第四节 动能和势能
新课标目标:了解动能和势能(重力势能和弹性势能)以及它们的大小与哪些因素有关;知道动能和势能可以转化以及机械能守恒的定义。
教材分析:在前两节能量的转化及量度的学习和认识简单机械的基础上,学生对能量转化的普遍意义及使用机械过程中的能量转化问题和转化效率有了一个初步的了解。本单元(教科书第4—8节)旨在对几种典型的能量及其转化作进一步的探讨,逐步揭示能量转化和转移中量的关系和方向性,为最后一节“能的转化和守恒”的学习做好全面的铺垫。学生对动能和势能已有初步的认识,本节课是对这两个概念的进一步认识.教材安排了把用细线悬挂起来的摆锤拉到一定高度放开和麦克斯韦滚摆实验来说明动能和重力势能的相互转化,来说明动能和弹性势能的相互转化.在动能和势能的相互转化过程中,机械能减少转化为内能的问题安排在下一节学习,在这里以思考的形式出现.教材以讨论的形式分析了人造卫星绕地球运行过程中动能和势能的相互转化,目的是加强科学知识与现代科技的联系,使学生了解所学的科学知识,也可以用来解释一些高科技中的问题,激发学生学习科学的兴趣
教学建议:
引入:常见的建筑工地的安全警示牌,建筑工地工人为什么要戴安全帽?——引入课题。
一、利用录象让学生体会动能和重力势能和弹性势能的存在,从而理解其概念。
二、探究动能和重力势能跟哪些因素有关时,要注意控制变量。(可以先演示书中的实验,然后举生活实例进一步理解。现在书中的实验简单易懂,没必要做老教材中的实验。
三.动能和势能的转化。
演示单摆实验:小球可用钩码代替,重在分析清楚向下摆动时和向上摆动时能量的转化过程(观察速度、高度的变化,分析动能、势能的变化情况)
演示滚摆实验:重在分析能量的转化过程。开始的几次摆动中,摆锤或滚摆都上升到同一高度。——说明在动能和势能的转化过程中,机械能的总量保持不变。但在学生观察较长时间的运动过程中,上升的高度逐渐变低,教师可引导学生讨论:摆锤上升的高度为什么会变低 ——在这个过程中,摆锤克服阻力做功、机械能不断减少。所以,如果没有摩擦阻力,在动能和势能的相互转化过程中,机械能的总量保持不变。
关于弹性势能,本节中只提及:“进一步的实验可以得到:物体的动能和弹性势能也可以相互转化”,没有作进一步的探讨。我们可补充水平弹簧振子的实验,或以“弓箭”为例加以说明,帮助学生了解这个过程中的动能和弹性势能的转化。(课件演示弹簧振子的动画)也可以请学生用荡秋千作例子来进行分析。补充:撑杆跳运动员起跳后其能量如何转化?
建议借助课件让学生了解水电站发电时能量的转化。(引导学生看108页水电站剖面图,了解究竟是哪一部分水用来发电的常识。)
人造地球卫星运行过程中的动能和势能的转化:(课件演示地球人造卫星的运动)抓住这里的“近”、“远”与“高”、“低”的关系,再用机械能守恒的概念来分析,得出“卫星从近地点向远地点运动的过程中,它的动能向势能转化”的结论。建议只用课件让学生明白“卫星从近地点运动到远地点,动能减小,势能增大” 就行了。不需要解释为什么卫星在近地点速度大,在远地点速度小。