【核心素养目标】第十二章 第1节 动能 势能 机械能 教学设计 苏科版九年级物理上册

第一节 动能　　势能　　机械能
第1课时
核心素养
通过能量的探究实验，逐步培养学生在实验中认真观察、勤于思考的习惯．
教学设想
本节的教学内容和探究活动较多，宜安排2课时来组织教学，要突出对探究过程的教学第1课时学习动能的概念、弹性势能和重力势能，第2课时学习动能与势能间的相互转化。
1．关于动能的教学
由于在八年级学习“物体的运动”一章时就结合实例出现了动能的概念，在教学时可以首先让学生回忆能说明运动物体具有动能的实例．教师也可以进行一些演示实验，如风吹小风车转动，水流冲击水轮机转动，玩具手枪射出的子弹推动泡沫塑料块等，说明运动的物体具有动能．然后，改变风速和水流速度的大小，改变玩具手枪子弹的质量再次进行实验，要学生观察实验现象有什么变化，从而引人“动能的大小与哪些因素有关”这一问题。
“探究动能的大小与哪些因素有关”这一活动不论是进行演示实验还是分组实验，都实验中哪些量是保持不变的，哪个量是改变的，并注意对实验现象进行观察和对比．要注实验中哪些量是保持不变的，哪个量是改变的，并注J 动的距离．只要学生认识到木块移动的距离越大，小车撞击前的动能越大即可，不必深究在撞击过程中能量转移的详细过程。为了让学生接受“质量不同的小车从同一个斜坡的同一高度释放，运动到水平面时速度的大小相等”这一信息，条件许可的学校可增加一个演示实验：如教材图12-6（a）、度的大小相等这一信息，条件许可的学校可增加一个演示的运动情况是一样的．
实验的结论“……越大……越大”是一种定性的说法，至于两个量是否成正比，可以告诉学生将到高中再做进一步研究．为了让学生理解动能的大小与物体的质量和运动速度有关，还可以让学生再举一些生活中的实例来说明．例如，操场上飞来的足球可以用脚去踢，而飞来的铅球却唯恐避之不及；汽车在高速行驶时造成的车祸比慢速行驶时造成的车祸要严重得多；“雷声大雨点稀时”的雨点落到脸上，会打得生疼，而浴室中房顶上的水滴落脸上时却不会感到疼痛……
2．关于弹性势能的教学
在进行“卡片为什么会跳起来”这一活动时，要鼓励学生积极动手，由于该活动取材比较简单，可以让学生课前先准备好相关物品，在实验时要注意卡片纸要适当硬一些，实验中手松开时动作要迅速．
本实验也可以用其他实验来替代．例如，取一支尾部装有弹簧的圆珠笔，笔尖向上放置，下压弹簧后突然松手，观察发生的现象；若仅压下一半的距离，观察突然松手后笔弹起的高度．提醒学生想一想两次实验中笔弹起的高度的变化说明了什么．也可以把钢锯条（或钢皮尺）的一端固定在支架上，另一端（自由端）靠近水平桌面，用手扳自由端使钢锯条弯曲，把棋子贴靠在自由端上，松手后，锯条在伸直的过程中把棋子弹出，弹出的棋子能克服摩力桌上前进一段距离．使钢锯条弯曲的程度更大一些，重复以上实验，可以发现子前进的距离也会大一些，即钢锯条对棋子做的功更多一些
3．关于重力势能的教学
在“模拟打桩”实验中，应选用玻璃容器盛沙，以便于观察“桩”被打下的深度，“桩”可用演示压强的小桌来替代；“重锤”的质量不宜过大，可用大小不等的立方体木块替代．实验操作时，要注意“重锤”下落要击中“桩”的中部，以免发生歪斜．对实验中学生提出的各种问题，教师要注意引导学生进行分析，使之通过实验能发现物体重力势能的大小与物体的质量和被举高的高度有关．
教学目标
物理观念
（1）了解能量的初步概念．
（2）知道什么是动能及影响动能大小的因素
（3）知道什么是势能及影响势能大小的因素
科学思维
通过探究，了解动能、重力势能、弹性、势能的大小各与什么因素有关，并能解释简单的现象．
科学探究
能够运用“控制变量法”进行实验设计，体验用类比方法，加深对物理概念的理解
科学态度与责任
（1）有应用科学原理解决实际问题的意识和积极性．
（2）学会自己搜集、整理资料，培养自学的能力．
教学重难点及突破
重点
1．探究动能、势能大小与哪些因素有关．
2．能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化泉
难点
能的概念的建立．
教学突破
能是物理学的重要概念之一，但它比较抽象．对于初中学生来说，认识它比较困难．教学时应紧扣教材，从理解“一个物体能够做功”的含义来认识能量．这实际上是说“能是物体做功的本领”．尽管这种说法不甚严谨，但比较通俗、易懂．关于动能，应讲明运动的物体能够对其他物体施力，并推动物体做功，所以它具有能量．
势能应是物体系统（有保守力作用的）所共有的．举高的重锤能够做功，应当是重锤和地球组成的系统具有势能．而重力势能表现它做功本领时，通常有一个重力势能先转化为动能的过程．但在本节课中都不宜引入这些内容，只能让学生粗略地知道，举起的物体能够功．
势能的大小是相对的．对初中学生来说也不能引入势能的相对性，只能统一地用地面作为零势能面来分析问题．
在动能、重力势能、弹性势能概念的教学中，应紧紧抓住“能做功”和“比较做功本领的大小”来讲授这几个概念，既要使学生认识它们能够做功的共性，又要使学生理解每个概念的个性特征．
教学准备
教师准备
1．多媒体电脑、展台、自制PPT课件（搜集运动的物体图片、日常生活中机械能的转化图片等）
2．斜槽一个、钢球一个；斜面一块；力学小车一个砝码一个木块一块
3．硬纸卡片一张；橡皮筋一根．
4．压缩弹簧一个、机械钟表发条模型一个．
5．水槽一个、沙子一堆、压力小桌一个、质量不等的木块3块等．
学生准备
1．预习课本：回顾什么叫动能 什么叫弹性势能 什么叫重力势能 预习什么叫能量 动能、弹性势能和重力势能有哪些影响因素
2．硬纸卡片一张；橡皮筋一根
教学过程
一、引入新课
幻灯片展示：一些汽车、赛车的图片．
引入：无玩具汽车还是现代汽车，都深深地吸引着我们．为什么把有的玩具车压着往后退一点，松手后，它会向前跑 为什么马路上的汽车要加了燃油后才能行驶 为什么要向汽车发动机的水箱中加水 这其中的奥秘是什么呢 我们将带着这些疑问进入新的一章的学习：第十二章机械能和内能
点评：导图引入，激发兴趣，导入新课．
二、回顾功的知识，建立能量的概念
过渡：那什么是能呢
我们在日常生活中经常提到“能”含义很多，诸如热能电能、能源开发等是指物理学中的能，它物学一个重要概念，能的概念跟功的概念有密切联系。
提问：怎样才算做了功
当一个力作用在物体上，物体在这个力的作用下，沿力的方向上通过了一段距离，这个力的作月有了成效，就说这个力做了功．
演示：出示一木块，并将其置于水平桌面上．说明木块受重力的作用，但木块没有在重力方向上运动，所以重力对木块没有做功．继而用手推动木块，使木块运动一段距离．在此过程中，重力仍然没有做功，手的推力做了功．进而强调力和在力的方向上通过的距离是功的两要素，且功的大小就等于两者的乘积．
点评：鉴于能量和功的概念有密切的联系，所以通过“怎样才算做了功”的提问，引导学生进一步理解力的作用成效、功的两要素
演示：出示斜槽，并演示钢球从斜槽上滚下，在水平桌面上撞击木块，使木块移动了一段距离．让学生分析碰撞过程中，做没做功
讲述：一个物体能够做功，我们就说它具有能量．可见物理学中，能量和功有着密切的联系，能量反映了物体做功的本领．如；电流能做功，具有电能；燃料燃烧放热可以做功，有热能等。
不同的物体做功的本领也不同．一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
自然界中，能的形式很多，我们已经学过动能、重力势能和弹性势能，今天我们就进一步深入探究进行学习．
点评：因势利导，利用学生分析的结果“钢球对木块做了功”引入能量的概念，进入学习主题。
三、动能和势能
1．什么样的物体具有动能
幻灯片展示并讲述：急流的河水能把石头冲走，流水能做功：运动的锤子能将钉子钉入木板中；飞行的子弹能把鸡蛋打穿，飞行的子弹能做功；风吹动帆船航行，空气流动形成的风能攸功．这些物体能做功，它们都具有能．它们的能量是由于物体运动才具有的。水由于动、子弹由于飞行，空气由于流动而具有能．
物理学中把物体由于运动而具有的能叫动能．一切运动的物体都具有动能．
2．请同学们判断下列物体中哪些物体具有动能，并说明理由是什么？
幻灯片展示事例：静坐的人，足球场上奔跑的运动员，炮膛中准备发射的炮弹，从飞机上投出的炸弹，被电风扇吹动的空气
思考后学生回答：奔跑的运动员，飞机投出的炸弹，被吹动的空气具有动能．原因是运动员、炸弹和空气是运动的，而静坐的人和炮膛中等待发射的炮弹是静止的，所以不具 有动能。
3．动能的大小或多少跟哪些因素有关
物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越大．那么动能的大小决定于哪些因素现在我们通过实验来研究．
这是个带槽的木板，我们把钢球放到斜面上令其滚下，到达平面上打击一个小木块，推动木块做功，根据木块被推动的距离远近来判断钢球具有的动能的大小
教师演示，学生观察实验
第一次，我们使小钢球从某一高度由静止开始滚下．注意木块被推的距离
第二次，我们换一个质量大的钢球，从同一位置由静止开始滚下，到达平面上时和刚才的小钢球具有同样的速度，再观察木块被推动的距离．很显然，第二次木块被推的距离比第一次远得多．说明大钢球做的功多，也就是大钢球具有的动能大．
提问：这个实验说明了什么 （学生回答）
这个实验说明了物体的动能大小跟它的质量有关，速度相同时，质量越大，动能越大。
我们用同一个钢球再做两次实验．（教师演示，学生观察）
第一次，我们让钢球从比较低的位置由静止开始滚下．第二次我们让钢球从比较高的位置由静止开始滚下．比较两次实验中木块被推的距离大小。
很显然，钢球从更高的位置滚下来，到达平面上时具有更大的速度，木块被推得更远。
提问；这个实验能得出什么结论 （学生回答）
这个实验说明同一个物体速度越大，动能越大．
归纳：通过以上实验可知，物体的质量越大，速度越大，动能就越大．
课堂练习：
（1）一辆汽车加速运动，它的动能__________
（2）火车进站时做减速运动，它的动能__________，停止后，它的动能________
（3）一辆洒水车在马路上匀速前进并正在洒水，它的动能_______.
过渡：运动的物体具有动能．生活中也有很多物体并没有运动，但是它们也能做功，也具有能．
4．什么样的物体具有重力势能
人们在打桩时，必须把重锤高高举起，当重锤落下时可以做功，因为重锤受到竖直向下的重力，重锤下落时沿着重力的方向向下通过了一段距离，所以举高的重锤可以做功，将木桩打入地里．试想，一个重锤如果静止地压在木桩上是不能做功的．重锤只有在被举高的情况下才能做功，即重锤被举高时才具有做功的本领——能
一池静止的水是不能做功的，但是这一池静止的水如果处在高山上，水落下时就可以做功，能把水车冲得转起来．
被举高的物体具有的能叫重力势能．
5．重力势能的大小跟哪些因素有关
请大家判断下列物体的重力势能的大小
（1）打地基时，质量20千克的石头重锤和质量100千克的铁制重锤被举到同样的高度，谁的重力势能大 （学生回答）
（2）同一个重锤，被举高1米或3米两种情况下，哪种情况重力势能大 （学生回答）
归纳：通过以上的两个例子大家能判断出重力势能的大小跟物体的质量和被举的高度有关，物体的质量越大，举得越高，它具有的重力势能越大
6．什么样的物体具有弹性势能
演示：把一个砝码放在弹簧上的小木板上，用力将弹簧压缩，使其发生弹性形变．
提问：此时，弹簧静止，没有动能．弹簧也没有被举高，也没有重力势能．可是大家想想，弹簧能不能做功
演示：放开手，砝码被弹簧举起来
可见，被压缩的弹簧能够做功，也具有能．这种能区别于动能和重力势能，它是由于物体发生了弹性形变而具有的能．所以，发生弹性形变的物体具有的能叫弹性势能．
指导学生实验：会跳的卡片．
提问：迅速松开手，会出现什么现象 如不将卡片压平，放手后的情况又怎样 想一想，这说明了什么
学生进行实验思考后回答
讲述：物体在很多情况下都具有弹性势能．射箭用的弓被拉满时产生弹性形变，具有弹性势能．钟表的发条在卷紧时具有弹性势能，通过做功来带动钟表机件正常转动．
归纳：物体的弹性势能的大小跟形变大小有关，弹性形变越大，它具有的弹性势能越大．重力势能和弹性势能都叫作势能
点评：通过演示实验和学生举例进行教学．有效地突破教学重难点。
四、交流与小结
通过以下问题的讨论，进一步帮助学生理解能量、动能、势能、机械能等概念及机械能的单位．
（1）高山上有一块大石头，稳稳地待在那里，它有没有能量 有什么能量
（2）列举几个物体具有动能重力势能、弹性势能的事例．
（3）在空中飞行的球，它具有的重力势能是5焦，具有的动能是4焦，这只球具有的总机械能是多少
（4）在同一高度，铅球和棒球具有的重力势能不相等，若使它们的重力势能相等，可采取哪些方法
（5）从斜槽上端滚下的小球，它有没有重力势能 在它下滚的过程中重力势能的大小有没变化 为什么 在滚下的过程中有没有动能 它的动能有没有变化 为什么
五、布置作业．
1．复习课本中学习的内容，做第38~39页练习第1、3题．
2．预习下一节学习的内容，阅读课本第37页“生活·物理·社会”：“大海中的机械能”，了解潮汐、海浪、海流中的机械能．
板书设计
第十二章　　机械能和内能
第一节　　动能　　势能　　机械能（1）
1．能量
定义：一个物体能够对另一个物体做功，我们就说这个物体具有能量．
单位：焦（J）
2．动能
（1）定义：运动的物体具有的能量，叫动能．
（2）影响因素：质量和速度．
（3）研究方法：控制变量法．
3．势能
重力势能
（1）定义：被卒局的物体具有的能量，叫重力势能．
（2）影响因素：质量和高度
（3）研究方法：控制变量法．
弹性势能
（1）定义；发生弹性形变的物体具有的能量，叫弹性势能
（2）影响因素：弹性形变程度．
教学探讨与反思
本节课从精彩的物理情景引入动能和势能的课题，大大地激发了学生的学习愿望．学生通过亲手做实验展示物理现象，由感性知识上升到理性知识，理解非常深刻．今后在教学中要多发挥学生学习的主动性，让学生多观察生活中的物理现象，在生活中去体验物理知识。
要很好地利用生活、生产中丰富的素材为教学服务．在探究“影响动能大小的因素”和“影响重力势能大小的因素”的活动中，若学校条件允许，应如同探究“影响弹性势能大小的因素”可设置为学生分组实验，让学生在亲身体验中获取知识．
补充资料
无处不在的弹簧
在我们的日常生活中，弹簧形态各异，处处都在为我们服务．常见的弹簧是螺旋形的，叫螺旋弹簧．做力学实验用的弹簧秤、扩胸器的弹簧等都是螺旋弹簧．螺旋弹簧有长有短，有粗有细：扩胸器的弹簧就比弹簧秤的粗且长；在抽屉锁里，弹簧又短又细，约几毫米长；有一种用来紧固螺母的弹簧垫圈，只有一圈，在紧固螺丝螺母时都离不开它．螺旋弹簧在拉伸或压缩时都要产生反抗外力作用的弹力，而且在弹性限度内，形变越大，产生的弹力也越大；一旦外力消失，形变也消失．有的弹簧制成片形的或板形的，叫簧片或板簧．在口琴、手风琴里有铜制的发声簧片，在许多电器开关中也有铜制的簧片，在玩具或钟表里的发条是钢制的板簧，在载重汽车车厢下方也有钢制的板簧．它们在弯曲时会产生恢复原来形状的倾向，弯曲得越厉害，这种倾向越强．有的弹簧像蚊香那样盘绕，例如，实验室的电学测量仪表《电流计、电压计》内，机械钟表中都安装了这种弹簧．这种弹簧在被扭转时也会产生恢复原来形状的倾向，称为扭簧．
形形色色的弹簧在不同场合下发挥着不同的功能：
1．测量功能
我们知道，在弹性限度内，弹簧的伸长（或压缩）跟外力成正比．利用弹簧这一性质可制成弹簧秤．
2．紧压功能（略）
3．复位功能
弹簧在外力作用下发生形变，撤去外力后，弹簧就能恢复原状．很多工具和设备都是利用弹簧的这一性质来复位的．例如许多建筑物大门的合页上都装了复位弹簧，人进出后，门会自动复位．人们还利用这一功能、制成了自动伞、自动铅笔等用品，十分方便．此外，各种按钮、按键也少不了复位弹簧
4．带动功能
机械钟表、发条玩具都是靠上紧发条带动的．当发条被上紧时，发条产生弯曲形变，存储一定的弹性势能；释放后，弹性势能转变为动能，通过传动装置带动时、分、秒针或轮子转动。
5．缓冲功能
在机车、汽车车架与车轮之间装有弹簧，利用弹簧的弹性来减缓车辆的颠簸．
6．振动发声功能
当空气从口琴、于风琴中的簧孔中流动时，冲击簧片，使簧片振动发出声音．
第2课时
核心素养
进一步学会用控制变量法探究物理规律，尝试用能量转化的观点解释物理现象和规律。
教学设想
本节的教学内容是在上节课的铺垫上进行的教学，主要是动能与势能的相互转化．
为加深学生对动能与势能相互转化的理解，教师要引导他们认真分析教材中图12-12所提供的实例．可能的话，可以先放一些相关的视频录像（如过山车）或做实验（如滚摆），以增加学生的感性认识．对图（d）和（b）实例的分析要让学生认识到；撑竿跳高运动员由于助跑，起跳时具有一定的速度，因而具有一定的动能；起跳后撑竿弯曲，运动员的动能转化为撑竿的弹性势能；在运动员上升过程中，撑竿的弹性势能转化为运动员的重力势能；在下落过程中，重力势能转化为动能．皮球在落地过程中，高度减小、速度增大，势转化为动能；接触地面后，皮球被压扁，动能转化为弹性势能；接着皮球被弹起，在此过程中弹性势能转化为动能：离开地面后，皮球上升，动能转化为重力势能．
教师还可以引导学生再举些身边的现象（如小朋友荡秋千和跳蹦蹦床，溜溜球上下运动等），来进行分析动能和势能的转化情况，以加强对相关知识的理解，提高学生的学习兴趣．
在教学过程中，条件较好的学校，可引导学生仔细观察小球摆动中幅度的变化，并思考产生这种变化的原因，以渗透能量守恒的思想观点，为今后的进一步学习埋下伏笔．
关于“生活·物理·社会”的教学，教师可以引导学生阅读教材内容，也可以补充一些动能、势能为人类服务的事例．有条件的学校也可以鼓励学生上网或到图书馆查询相关资料并进行交流，使学生充分认识到动能势能的有关知识在生活中有着广泛的应用，并感受到学习物理的信心和乐趣．
教学目标
物理观念
（1）加深理解能量的概念、动能及影响动能大小的因素、势能及影响势能大小的因素。
（2）知道动能和势能是可以相互转换的。
科学思维
能结合具体事例说明动能和势能可以相互转换
科学探究
通过观察和实验认识动能和势能的转化过程，培养学生的抽象思维能力．
科学态度与责任
具有对科学的求知欲，采于探索自然现象和日常生活中的物理道理的意识，有用科学服务于人类的使命感和责任感．
教学重难点及突破
重点
能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化．
难点
“转化”概念的建立．
教学突破
在复习上节内容的基础上，水到渠成进入机械能的转化教学之中，从影响动能、弹性势能和重力势能的因素出发，进行探究，让学生分析、讨论、归纳、总结，从而培养学生分析问题、解决问题的能力．在教学中通过举例打比方的方法带领学生突破转化这一概念
教学准备
教师准备
1．多媒体电脑、展台、自制PPT课件（视频：过山车、小朋友荡秋千和跳蹦蹦床等；动画：单摆等）．
2．单摆一个、滚摆一个、皮球一个等．
学生准备
预习课本，初步了解动能和势能的相互转换
教学过程
一、引入新课
复习；幻灯片展示问题进行复习（略）
视频播放：过山车．
引入：在上述事例中，我们不难发现动能和势能的大小发生了变化，它们的变化是否有一定的规律可寻呢 今天我们就来解决这个问题．
点评：导图引入，设疑激趣，导入新课．
二、机械能
（1）提问：飞行中的飞机具有什么能 （学生回答）
飞机是运动的，它具有动能．飞机从地面飞上高空，所以具有重力势能．很多物体可以既有动能又有势能，动能和势能统称为机械能．
再让学生分析静止在桌面上的钢球是否具有能量 （具有重力势能）继而让学生分析在桌面上滚动的钢球具有什么能 通过分析得知滚动的钢球既有动能，又有势能．
动能和势能统称为机械能．一个物体既有动能，又有势能，那么动能和势能的和就是它的机械能．
（2）能量的单位：从前面的讨论，我们可以认识到能量是跟做功有密切联系的概念，能量反映了物体做功的本领，能量的大小可以用能够做功的多少来衡量．因此，动能、势能和机械能的单位跟功的单位相同，也是焦耳．
（3）一个物体够做的功越多，表示它的能量越大．物体做了多少功，必然消耗了多少某种形式的能．所以能的单位跟功的单位相同，也是焦耳．例如，推出去的铅球，动能是300焦耳，重力势能是200焦耳，弹性势能为0，那么铅球的机械能就是500焦耳．
点评：通过事实分析归纳学习．
三、活动12.3　　观察摆球的动能和重力势能的转化
阅读课本第36页活动12.3中的实验内容，并完成相应的填空：
教师演示：将一个小球悬挂起来，让其左右自由的摆动．
引导学生观察和分析，检查所填内容是否正确．
动画播放：单摆．
打比方解释：什么是转化
进一步分析课本插图12-11中机械能转化，并演示其中的皮球落地、滚摆实验．
学观察讨论、分析
点评：通过阅读、观察实验　　领悟　　分析与讨论进行学习，从而获得新知识。
四、阅读课本第37页“生活·物理·社会”：“大海中的机械能”
设问：你知道大海中蕴藏着可以为我们利用的机械能吗 请阅读课本第37页了解潮汐、海浪、海流中蕴含的机械能．
学生阅读
点评：通过阅读，目的是拓宽学生的知识面，使他们了解到在大海中有巨大的能源有待我们去开发，从而激发学生进一步学习的兴趣．
五、交流与小结
今天学到了什么
引导学生小结．
六、布置作业
复习课本中学习内容，做第39页练习第2、4题．
板书设计
第一节　　动能　　势能　　机械能（2）
1．动能和势能统称为机械能
2．动能与势能相互转化，　如过山车、滚摆等的动、势能转化
教学探讨与反思
让学生认识动能和势能转化的知识，最后还要建立形成“机械能守恒”的思维意识，应遵循学生的认知规律，循序渐进，体现从简单问题的分析入手的方法．在探究实验中，会有部分学生分工不协调，观察现象抓不住要点的问题．在以后的教学中，教师应有意识地培养学生这方面的能力。
也可能有的学生并不积极参与探究，而是观看别人做实验．这些都需要在今后的探究活动中予以纠正．学生在探究中，能否对自己的实验进行总结、讨论和交流，都需要在今后的活动中进一步进行训练．
利用现代教学手段和丰富的视频或动画资料，可极大地丰富教学内容．学生乐于接受，课堂教学效果自然就比较好，教学目标也能很好地实现．
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