11.4《机械能及其转化》教学设计
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文档简介
11.4《机械能及其转化》教学设计
【教材分析】
《机械能及其转化》是前面所学《动能和势能》的延伸，又为今后的《能量的转化和守恒》的学习奠定基础。教材由演示得出动能、势能的转化；由想想做做得出机械能是守恒的；介绍了风能和水能的利用；图文并茂，符合学生认知规律。能够体现从生活走向物理，注重科学探究的新课程理念。科学世界“人造卫星”拓宽学生知识面，引导学生关注社会生活、关注科技发展。
【教材分析】
学生刚学了动能和势能的基本概念，能确认运动的物体具有动能，被举高的物体具有重力势能，发生弹性形变的物体具有弹性势能；并了解了决定这些能量大小的因素。也就是说学生为本节课的学习有了一定的知识准备，但教者必须清醒地认识到学生对某种能量的变化的理解并不是很到位的，这恰恰是完成本节课的教学目标所必须解决的问题。对有些物理现象需用多个物理知识分析或解释，如“滚摆、单摆最终会停下来”，我们引导学生关注的重点是动能和势能的相互转化问题，但现象中所涉及到的机械能守恒与损失问题，既不能回避，又不能过多纠缠，否则会喧宾夺主而影响教学目标的实现。
【教学目标】
1.知识与技能
（1）了解动能和势能的相互转换；
（2）初步了解机械能守恒的含义；
（3）了解水能和风能的利用。
2.过程与方法
通过观察和实验认识动能和势能的转换过程。
3.情感、态度、价值观
（1）知道机械能与人们生活的联系；
（2）有将机械能应用于生活的意识。
【教学重点】
动能和势能的转化。
【教学难点】
机械能守恒的理解。
【教学方法】
讲授法、直观法（演示实验）、讨论法、归纳法
【教学过程】
一、复习
l．一个物体对外做功，我们就说这个物体具有能。
2．物体由于运动而具有的能叫动能，物体动能的大小与物体的运动速度和质量有关。
3．物体由于高度而具有的能叫重力势能，物体的重力势能的大小与高度和质量有关。物体发生弹性形变具有的能叫弹性势能，物体弹性势能的大小与形变量的大小有关。
二、引入新课
我们已经初步学习过能量的知识，请你猜想一下，风力发电机工作的时候，是依靠什么能量发电的？水力发电机工作的时候，是依靠什么能量发电的？学生讨论回答。
二、新课教学
（一）机械能
手持粉笔头高高举起。以此事例提问：
1、 粉笔头在最高处具有什么能？
学生：重力势能
2、 粉笔头落到最低处具有什么能？
学生：动能
3、 粉笔头在中间某位置时具有什么能？
学生:动能和重力时能
教师总结，引出机械能的概念：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
（二）机械能及其转化
在粉笔头下落的过程，重力势能和动能都有变化，自然界中动能和势能变化的事例很多，下面我们共同观察滚摆的运动，并思考动能和势能的变化。
1、 演示滚摆实验
图11.4-1，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。
图11.4-1 滚摆
2、演示单摆实验
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。顺便指出像单摆这种往复的运动，在物理学中叫做振动。
图11.4-2 小球从A点摆动到C点
如图11.4-2分析小球在摆动过程中动能和势能的相互转换。
在如图11.4-2中，小球从A点下落到B点，重力势能逐渐转化成动能，到最低点B时动能最大，之后又从B点上升到C点，动能逐渐转化成重力势能。
综述实验1、2说明动能和重力势能是可以相互转化的。
3、演示实验：橡皮筋弹出粉笔头
将橡皮筋在手指上缠成弹弓形状，将粉笔头弹出，问学生弹出过程中的能量转换是怎样的？
得出：动能和弹性势能也是可以相互转化的。
请同学列举自然界中动能、势能、弹性势能相互转化的事例：
自然界中动能和势能相互转化的事例很多。其中有一些比较直观，例如：物体从高处落下、瀑布流水等这些事例也可以让学生列举，说明动能和势能的相互转化。有些事例比较复杂，例如：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。
（三）机械能守恒
1、学生实验：教材72页想想做做（石头会打到鼻子吗？）
学生将石头用绳子挂起来，将石头拉至自己鼻子前方，绳子绷直，稳定后松手。观察实验现象：石头会打到鼻子吗？为什么？
答：不会打到鼻子。因为石头拉到一定高度，所具有重力势能是一定的，在与动能转化的过程中不会增多，故不会超过原来的高度，所以不会打到鼻子。
2、学生讨论，在教师的指导下总结得出机械能守恒定律：
物体的动能和势能是可以相互转化的，在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总和保持不变。
3、机械能守恒是一种理想化的物理模型
（1）受到阻力作用的物体机械能不守恒
如果运动的物体受到的摩擦力和空气阻力不能忽略，机械能会转化成其它形式的能，机械能将减小。如滑梯上下滑的小朋友，空气中匀速下降的跳伞运动员等，都要受到阻力的作用，机械能会减小。
（2）有重力（或弹力）以外的力对物体做功，机械能不守恒。
如果有重力（或弹力）以外的力对物体做功，物体就会发生机械能和其它形式的能的相互转化，即有能量的损失或补充，物体机械能会发生变化。
（四）水能和风能的利用
1、请同学列举生活中对水能和风能的利用及其能量转化。
2、让学生看教材72页图11.4-4水电站剖面图，与学生讨论水力发电站的能量转化。
3、人造地球卫星的机械能转化
让学生阅读课本《人造地球卫星的机械能转化》，了解人造卫星在环绕地球运转时的能量转化。重点解释势能的大小取决于距离地球的远近。在近地点，势能小，则动能大，也就是运行速度大。在远地点，势能大，动能就小，也就是运行速度小。
【板书设计】
第四节 机械能及其转化
一、机械能
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
二、机械能及其转化
1、演示：滚摆实验
2、演示：单摆实验
结论：由1、2可知，动能和势能可以相互转化。
3、演示：橡皮筋弹出粉笔头
结论：动能和弹性势能也是可以相互转化的
三、机械能守恒
1、如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的。
2、机械能守恒是一种理想化的物理模型
（1）受到阻力作用的物体机械能不守恒
（2）有重力（或弹力）以外的力对物体做功，机械能不守恒。
四、水能和风能的利用
【小结】
1.知识方面
2.学习过程的体会
【课堂练习】
一. 选择题
1.下列过程中属于弹性势能转化为动能的是（??? ）
A. 拉开弹簧门的过程
??B. 用力拉弹弓橡皮条的过程
? C. 弹簧枪将“子弹”射出去的过程
??D. 跳水运动员将跳板踏弯的过程
? 2. 物体从光滑斜而的顶端滑至底端的过程中，如图所示，它的能量变化是（??? ）
A. 动能转化重力势能
B. 重力势能转化为动能
C. 动能不变，机械能减少
D. 动能增加，机械能减少
3. 体积相同的实心铜球和木球在水平地面上以相同的速度做匀速直线运动，下列说法中正确的是（??? ）
A. 铜球动能大，机械能小
B. 木球动能大，机械能小
C. 铜球动能大，机械能大
D. 木球动能大，机械能大
4. 一个沿竖直方向匀速上升的气球，它的（??? ）
A. 动能不变，势能不变
B. 动能不变，势能增加
C. 动能增加，势能增加
D. 动能增加，势能不变
5. 为了使快速降落的“神舟五号”返回舱安全着陆，返回舱从距离地面几米处向下迅速喷高温高压气体。从开始喷气到安全着陆，返回舱的（??? ）
? A. 动能增大，重力势能减少，机械能不变
? B. 动能不变，重力势能减少，机械能减小
? C. 动能减小，重力势能增加，机械能不变
? D. 动能减小，重力势能减少，机械能减少
二. 填空题
? 6. 唐诗中有“黄河远上白云间，不尽长江滚滚来”的诗句，前一句生动形象表明黄河水蕴藏着大量的???????? 能，后一句表明长江水具有大量的_________能。
7. 在“9·11”事件中恐怖分子利用所劫持的飞机具有较大的_________撞击世贸大厦对其做功，导致大厦最终成为一片废墟。
8. 滚摆上升时，________能转化为________能，滚摆下降时，________能转化为________能，这里能量转化的多少可以用________力的做功多少来量度。
9. 当跳高运动员碰到泡沫塑料垫子后陷下去直至速度为零的过程中，人的________能转化为垫子的????????? 能。
三. 简答题
10. 试按图所示的装置做一做，并回答问题：
（1）球在A点具有________能。
（2）球在D点具有________能。
（3）球在C点具有________能。
（4）球从A→B→C→D→E的过程中能量如何转化?
【布置作业】
1.复习本节内容．
2.动手动脑学物理1、2、3、4。
3.完成优化设计上的练习。
【教学反思】
【教材分析】
《机械能及其转化》是前面所学《动能和势能》的延伸，又为今后的《能量的转化和守恒》的学习奠定基础。教材由演示得出动能、势能的转化；由想想做做得出机械能是守恒的；介绍了风能和水能的利用；图文并茂，符合学生认知规律。能够体现从生活走向物理，注重科学探究的新课程理念。科学世界“人造卫星”拓宽学生知识面，引导学生关注社会生活、关注科技发展。
【教材分析】
学生刚学了动能和势能的基本概念，能确认运动的物体具有动能，被举高的物体具有重力势能，发生弹性形变的物体具有弹性势能；并了解了决定这些能量大小的因素。也就是说学生为本节课的学习有了一定的知识准备，但教者必须清醒地认识到学生对某种能量的变化的理解并不是很到位的，这恰恰是完成本节课的教学目标所必须解决的问题。对有些物理现象需用多个物理知识分析或解释，如“滚摆、单摆最终会停下来”，我们引导学生关注的重点是动能和势能的相互转化问题，但现象中所涉及到的机械能守恒与损失问题，既不能回避，又不能过多纠缠，否则会喧宾夺主而影响教学目标的实现。
【教学目标】
1.知识与技能
（1）了解动能和势能的相互转换；
（2）初步了解机械能守恒的含义；
（3）了解水能和风能的利用。
2.过程与方法
通过观察和实验认识动能和势能的转换过程。
3.情感、态度、价值观
（1）知道机械能与人们生活的联系；
（2）有将机械能应用于生活的意识。
【教学重点】
动能和势能的转化。
【教学难点】
机械能守恒的理解。
【教学方法】
讲授法、直观法（演示实验）、讨论法、归纳法
【教学过程】
一、复习
l．一个物体对外做功，我们就说这个物体具有能。
2．物体由于运动而具有的能叫动能，物体动能的大小与物体的运动速度和质量有关。
3．物体由于高度而具有的能叫重力势能，物体的重力势能的大小与高度和质量有关。物体发生弹性形变具有的能叫弹性势能，物体弹性势能的大小与形变量的大小有关。
二、引入新课
我们已经初步学习过能量的知识，请你猜想一下，风力发电机工作的时候，是依靠什么能量发电的？水力发电机工作的时候，是依靠什么能量发电的？学生讨论回答。
二、新课教学
（一）机械能
手持粉笔头高高举起。以此事例提问：
1、 粉笔头在最高处具有什么能？
学生：重力势能
2、 粉笔头落到最低处具有什么能？
学生：动能
3、 粉笔头在中间某位置时具有什么能？
学生:动能和重力时能
教师总结，引出机械能的概念：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
（二）机械能及其转化
在粉笔头下落的过程，重力势能和动能都有变化，自然界中动能和势能变化的事例很多，下面我们共同观察滚摆的运动，并思考动能和势能的变化。
1、 演示滚摆实验
图11.4-1，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。
图11.4-1 滚摆
2、演示单摆实验
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。顺便指出像单摆这种往复的运动，在物理学中叫做振动。
图11.4-2 小球从A点摆动到C点
如图11.4-2分析小球在摆动过程中动能和势能的相互转换。
在如图11.4-2中，小球从A点下落到B点，重力势能逐渐转化成动能，到最低点B时动能最大，之后又从B点上升到C点，动能逐渐转化成重力势能。
综述实验1、2说明动能和重力势能是可以相互转化的。
3、演示实验：橡皮筋弹出粉笔头
将橡皮筋在手指上缠成弹弓形状，将粉笔头弹出，问学生弹出过程中的能量转换是怎样的？
得出：动能和弹性势能也是可以相互转化的。
请同学列举自然界中动能、势能、弹性势能相互转化的事例：
自然界中动能和势能相互转化的事例很多。其中有一些比较直观，例如：物体从高处落下、瀑布流水等这些事例也可以让学生列举，说明动能和势能的相互转化。有些事例比较复杂，例如：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。
（三）机械能守恒
1、学生实验：教材72页想想做做（石头会打到鼻子吗？）
学生将石头用绳子挂起来，将石头拉至自己鼻子前方，绳子绷直，稳定后松手。观察实验现象：石头会打到鼻子吗？为什么？
答：不会打到鼻子。因为石头拉到一定高度，所具有重力势能是一定的，在与动能转化的过程中不会增多，故不会超过原来的高度，所以不会打到鼻子。
2、学生讨论，在教师的指导下总结得出机械能守恒定律：
物体的动能和势能是可以相互转化的，在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总和保持不变。
3、机械能守恒是一种理想化的物理模型
（1）受到阻力作用的物体机械能不守恒
如果运动的物体受到的摩擦力和空气阻力不能忽略，机械能会转化成其它形式的能，机械能将减小。如滑梯上下滑的小朋友，空气中匀速下降的跳伞运动员等，都要受到阻力的作用，机械能会减小。
（2）有重力（或弹力）以外的力对物体做功，机械能不守恒。
如果有重力（或弹力）以外的力对物体做功，物体就会发生机械能和其它形式的能的相互转化，即有能量的损失或补充，物体机械能会发生变化。
（四）水能和风能的利用
1、请同学列举生活中对水能和风能的利用及其能量转化。
2、让学生看教材72页图11.4-4水电站剖面图，与学生讨论水力发电站的能量转化。
3、人造地球卫星的机械能转化
让学生阅读课本《人造地球卫星的机械能转化》，了解人造卫星在环绕地球运转时的能量转化。重点解释势能的大小取决于距离地球的远近。在近地点，势能小，则动能大，也就是运行速度大。在远地点，势能大，动能就小，也就是运行速度小。
【板书设计】
第四节 机械能及其转化
一、机械能
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
二、机械能及其转化
1、演示：滚摆实验
2、演示：单摆实验
结论：由1、2可知，动能和势能可以相互转化。
3、演示：橡皮筋弹出粉笔头
结论：动能和弹性势能也是可以相互转化的
三、机械能守恒
1、如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的。
2、机械能守恒是一种理想化的物理模型
（1）受到阻力作用的物体机械能不守恒
（2）有重力（或弹力）以外的力对物体做功，机械能不守恒。
四、水能和风能的利用
【小结】
1.知识方面
2.学习过程的体会
【课堂练习】
一. 选择题
1.下列过程中属于弹性势能转化为动能的是（??? ）
A. 拉开弹簧门的过程
??B. 用力拉弹弓橡皮条的过程
? C. 弹簧枪将“子弹”射出去的过程
??D. 跳水运动员将跳板踏弯的过程
? 2. 物体从光滑斜而的顶端滑至底端的过程中，如图所示，它的能量变化是（??? ）
A. 动能转化重力势能
B. 重力势能转化为动能
C. 动能不变，机械能减少
D. 动能增加，机械能减少
3. 体积相同的实心铜球和木球在水平地面上以相同的速度做匀速直线运动，下列说法中正确的是（??? ）
A. 铜球动能大，机械能小
B. 木球动能大，机械能小
C. 铜球动能大，机械能大
D. 木球动能大，机械能大
4. 一个沿竖直方向匀速上升的气球，它的（??? ）
A. 动能不变，势能不变
B. 动能不变，势能增加
C. 动能增加，势能增加
D. 动能增加，势能不变
5. 为了使快速降落的“神舟五号”返回舱安全着陆，返回舱从距离地面几米处向下迅速喷高温高压气体。从开始喷气到安全着陆，返回舱的（??? ）
? A. 动能增大，重力势能减少，机械能不变
? B. 动能不变，重力势能减少，机械能减小
? C. 动能减小，重力势能增加，机械能不变
? D. 动能减小，重力势能减少，机械能减少
二. 填空题
? 6. 唐诗中有“黄河远上白云间，不尽长江滚滚来”的诗句，前一句生动形象表明黄河水蕴藏着大量的???????? 能，后一句表明长江水具有大量的_________能。
7. 在“9·11”事件中恐怖分子利用所劫持的飞机具有较大的_________撞击世贸大厦对其做功，导致大厦最终成为一片废墟。
8. 滚摆上升时，________能转化为________能，滚摆下降时，________能转化为________能，这里能量转化的多少可以用________力的做功多少来量度。
9. 当跳高运动员碰到泡沫塑料垫子后陷下去直至速度为零的过程中，人的________能转化为垫子的????????? 能。
三. 简答题
10. 试按图所示的装置做一做，并回答问题：
（1）球在A点具有________能。
（2）球在D点具有________能。
（3）球在C点具有________能。
（4）球从A→B→C→D→E的过程中能量如何转化?
【布置作业】
1.复习本节内容．
2.动手动脑学物理1、2、3、4。
3.完成优化设计上的练习。
【教学反思】