2020-2021学年人教版八年级物理下册11.4《机械能及其转化》教学设计

《机械能及其转化》教学设计
教学目标
知识与技能：
知道机械能包括动能和势能，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、重力势能和弹性势能之间相互转化的简单现象。
初步理解机械能守恒的含义。
过程与方法：
观察动能和势能之间相互转化的实例，培养学生的操作能力及观察和分析问题的能力。
培养学生用能量转化的观点分析问题的能力。
情感态度与价值观：
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。
教学重点：
动能和势能的相互转化。
教学难点：
机械能守恒问题。
学习者特征分析
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。
教学方法分析
通过实验、视频、动画为学生认识和分析动能与势能的相互转化提供直观感性材料。
为学生提供一种分析动能和势能相互转化的思维模式：
速度 高度 形变 高度或速度
具体如下：
（1）观察：看确定对象的运动速度、离开地面的高度、形状是否发生变化。
（2）分析：动能和重力势能——质量一定时，若速度增大了，则高度肯定降低了。速度增大则意味着动能增大了（问：增大的动能哪里来？），若高度降低了，则意味着重力势能减小了（问：减小的重力势能哪里去了？）。又如物体的形变程度增大了，则意味着弹性势能增大了，而这又是以物体运动速度的减小或离开地面的高度的减小为代价的。
（3）结论：速度增大，动能增大；高度降低，重力势能减小，此时是重力势能转化为动能，反之是动能转化为重力势能。形变发生（或增大）则弹性势能增大，此时是动能或重力势能转化为弹性势能。
解释为：以高度的降低换取速度的增加，反之亦然，以高度的降低或速度的减小来换取物体形变的发生或增大，反之亦然。
利用多媒体教学的优势为学生提供资源支持，加大容量，增加练习机会，感悟不同现象中所包含的相同的物理原理。
教学环境和教学资源准备
多媒体、滚摆、单摆、皮球
教学过程
复习旧知
由班级同学带领大家复习上节课的知识：动能与势能，以及影响动能与势能大小关系的因素，通过做题回忆各种情景具有的能量。
导入新课
呈现课题
播放过山车视频：惊险刺激的场面，给学生以强烈的视觉冲击和心灵震撼，激发学生兴趣，引发学生思考。
回忆再认（知识迁移）：动能的物理意义、影响动能大小的因素；重力势能的物理意义及影响因素；弹性势能的物理意义及影响因素。
新课讲授：
机械能
新概念：（1）动能和势能统称为机械能。
机械能是能量大家族中的一员，在国际单位制中的单位是：焦耳（j）
（2）物体具有机械能的总量等于动能和势能的总和。
动手做做
动能和重力势能之间的相互转化
（1）演示滚摆实验
引导学生观察，提出问题：你看到了什么现象？为什么滚摆下降后又自动上升？
引导学生分析
播放滚摆实验视频，引导学生重点关注三个要素：滚摆质量、滚摆的运动速度、滚摆离开地面的高度。并注意在全过程中哪些因素变了，哪些因素没变？
讨论：没变的是质量
变化的是——速度、高度。
两个过程：a、下降：质量不变。
现象：离开地面的高度减小，下降速度增大。
分析：离开地面的高度减小则重力势能减小了；下降速度增大了则动能增大了。
结论：增大的动能是由减小的重力势能转化而来的，即此过程是重力势能转化为动能。
在这里隐含了能量既不会无缘无故消灭，也不会无缘无故创生的思想。
b、上升：质量不变。
现象：离开地面的高度增大了，但上升的速度减小了。
分析：离开地面的高度增大了则说明重力势能增大了，而上升速度的减小说明动能减小了。
结论：增大的重力势能是由减小的动能转化而来的，即此过程是动能转化为重力势能。
小结：在这里为学生分析类似现象提供了一个模式：
a、某种能量的增减是因为能的转化导致。
b、在能的转化过 程中，动能的增减由速度的变化引发，重力势能的增减是由物体与参考面的高度变化引发，同理，弹性势能的增减是由物体的弹性形变程度增大或减小而引发。
（2）演示单摆实验并播放视频。
引导学生根据以上模式分析能量的转化：动能 重力势能
动能或重力势能与弹性势能的相互转化
引导学生用沾有墨汁的篮球向纸坐自由落体，观察白纸上的墨汁印记。观察ppt分解图片，分析能量之间变化。
问题：皮球发生形变了没有？
——皮球发生了形变。
讨论皮球弹跳过程中的能量转化关系（同时播放皮球弹跳的动画视频）。
下落：——能转化为——能。
与地碰撞：——能转化为——能。
恢复原状弹起：——能转化为——能。
上升：——能转化为——能。
讨论：皮球为什么不能弹回到原来的高度？
与空气以及地面会有能量的损耗。
4、想想做做
提出问题：铁锁摆回时会碰到鼻子吗？不会！
其实这个问题很好回答，因为学生看到了实验事实。我们所关注的重点是为什么没有碰到鼻子？
引导学生分析：铁锁会与空气摩擦，受到空气阻力的作用，一部分动能或重力势能转化成了空气和铁锁的内能，总的机械能损失了一些（不守恒）。
这样就不难解释滚摆和单摆为什么最终会停下来的原因了——滚摆、单摆与空气之间有摩擦，滚摆的摆轴与悬线之间也有摩擦，机械能有一部分转化成了其他形式的能，总量有所减少。
“如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。”这个“如果”表达的就是一种无任何摩擦的理想状态。
告诉学生：若这个“如果”成立，则运动的滚摆、单摆就不会停止，铁锁摆回时也会碰到（接触到）鼻子的。（因为机械能守恒）。
6、科学世界 —《人造地球卫星》
（1）学生阅读科学世界内容。
（2）讨论卫星运行过程中在近地点和远地点动能与势能的相互转化关系。
四、随堂练习：
1、在横线上的空白处填写出机械能的转化.
①建筑工地上，打桩机的重锤下落过程中，将____ __能转化为__ __能.
②发条玩具汽车在平地上运动过程中将______能转化为__ __能.
③用手向上抛出的石块，在上升过程中将_ _ 能转化为____ __ 能.
2、抛出上空的篮球（忽略空气阻力），如果它的动能是30 J，机械能是50 J，那么它的重力势能为 J.
3、1999年1月20日，由我国自行研制的“神舟”号飞船成功发射并按时返回指定地点.“神 舟”号载人舱下降到地面附近时，由于空气阻力做匀速直线运动，则它的动能 ，势能 ，机械能 ____(填“变大”、“变小” 或“不变”)
4、跳伞运动员从空中的飞机上跳下后，在降落伞尚未打开之前的下落过程中，运动员的( )
A.动能增大，重力势能减小
B.动能减小，重力势能增大
C.动能减小，重力势能减小
D.动能增大，重力势能增大
5、机械手表里卷紧的发条带动指针转动，这是( )
A.动能转化为势能
B.弹性势能转化为动能
C.电能转化为动能
D.重力势能转化为动能
6、物体沿粗糙的斜面匀速下滑，关于此过程说法正确的是( )
A.重力势能转化为动能，机械能不变
B.动能转化为重力势能，机械能不变
C.重力势能减小，动能不变，机械能减小
D.重力势能、动能和机械能都不变
五、课堂小结 ：
机械能中的动能、重力势能、弹性势能可以相互转化。
如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
六、布置作业
动手动脑学物理1、2、3、4
2、练习册机械能及其转化