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11.4 认识动能和势能
【教学目标】 一、知识与技能 1．知道什么是动能、重力势能、弹性势能、机械能，知道动能、重力势能、弹性势能分别与哪些因素有关． 2．知道动能、重力势能、弹性势能可以相互转化，并能解释自然界中机械能相互转化的现象． 二、过程与方法 1．通过描述所观察各种能量现象的主要特征，培养学生的观察能力和分析概括能力． 2．通过探究动能和势能分别跟哪些因素有关，学习运用控制变量研究问题的方法，进一步加强科学方法教育． 三、情感、态度与价值观 通过探究实验和合作学习，培养学生严谨的科学态度、敢于探索创新的科学精神及交流合作的团队意识． 【教学重点】 动能、重力势能，弹性势能的概念． 【教学难点】 动能和势能的相互转化．
┃教学过程设计┃
教学过程 设计意图 一、新课引入 用多媒体展示下列问题，师生共同讨论. 1.高速公路上都有限制汽车速度的标志，想一想这样做的原因是什么？ 2.“??忽然，它像一匹脱缰的野马，从轨道的最高端飞驰而下，如同一条蛟龙，时而上下翻腾，时而左摇右摆，??乘坐过山车的我在万分紧张的气氛中紧闭双眼，经历如此惊心动魄、激动不已的旅程，当我感觉过山车似乎平稳时，睁开了双眼．哎呀！太可怕了??我正处于回环的最高处，而且还头朝下??太刺激了！”过山车速度为什么能够快慢不同的改变？过山车在最高点时，怎么会有平稳的感觉？想知道这里面的物理道理吗？通过本节内容的学习，聪明的你一定能找到答案. 二、新课教学 (一)什么是能 (a)形变的跳板把运动员弹起， (b)拉开的弓能将箭射出， (c)举高的重锤将桩打入土中， (d)流动的水推动水轮发电机发电. 1.教师提出问题：你能从以上四个所举事例中，看出它们具有的共同点是什么吗？ (教师可作以下引导：发生形变的跳板、被拉开的弓弦、举高的重锤、流动的水都具有什么样的本领呢？对学生回答的各种答案都要给予充分肯定，并鼓励学生大胆发表自己的看法) 2.师生共同分析：发生形变的跳板对运动员有一个向上的力，运动员在力的方向上移动一段距离，它对运动员做了功；被拉开的弓弦将箭射出，箭受力并且移动了距离，拉开的弓对箭做了功；举高的重锤将桩打入土里，桩受力并移动了距离，举高的重锤对桩做了功；流动的水推动水轮机转动，水轮机受力并且移动了距离，流动的水对水轮机做了功. 3.总结：四个事例中，形变的跳板、被拉开的弓弦、举高的重锤、流动的水都能对别的物体做功，都具有做功的本领，从物理学的角度说，它们具有能. 物理学里，一个物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能．一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越多．能的单位与功的单位一样，都是焦耳，符号为J. 4.对能的概念的理解 (1)在物理学中，能量这个概念跟前面学过的功的概念是有密切联系的，一个物体能够做功，我们就说它具有能量；一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大．打个比方，这就好像一家企业对外能够支付的资金越多，表示这家企业的资金越雄厚一样．我们周围的物体具有的能量形式多种多样. (2)要注意对“物体能够做功就是具有能量”这句话的理解，能够做功并非一定正在做功．由于所处的环境不同，它可能正在做功，也可能目前没有做功．比如：被举高的重锤，当它静止在空中时没有做激发学习热情，铺垫后续学习，培养学生思考解决问题的能力. 通过身边的现象引出能的概念. 进一步地讲解能的概念，加深学生对能的理解. 问题式引入动能，有助于下一步讲解动能大小与哪些因素有关. 功，而当它下落将木桩打入地里时，它才对木桩做了功；又如空中飞 行的子弹并没有做功(不考虑空气阻力)，而当它击入木板或碰到木板 时就做了功. 教师导入：我们知道一个物体能够对别的物体做功，就说这个物 体具有能．那么能的大小与哪些因素有关呢？ (二)动能的大小与哪些因素有关 1.教师提出问题：大家知道流水能够推动水磨转动，风能够推动 帆船前进，子弹能够击穿木块等．提问： (1)这些物体是否具有能量？为什么？ (引导学生分析回答：具有能量，因为它们都能做功．) (2)它们为什么能够做功？ (因为它们都是运动的．) (3)这种形式的能应该怎样命名？能否试着给这种能下一个定义？ (动能．物体由于运动而具有的能叫做动能．) 教师导入：同一汽车在同一水平路面上行驶时，速度越大，刹车 距离越长，说明动能克服阻力做功越多，汽车的动能越大．针对这种 情况你想提出什么？ 2.探究影响动能大小的因素 (1)提出问题：动能的大小与哪些因素有关？ (2)猜想与假设：能是物体具有做功的本领，动能大，表示物体由 于运动而具有的能量大，所以动能可能与物体的运动速度有关，还可 能与物体的质量有关. (3)实验原理：①将小球从光滑斜面上由静止开始下滑，到达斜面 底端的速度只与起点高度有关，起点越高到达底端的速度越大．②不 同质量的小球分别从光滑斜面上由静止下滑，并撞击平面上的纸盒， 被撞击纸盒运动距离越长，小球具有的动能越大. (4)制订计划与设计实验： ①将纸盒放在水平面上，让小球由静止开始沿斜面向下运动，撞 击纸盒，通过比较纸盒运动距离的长度，比较小球动能的大小. ②比较纸盒分别被处于不同高度的同一钢球撞击后运动的距离. ③比较纸盒分别被处于同一高度的不同质量的木球、钢球撞击后 运动的距离. (5)实验器材：斜面、钢球、木球、纸盒、刻度尺. 在观察实验现(6)实验步骤： 象的过程中培养学生观察和分析的能力. ①按照如图11－4－1所示的装置组装，让小球分别从斜面上同一 高度滚下，比较它们在水平面上运动距离的长短. ②让小球分别从斜面上同一高度滚下，撞击纸盒，观察纸盒运动 情况. (启发思考：从图(a)实验现象可以看出，小球在水平面上运动的 距离长短不同，在A位置运动的距离较长，说明小球在斜面上位置越 高，滚到水平面上时的运动速度越大．从图(b)实验现象可以看出，小 球在斜面上所处位置越高，纸盒在水平面上被推得越远，表明小球此 时具有的动能越大．) ③按照如图11－4－2所示的装置组装，让不同质量的小球分别从 斜面上同一高度处滚下，比较它们在水平面上运动距离的长短．④让 不同质量的小球分别从斜面上同一高度处滚下，撞击纸盒，观察纸盒 运动情况. (启发思考：从图(a)实验现象可以看出，不同质量的小球在水平 面上运动的距离长短相同，说明小球在斜面上同一位置滚下，滚到水 平面上时的运动速度相同．从图(b)实验现象可以看出，小球的质量越 大，纸盒在水平面上被推得越远，表明小球此时具有的动能越大．) 教师组织学生分析思考并回答下列问题： ①两个不同的实验中，分别控制哪些因素不变？哪些因素改变？ 为什么要这样设计实验？ (第一次实验中，小球的质量没变，在斜面上的高度变了；第二次 实验中，球在斜面上的高度没变，但小球的质量变了．因为有两个因 素(速度和质量)会影响动能的大小，所以当研究动能和其中一个的关 系时，需要控制另一个因素不变．) ②两次实验中，分别让小球从斜面的不同高度或相同高度滚下， 目的是什么？ (使小球滚到水平面上时，具有相同或不同的速度．) ③为什么让小球推动纸盒？纸盒被推动距离的远近说明了什么？ (通过小球对纸盒做功的多少比较它所具有动能的大小；纸盒被推 得越远，小球能做的功越多，它所具有的动能越大．) 培养学生交流(7)分析与论证： 合作，探究总结的①当同一钢球从不同高度释放时，起点高的钢球，到达底端的速能力 度大，并且撞击后使木块运动的距离长，表明它的动能大. ②木球和钢球的质量不同，钢球的质量大，当它们从同一高度被 释放时，到达斜面底端的速度相同，但钢球撞击木块运动的距离长， 表明它的动能大. (8)探究总结： ①质量相同时，速度大的物体具有的动能大. ②速度相同时，质量大的物体具有的动能大. ③物体的动能与物体的质量和速度有关，质量越大，速度越大， 物体具有的动能就越大. 教师导入：从我们前面所举的事例中可以看出，不仅运动的物体 具有能，静止的物体也具有能，静止的物体具有什么能呢？ 问题式引入势(三)势能的大小与哪些因素有关 能激发学习兴趣. 1.用多媒体展示：被举高的重锤能对木桩做功，变形的撑杆能对 运动员做功的图片让学生观察，并启发学生回答下列所提问题. (1)被举高的重锤具有能量吗？为什么？ (重锤具有能量．因为重锤被举高后，能够在下落时把木桩打入地里，对木桩做功．) (2)变形的撑杆具有能量吗？为什么？ (变形的撑杆具有能量．因为撑杆发生弹性形变后，能够把运动员弹出一段距离，对运动员做功．) 总结：①物体由于被举高而具有的能叫做重力势能；②物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能；③重力势能和弹性势能统称为势能. 教师导入：打夯机被举得越高，落到地面时，对地面做的功越多，说明打夯机的重力势能越大．那么，势能的大小与哪些因素有关呢？ 2.探究影响重力势能大小的因素 按照科学探究步骤，引导学生完成下列问题. (1)提出问题：重力势能的大小跟哪些因素有关？ (2)猜想与假设：由于重力势能是物体被举高而具有的能量，所以它可能与物体的质量有关，还可能跟物体被举高的高度有关. (3)制订计划与设计实验：①让同一重物从不同高度下落冲击小方桌(小方桌的桌腿是四根钉，并放置在沙箱的沙面上)，如图11－4－3(a)所示，比较小方桌下陷的深度．②让两个不同质量的重物从同一高度自由下落冲击小方桌，比较小方桌下陷的深度，如图11－4－3(b)所示. (4)实验器材：装有沙子的沙箱、重物、小方桌. (5)实验过程：①小方桌放在沙中，让同一重物从不同高度自由下落冲击小桌，发现重物被举得越高，桌腿陷入沙中越深．②用两个质量不同的重物分别从同一高度自由下落冲击小桌，发现重物的质量越大，小桌下陷得越深. (6)探究总结：物体的位置越高，质量越大，它具有的重力势能就越大. 3.影响弹性势能大小的因素 用弹弓射箭，让学生观察弹弓弹性形变的程度与射箭远近的距离的关系，让学生总结. 探究总结：弹性物体的弹性越强，形变越大，它具有的弹性势能就越大. (四)机械能的转化 在很多情况下，物体既具有动能，又具有势能．例如，“神舟七号”飞船在空中绕地球遨游时，既有动能，又有重力势能；又如，摆 让学生体验科学探究的过程，培养学生的实验设计能力和归纳交流、合作的能力. 培养学生的总结能力和语言表达能力. 培养学生的总结能力和语言表达能力. 实验引入，有助于学生理解动能与势能的转化.
球在摆动时同样既有动能，又有重力势能．物体的动能和势能统称为机械能．那么，物体的动能跟势能是否能相互转化呢？ 1.动能与势能的转化 (1)演示实验：如图11－4－4所示，将小球拉到一定的高度，然后释放．仔细观察小球的摆动情况；比较小球在左、右最高点(点A、B)和中间最低点(点C)势能和动能的情况. (2)探究分析：小球在最高点时的速度为零，即重力势能最大，而动能最小(为零)；小球在最低点时的速度最大，即重力势能最小，而动能最大．此时从最高点到最低点，小球重力势能减小，这部分能量到何处去了？动能增大，这部分能量又是从何而来？ (通过启发学生，分析讨论：从最高点到最低点，小球的重力势能转化为动能；从最低点到最高点，小球的动能转化为重力势能．) (3)探究结论：物体具有的动能和势能是可以相互转化的. 2.动能与势能转化的应用 引导学生观看课文活动3(a)、(b)、(c)各图，分析动能和势能的相互转化情况. 师生共同分析：在图(a)中，男演员下落过程中，他的重力势能转化为动能；男演员挤压跳板，使它发生弹性形变时，男演员的动能转 化为跳板的弹性势能；跳板逐渐恢复原状，把女演员上弹，跳板的弹 性势能转化为女演员的动能；女演员上升时，她的动能转化为重力势 能. 培养学生观察在图(b)中，小孩下落时，重力势能转化为动能；小孩挤压蹦蹦事物、分析原理的床，使它发生弹性形变，小孩的动能转化为蹦蹦床的弹性势能；蹦蹦能力. 床逐渐恢复原状，把小孩上弹时，蹦蹦床的弹性势能转化为小孩的动 能；小孩反弹起来后上升时，动能转化为重力势能. 在图(c)中，过山车从高处到低处时，重力势能转化为动能；从低 处到高处时，动能转化为重力势能. 教师总结：物体的动能与势能是可以互相转化的；有摩擦等阻力时，在动能与势能的相互转化中，机械能会减少. 机械能与其他形式的能之间也可以相互转化. ┃教学小结┃
【板书设计】 11．4 认识动能和势能 一、能 一个物体如果能够做功，我们就说这个物体具有能 二、动能 1．物体由于运动而具有的能叫做动能． 2．决定动能大小的因素：物体的质量与运动速度． 三、重力势能 1．物体由于举高而具有的能叫做重力势能． 2．决定势能大小的因素：物体的质量与被举高的高度． 四、弹性势能 1．物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能． 2．决定弹性势能大小的因素：弹性形变的程度． 五、机械能 1．动能和势能的总和叫机械能． 2．动能和势能可以相互转化． 【教学反思】 通过本节课的教学，主要学习了功和能的关系，动能、重力势能、弹性势能的概念；动能、重力势能、弹性势能分别与哪些因素有关；动能和势能之间的相互转化．由于举例来源于实际生活，设计的实验现象较为明显，学生的接受较为良好．但是由于能的概念比较抽象，学生理解时还是存在一定的障碍，下节课还要继续进一步讲解．
