3.2 机械能

3.2机械能
教案
教学目的
1、了解能量的初步概念，知道能的单位是焦耳。
2、知道什么是动能，哪些物体具有动能及影响动能大小的因素。
3、知道什么是重力势能，哪些物体具有重力势能及影响重力势能大小的因素。
4、知道什么是弹性势能，哪些物体具有弹性势能及影响弹性势能大小的因素。
教学材料准备
斜槽，不同质量的铁球，木块；一把刻度尺，外形相同的一个铁球和一个木球，一个装有细沙的金属盆。
教学过程
1、引入新课从日常生活中的现象中引入“能量”这个词。
2、动能及影响动能大小的因素。
在描述物体的状态时，我们说物体或是静止的，或是运动的。运动的物体似乎比静止的物体有“优势”，我们来分析一下。流动的水会使浮于其上的竹排变得运动，子弹从枪膛射出后，运动速度很快，能将靶面击穿，运动的物体到底有什么“优势”？
这些运动的物体由于运动而具有的能，叫做动能。这就是动能的定义。
一切运动的物体都具有动能。例如，行驶的汽车，抛出的石块，踢出的足球，坠落的陨石等，都具有动能。
如图所示，铁球A从斜面上滚下，碰到木块B时，会将B撞出一段距离。在同样的斜面上滑下，并使木块在同样的平面上滑动，这样，我们就可以通过木块
B移动的距离远近，来判断铁球A的动能大小，很显然，木块B滑出得越远，表明铁球A的动能就越大。
以上就是我们进行探究实验的原理。所用的器材，
还应再加一个铁球C，A与C的质量不同，
mA>mC。准备好器材后，我们就可以开始实验了。在进行实验时，你注意一定要使用“控制变量法”。因为我们想研究的是动能分别与运动速度、质量的关系，所以应先将不参与研究的变量保持不变才行。
当铁球A在斜面上的位置越高时，它滑下后运动速度就越大，这样我们将铁球A放在斜面不同的高度，就可以获得不同的运动速度。但做实验时，用同一个铁球才行，因为这样能保证运动物体的质量不变。把铁球A放在斜面不同高度上，将其位置每次都上升一段高度，然后观察木块B被撞远的距离，比较每次木块B移动的距离，把结果填入下列表格1中。
表格1
然后，我们应将运动速度稳定下来，研究动能与质量的关系。用铁球A和铁球C分别从斜面上滑下，但应保证A和C下滑前位于斜面高度相同，观察铁球A和铁球C将B撞远的距离，将结果记录在上面的表格2中。
表格2
铁块A将B撞远的距离（m）
铁块C将B撞远的距离（m）
高度相同时（h1）
高度相同时（h2）
通过实验我们可以得到如下结论：在质量相同时，物体的运动速度越大，它的动能越大。在物体运动速度相同时，质量越大，它的动能就越大。
4、势能
势能和动能是不同种形式的能量。势能分为两类：重力势能和弹性势能。
滑雪运动员从高处滑下来时具有了动能，是因为缆车将他送到山顶时给他的身体存储了能量；在沙滩上打排球的年轻人跳起下落时，会将沙滩踩出两个深坑，也是因为他腾空跳起时给身体存储了能量；还有从高层建筑上扔下的西瓜皮，会将停在建筑物旁的汽车砸出很深的伤痕，也是因为西瓜皮在建筑物高处时具有了能量。
5、影响重力势能大小的因素
我们先来猜想一下影响因素是什么，猜是高度和物体的质量？
我们使用的实验器材是：一把刻度尺（它是用来测高度的），外形相同的一个铁球和一个木球，一个装有细沙的金属盆。我们用铁球和木球从高处下落后进入细沙的深度，来判断它的重力势能的大小。首先，我们用铁球来做实验，因为同一铁块的质量相同，根据刻度尺选择出三种高度值，如5cm、10cm、20cm，分别将铁块放在这三个高度上，让其下落，观察它落入沙坑中的深度。
根据实验结果我们发现：重力势能大小与质量和高度有关。相同质量的物体，离地面越高，具有的重力势能越大，位于相同高度的物体，质量越大，具有的重力势能越大。
6、弹性势能
什么样的物体具有弹性势能？
大家看一个实验。（教师边演示，边讲授）
这是一个弹簧，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。此时，弹簧静止，没有动能。砝码也没有被举高，也没有重力势能。可是大家想象，放手后弹簧能不能做功？放开手，砝码被弹簧举起来！
可见，被压缩的弹簧也具有能。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。
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。
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。
7、机械能
动能和势能合称为机械能。大量事实表明，动能和势能可以相互转化。
次数项目
1
2
3
A在斜面上所处高度（m）
B被撞后所处的距离（m）