11.4 机械能及其转化 同步教案
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文档简介
《机械能及其转化》
教学模式介绍：
“传递-接受”教学模式源于赫尔巴特的四段教学法，后来由前苏联凯洛夫等人进行改造传入我国。在我国广为流行，很多教师在教学中自觉不自觉地都用这种方法教学。该模式以传授系统知识、培养基本技能为目标。其着眼点在于充分挖掘人的记忆力、推理能力与间接经验在掌握知识方面的作用，使学生比较快速有效地掌握更多的信息量。该模式强调教师的指导作用，认为知识是教师到学生的一种单向传递的作用，非常注重教师的权威性。
“传递-接受”教学模式的课程环节：
复习旧课——激发学习动机——讲授新知识——巩固运用——检查评价——间隔性复习
设计思路说明：
1、复习旧课：举例说明具有动能和势能的物体。
2、激发学习动机：举出引发学生对动能或势能的变化的思考的例子，引发学生学习兴趣
3、讲授新知识：通过实例总结动能和势能可以相互转化；可以分别研究动能和重力势能的相互转化、动能和弹性势能的相互转化。通过对动能和势能之间转化的研究，可以发现动能或势能减小时不是凭空消失，而是转化成了另外一种形式。并发现，如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和保持不变，也就是说，机械能是守恒的。水能和风能的利用是势能和动能知识的实际应用，结合能源开发利用方面的问题，激发学生节能、开发新能源的意识，增强社会责任感。
4、巩固运用：运用所学知识解释人造卫星的能量转化问题。
教材分析
本专题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。
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。
教学目标
1、知识与技能
通过对滚摆实验的分析，理解动能和重力势能的相互转化。
通过引导学生举例并解释一些有关动能和重力势能、弹性势能相互转化的简单物理现象，理解动能和势能可以相互转化。
2、过程与方法
培养学生运用能的转化知识分析有关物理现象的转化。
培养学生从能量观点分析问题的意识。
3、情感与价值观
通过阅读“科学世界”人造地球卫星，结合我国航天事业的发展，对学生进行爱国主义教育。
教学重难点
重点：正确引导学生进行实验，得出动能和势能可以相互转化的结论。
难点：组织、指导学生认真观察滚摆实验并进行分析、归纳，领会机械能守恒的条件。
课前准备
滚摆，棉线，铁锁，人造卫星挂图
教学过程
复习旧课
手持粉笔头高高举起。以此事例提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？
激发学习动机
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一点时，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）
三、讲授新知识
（一）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、重力势能和弹性势能统称为机械能。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。
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。
（二）机械能及其转化
实例分析：
（1）、蹦床运动
分析运动员蹦床运动时，重力势能、动能和弹性势能之间的相互转化。
（2）、粉笔头下落
引导学生分析重力势能和动能之间的转化
（3）、滚摆实验
图11.4-2，出示滚摆，并简单介绍滚摆的构造及实验的做法。事先应在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志，告诉学生观察颜色标志，可以判断摆轮转动的快慢。
引导学生复述并分析实验中观察到的现象。开始释放摆轮时，摆轮在最高点静止，此时摆轮只有重力势能，没有动能。摆轮下降时其高度降低，重力势能减少；摆轮旋转着下降；而且越转越快，其动能越来越大。摆轮到最低点时，转动最快，动能最大；其高度最低，重力势能最小。在摆轮下降的过程中，其重力势能逐渐转化为动能。
仿照摆轮下降过程的分析，得出摆轮上升过程中，摆轮的动能逐渐转化为重力势能。
（4）、铁锁单摆
此实验摆绳宜长些，摆球宜重些。最好能挂在天花板上，使单摆在黑板前，平行于黑板振动，以便在黑板上记录摆球运动路线中左、右最高点和最低点的位置。分析单摆实验时，摆球高度的变化比较直观，而判断摆球速度大小的变化比较困难，可以从摆球在最高点前后运动方向不同，分析摆球运动到最高点时的速度为零，作为这一难点的突破口。
综述实验，说明动能和重力势能是可以相互转化的。
例题：踢出去的足球在空中沿一条曲线（抛物线）运动过程中，动能和势能是如何相互转化的呢？
（板画足球轨迹，依图分析）
首先我们来分析足球离地面的高度的变化，这是判断足球重力势能变化的依据。很明显，在上升过程中足球的重力势能增加；在下降过程中重力势能减少。接着再分析足球的速度。足球在最高点时不再上升，说明它向上不能再运动。所以，足球在上升过程中，速度逐渐变小；在下降过程中速度又逐渐变大。通过以上分析，可以看到足球在上升阶段动能转化为重力势能；在下降阶段重力势能转化为动能。
学生练习，教师分析讲解。
（三）水能和风能的利用
自然界中动能和势能相互转化的事例很多。
（1）、水能的利用
例如：物体从高处落下、瀑布流水等
引导学生分析：水力发电的能量转化
（2）、风能的利用
引导学生分析：风力发电的能量转化
（四）科学世界
人造地球卫星在运行过程中，也发生动能和重力势能的相互转化。人造地球卫星大家并不陌生，然而围绕人造卫星，同学们还有许多的谜没有揭开。例如：人造卫星为什么能绕地球运转而不落下来？在人造卫星内失重是怎么回事？等等，这些问题还有待于同学们进一步学习，今天我们只讨论卫星运行过程中，动能和重力势能的相互转化。
人造卫星绕地球沿椭圆轨道运行，它的位置离地球有时近、有时远。（出示我国发射的第一颗人造卫星轨道图）现以我国发射的第一颗人造卫星为例，它离地球最近时（此处叫近地点）离地面439公里，离地球最远时（此处叫远地点）离地面高度是2384公里，它绕地球一周的时间是114分钟。它在近地点时，速度最大，动能最大；此时离地面最近，重力势能最小。卫星由近地点向远地点运行时动能减小，重力势能增大，动能向重力势能转化。直到远地点时，动能最小，重力势能最大。卫星由远地点向近地点运行时，重力势能向动能转化。在卫星运行过程中，不断地有动能和势能的相互转化。
四、巩固运用
1、分析生活中机械能转化的实例。
2、小结：小结本节内容，明确目标，强调重、难点
五、检查评价
1、课堂检测
2、布置作业
教学反思
教学模式介绍：
“传递-接受”教学模式源于赫尔巴特的四段教学法，后来由前苏联凯洛夫等人进行改造传入我国。在我国广为流行，很多教师在教学中自觉不自觉地都用这种方法教学。该模式以传授系统知识、培养基本技能为目标。其着眼点在于充分挖掘人的记忆力、推理能力与间接经验在掌握知识方面的作用，使学生比较快速有效地掌握更多的信息量。该模式强调教师的指导作用，认为知识是教师到学生的一种单向传递的作用，非常注重教师的权威性。
“传递-接受”教学模式的课程环节：
复习旧课——激发学习动机——讲授新知识——巩固运用——检查评价——间隔性复习
设计思路说明：
1、复习旧课：举例说明具有动能和势能的物体。
2、激发学习动机：举出引发学生对动能或势能的变化的思考的例子，引发学生学习兴趣
3、讲授新知识：通过实例总结动能和势能可以相互转化；可以分别研究动能和重力势能的相互转化、动能和弹性势能的相互转化。通过对动能和势能之间转化的研究，可以发现动能或势能减小时不是凭空消失，而是转化成了另外一种形式。并发现，如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和保持不变，也就是说，机械能是守恒的。水能和风能的利用是势能和动能知识的实际应用，结合能源开发利用方面的问题，激发学生节能、开发新能源的意识，增强社会责任感。
4、巩固运用：运用所学知识解释人造卫星的能量转化问题。
教材分析
本专题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。
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。
教学目标
1、知识与技能
通过对滚摆实验的分析，理解动能和重力势能的相互转化。
通过引导学生举例并解释一些有关动能和重力势能、弹性势能相互转化的简单物理现象，理解动能和势能可以相互转化。
2、过程与方法
培养学生运用能的转化知识分析有关物理现象的转化。
培养学生从能量观点分析问题的意识。
3、情感与价值观
通过阅读“科学世界”人造地球卫星，结合我国航天事业的发展，对学生进行爱国主义教育。
教学重难点
重点：正确引导学生进行实验，得出动能和势能可以相互转化的结论。
难点：组织、指导学生认真观察滚摆实验并进行分析、归纳，领会机械能守恒的条件。
课前准备
滚摆，棉线，铁锁，人造卫星挂图
教学过程
复习旧课
手持粉笔头高高举起。以此事例提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？
激发学习动机
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一点时，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）
三、讲授新知识
（一）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、重力势能和弹性势能统称为机械能。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。
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。
（二）机械能及其转化
实例分析：
（1）、蹦床运动
分析运动员蹦床运动时，重力势能、动能和弹性势能之间的相互转化。
（2）、粉笔头下落
引导学生分析重力势能和动能之间的转化
（3）、滚摆实验
图11.4-2，出示滚摆，并简单介绍滚摆的构造及实验的做法。事先应在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志，告诉学生观察颜色标志，可以判断摆轮转动的快慢。
引导学生复述并分析实验中观察到的现象。开始释放摆轮时，摆轮在最高点静止，此时摆轮只有重力势能，没有动能。摆轮下降时其高度降低，重力势能减少；摆轮旋转着下降；而且越转越快，其动能越来越大。摆轮到最低点时，转动最快，动能最大；其高度最低，重力势能最小。在摆轮下降的过程中，其重力势能逐渐转化为动能。
仿照摆轮下降过程的分析，得出摆轮上升过程中，摆轮的动能逐渐转化为重力势能。
（4）、铁锁单摆
此实验摆绳宜长些，摆球宜重些。最好能挂在天花板上，使单摆在黑板前，平行于黑板振动，以便在黑板上记录摆球运动路线中左、右最高点和最低点的位置。分析单摆实验时，摆球高度的变化比较直观，而判断摆球速度大小的变化比较困难，可以从摆球在最高点前后运动方向不同，分析摆球运动到最高点时的速度为零，作为这一难点的突破口。
综述实验，说明动能和重力势能是可以相互转化的。
例题：踢出去的足球在空中沿一条曲线（抛物线）运动过程中，动能和势能是如何相互转化的呢？
（板画足球轨迹，依图分析）
首先我们来分析足球离地面的高度的变化，这是判断足球重力势能变化的依据。很明显，在上升过程中足球的重力势能增加；在下降过程中重力势能减少。接着再分析足球的速度。足球在最高点时不再上升，说明它向上不能再运动。所以，足球在上升过程中，速度逐渐变小；在下降过程中速度又逐渐变大。通过以上分析，可以看到足球在上升阶段动能转化为重力势能；在下降阶段重力势能转化为动能。
学生练习，教师分析讲解。
（三）水能和风能的利用
自然界中动能和势能相互转化的事例很多。
（1）、水能的利用
例如：物体从高处落下、瀑布流水等
引导学生分析：水力发电的能量转化
（2）、风能的利用
引导学生分析：风力发电的能量转化
（四）科学世界
人造地球卫星在运行过程中，也发生动能和重力势能的相互转化。人造地球卫星大家并不陌生，然而围绕人造卫星，同学们还有许多的谜没有揭开。例如：人造卫星为什么能绕地球运转而不落下来？在人造卫星内失重是怎么回事？等等，这些问题还有待于同学们进一步学习，今天我们只讨论卫星运行过程中，动能和重力势能的相互转化。
人造卫星绕地球沿椭圆轨道运行，它的位置离地球有时近、有时远。（出示我国发射的第一颗人造卫星轨道图）现以我国发射的第一颗人造卫星为例，它离地球最近时（此处叫近地点）离地面439公里，离地球最远时（此处叫远地点）离地面高度是2384公里，它绕地球一周的时间是114分钟。它在近地点时，速度最大，动能最大；此时离地面最近，重力势能最小。卫星由近地点向远地点运行时动能减小，重力势能增大，动能向重力势能转化。直到远地点时，动能最小，重力势能最大。卫星由远地点向近地点运行时，重力势能向动能转化。在卫星运行过程中，不断地有动能和势能的相互转化。
四、巩固运用
1、分析生活中机械能转化的实例。
2、小结：小结本节内容，明确目标，强调重、难点
五、检查评价
1、课堂检测
2、布置作业
教学反思