第三节 动能与势能
教学目标
1、知识与技能
让学生初步了解能量的概念。
理解动能的初步概念及影响动能大小的因素。知道势能的初步概念及影响势能大小的因素。 2、过程与方法
通过探究活动，培养学生的观察、实验能力和分析概括能力。
通过“想想议议”培养学生用所学知识解决实际问题的能力。 3、情感与价值观
培养学生良好的科学态度和实事求是的科学精神。
教学重难点
1、重点：通过实例理解动能、势能的初步概念，探究影响动能的因素。
2、难点：组织、指导学生在探究过程中，仔细观察、认真分析，得出影响动能和重力势能大小的因素。
教学准备
斜槽，钢球、木球，火柴盒，弹簧。
教学过程
1.复习
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。
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，这个力的作用有了成效，就说这个力做了功。
2.引入新课
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?
利用学生分析的结果"钢球对木块做了功"引入能量的概念：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。
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。
3.进行新课
物体具有能量的形式是多种多样的，以后我们将逐步认识各种形式的能量。刚才的实验中钢球撞击木块能够做功，但若将钢球停靠在木块一侧(边讲边演示)，这时的钢球并不能推动木块做功。只有运动的钢球才能推动木块做功。
(1)动能：物体由于运动而能够做功，它们具有的能量叫做动能。
引导学生广泛地列举事例，说明运动的空气、水和各种物体都能够做功，而具有动能。概括出"一切运动的物体都具有动能。"
列举事例说明：运动的物体具有的动能多少不尽相同。如狂风能吹倒大树，而微风只能使树枝摇动。进而通过演示实验，猜想决定物体动能大小的因素。
探究，可分三步：
①将同一个钢球，从斜面不同高度滚下，让学生观察钢球将木块推动的距离。木块被推动的距离不同，说明钢球对木块做的功不同。木块被推动得越远，表明钢球的动能越大。实验说明：从不同高度滚下的网球，具有不同的动能。
②上面的实验表明钢球从较高处滚下时具有的动能大。那么钢球从不同的高度滚下时有什么不同呢?我们可通过观察实验来得到结论。将质量相同的两个钢球，同时从斜槽的最高点和接近斜槽底部的位置释放。从最高点滚下的钢球能在水平槽上追上从接近底部滚下的钢球。实验表明从高处滚下的钢球速度大。从而得到结论：物体的动能与速度有关，速度越大，物体的动能越大。
③换用不同质量的钢球，从同一高度让其滚下，让学生观察钢球推动木块的距离。从而得出结论：运动物体的质量越大，动能就越大。
演示实验之后，总结实验结果：运动物体的速度越大，质量越大，动能就越大。
(2)势能：物体由于运动的原因而具有动能，物体还可能由于其他的原因而具有能量。例如，同学们都玩过用橡皮筋弹射纸弹的游戏，拉长的橡皮筋能给纸弹一个力，并推动纸弹移一段距离，从而对纸弹做了功。同样拉弯的弓、压缩的弹簧也能够做功，它们都具有能量，这种能量叫做弹性势能，它是由于物体发生弹性变形变而具有的能量。
阐明物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。
被举高的重物，也能够做功。例如：举高的铅球，落地时能将地面砸个坑；举高的夯落下时能把木桩打入地里。举高的物体具有的能量叫重力势能。
列举事例说明：物体的质量越大，举得越高，它具有的重力势能越大。如：举起同样高度的铅球和乒乓球，铅球落下时做的功多，具有的重力势能大。铅球举得越高，具有的重力势能就越大。
引导学生讨论树上结的苹果是否有重力势能?通过讨论使学生理解"一个物体能够做功"的含义。能够做功只是说物体具有了做功的"本领"，但不一定做了功。树上结的苹果虽然没有做功，但只要它从树上掉下来就能做功，所以我们说它具有重力势能。
(3)机械能：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总机械能。
(4)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，能量反映了物体具有做功的本领，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。
小结作业
动手动脑学物理
课件46张PPT。第3节
动能和势能体验1:动能
活动1:把质量不同的两个铅球用相同的速度沿地面推动木块向前滑动,哪个把木块推得远?
活动2:把同一个铅球分别用不同的速度使其沿地面推动木块向前滑动,哪个把木块推得远?体验2:重力势能
活动1:把两个质量不同的铅球在同一高度释放,观察铅球砸在沙坑里的凹陷深度,哪个铅球凹陷的深度大?
活动2:把同一个铅球在不同的高度释放,观察铅球砸在沙坑里的凹陷深度,哪次铅球凹陷的深度大?体验3:弹性势能
活动:用不同的力拉动橡皮筋将小纸团弹出,比较小纸团弹出距离的远近。什么情况下小纸团被弹射得更远?【参考答案】
体验1
活动1:质量大的把木块推得远 活动2:速度大的把木块推得远
体验2
活动1:质量大的凹陷的深度大 活动2:高度越高的凹陷的深度大
体验3
活动:橡皮筋发生的弹性形变越大,把小纸团弹射得越远。1.能量:物体能够 ,就说这个物体具有能量。一个物体能够做的功 ,这个物体具有的能量越大。
2.动能:
(1)概念:由于 具有的能。
(2)影响因素: 越大, 越大,动能越大。3.重力势能:
(1)概念:物体由于 所具有的能。
(2)影响因素: 越大, 越高,重力势能越大。
4.弹性势能:
(1)概念:由于 具有的能。
(2)影响因素: 越大,弹性势能越大。【参考答案】
1.对外做功 越多 2.(1)运动 (2)速度 质量
3.(1)受到重力并处在一定高度时 (2)物体的质量 位置
4.(1)发生弹性形变 (2)弹性形变程度探究1 能量
结合“体验”中的活动,思考以下问题:
1.在活动中,运动的铅球、从高处下落的铅球、伸长的橡皮筋,都对别的物体 ,这时我们说它们具有能量。总结分析,物体在什么情况下具有能量?提示:运动的铅球推动木块前进,举高的铅球落下后使沙坑凹陷,拉紧的橡皮筋能将小纸团弹出,它们都具有了做功的本领,我们就说它们具有了能量。
参考答案:做功 一个物体能够对外做功,我们就说它具有能量。2.结合“体验”分析,具有的能量与做功的多少有什么关系?
提示:运动速度越大的铅球推动木块移动距离越远;铅球被举得越高,被砸沙坑凹陷越深;橡皮筋拉得越紧,小纸团被弹得越远。这些都说明一个物体能够对外做的功越多,表示这个物体具有的能量越大。
参考答案:一个物体能够对外做的功越多,具有的能量越大。3.具有能量的物体一定在做功吗?试举例说明。
提示:铅球被举高,落下后能陷入沙子中,说明高处的铅球具有能量;拉紧的橡皮筋能将小纸团弹出,说明橡皮筋发生弹性形变时具有能量;运动的铅球能把木块推出一段距离,说明运动的铅球具有能量。高山上的石头滚下时具有能量;静止时,虽然不做功,但是具有这个能力,我们仍然说它具有能量。
参考答案:做功的物体一定具有能量,但具有能量的物体不一定正在做功,如静止在高山上的石头。【微点拨】
(1)能量是描述一个物体做功本领的物理量,是一个状态量。
(2)能够做功并不等同正在做功,可能正在做功,也可能没有做功。只要物体具有做功的本领就具有能量。探究2 物体的动能跟哪些因素有关
结合“体验1”,思考以下问题:
1.由活动知, 的物体具有动能。
参考答案:运动2.猜想与假设:物体动能的大小可能与物体的 有关。
参考答案:质量和运动速度3.实验方法:
(1)动能的大小可能与多个因素有关,所以在实验中采用_____
。
参考答案:控制变量法(2)如何判断物体动能的大小?这种方法为 。
提示:钢球从某一高度滑下后,对小木块做功,使小木块移动距离,小木块移动的距离越远,则对小木块做的功越多,钢球具有的动能就越大。这种方法为转换法。
参考答案:通过木块移动的距离判断动能大小。木块移动的距离越远,则对木块做的功越多,具有的动能就越大。 转换法4.实验设计:如图所示
(1)探究动能的大小与物体的运动速度有关。
思路:使用 钢球,使其从斜面的 高度滚下,观察木块被撞出的距离的远近。
参考答案:同一个 不同(2)探究动能的大小与物体的质量有关。
思路:让质量 的钢球从斜面的 高度滚下,观察木块被撞出的距离的远近。
提示:让质量不同的钢球从斜面的同一高度滚下,使其在水平面上运动的速度相同,观察木块被撞出的距离的远近。
参考答案:不同 同一5.实验数据及分析:
(1)由1、2组数据知, 。
(2)由2、3组数据知, 。提示:分析1、2两组实验,质量相同的钢球从不同高度滑下,在水平面上运动的速度不同,在斜面上高度越大的运动的速度越大,将木块推动的距离越远。分析2、3两组实验,质量不同的钢球从同一高度滑下,可以保证在水平面上运动的速度相同,质量越大的钢球将木块推动的距离越远。
参考答案:(1)质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能越大
(2)运动速度相同的物体,质量越大,它的动能越大【微点拨】
(1)选择实验器材时要考虑被撞击物体运动距离不能过短或者超过平板长度,以便比较前后几次测量结果。
(2)质量和速度都影响动能的大小,且速度的影响更大。探究3 势能
结合“体验2”和“体验3”,思考以下问题:
1.由“体验2”和“体验3”的活动知,物体由于 而具有的能量是重力势能。物体由于 所具有的能量是弹性势能。
参考答案:受到重力并处在一定高度时 发生弹性形变2.猜想与假设:物体重力势能的大小可能与物体的________有关,也可能与 有关。
参考答案:质量 被举高的高度3.实验方法:
(1)重力势能的大小可能与多个因素有关,所以在实验中采用 。
参考答案:控制变量法
(2)实验中,如何判断物体具有的重力势能的大小?这种方法是 。
参考答案:根据木桩没入沙子的深度,没入的深度越深,具有的重力势能越大。 转换法4.实验设计:如图所示(1)探究重力势能的大小与物体被举高的高度有关。
思路:需控制 不变,改变 。如图甲、乙,乙图中的物体被举得较高,木桩陷入沙坑的深度 。
提示:让铁块从某一高度释放落下,使其落在沙坑中的木桩上,改变铁块释放的高度,观察木桩陷入沙坑时深度的不同。物体被举得越高,具有的能量越大,木桩陷入沙坑的深度越深。
参考答案:铁块的质量 铁块被举高的高度 较深(2)探究重力势能的大小与物体的质量有关
思路:需控制 不变,改变 ,如图甲、丙,丙图中铁块的质量较大,木桩陷入沙坑的深度 。
提示:让铁块从某一高度释放落下,使其落在沙坑中的木桩上,改变铁块的质量,观察木桩陷入沙坑时深度的不同。物体的质量越大,具有的能量越大,木桩陷入沙坑的深度越深。
参考答案:铁块被举高的高度 铁块质量 较深5.实验结论: 。
提示:同一铁块被举得越高,能使木桩陷入越深;质量不同的铁块从同一高度落下,质量越大的铁块能使木桩陷入越深。故物体的质量越大,位置越高,它具有的重力势能越大。
参考答案:物体的质量越大,位置越高,它具有的重力势能越大6.交流与评估:
(1)怎样才能使实验结果准确?
提示:木桩陷入沙坑的深度表示重力势能的大小,要尽量减小沙子对实验的影响。
参考答案:沙子有足够的深度;木桩所在位置沙子的软硬程度相同。(2)由“体验3”猜想弹性势能与弹性形变的程度有什么关系?设计实验证明猜想。
参考答案:同一橡皮筋拉开的程度不同,把相同的纸团弹出,纸团弹出的距离不同,则说明弹性势能与弹性形变有关。橡皮筋拉开的程度越大,纸团被弹出得越远,故可得出:弹性形变越大,具有的弹性势能越大。【微点拨】
(1)重力势能与物体所处的高度有关,在没有特别指明的情况下“高度”一般是指相对于地面而言的。
(2)在探究重力势能时,每次撞击时要保证重物撞击在小桌的中心部位,使四条桌腿进入沙中的深度均匀。
(3)一个物体可以同时具有动能和势能,也可以只具有动能或势能。运动速度质量弹性形变量质量高度考点1 探究动能的大小与哪些因素有关
【示范题1】如图所示是“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置。(1)该实验利用了转换法,通过观察 来判断________
(选填“小球”或“木块”)动能的大小;
(2)让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下,推动木块做功,
目的是探究动能的大小与 的关系;
(3)换用质量不同的小球,使它们从斜面的 (选填
“相同”或“不同”)高度由静止滚下,推动木块做功,目的是
探究动能的大小与 的关系。【解题指南】(1)小球对木块做功的多少与木块被推动距离的远近有什么关系?
(2)小球在斜面的不同高度滑到水平面上时速度一样吗?
(3)探究小球动能大小与质量的关系时,应控制什么不变?
提示:(1)木块被推得越远,小球对木块做的功就越多。
(2)不一样。 (3)速度不变。【精讲精析】本题考查探究物体动能的大小与哪些因素有关的实验。(1)实验中利用了转换法,通过观察木块移动的距离来判断小球动能的大小。(2)让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下时,小球在水平面上开始运动的速度不同,目的是探究动能的大小与速度的关系。(3)换用质量不同的小球,使它们从斜面的相同高度由静止滚下时,它们在水平面上开始运动的速度相同,目的是探究动能的大小与质量的关系。
答案:(1)木块移动的距离 小球 (2)速度 (3)相同 质量【通关金钥匙】【变式训练】如图是探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验示意图。
(1)实验要探究的是物体动能的大小与物体 和质量的关系。
(2)实验中探究的是 (选填“A”或“B”)物体的动能,物体动能的大小是通过 (选填“s”或“h”)的大小来反映的。【解析】本题考查了影响动能的两个因素,同时考查了转换法
在实验中的应用。(1)动能大小与物体的速度和质量有关,所以
实验要探究的是物体动能的大小与物体速度和质量的关系;
(2)实验中探究的是小球A的动能,其大小是通过将木块推动的
距离来判断的。
答案:(1)速度 (2)A s考点2 影响动能和势能大小的因素
【示范题2】在第十七届“渝洽会”上,重庆造恩斯特龙408型直升机(如图所示)签下了20架大订单。该型直升机在加速上升的过程中(忽略燃油变化),下列关于直升机的动能和势能变化情况的描述,正确的是 ( )A.动能增大,势能减小
B.动能减小,势能增大
C.动能增大,势能增大
D.动能减小,势能减小
【解题指南】(1)影响动能的因素是什么?
(2)影响重力势能的因素是什么?
(3)直升机加速起飞上升时,速度、高度发生什么变化?
提示:(1)速度和质量 (2)高度和质量 (3)速度变大、高度变大。【精讲精析】选C。本题考查动能与重力势能的变化。直升机在加速上升的过程中,速度增大,高度增加,因而动能和重力势能都增大,【正确答案】是C。【通关金钥匙】判断物体动能和势能改变的方法
在判断动能和势能的大小改变时,注意分析质量、速度和高度、弹性形变的大小变化,不能根据一个物理量来判断动能或者势能的改变。特别要注意题干“质量不变”“匀速”等一些关键词。【变式训练】小明到“地王大厦”喜看南宁新变化。当他乘坐直达电梯从一层匀速上升至顶层的过程中,他的 ( )
A.动能减小,重力势能增大
B.动能不变,重力势能减小
C.动能不变,重力势能增大
D.动能减小,重力势能减小【解析】选C。本题考查影响动能和势能的大小因素。小明从一层上升到顶层,小明的质量不变,速度不变,动能不变;高度不断变大,重力势能不断变大。故选C。
