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1、学而不思则惘，思而不学则殆第十一章功和机械能第四节 机械能及其转化（1 课时）【教学目标】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相互转化。4. 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。【教学重点】理解动能和势能的转化。【教学难点】判断机械能是否守恒。【教具准备】教师用：多媒体课件、滚摆、单摆、细线、铁锁、铁架台、篮球、教科书第74 页的“罐子”学生用：
2、单摆、铁锁、细线、铁架台【教学过程】主要教学过程教学内容教师活动学生活动一、创设情境，导入新课【实验引入】【创设情境】 将一只铁罐沿不太陡的斜面滚下，会有什么现象发生呢？【多媒体展示】 将如图所示的“罐子”沿不太陡的斜面滚下。 会有什么意想不到现象发生呢？【演示实验】 将上图所示的“罐子”沿不太陡的斜面滚下。【提问】你看到了什么意想不到的现象发根据生活经验回答： 铁罐会沿斜面滚下， 在水平面上运动，最后停下来。观察罐子的内部结构。观察演示实验， 对实验现象感到惊讶， 进而思考产生该现象的原因。描述看到的现象： 铁罐沿斜精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
3、- - - -第 1 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆生了？【设疑】 铁罐在滚下来后，为什么会再沿斜面滚上去的呢？【板书课题】11.4 机械能及其转化( 设计意图： 用出乎意料的实验现象激发学生的学习兴趣， 这个演示实验中包含了三种不同形式的机械能及其转化，与本节教学内容紧密相关， 为新课学习作铺垫。 )面滚下后， 又沿斜面滚上来了。二、合作互动探究新知（一） 机械能的概念【多媒体展示】 生活中既具有动能又具有势能物体的图片。空中飞行的飞机落至地面后继续向下运动的篮球【提问】1. 空中飞行的飞机具有什么能？2. 落至地面后继续向下运动的篮球具有什么能？【表述】 由此可见，一个物体可以
4、同时具有动能和势能。在物理学中，我们把物体所具有的动能和势能统称为机械能。【板书】一、机械能动能1机械能重力势能势能弹性势能【举例】空中飞行的飞机所具有的动能和重力势能的总和就是该飞机的机械能。落至地面后继续向下运动的篮球具有的动能和弹性势能的和就是该篮球的机械能。【板书】2物体具有机械能的总量等于动能、势能两种能量之和。（设计意图： 从生活中的现象切入新课，观看图片， 认识物体具有的能量。思考回答：1. 空中飞行的飞机具有动能和势能（重力势能）2. 落至地面后继续向下运动的篮球具有动能和势能（弹性势能）。结合实例理解机械能的含义。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结
5、 - - - - - - -第 2 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆（二） 机械能的转化及守恒1. 动能和势能可以相互转化引导学生认识物理知识存在于生活中，结合生活现象认识物理知识， 降低了学生的认知难度， 体现了从生活走向物理的教学理念。 ）【过渡】物体所具有的的动能和势能是不是固定不变的呢？请同学们观看图片试分析图片中所描述物体的动能和势能是如何变化的。【展示图片】【设疑】 上述现象中，物体减小的势能或动能到哪里去了， 增加的动能或势能又是从哪里来的呢？【点拨释疑】 大量的事实证明，物体的动能和势能之间是可以相互转化的。上述现象中，物体减小的势能或动能，相应的转化成了物体的动能或
6、势能。【板书】1 动能和势能是可以相互转化的。（设计意图： 突出本节课的重点。展示图片是为了说明势能可以转化为动能，能量没有消失，只是能的形式发生了变化，能量的所有物体改变了。）观看图片所描述的物理情景思考、交流、讨论、回答：（1）跳水运动员下落高度减小，速度增大，所以跳水运动员的（重力）势能减小，动能增大。（2）排球的速度减小，速度增大，故动能减小， （重力）势能增大。（3）弓将箭射出，弓的弹性形变减小，箭的速度增加，故弓的（弹性）势能减小，箭的动能增加。（4）篮球下落至地面后，篮球的速度减小， 球的弹性形变增大，故球的动能减小， （弹性）势能增加。产生疑惑， 根据上述分析动能和势能的变化形
7、成初步的认识：减小的势能（动能）转化成了动能（势能） 。明确物体的动能和势能之间是可以相互转化的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆（1）动能和重力势能之间的相互转化【过渡】下面，我们一起分析滚摆在上升、下降过程中重力势能和动能的相互转化情况。（设计意图： 在学生明确动能和势能可以相互转化的基础上分类分析物体动能和重力势能、 动能和弹性势能之间的相互转化，加深学生对动能和势能间相互转化的理解，是学生体会知识的形成过程）【演示实验】 滚摆在上升、下降过程中动能和重力势能的相互转化。【引导分析
8、】（1）滚摆在最高点时，具有什么能？（2）滚摆下降过程中，高度如何变化，速度如何变化，重力势能与动能如何变化，_能转化为 _能。（3）滚摆下降到最低点时，速度如何，动能如何，高度如何，重力势能如何？（4）滚摆上升过程中，高度如何变化，速度如何变化，重力势能与动能如何变化，_能转化为 _能。【总结】 滚摆在上升、下降过程中，重力势能和动能之间发生了相互转化：滚摆下降时，重力势能转化为动能；上升时，动能转化为重力势能。（设计意图： 这个实验可视性好，通过高度和速度变化可以看到重力势能和动能的变化，使学生清晰认识到物体动能和重力势能间的相互转化。）【过渡】 下面请同学们利用单摆进行实验，观察单摆的摆
9、动情况，分析单摆在摆动过程中的能量转化，完成下列问题：（设计意图： 通过学生对单摆能量转化的分析，加深学生对动能和重力势能相互转化的认识，提高学生的动手动脑能力，提高学生的自主学习能力）观察实验现象， 结合已有知识，同学之间交流讨论回答：（1）滚摆在最高点时静止，只具有重力势能（2）下降时，高度变小，速度变大，故重力势能变小，动能变大，该过程重力势能转化为动能（3）最低点时，速度最大，动能最大，高度最小，重力势能最小（4）上升时，高度变大，速度变小，重力势能变大，动能变小， 该过程动能转化为重力势能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4
10、 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆反馈训练一（2）动能和弹性势能之间的相互转化【学生实验】 单摆在摆动过程中动能和重力势能的相互转化。（1）单摆在 A点时的 _能最大。（2）单摆从 A 到 B，_能变小，_能变大，_能转化为 _能。（3）单摆在 B 点时的 _能最大。（4）单摆从 B 到 C，_能变小，_能变大， _能转化为 _能。（5）单摆在 C点时的 _能最大。（6）从 C到 B，_能变小， _能变大， _能转化为 _能. （7）从 B到 A，_能变小，_能变大，_能转化为 _能【指导】指导学生实验，对学生的分析结果进行必要的点拨和指导。【反馈训练一】1. （2012临沂）人骑自
11、行车下坡时，速度越来越快， 下列关于这一过程的说法正确的是（）A.人与车的动能增大，重力势能增大B.人与车的动能增大，重力势能减少C.人与车的动能减少，重力势能增大D.人与车的动能不变，重力势能不变（设计意图： 学生通过亲身实验，体会动能和重力势能能够相互转化。 进一步加深学生对动能和重力势能相互转化的认识和理解，从而达到学以致用的目的。通过反馈练习检查学生的掌握情况，便于教师调节课堂）【过渡】 事实上，不仅物体的动能和重力势能之间可以相互转化， 动能和弹性势能之间也是可以相互转化的。【播放视频】 从斜面滚下的小球，撞击到固定在水平面上的弹簧后被反弹。【展示图片】 结合图片试分析滚动的小球撞击
12、弹簧被反弹过程中能量的转化过程。进行实验， 分析单摆在摆动过程中动能和重力势能的转化，并回答问题：（1）单摆在 A 点的重力势能最大。（2）从 A到 B，重力势能变小，动能变大，重力势能转化为动能（3）单摆在 B 点的动能最大（4）从 B向 C ，动能变小，重力势能变大， 动能转化为重力势能（5）单摆在 C 点的重力势能最大。（6）从 C向 B，重力势能变小，动能变大，重力势能转化为动能（7）从 B向 A，动能变小，重力势能变大， 动能转化为势能【反馈训练一】答案： B 【点拨】判断物体动能或重力势能的变化关键是根据题目所创设的情景判断物体质量、速度或高度的变化，进而判断出物体动能或重力势能的
13、变化。观看小球撞击弹簧的视频过程，初步形成动能和弹性势能可以相互转化的认识。观看小球撞击弹簧的过程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆【指导】根据学生回答情况进行必要的点拨和指导。【总结】 通过分析发现，物体的动能和弹性势能之间是可以相互转化的。【误区警示】 物体的重力势能和弹性势能之间是不能直接转化的， 必须经过动能的转化才能实现它们之间的转化。图片，明确小球与弹簧的撞击过程，思考分析交流讨论小球撞击弹簧的过程中的能量转化。（1）小球从斜面滚下，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，
14、重力势能转化为动能。（2）小球滚至水平面撞击弹簧，小球的速度减小，动能减小，弹簧的弹性形变增大，弹性势能增加，动能转化为弹性势能。（3）小球速度为零，动能为零，弹性形变程度最大，弹性势能最大。（4）弹簧恢复形变，弹簧的弹性形变减小， 弹性势能减小，小球的速度增大，动能增加，该过程弹性势能转化为小球的动能。（5）小球滚上斜面，动能转化为重力势能。（5）小球滚上斜面， _能转化为_能。（4）弹簧恢复形变，弹簧的弹性形变_，弹性势能 _，小球的速度_，动能 _，该过程 _能转化为 _ 。（3）小球压缩弹簧至速度为零，小球的动能 _， 弹簧的弹性形变 _，弹性势能 _。 小球的动能全部转化为弹簧的弹性
15、势能。（2）小球滚至水平面撞击弹簧，小球的速度 _，动能 _，弹簧的弹性形变 _，弹性势能 _，该过程_能转化为 _能。（1）小球从斜面滚下， _能转化为_能。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆反馈训练二2. 机械能守恒（设计意图： 进一步研究动能与弹性势能之间的相互的转化， 使动能和势能可以相互转化的结论更有说服力。 由于小球撞击弹簧的视频过程较快，学生不易看清，故将小球撞击弹簧的过程采用图片的方式展现，便于学生清晰认识撞击过程中能量的转化情况）【反馈练习二】2. 分析皮球从手中落下又弹
16、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。【学生实验】 用绳子把一个铁锁悬挂起来。 把铁锁拿近自己的鼻子， 稳定后松手，头不要动，铁锁向前摆去又摆回来。【问题】铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？铁锁来回摆动几次后， 铁锁摆动的高度是增大了还是减小了， 铁锁的机械能怎样变化？【设疑】铁锁的机械能为什么会减小呢？提问学生分析铁锁机械能减小的原因。【释疑】铁锁在摆动时要克服空气的阻力及绳子和悬挂处的摩擦阻力做功，机械能会转化为其他形式的能量， 故机械能会减小。【点拨
17、】如果没有空气的阻力及绳子和悬挂处的摩擦阻力，此时铁锁在摆动过程中，只存在动能和势能之间的相互转化，机械能的总和会保持不变。【课件展示】【反馈练习二】答案：重力势动动弹性势弹性势动动重力势【点拨】判断物体的机械能转化过程， 关键确定动能和势能（重力势能和弹性势能）的变化情况，若重力势能（弹性势能）减小，动能增加，则重力势能（弹性势能）转化为动能，反之，动能转化为重力势能 （弹性势能） 。学生根据实验要求进行实验，并描述出实验现象。交流讨论回答： 铁锁摆回时不会碰到鼻子， 铁锁来回摆动几次后， 铁锁摆动的高度减小了，机械能减小。思考铁锁机械能减小的原因，与同学交流讨论。认识机械能损耗的原因。理解
18、机械能守恒的条件： 只存在动能和势能之间的转化。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆反馈练习三（三） 水能和风能的利用【强调】 大量事实和研究表明：如果只有动能和势能的相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总量不变。在物理学中， 我们把这一规律称作“机械能守恒”。【板书】2机械能守恒当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。（设计意图： 通过学生亲身实验，认识到机械能在转化过程中的损耗， 通过教师点拨，使学生认识到机械能损耗的原因，从而理解机械能守恒的条件， 加深学生对机械能守恒
19、的认识， 使学生对知识的掌握更全面，解决问题更方便）【反馈练习三】3. 如图所示， 一个小球由静止从光滑曲面的顶端自由滑下， 若它在顶端的重力势能为 55J，则滑到底端的动能是（）A45J B.50J C.55J D.60J 【过渡】 除了生活中的物体具有机械能外，自然界中的水流和风也同样具有机械能。【播放视频】 洪水冲垮房屋，台风折断大树。【板书】三、水能和风能的利用1. 水能和风能是机械能（设计意图： 通过视频使学生认识到水流和风能够对外做功，具有能量。同时，认识到能量的破坏性释放会造成灾害。渗透了合理利用能源、保护环境意识的教育）了解机械能守恒【反馈练习三】答案： C 【点拨】机械能守恒
20、的条件是只有动能和势能相互转化，即只存在重力做功，此时，物体在任一时刻或位置的动能和势能的和都是不变的，即机械能的总量不变。观看视频， 知道水流和风都具有机械能且能转化为其他形式的能量，了解水能、风能破坏性释放造成灾害。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆科 学 世界 -人造地球卫星的机械能转化反馈练习四【引导】 水能、风能破坏性释放会造成灾害，那么我们能不能有效利用水能和风能为 人 类 造 福 呢 ？ 请 同 学 们 自 学 教 材P72-73 页水能和风能的利用回答下列问题。【课件展示】
21、（1）我们的祖先是怎样利用水能和风能的？（2）水能发电是将水的_能转化为_能。 水位差越大，水的_能越大，能发出的电越 _。【指导】 了解水电站发电能量转化过程。水的重力势能转化为水的动能带动水轮机转动，水轮机带动发电机转动从而将机械能转化为电能发电。（3）风能发电是将风的_ 能转化为_能。【板书】2. 在水（风）力发电站，将水（风）的机械能转化为电能。（设计意图： 学生通过自学，认识水能和风能的利用， 提高了学生的自学能力和理解能力，增强了学生的自主学习意识）【引导】 下面请同学们阅读教材P73页 【科学世界】- 人造地球卫星的机械能转化完成【反馈练习四】【反馈练习四】4. 已知卫星沿椭圆轨
22、道绕地球运行的过自学教材 P72-73 页水能和风能的利用，回答问题：（1）我们的祖先利用水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉；利用风力鼓起帆使船前行。（2）水能发电是将水的机械能转化为电能。 水位差越大， 水的重力势能（机械能）越大，能发出的电越多。（3）风能发电是将风的机械能转化为电能。【反馈练习四】答案： B 【点拨】判断卫星的动能和重力势能的变化， 关键是明精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆程中机械能守恒， 则关于卫星从远地点向近地点运行过程中势能、动能、速度的变化是（）A.势能增加、
23、动能减小、速度减小B.势能减小、动能增加、速度增加C.势能减小、动能增加、速度不变D.势能不变、动能不变、速度不变（设计意图： 学生自学，认识人造地球卫星转动过程中能量转化过程， 以反馈练习的方式检测学生的自学情况， 同时拓展了学生的知识面，开拓了学生的视野）确卫星所处近地点和远地点的含义， 据此判断得出卫星运行过程中重力势能的变化，再有动能和重力势能的转化判断出动能的变化。三、课堂小结学生回顾本节课的学习内容课件展示【见附件 1】梳理知识点，明确重难点四、当堂检测学生独立完成，教师出示答案， 生生互批，教师点评 【见附件 2】完成检测题五、布置作业动手动脑学物理2、3 课后完成板书设计11.
24、4机械能及其转化一、机械能动能1机械能重力势能势能弹性势能2物体具有机械能的总量等于动能、势能两种能量之和。二、机械能的转化及守恒1动能和势能能够相互转化2机械能守恒：当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。三、水能和风能的利用1水能和风能是机械能；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆2在水（风）力发电站，将水（风）的机械能转化为电能。【教学反思】一、案例的亮点1、激趣设疑，诱思导学充分调动了学生学习的积极性教案设计全面细致， 通过学生意想不到的物理现象引入新课，激发了学生学习物理的兴
25、趣。图片、视频、演示实验、学生实验相结合，使课堂教学充实，学生通过不同的形式获取知识克服了课堂教学形式的单一性， 充分调动了学生参与课堂教学、 学习物理知识的积极性。2.各知识点环环相扣，注重了知识的形成过程教案设计过程中注重知识的形成过程。由认识机械能-机械能的转化 - 机械能守恒-机械能的应用层层递进，采用恰当的过渡语言，使学生在学习过程中对知识间的联系有初步的认知。各知识点的设计力求由生活现象或实验现象引入，引导学生认知学习该知识点的价值和意义，进而激发学生的学习热情。3.注重情感、态度、价值观的教育教案中通过图片或视频传达信息，使学生感受到物理知识存在于生活、生产、科技中，在学生的周围
26、处处是物理。引导学生认知机械能的存在及转化，提高运用机械能转化与守恒观点分析力学问题的意识。通过对水能风能的认识使学生具有合理利用能源的意识，对能源的开发和利用有初步的认识。二、案例使用建议1. 应给学生创造充足的学习空间，积极引导学生思考、反思，赋予学生充足的话语权，让学生积极表达自己的观点，在反复的思考、反思过程中获取知识。2. 通过幽默的语言、实验、视频等激发学生学习的兴趣，调动学生参与课堂教学，提高课堂教学的参与度。附件 1 小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆附件 2 当堂达
27、标1.(2012 兰州) 用力向下甩溜溜球，手提悬线不动，溜溜球会上下来回运动。它上升的过程中速度逐渐，重力势能逐渐，_能转化为 _能。答案：减小增大动重力势2. 如图所示， 小明在玩蹦蹦杆， 在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化是( ) A.重力势能减小，弹性势能增大 B.重力势能增大，弹性势能增大C.重力势能增大，弹性势能减小 D.重力势能减小，弹性势能减小答案： A 3. 乒乓球由高处静止下落的过程中，它的机械能的转化情况是( ) A.弹性势能转化为动能 B.重力势能转化为动能C.动能转化为重力势能 D.重力势能转化为弹性势能答案： B 4. “神
28、舟五号”载人飞船成功返航，实现了中国人几千年的“飞天梦” ， 返回舱减速着陆过程中， 航天英雄杨利伟的 ( )。A动能增加，重力势能减少，机械能不变B动能不变，重力势能减少，机械能减少C动能减少，重力势能不变，机械能减少D动能减少，重力势能减少，机械能减少答案： D 5. 如图所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，做好后将它从不太陡的斜面滚下，则观察到的现象是，产生此现象的原因是滚筒向下滚时主要将能转化为能，滚筒运动起来后主要将 _能转化为橡皮筋的 _能，滚筒反向运动时主要将橡皮筋的_能转化为 _能，沿斜面向上滚时主要将能转
29、化为 _能。机械能及其转化机械能概念：动能和势能统称为机械能机械能守恒：当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。机械能转化：动能和势能可以相互转化机械能的利用：风能发电水能发电精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页学而不思则惘，思而不学则殆答案：罐子沿斜面滚上来了重力势动动弹性势弹性势动动重力势6. 试从能量角度分析“不尽江河滚滚流，流的都是煤和油”中的道理。参考答案：从本节课的角度：水流具有机械能，在一定条件下利用水能发电代替火力发电可以节省大量的煤炭和石油。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页