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。
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