動能越大。）然后讓學(xué)生匯報實驗現(xiàn)象，總結(jié)結(jié)論：質(zhì)量相同時，速度越大的物體能做的功越多，表明它具有的動能越大；速度相同時，質(zhì)量越大的物體能做的功越多，表明它具有的動能大。對于程度比較好的學(xué)生，也可以用下面的方法進行教學(xué)，即通過一系列問題，層層深入，引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計實驗方案：（1）怎樣讓小球自己運動起來，獲得動能？（答：讓它從斜面自由滾下。）（2）動能的大小可能跟兩個因素有關(guān)，用什么方法進行實驗？（答：用控制變量法，即：研究動能大小跟速度的關(guān)系時，要控制小球的質(zhì)量相同，而改變小球運動的速度；研究動能大小跟質(zhì)量的關(guān)系時，要控制小球運動的速度相同，而改變小球的質(zhì)量。）（3）怎樣改變小球運動的速度？又怎樣控制小球運動的速度相同？（答：讓小球從斜面的不同高度滾下，到平面上時，就具有了不同的運動速度；小球在斜面上所處的位置越高，獲得的速度越大；讓小球從斜面的相同高度滾下，到平面上時，就具有了相同的運動速度。）（4）怎樣比較小球動能的大小？（答：可以通過小球做功的多少來比較動能的大小，比如，讓它推動紙盒，紙盒被推得越遠，說明它能做的功越多，具有的動能就越大。）總之，在探究動能的大小跟什么因素有關(guān)的過程中，教師要注意引導(dǎo)，滲透兩種科學(xué)研究方法：控制變量法和轉(zhuǎn)換法（小球動能的大小轉(zhuǎn)換為紙盒被推動的距離），使學(xué)生認識到科學(xué)研究方法的重要性?！跋胍幌搿钡哪康氖牵鹤寣W(xué)生用決定動能大小的因素來分析和解釋生產(chǎn)和生活中的現(xiàn)象，深化對動能的認識，培養(yǎng)運用物理知識分析時間問題的能力。答案是：列車和小汽車雖然速度相同，但列車的質(zhì)量大，所以它具有的動能大，能夠做更多的功，故在交通事故中，列車的破壞性更大。還可補充以下練習(xí)，供學(xué)生判斷、分析：(1)一輛汽車突然加速行使，它的動能______。為什么？(2)灑水車在馬路上勻速前進并不停地灑水，它的動能______。為什么？(3)交通部門為什么要對車輛進行限速？為什么同一路段不同車輛限速不同？勢能的大小跟哪些因素有關(guān)可以這樣引入本部分的教學(xué)：當(dāng)我們從建筑工地附近走過時，會看到工地上會有一些安全警示牌，同時你也會特別地小心。你知道安全警示牌的內(nèi)容嗎？（答：“當(dāng)心落物”、“禁止在起重機動臂下停留”等。）落物和起重機的動臂具有能量嗎？為什么？接下來我們學(xué)習(xí)有關(guān)這種能的知識。教材通過圖P34-35引導(dǎo)學(xué)生建立重力勢能和彈性勢能的概念。教學(xué)時可以啟發(fā)學(xué)生觀察圖片并回答：（1）被舉高的重錘具有能量嗎？為什么？（答：重錘具有能量。因為重錘被舉高后，能夠在下落時把木樁打入地里，對木樁做功。）（2）變形的撐桿具有能量嗎？為什么？（答：變形的撐桿具有能量。因為撐桿發(fā)生彈性形變后，能夠把運動員彈出一段距離，對運動員做功。）在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，教師因勢利導(dǎo)給出重力勢能和彈性勢能的初步定義，然后引導(dǎo)學(xué)生列舉生活中重力勢能和彈性勢能的實例，讓學(xué)生加深對重力勢能和彈性勢能的理解。活動2探究重力勢能的大小跟哪些因素有關(guān)“活動2”的目的是：通過探究實驗，引導(dǎo)學(xué)生得出重力勢能的大小跟什么因素有關(guān)。通過動能的探究，學(xué)生已知道控制變量法和轉(zhuǎn)換法，因此活動2可以放手讓學(xué)生自己去探究。經(jīng)過實驗，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)：（1）同一個重物從不同的高度落下，重物被舉得越高，木樁被打入沙中越深，表明重物做的功越多，重物的重力勢能越大。（2）質(zhì)量大小不同的重物從同一高度落下，重物質(zhì)量越大，木樁被打入沙中越深，表明重物做的功越多，重物的重力勢能越大。最后，學(xué)生可以自己總結(jié)實驗結(jié)論：物體被舉得越高，質(zhì)量越大，它具有的重力勢能就越大。對于程度比較好的學(xué)生，也可以先給出實驗所需要的器材，然后通過以下幾個問題，引導(dǎo)他們自己設(shè)計實驗方案：（1）如何利用所給器材，比較重物重力勢能的大小？（2）如何在實驗中控制有關(guān)的變量？對于彈性勢能，可以射箭為例，讓學(xué)生自己得出：彈性勢能的大小跟物體的彈性強弱、形變的大小有關(guān)。物體的彈性越強，形變越大，它具有的彈性勢能就越大。機械能的轉(zhuǎn)化關(guān)于機械能，要讓學(xué)生明確以下兩點：（1）動能和勢能都屬于機械能，或者說，動能和勢能是機械能的兩種表現(xiàn)形式。（2）一個物體可以既有動能，又有勢能，也可以只具有動能或者只具有勢能?？梢酝ㄟ^練習(xí)，幫助學(xué)生體會上述兩點。如讓學(xué)生說明下列物體具有什么形式的機械能：①在海上行駛的輪船。（答：動能。）②吊在天花板上的吊燈。（答：重力勢能。）③被拉長的橡皮條。（答：彈性勢能。）④在空中飛行的子彈。（答：動能和重力勢能。）活動3動能與勢能的轉(zhuǎn)化“活動3”的目的是：通過實驗、觀察和分析，認識物體的動能和勢能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的?；顒覣中設(shè)置的這個實驗，取材容易，一定讓學(xué)生親自去做，進行認真的觀察，這是學(xué)生學(xué)習(xí)本部分內(nèi)容的基礎(chǔ)，也能為后面學(xué)習(xí)“能量轉(zhuǎn)化和守恒定律”做好鋪墊。學(xué)生通過討論可以發(fā)現(xiàn)：小球在最高點時的速度為零，即重力勢能最大，而動能最?。榱悖?；在最低點時的速度最大，即重力勢能最小，而動能最大。此時可啟發(fā)學(xué)生思考：從最高點到最低點，小球重力勢能減小，這部分能量到何處去了？動能增大，這部分能量又是從何而來？通過啟發(fā)，學(xué)生自然就會想到：從最高點到最低點，小球的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。從最低點到最高點，小球的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。物體具有的動能和勢能是可以相互轉(zhuǎn)化的。解決“擺球上升的高度為什么會變低”這個問題時，可這樣引導(dǎo)學(xué)生：你在蕩秋千時，你感到有風(fēng)嗎？你對風(fēng)做功嗎？通過啟發(fā)，學(xué)生容易得出：在動能和勢能相互轉(zhuǎn)化過程中，擺球要克服空氣摩擦阻力做功，機械能會不斷減少。至于機械能減少轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的問題，在這里不要討論?；顒覤通過教材圖36-37列舉了四個動能和勢能相互轉(zhuǎn)化