10.6 合理利用机械能 导学设计

第十章　机械与人
第六节　合理利用机械能
教
材
解
读
　本节内容包括动能、势能的概念，动能、势能大小的决定因素，以及动能和势能相互转化等，是在机械运动、功的基础上展开的，是前面知识的延伸。教材通过生活实例引出动能、势能的概念，通过探究让学生明白其决定因素。只有通过实验和实例进行分析，学生才能很好地理解机械能的转化，这样安排教材体系，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。
教
学
目
标
　
知识与技能
　1.理解动能和势能的基本概念，并能识别具有动能和势能物体的事例。2.理解动能、势能的大小跟什么因素有关。
　3.能用实例说明动能和势能之间可以相互转化，能解释有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单现象。
过程与方法
1.熟练掌握转换法、控制变量法等具体的研究方法。2.通过参与科学探究活动，培养初步的科学探究能力。
情感、态度
与价值观
　　　　1.使学生在知识的探索过程中形成勇于探索的意识和敢于创新的精神。2.在与小组成员一起探索的过程中，养成与人共处、协作学习的习惯。
重
点
难
点
重点
动能和势能的概念、动能和势能的大小和什么因素有关。 建议利用大量实例让学生真实感受到动能和势能的存在，进而理解动能和势能的概念；建议教师引导学生利用身边的器材来设计完成实验，同时要注意研究方法的渗透。
难点
　能的概念的建立。功与能有着密切的联系，所以建议从“能做功”的角度引入能的概念，并且由始至终通过做功的多少来体现能量的大小。
合
作
探
究
　探究一：动能的大小与什么因素有关。猜想假设：引导学生感受生活进行猜想。
　(1)操场上飞来的足球可以用脚踢开，而飞来的铅球却避之不及。(猜想动能的大小与质量有关)
　(2)高速行驶的汽车在车祸中造成的危害要更大一些。(猜想动能的大小与速度有关)
　设计实验：教师引导学生突破以下两个问题。
　(1)实验过程中如何控制小球到达水平面时的速度相同？(让小球从同一斜面的同一高度滚下)
　(2)如何将小球动能的大小直观地显示出来？(通过木块被推动的距离长短显示动能的大小)
　然后进行实验，分析归纳从而得出结论。
　探究二：重力势能与什么因素有关。
　设计实验：教师引导学生根据生活实际，可以通过物体下落时的破坏力来判断其重力势能的大小。
学点1　探究动能的大小跟哪些因素有关
实验准备：如图10－6－1所示，让钢球从斜面某高度滚下，到斜面底端具有一定的速度，能够将木块B撞出一段距离s。因为钢球A高度越大，滚到斜面底端具有的速度__越大__，因此可以通过改变钢球在斜面的__高度__，改变其到达斜面底端的速度；钢球A撞击木块B前进一段距离，说明了钢球A对木块B做__功__，也同时说明了钢球A具有__动能__，因此可以通过木块B被撞击的距离大小间接判断钢球A具有__动能__的大小。
图10－6－1
实验器材：钢球A、B(mA>mB)，斜面，木块，平面。
实验步骤：(1)将钢球A、B分别置于斜面__相同__(选填“相同”或“不同”)高度，使其从静止状态自由下滑，与木块撞击，分别记录它们推动木块前进的距离s1、s2。
(2)将同一钢球A或B分别置于斜面__不同__(选填“相同”或“不同”)高度，使其从静止状态自由下滑，与木块撞击，分别记录它们推动木块前进的距离s3、s4。
分析论证：(1)分析实验步骤(1)，两钢球两次到达斜面底端的速度__相同__(选填“相同”或“不同”)，根据数据s1>s2，说明物体的动能大小与物体的__质量__有关，质量越大，动能__越大__。
(2)分析实验步骤(2)，两钢球两次到达斜面底端的速度__不同__(选填“相同”或“不同”)，根据数据(假设先高后低)s3>s4，说明物体的动能大小与物体的__速度__有关，速度越大，动能__越大__。
实验结论： (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__。
方法总结：(1)本实验中控制质量、速度其中某个因素不变，改变另一个因素来判断这个因素对动能大小的影响，称为__控制变量__法。
(2)由于钢球动能的大小不便于直接进行测量，通过比较木块移动距离的大小来间接判断钢球动能的大小，称为__转换__法。
要点点拨：让质量不同的钢球先后从斜面同一高度由静止滑下，目的是让质量不同的两个钢球到达斜面底端的速度__相同__。
学点2　探究势能大小跟哪些因素有关
实验准备：如图10－6－2所示，让砝码从某高度自由落下，落到沙土上的小桌上，小桌就会由于被撞击而陷入沙土一定深度。
图10－6－2
实验器材：重物A、B(mA实验步骤：(1)将质量为mA的重物从高度为h1的位置由静止状态自由下落，撞击小桌，记录下小桌陷入的深度h1′。
(2)将质量为mA的重物从高度为h2的位置由静止状态自由下落，撞击小桌，记录下小桌陷入的深度h2′。
(3)将质量为mB的重物从高度为h2的位置由静止状态自由下落，撞击小桌，记录下小桌陷入的深度h3′。
分析论证：(1)分析实验步骤(1)、(2)的实验数据h1′>h2′，说明物体重力势能的大小与物体的__高度__有关，高度越大，重力势能__越大__。
(2)分析实验步骤(2)、(3)的实验数据h2′实验结论：(1)质量相同的物体，高度越大，它的重力势能__越大__；
(2)高度相同的物体，质量越大，它的重力势能__越大__。
方法总结：(1)本实验中控制质量、高度其中某个因素不变，改变另一个因素来判断这个因素对重力势能大小的影响，称为控制变量法。
(2)由于物体重力势能的大小不便于直接进行测量，通过比较小桌陷入沙土的深度来间接判断物体重力势能的大小，称为转换法。
要点点拨：让质量不同的物体从同一高度自由落下，目的是让质量不同的物体落到小桌上时的速度__相同__。
学点3　动能和势能的相互转化
演示：(1)滚摆：如图10－6－3甲所示，滚摆下降时，它的__重力势__能减小，__动__能增加，此时__重力势__能转化为__动__能；滚摆上升时，__动__能减小，__重力势__能增加，此时__动__能转化为__重力势__能。
图10－6－3
(2)单摆：如图乙所示，小球从A点下降到B点，__重力势__能逐渐转化成__动__能，到最低点B时__动__能最大，之后从B点上升到C点，__动__能逐渐转化成__重力势__能。
总结：如果只有动能和势能的相互转化，尽管动能、势能大小会变化，但机械能的总和__不变__，或者说，机械能是__守恒__的。