第十一章 第4节 机械能及其转化
一、教学目标
(一)知识与技能
1.知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
2.能通过实验或实例,认识物体的动能和势能可以相互转化。能解释与机械能转化有关的现象。
3.通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体,不同形式的能量可以互相转化。
(二)过程与方法
1.通过观察和实验,认识动能和势能之间的相互转化的过程。
2.通过动手设计实验,勇于探索自然现象和身边的物理道理。
(三)情感态度与价值观
1.通过水能和风能的利用,知道人类如何利用机械能的转化与守恒解决实际问题。提高运用机械能转化与守恒观点分析力学问题的意识。
2.关心机械能与人们生活的联系,有将机械能应用于生活的意识。
二、教学重难点
本节内容由“机械能及其转化”“水能和风能的利用”两部分构成,教学的重点是动能和势能之间的相互转化。为了能够从能量转化与守恒的观点将动能和势能联系起来,可以让学生分析、讨论生活现象,如荡秋千、跳蹦蹦床、拍皮球等过程中物体高度、速度的变化,进而讨论动能和势能的变化情况,引出动能和势能的转化规律。
三、教学策略
本节要求学生不仅要知道动能和势能之间可以相互转化,而且要了解转化过程中遵从的规律。教学中,以渗透机械能的转化与守恒思想为前提,加强实验,并利用动画、视频激发学生的学习兴趣,使学生能够从影响物体动能、重力势能和弹性势能大小的因素的角度判断物体的机械能如何变化。
四、教学资源准备
多媒体课件、单摆、滚摆、橡皮筋、乒乓球等。
五、教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
(5分钟)
复习提问上节所学内容后,手持乒乓球高高举起。提问:被举高的乒乓球具不具有能量?为什么?
学生回答提问后,再引导学生分析乒乓球下落的过程。首先提出当乒乓球下落路过某—点时,乒乓球具有什么能量?(此时既有重力势能,又有动能)继而让学生比较在该位置和起始位置,乒乓球的重力势能和动能各有什么变化?(重力势能减少,动能增加)
在乒乓球下落的过程,重力势能和动能都有变化,指出自然界中动能和势能变化的事例很多
学生思考并回答
从身边的实验出发,充分调动学生参与课堂教学的积极性
新课教学
(30分钟)
一、机械能及其转化
给出机械能的概念,重力势能、弹性势能统称为势能,动能、势能统称为机械能。物体具有的机械能等于动能、势能两种能量之和。所以把动能、势能统称为机械能,是因为动能和势能可以相互转化,滚摆和单摆是动能和势能可以相互转化的常见实例。下面通过实验分析实例中动能和势能如何相互转化的?
1.探究活动一:如图1,将滚摆卷起后释放,让学生观察分析:
①滚摆在最高处时具有什么能?
②释放后观察滚摆的高度、速度、质量的变化。
③分别分析滚摆下降和上升过程中动能、势能的变化情况。
④动能和重力势能之间是否可以相互转化?
图1
图2
2.探究活动二:如图2,将单摆的摆球置于A处,然后释放。摆球就可以在A、B、C之间来回摆动。
①摆球在哪些位置高度最高?
②摆球在哪些位置速度最大?
③分析摆球从A~B运动过程中,动能、势能的变化情况。
④分析摆球从B~C运动过程中,动能、势能的变化情况。
总结:动能和重力势能可以相互转化。
3.探究活动三(视频):按下图3进行实验。1.手持着木球将弹簧片推弯,而后突然释放木球,观察到什么现象?在此过程中,涉及哪些能量的转化?
2.让木球从斜槽上端滚下,观察木球碰击弹簧片的过程。分析图3中,木球从甲→乙图和乙→丙图能量转化的过程。
图3
4.回顾滚摆实验后思考:①滚摆上下运动的过程中机械能总量有什么变化,为什么?
②滚摆机械能总量减小的原因是什么?如果没有摩擦和空气阻力,机械能的总量还会不会变化?
总结:在动能和势能相互转化的过程中,如果没有摩擦和空气阻力则机械能的总量保持不变,这就是机械能守恒定律。
思考:乒乓球落地后又弹起来,为什么达不到原来的高度,能量是怎么转化的?
介绍人造地球卫星在运行过程中发生的动能和势能的相互转化。思考:①卫星运行过程中机械能是否守恒?
②卫星从远地点向近地点运动时重力势能、动能、速度分别怎么变化?
③卫星在什么时候动能最大?什么时候重力势能最大?
学生进行实验并回答问题:①重力势能。
②下降时:质量不变、高度变小、速度变大、重力势能变小、动能变大,减小的重力势能变成了动能。
③上升时:质量不变、高度变大、速度变小、重力势能变大、动能变小。减小的动能变成了重力势能。
④动能和重力势能之间可以相互转化。
学生进行实验并回答问题:①摆球在A、C处位置最高,具有的重力势能最大。
②摆球在B处速度最大,具有的动能最大。
③摆球从A~B运动过程中,重力势能不断减小,动能不断变大,是重力势能不断转化为动能。
④摆球从B~C运动过程中,重力势能不断增大,动能不断减小,是动能不断转化为重力势能。
学生进行实验并回答问题:
1.观察到木球在弹簧片的作用下在水平槽内运动。在此过程中,弹簧的弹性势能转化为木球的动能。
2.从甲→乙图中,木球的动能转化为弹簧的弹性势能。从乙→丙图中弹簧的弹性势能转化为木球的动能。
这说明动能和弹性势能可以相互转化。
学生讨论回答:①滚摆上升的最大高度越来越小,说明滚摆具有的机械能总量不断减小。
②滚摆机械能总量减小的原因是摩擦和空气阻力。如果没有摩擦和空气阻力,机械能的总量不会变化。
③动能和弹性势能之间可以相互转化。
学生阅读并思考后回答:
①守恒,因为卫星在太空运行,没有空气阻力,只有动能和势能之间的相互转化。②重力势能增大,动能减小,速度减小。
③在近地点时动能最大,在远地点时重力势能最大。
改为学生实验,让他们参与实验探究。在试验中获取知识,增长本领。
通过精心设计的问题,激活学生的思维,提高学生参与课堂教学的积极性和有效性。
人造地球卫星涉及到机械能的转化和守恒,可以拓宽学生视野
二、水能和风能的利用
请学生观看图片或者视频,认识自然界存在的机械能。指出:水能和风能是水或者空气因为运动或者位置高而具有的机械能。
修筑拦河坝可以提高坝前上游的水位,水位越高,水的重力势能就越大。这样水从坝上落下时转化成的动能就越大,水推动坝下方的水轮机转动,水轮机又带动发电机发电,水能最终转化为电能。
利用风能做功主要是靠风车,也可以用风车的转动带动发电机发电。利用风能不会有环境污染,但风能不稳定,不像拦河坝那样能把“风能”储存起来。
展示图片或者视频,表现自然界的机械能有利也有弊。
在水(风)力发电站,将水(风)的机械能转化为电能
请学生观看图片或者视频,了解水电站是怎样使发电机转动的,风力发电是怎样的。
通过水能和风能的利用,知道人类如何利用机械能的转化与守恒解决实际问题。提高运用机械能转化与守恒观点分析力学问题的意识
达标测评(6分钟)
课件展示达标测评题
学生思考后积极答题
巩固强化所学知识
课堂小结
(3分钟)
通过今天的学习,同学们有哪些收获?在实验探究中又存在哪些问题?还有什么想探究的问题?
学生可以个别回答,或相互交流,在交流的基础上进行学习小结。
促进知识的巩固掌握。提升学生的交流表达能力
布置作业(1分钟)
书P74页:1,2,3,4
附:达标测评题
1.说明下列过程中机械能的转化:
(1)雪橇从山坡上滑下来
(2)炮弹从炮口斜向上射出,又落回到远处地上。
2.分析皮球从手中落下又弹起的过程中的能量的转化。
皮球落向地面时,_______能转化为_____能;撞击地板时,____能转化为_______能,恢复形变(未离开地面)向上弹起时,______能转化为_____能,离开地面向上弹跳时,_____能转化为_______能。
3.“神舟五号”载人飞船的成功返航,实现了中国人几千年的飞天梦。当飞船减速着陆后航天英雄杨利伟的()
A.动能增加,重力势能减少
B.动能减少,重力势能减小
C.动能减少,重力势能不变
D.动能不变,重力势能减少
4.如图是某城市地铁的设计方案图,进站和出站的轨道都与站台构成一个缓坡,为了充分利用能量,火车进站上坡前关闭发动机,由于惯性冲上缓坡,则上坡时火车的动能逐渐______重力势能逐渐______。(选填“增大”“减小”或“不变”)
5.体积相同的实心铁球和木球,铁球静止放在水平桌面上,而木球从桌边由静止开始落向地面,则()
A.铁球和木球的机械能始终相等
B.铁球和木球同在桌面上时,重力势能相等
C.铁球的重力势能始终大于木球的重力势能
D.铁球的动能始终大于木球的动能
6.学生在做模拟“蹦极”的小实验。一根橡皮筋一端系一个小石块,另一端固定在a点,b点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置,c点是小石块从a点自由下落所能到达的最低点。在小石块由a点到c点运动的过程中,以下说法正确的是()
A.小石块动能一直在增加
B.小石块减少的重力势能全部转化为动能
C.小石块经过b点时,橡皮筋具有弹性势能
D.小石块到达c点时,动能为零
附:教后反思
能量的学习在初中物理阶段,具体的学习内容首先从机械能知识出发,机械能的知识较为浅显,易于被学生理解、接受、吸收。
这节课是上节的继续,上一节学习动能、势能及其大小的影响因素,可以说条理分明,本节首先进行了知识检验,学生们认识比较清楚,都能从两种因素进行全面分析。这为本节课的顺利进行做好了铺垫。这节课的教学最成功之处,可以说是与实际的紧密结合。
机械能跟生产实际联系十分密切,学生在生活常见到关于机械能的事例,教师在引导学生举例分析时,学生直观地观察或随时就能做出演示实验。这样,分析能量转化时,就不再抽象,而是直观再现。把抽象的能一下子变成了信手拈来的贴切的知识。使得知识简单化、直观化。
结合能量转化,学生们对日常情况进行了讨论、分析,如向上乒乓球、滚摆实验、单摆实验、打网球、拍皮球、跳蹦蹦床及橡皮筋发射“子弹”等,由于现象皆从身边来,故同学们都能七嘴八舌都踊跃发言,有时经过一定的“争吵”讨论出的结果不但正确而且周到。经过这样热烈的讨论,学到的知识一定印象深刻,不爱学习的同学也不由加入进去,从而有所收获。结合其大小的变化,进行了橡皮筋发射“子弹”,玩闹的安全教育。
从知识与技能的角度,学生学懂了新知,了解了机械能及其相互转化;从情感态度与价值观众方面,学生受到了价值观和情感的熏陶,培养了学生从青少年阶段懂得节能,懂得爱护环境,有了低碳意识,同时也培养了学生的爱国主义精神,热爱科学知识的兴趣。
不足之处,从能量大小到能量转化,缺少较为自然的过度语句,语言表达稍显生疏,同时标准话还有待于提高。