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1、第十一章第 4 节 机械能及其转化教案（一）【教学目标】知识与技能1知道机械能包括动能和势能。2理解机械能的转化。3能解释动能、重力势能、弹力势能间相互转化的简单物理现象。4初步了解机械能守恒的含义。过程与方法1通过观察和实验的方法探究动能和势能相互转化的规律。2利用机械能守恒定律解释日常生活中某些具体问题。3通过观察滚摆、单摆的实验，推导出机械能守恒的条件。情感、态度与价值观1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。2学习建立知识模型的方法，培养科研生活中的思维品质、科学素养和生活习惯。3通过了解人类探索物质世界的历程和科学理论成果，培养探索精神、创新思想和促进人类社会与自然
2、世界和谐发展的优良品德。【教学重点】动能和势能的相互转化。【教学难点】能解释有关动能和势能相互转化的简单物理现象。【教具准备】多媒体课件、滚摆、单摆等。【教学过程】一、情景引入多媒体展示：陈峰同学的家到学校本是一条在水平面上的直路，爱动脑筋的陈峰做了这样一个设想：要是将从家到学校的路挖成一个“U”字形，如图所示，只要从家骑上自行车后，不用刹车也不用踩车，等车停下来就可以到达学校了。陈峰同学的设想到底能不能实现，这节课我们就为同学们揭开此谜。进而导入新课。二、新课教学探究点一：机械能及其转化多媒体展示：(1)我们小时候玩过荡秋千吧，闭上眼睛，那种时高时低的感觉如同在飞，你知道在荡秋千的过程中小孩
3、具有哪些能量？这些能量是怎样变化的？(2)如图所示是小刚在玩弹弓的情境，小刚用形变的橡皮条将“子弹”弹射出去的过程中，具有哪些能量？这些能量是怎样变化的？(3)从以上的两个实例中，你能够发现能量的变化有什么规律？学生根据上节所学的知识，独立回答课件中两个情境中的物体所具有的能量，然后小组讨论、交流分析出每一个阶段中能量的变化情况和能量变化的规律。教师把每个小组的观点进行引导总结，利用课件展示答案：(1)把荡秋千的过程转化为如图所示的图片，展开分析：AB过程中具有的能量是势能和动能，其中能量的变化是重力势能减小，动能增大；BC过程中具有的能量是动能和势能，其中能量的变化是重力势能增大，动能减小。
4、(2)橡皮条将“子弹”射出的过程中，橡皮条具有弹性势能，“子弹”具有动能。橡皮条的弹性势能减小，“子弹”的动能增大。(3)在某一阶段能量的变化中，一种能量在减小的同时，另一种能量在增大。教师进一步追问：减小的能量是消失了吗？增大的能量是创生出来的吗？动能和势能可以统称为什么能？学生猜想，进行交流，阐明观点。猜想认为是减小的能量转化为增大的能量。教师根据学生的回答，逐步引导出动能和势能的转化，得出第一个知识点。演示滚摆实验：观察滚摆的运动，想想滚摆在运动过程中动能和势能是如何变化的？老师：滚摆运动过程中能量的转化是怎样的？学生：最高点时，势能最大，动能最小；下降时，重力势能减小，动能增大，重力势
5、能转化为动能；上升时，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能；最低点时，重力势能最小，动能最大。老师：动能的变化量等于势能的变化量。仿照滚摆下降过程的分析，得出滚摆上升过程中，滚摆的动能逐渐转化为重力势能。演示单摆实验：让学生根据滚摆实验的描述，再分析单摆实验的现象及能量转化情况。当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。(机械能动能势能)老师：观察这幅图：老师：把悬挂的单摆锁拉近自己的鼻子处静止，松开手后，摆锁向前摆去，接着又反向摆回来，你原地不动，锁会打到你的鼻子吗？自己实际试一下，想一想这是为什么？学生：不能打到，因为有空气阻力。如果没有摩擦等阻力，只有势能和动能的相互转化，机械能
6、的总量保持不变，机械能是守恒的。老师：空气中有阻力，所以机械能将改变。教师让学生分析，在我们的日常生活中，你是否留意观察过哪些现象中存在能量转化的例子？生活中的哪些方面利用了动能和势能之间的转化？让学生走进物理的生活，体验一下。学生结合生活的经历，讨论交流利用动能和势能转化的实例。根据学生叙述的生活中利用动能和势能转化的实例，同时展示出相应的课件。动能和势能转化的应用：课件 1：城市铁路的车站的设计方案如图所示，进站的轨道都与站台构成一个缓坡，就是利用了动能和势能的相互转化。(让学生思考这样设计的好处。)课件 2：如图所示，我们看杂技演员从高处跳下落在蹦床上，又被弹起的过程中是利用了动能和势能
7、的相互转化。课件 3：如图中表示撑竿跳高运动的几个阶段：助跑、撑竿起跳、越横杆。在这几个阶段中也是利用了能量的转化。探究点二：水能和风能的利用教师出示课件让学生分析。学生在教师的引导下提出自己的想法。然后小组之间再进一步交流分析，阐明观点。从学生对课件问题的认识中，教师引导得出在生活中人类利用水能和风能的实例，使学生认识到在自然界可直接利用的能源有水能和风能。【板书设计】第 4 节机械能及其转化1机械能：动能和势能统称为机械能2动能与势能之间的转化【教学反思】本节课主要采用以课件设疑来调动学生的好奇心，然后以问题为切入点展开讨论，让学生在情境问题中来感悟物理知识，起到乐中求学，学中求乐，不知不
8、觉中总结出动能和势能之间可以转化的知识点。为了加深学生对动能、势能的相互转化的印象，再进一步举出生活事例进行分析。由于现象皆从身边来，故讨论时都踊跃发言，经过一定的“争吵”讨论出的结果正确性更高而且深刻。经过这样热烈的讨论，学到的知识一定印象深刻，从枯燥无味的课堂中感受到学习物理的乐趣。第十一章第 4 节 机械能及其转化教案（二）【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，
9、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。【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。【教
10、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。【教学资源准备】多媒体课件、单摆、滚摆、弹簧、小球等。【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）手持粉笔头高高举起。提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？学生回答提问后，再引导学生分析粉笔头下落的过程。首先提出当粉笔头下落路过某点时，粉笔头具有什么能量？（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
11、位置，粉笔头的重力势能和动能各有什么变化？（重力势能减少，动能增加）在粉笔头下落的过程，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。之所以把动能、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，将滚摆卷起后学生进行实验并回答问题：重力势能。下降时：质
12、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。上升时：质量不变、高度变大、速度变小、重力势能变大、动能改为学生实验，让他们参与实验探释放，让学生观察分析：滚摆在最高处时具有什么能？释放后观察滚摆的高度、速度、质量的变化。分别分析滚摆下降和上升过程中动能、势能的变化情况。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。摆球在哪些位置高度最高？摆球在哪些位置速度最大？分析摆球从 AB运动过程中，动能、势能的变化情况。分析摆球从 BC运动过程中，动能、势能的变化情况。总结：
13、动能和重力势能可以相互转化。3 探究活动三：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？变小。减小的动能变成了重力势能。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：摆球在 A、C处位置最高，具有的重力势能最大。摆球在 B处速度最大，具有的动能最大。摆球从 AB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。摆球从 BC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
14、的动能。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。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：滚摆上下运动的过程中机械能总量有什么变化，为什么？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
15、互转化。思考：卫星运行过程中机械能是否守恒？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？卫星在什么时候动能最大？什么时候重力势能最大？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：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。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。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：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。重力势能增大，动人造地球卫星涉及到机械能
16、的转化和守恒，可以拓宽学生视野能减小，速度减小。在近地点时动能最大，在远地点时重力势能最大。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
17、（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课堂小结（5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第 4 节 机械能及其转化同步练习1一小球沿斜面滚下(不计摩擦)，那么小球的 (A)A势能转化为动能B动能转化为势能C机械能不断增加D 机械能不断减小2 有一种运动叫蹦极，如图1146
18、 所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在 O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，A点处弹性绳自然伸直。B 点是运动员受 到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点，运动员从O点到C点的运动过程中忽略空气阻力，则 (D)图 1146 A从 O至 C运动员速度一直减小B从 O点至 A点运动员机械能不守恒，从A点至 C点机械能守恒C从 O至 A过程中运动员速度增大，从A至 C过程中运动员速度减小D从 O至 B过程中运动员速度增大，从B至 C过程中运动员速度减小【解析】根据题意可知，从O点到 B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员拉力，因此速度越来越大；从 B点到
19、C点的过程中，弹性绳对运动员拉力大于重力，运动员的速度开始减小，到达C点时，速度为零；由于不计空气阻力，因此整个过程能量守恒。3 如图 1147 所示，钢珠沿竖直平面上的光滑轨道abcd 从 a 点运动到 d 点，则钢珠(A)图 1147 A通过 d 时的速度比通过 c 时大B在 c 点比在 b 点的重力势能小C从 a 运动到 b 的过程中，动能转化为重力势能D从 b 运动到 c 的过程中，机械能转化为重力势能4 我们居住的城市高楼林立，如不小心发生高空坠物事件，则可能给人们的生命财产造成损害，更不可有意为之。日前，某小区的陈先生在早上下楼取车时发现车的后挡风玻璃被穿了一个孔，上面还插着一个可
20、乐瓶，肇事的可乐瓶里大约还有小半瓶的可乐。对此，下列描述正确的是 (C)A可乐瓶从高空坠落，动能会转化为重力势能B可乐瓶对挡风玻璃没有做功C可乐瓶从高空坠落，重力势能会转化为动能D可乐瓶砸在挡风玻璃的瞬间，具有很大的重力势能5如图 1148 所示，小明从滑梯上下滑，在这一过程中，他的(D)图 1148 A动能转化为 重力势能B重力势能全部转化为动能C机 械能保持不变D机械能一定减少6下列现象中，由动能转化为重力势能的是(C)A动车匀速上坡B脚踩滑板从高处滑下C滚摆自下而上运动D火箭加速升空7下列四个实例中，机械能正在减小的是(C)A蓄势待发的火箭B水平匀速飞行的飞机C匀速下降的热气球D加速上升
21、的汽艇8玩“过山车”是一项非常惊险刺激的娱乐活动。如图 1149 所示，过山车时而从轨道的最低点D 上升到最高点 A，时而从最高点A飞驰而下。过山车在运动过程中，若不计能量损失，只有动能和势能的相互转化。下列说法正确的是(B)图 1149 AA点机械能小于 B点机械能BD点动能最大，A点势能最大CD点动能最大，A点机械能最大DA点势能最大，机械能最大9图 11410 是固定在水平桌面上的圆弧轨道，将一小球由轨道的P点自由释放，滚动到 Q点。在此过程中，动能先变_大_后变_小_，重力势能 _先变小后变大 _。图 11410 10 如图 11411 是皮球落地后弹起过程中每隔相等时间曝光一次所拍摄
22、的照片。由图可知，下落过程中，皮球的速度_增大_，离开地面上升的过程中，皮球的重力势能 _增大_，动能 _减小_，皮球运动过程中的机械能_减小_。(均填“增大”、“减小”或“不变”)图 11411【解析】皮球下落过程中，由于受到重力的作用，皮球的速度越来越大；皮球离开地面上升的过程中，质量不变，高度增加、速度减小，因此重力势能增大，动能减小，由于空气阻力的作用，机械能减小。11 人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行，如图 11412 所示为卫星从远地点向近地点运动的过程。针对该过程，以下说法正确的是 (C)图 11412 A动能逐渐增大，机械能增大B势能逐渐减小，机械能减小C动能逐渐增大，势能逐渐减小
23、，机械能不变D动能逐渐增大，势能逐渐减小，机械能减小【解析】卫星从远地点向近地点运行过程中，高度减小，势能减小，由于机械能守恒，动能与势能之和是定值，所以动能增大，速度增加。12把篮球抛向空中，忽略空气阻力，图 11413 中图象能正确反映球离手后至落回地面前机械能(E)与篮球离地高度(h)关系的是(A)A B C D 图 11413 13陈锋同学的家到学校本是一条在同一水平面上的直路，爱动脑筋的陈锋做了这样的设想：要是将从家到学校的路挖成一个“V”字形(如图 11414 所示)，只要从家骑上自行车后，不用刹车也不用踩车，等车停下来就可以到达学校了。请你简要说明：图 11414(1)陈锋同学的
24、设想的机械能转化过程。(2)陈锋同学的设想在现实中可以实现吗？为什么？(请根据有关物理知识说明)解：(1)自行车和人的重力势能转化为动能，动能又转化为重力势能。(2)不能实现，自行车运动过程中受到阻力作用，机械能减少，所以不能到达学校。14小鹭想探究弹性势能的大小与哪些因素有关。她利用一段弹簧、光滑轨道、物块A和B等器材进行实验。如图11415 所示，用物块将弹簧压缩到一定程度后释放，物块沿轨道向左滑行，最高可冲到光滑斜面虚框处。图 11415(1)实验时可通过观察同一滑块_冲上斜面的高度 _来判断弹性势能的大小。(2)比较如图甲、乙两个实验可以初步得出，弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能就
25、_越大_。(3)若物块冲上斜面的最大高度hahchb，弹性形变的大小lalblc，则物块达到最高处所具有的重力势能Ea、Eb、Ec的大小关系是 _EaEbEc_。【解析】(1)实验时可通过观察同一滑块冲上斜面的高度来判断弹性势能的大小；(2)比较甲与乙两个实验可知，弹簧的形变量lalb，物块冲上斜面的高度hahb，同一滑块冲上斜面的高度越大，弹簧的弹性势能越大，由此可见：弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大；(3)弹簧的形变量越大，弹簧的弹性势能越大，最终物块在最高处时所具有的重力势能越大，因为lalblc，因此 EaEbEc。15小明看到运动员拉弓射箭时，弓拉得越弯，箭射得越远。小明猜想
26、：弹性势能的大小可能与物体的弹性形变有关。(1)为验证其猜想是否正确，他设计了如下实验(弹簧被压缩后未超过其弹性限度)：如图 11416所示，将同一个弹簧压缩 _不同_(填“相同”或“不同”)的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分析比较木块 _移动距离的大小 _，从而比较弹性势能的大小。图 11416(2)若水平面绝对光滑，本实验将 _不能_(填“能”或“不能”)达到探究目的。(3)小明根据实验现象认为：小球推动木块移动一段距离后都要停下来，所以弹簧、小球和木块所具有的机械能最终都消灭了。你认为小明的观点是 _错误_(填“正确”或“错误”)的，理由是 _木块克服摩擦力做功，机械能转化为其他形式的能 _。