《第十一章 第4節(jié) 機械能及其轉化》教案（附同步練習）

《第十一章第4節(jié)機械能及其轉化》教案（一）【教學目標】知識與技能1．知道機械能包括動能和勢能。2．理解機械能的轉化。3．能解釋動能、重力勢能、彈力勢能間相互轉化的簡單物理現(xiàn)象。4．初步了解機械能守恒的含義。過程與方法1．通過觀察和實驗的方法探究動能和勢能相互轉化的規(guī)律。2．利用機械能守恒定律解釋日常生活中某些具體問題。3．通過觀察滾擺、單擺的實驗，推導出機械能守恒的條件。情感、態(tài)度與價值觀1．關心機械能與人們生活的聯(lián)系，有將機械能應用于生活的意識。2．學習建立知識模型的方法，培養(yǎng)科研生活中的思維品質、科學素養(yǎng)和生活習慣。3．通過了解人類探索物質世界的歷程和科學理論成果，培養(yǎng)探索精神、創(chuàng)新思想和促進人類社會與自然世界和諧發(fā)展的優(yōu)良品德。【教學重點】動能和勢能的相互轉化?！窘虒W難點】能解釋有關動能和勢能相互轉化的簡單物理現(xiàn)象?！窘叹邷蕚洹慷嗝襟w課件、滾擺、單擺等?！窘虒W過程】一、情景引入多媒體展示：陳峰同學的家到學校本是一條在水平面上的直路，愛動腦筋的陳峰做了這樣一個設想：要是將從家到學校的路挖成一個“U”字形，如圖所示，只要從家騎上自行車后，不用剎車也不用踩車，等車停下來就可以到達學校了。陳峰同學的設想到底能不能實現(xiàn)，這節(jié)課我們就為同學們揭開此謎。進而導入新課。二、新課教學探究點一：機械能及其轉化多媒體展示：(1)我們小時候玩過蕩秋千吧，閉上眼睛，那種時高時低的感覺如同在飛，你知道在蕩秋千的過程中小孩具有哪些能量？這些能量是怎樣變化的？(2)如圖所示是小剛在玩彈弓的情境，小剛用形變的橡皮條將“子彈”彈射出去的過程中，具有哪些能量？這些能量是怎樣變化的？(3)從以上的兩個實例中，你能夠發(fā)現(xiàn)能量的變化有什么規(guī)律？學生根據(jù)上節(jié)所學的知識，獨立回答課件中兩個情境中的物體所具有的能量，然后小組討論、交流分析出每一個階段中能量的變化情況和能量變化的規(guī)律。教師把每個小組的觀點進行引導總結，利用課件展示答案：(1)把蕩秋千的過程轉化為如圖所示的圖片，展開分析：A→B過程中具有的能量是勢能和動能，其中能量的變化是重力勢能減小，動能增大；B→C過程中具有的能量是動能和勢能，其中能量的變化是重力勢能增大，動能減小。(2)橡皮條將“子彈”射出的過程中，橡皮條具有彈性勢能，“子彈”具有動能。橡皮條的彈性勢能減小，“子彈”的動能增大。(3)在某一階段能量的變化中，一種能量在減小的同時，另一種能量在增大。教師進一步追問：減小的能量是消失了嗎？增大的能量是創(chuàng)生出來的嗎？動能和勢能可以統(tǒng)稱為什么能？學生猜想，進行交流，闡明觀點。猜想認為是減小的能量轉化為增大的能量。教師根據(jù)學生的回答，逐步引導出動能和勢能的轉化，得出第一個知識點。演示滾擺實驗：觀察滾擺的運動，想想滾擺在運動過程中動能和勢能是如何變化的？老師：滾擺運動過程中能量的轉化是怎樣的？學生：最高點時，勢能最大，動能最??；下降時，重力勢能減小，動能增大，重力勢能轉化為動能；上升時，動能減小，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能；最低點時，重力勢能最小，動能最大。老師：動能的變化量等于勢能的變化量。仿照滾擺下降過程的分析，得出滾擺上升過程中，滾擺的動能逐漸轉化為重力勢能。演示單擺實驗：讓學生根據(jù)滾擺實驗的描述，再分析單擺實驗的現(xiàn)象及能量轉化情況。當只有動能和勢能互相轉化時，機械能總量不變。(機械能＝動能＋勢能)老師：觀察這幅圖：老師：把懸掛的單擺鎖拉近自己的鼻子處靜止，松開手后，擺鎖向前擺去，接著又反向擺回來，你原地不動，鎖會打到你的鼻子嗎？自己實際試一下，想一想這是為什么？學生：不能打到，因為有空氣阻力。如果沒有摩擦等阻力，只有勢能和動能的相互轉化，機械能的總量保持不變，機械能是守恒的。老師：空氣中有阻力，所以機械能將改變。教師讓學生分析，在我們的日常生活中，你是否留意觀察過哪些現(xiàn)象中存在能量轉化的例子？生活中的哪些方面利用了動能和勢能之間的轉化？讓學生走進物理的生活，體驗一下。學生結合生活的經(jīng)歷，討論交流利用動能和勢能轉化的實例。根據(jù)學生敘述的生活中利用動能和勢能轉化的實例，同時展示出相應的課件。動能和勢能轉化的應用：課件1：城市鐵路的車站的設計方案如圖所示，進站的軌道都與站臺構成一個緩坡，就是利用了動能和勢能的相互轉化。(讓學生思考這樣設計的好處。)課件2：如圖所示，我們看雜技演員從高處跳下落在蹦床上，又被彈起的過程中是利用了動能和勢能的相互轉化。課件3：如圖中表示撐竿跳高運動的幾個階段：助跑、撐竿起跳、越橫桿。在這幾個階段中也是利用了能量的轉化。探究點二：水能和風能的利用教師出示課件讓學生分析。學生在教師的引導下提出自己的想法。然后小組之間再進一步交流分析，闡明觀點。從學生對課件問題的認識中，教師引導得出在生活中人類利用水能和風能的實例，使學生認識到在自然界可直接利用的能源有水能和風能?！景鍟O計】第4節(jié)機械能及其轉化1．機械能：動能和勢能統(tǒng)稱為機械能2．動能與勢能之間的轉化【教學反思】本節(jié)課主要采用以課件設疑來調動學生的好奇心，然后以問題為切入點展開討論，讓學生在情境問題中來感悟物理知識，起到樂中求學，學中求樂，不知不覺中總結出動能和勢能之間可以轉化的知識點。為了加深學生對動能、勢能的相互轉化的印象，再進一步舉出生活事例進行分析。由于現(xiàn)象皆從身邊來，故討論時都踴躍發(fā)言，經(jīng)過一定的“爭吵”討論出的結果正確性更高而且深刻。經(jīng)過這樣熱烈的討論，學到的知識一定印象深刻，從枯燥無味的課堂中感受到學習物理的樂趣?！兜谑徽碌?節(jié)機械能及其轉化》教案（二）【教學目標】（一）知識與技能1．知道動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機械能。2．能通過實驗或實例，認識物體的動能和勢能可以相互轉化。能解釋與機械能轉化有關的現(xiàn)象。3．通過實例認識能量可以從一個物體轉移到另一個物體，不同形式的能量可以互相轉化。（二）過程與方法1．通過觀察和實驗，認識動能和勢能之間的相互轉化的過程。2．通過動手設計實驗，勇于探索自然現(xiàn)象和身邊的物理道理。（三）情感態(tài)度與價值觀1．通過水能和風能的利用，知道人類如何利用機械能的轉化與守恒解決實際問題。提高運用機械能轉化與守恒觀點分析力學問題的意識。2．關心機械能與人們生活的聯(lián)系，有將機械能應用于生活的意識?！窘虒W重難點】本節(jié)內容由“機械能及其轉化”“水能和風能的利用”兩部分構成，教學的重點是動能和勢能之間的相互轉化。為了能夠從能量轉化與守恒的觀點將動能和勢能聯(lián)系起來，可以讓學生分析、討論生活現(xiàn)象，如蕩秋千、跳蹦蹦床、拍皮球等過程中物體高度、速度的變化，進而討論動能和勢能的變化情況，引出動能和勢能的轉化規(guī)律。【教學策略】本節(jié)要求學生不僅要知道動能和勢能之間可以相互轉化，而且要了解轉化過程中遵從的規(guī)律。教學中，以滲透機械能的轉化與守恒思想為前提，加強實驗，并利用動畫、視頻激發(fā)學生的學習興趣，使學生能夠從影響物體動能、重力勢能和彈性勢能大小的因素的角度判斷物體的機械能如何變化。【教學資源準備】多媒體課件、單擺、滾擺、彈簧、小球等?！窘虒W過程】教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖導入新課（5分鐘）手持粉筆頭高高舉起。提問：被舉高的粉筆具不具有能量？為什么？學生回答提問后，再引導學生分析粉筆頭下落的過程。首先提出當粉筆頭下落路過某—點時，粉筆頭具有什么能量？（此時既有重力勢能，又有動能）繼而讓學生比較在該位置和起始位置，粉筆頭的重力勢能和動能各有什么變化？（重力勢能減少，動能增加）在粉筆頭下落的過程，重力勢能和動能都有變化，指出自然界中動能和勢能變化的事例很多學生思考并回答從身邊的實驗出發(fā)，充分調動學生參與課堂教學的積極性新課教學（30分鐘）一、機械能及其轉化給出機械能的概念，重力勢能、彈性勢能統(tǒng)稱為勢能，動能、勢能統(tǒng)稱為機械能。物體具有的機械能等于動能、勢能兩種能量之和。之所以把動能、勢能統(tǒng)稱為機械能，是因為動能和勢能可以相互轉化，滾擺和單擺是動能和勢能可以相互轉化的常見實例。下面通過實驗分析實例中動能和勢能如何相互轉化的？1．探究活動一：如圖1，將滾擺卷起后釋放，讓學生觀察分析：①滾擺在最高處時具有什么能？②釋放后觀察滾擺的高度、速度、質量的變化。③分別分析滾擺下降和上升過程中動能、勢能的變化情況。④動能和重力勢能之間是否可以相互轉化？圖1

圖22．探究活動二：如圖2，將單擺的擺球置于A處，然后釋放。擺球就可以在A、B、C之間來回擺動。①擺球在哪些位置高度最高？②擺球在哪些位置速度最大？③分析擺球從A～B運動過程中，動能、勢能的變化情況。④分析擺球從B～C運動過程中，動能、勢能的變化情況?？偨Y：動能和重力勢能可以相互轉化。3．探究活動三：按下圖3進行實驗。1．手持著木球將彈簧片推彎，而后突然釋放木球，觀察到什么現(xiàn)象？在此過程中，涉及哪些能量的轉化？2．讓木球從斜槽上端滾下，觀察木球碰擊彈簧片的過程。分析圖3中，木球從甲→乙圖和乙→丙圖能量轉化的過程。圖34．回顧滾擺實驗后思考：①滾擺上下運動的過程中機械能總量有什么變化，為什么？②滾擺機械能總量減小的原因是什么？如果沒有摩擦和空氣阻力，機械能的總量還會不會變化？總結：在動能和勢能相互轉化的過程中，如果沒有摩擦和空氣阻力則機械能的總量保持不變，這就是機械能守恒定律。思考：乒乓球落地后又彈起來，為什么達不到原來的高度，能量是怎么轉化的？介紹人造地球衛(wèi)星在運行過程中發(fā)生的動能和勢能的相互轉化。思考：①衛(wèi)星運行過程中機械能是否守恒？②衛(wèi)星從遠地點向近地點運動時重力勢能、動能、速度分別怎么變化？③衛(wèi)星在什么時候動能最大？什么時候重力勢能最大？學生進行實驗并回答問題：①重力勢能。②下降時：質量不變、高度變小、速度變大、重力勢能變小、動能變大，減小的重力勢能變成了動能。③上升時：質量不變、高度變大、速度變小、重力勢能變大、動能變小。減小的動能變成了重力勢能。④動能和重力勢能之間可以相互轉化。學生進行實驗并回答問題：①擺球在A、C處位置最高，具有的重力勢能最大。②擺球在B處速度最大，具有的動能最大。③擺球從A～B運動過程中，重力勢能不斷減小，動能不斷變大，是重力勢能不斷轉化為動能。④擺球從B～C運動過程中，重力勢能不斷增大，動能不斷減小，是動能不斷轉化為重力勢能。學生進行實驗并回答問題：1．觀察到木球在彈簧片的作用下在水平槽內運動。在此過程中，彈簧的彈性勢能轉化為木球的動能。2．從甲→乙圖中，木球的動能轉化為彈簧的彈性勢能。從乙→丙圖中彈簧的彈性勢能轉化為木球的動能。這說明動能和彈性勢能可以相互轉化。學生討論回答：①滾擺上升的最大高度越來越小，說明滾擺具有的機械能總量不斷減小。②滾擺機械能總量減小的原因是摩擦和空氣阻力。如果沒有摩擦和空氣阻力，機械能的總量不會變化。③動能和彈性勢能之間可以相互轉化。學生閱讀并思考后回答：①守恒，因為衛(wèi)星在太空運行，沒有空氣阻力，只有動能和勢能之間的相互轉化。②重力勢能增大，動能減小，速度減小。③在近地點時動能最大，在遠地點時重力勢能最大。改為學生實驗，讓他們參與實驗探究。在試驗中獲取知識，增長本領。通過精心設計的問題，激活學生的思維，提高學生參與課堂教學的積極性和有效性。人造地球衛(wèi)星涉及到機械能的轉化和守恒，可以拓寬學生視野二、水能和風能的利用請學生觀看圖片或者視頻，認識自然界存在的機械能。指出：水能和風能是水或者空氣因為運動或者位置高而具有的機械能。修筑攔河壩可以提高壩前上游的水位，水位越高，水的重力勢能就越大。這樣水從壩上落下時轉化成的動能就越大，水推動壩下方的水輪機轉動，水輪機又帶動發(fā)電機發(fā)電，水能最終轉化為電能。利用風能做功主要是靠風車，也可以用風車的轉動帶動發(fā)電機發(fā)電。利用風能不會有環(huán)境污染，但風能不穩(wěn)定，不像攔河壩那樣能把“風能”儲存起來。展示圖片或者視頻，表現(xiàn)自然界的機械能有利也有弊。在水（風）力發(fā)電站，將水（風）的機械能轉化為電能請學生觀看圖片或者視頻，了解水電站是怎樣使發(fā)電機轉動的，風力發(fā)電是怎樣的。通過水能和風能的利用，知道人類如何利用機械能的轉化與守恒解決實際問題。提高運用機械能轉化與守恒觀點分析力學問題的意識課堂小結（5分鐘）通過今天的學習，同學們有哪些收獲？在實驗探究中又存在哪些問題？還有什么想探究的問題？學生可以個別回答，或相互交流，在交流的基礎上進行學習小結。促進知識的鞏固掌握。提升學生的交流表達能力《第4節(jié)機械能及其轉化》同步練習1．一小球沿斜面滾下(不計摩擦)，那么小球的(A)A．勢能轉化為動能 B．動能轉化為勢能C．機械能不斷增加 D．機械能不斷減小2．有一種運動叫蹦極，如圖11－4－6所示是蹦極運動的簡化示意圖，彈性繩一端固定在O點，另一端系住運動員，運動員從O點自由下落，A點處彈性繩自然伸直。B點是運動員受到的重力與彈性繩對運動員拉力相等的點，C點是蹦極運動員到達的最低點，運動員從O點到C點的運動過程中忽略空氣阻力，則 (D)圖11－4－6A．從O至C運動員速度一直減小B．從O點至A點運動員機械能不守恒，從A點至C點機械能守恒C．從O至A過程中運動員速度增大，從A至C過程中運動員速度減小D．從O至B過程中運動員速度增大，從B至C過程中運動員速度減小【解析】根據(jù)題意可知，從O點到B點的過程中，重力大于彈性繩對運動員拉力，因此速度越來越大；從B點到C點的過程中，彈性繩對運動員拉力大于重力，運動員的速度開始減小，到達C點時，速度為零；由于不計空氣阻力，因此整個過程能量守恒。3．如圖11－4－7所示，鋼珠沿豎直平面上的光滑軌道abcd從a點運動到d點，則鋼珠 (A)圖11－4－7A．通過d時的速度比通過c時大B．在c點比在b點的重力勢能小C．從a運動到b的過程中，動能轉化為重力勢能D．從b運動到c的過程中，機械能轉化為重力勢能4．我們居住的城市高樓林立，如不小心發(fā)生高空墜物事件，則可能給人們的生命財產(chǎn)造成損害，更不可有意為之。日前，某小區(qū)的陳先生在早上下樓取車時發(fā)現(xiàn)車的后擋風玻璃被穿了一個孔，上面還插著一個可樂瓶，肇事的可樂瓶里大約還有小半瓶的可樂。對此，下列描述正確的是(C)A．可樂瓶從高空墜落，動能會轉化為重力勢能B．可樂瓶對擋風玻璃沒有做功C．可樂瓶從高空墜落，重力勢能會轉化為動能D．可樂瓶砸在擋風玻璃的瞬間，具有很大的重力勢能5．如圖11－4－8所示，小明從滑梯上下滑，在這一過程中，他的(D)圖11－4－8A．動能轉化為重力勢能B．重力勢能全部轉化為動能C．機械能保持不變D．機械能一定減少6．下列現(xiàn)象中，由動能轉化為重力勢能的是(C)A．動車勻速上坡B．腳踩滑板從高處滑下C．滾擺自下而上運動D．火箭加速升空7．下列四個實例中，機械能正在減小的是(C)A．蓄勢待發(fā)的火箭 B．水平勻速飛行的飛機C．勻速下降的熱氣球 D．加速上升的汽艇8．玩“過山車”是一項非常驚險刺激的娛樂活動。如圖11－4－9所示，過山車時而從軌道的最低點D上升到最高點A，時而從最高點A飛馳而下。過山車在運動過程中，若不計能量損失，只有動能和勢能的相互轉化。下列說法正確的是 (B)圖11－4－9A．A點機械能小于B點機械能B．D點動能最大，A點勢能最大C．D點動能最大，A點機械能最大D．A點勢能最大，機械能最大9．圖11－4－10是固定在水平桌面上的圓弧軌道，將一小球由軌道的P點自由釋放，滾動到Q點。在此過程中，動能先變__大__后變__小__，重力勢能__先變小后變大__。圖11－4－1010．如圖11－4－11是皮球落地后彈起過程中每隔相等時間曝光一次所拍攝的照片。由圖可知，下落過程中，皮球的速度__增大__，離開地面上升的過程中，皮球的重力勢能__增大__，動能__減小__，皮球運動過程中的機械能__減小__。(均填“增大”、“減小”或“不變”)圖11－4－11【解析】皮球下落過程中，由于受到重力的作用，皮球的速度越來越大；皮球離開地面上升的過程中，質量不變，高度增加、速度減小，因此重力勢能增大，動能減小，由于空氣阻力的作用，機械能減小。11．[人造衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運行，如圖11－4－12所示為衛(wèi)星從遠地點向近地點運動的過程。針對該過程，以下說法正確的是(C)圖11－4－12A．動能逐漸增大，機械能增大B．勢能逐漸減小，機械能減小C．動能逐漸增大，勢能逐漸減小，機械能不變D．動能逐漸增大，勢能逐漸減小，機械能減小【解析】衛(wèi)星從遠地點向近地點運行過程中，高度減小，勢能減小，由于機械能守恒，動能與勢能之和是定值，所以動能增大，速度增加。12．把籃球拋向空中，忽略空氣阻力，圖11－4－13中圖象能正確反映球離手后至落回地面前機械能(E)與籃球離地高度(h)關系的是 (A)ABCD圖11－4－1313．陳鋒同學的家到學校本是一條在同一水平面上的直路，愛動腦筋的陳鋒做了這樣的設想：要是將從家到學校的路挖成一個“V”字形(如圖11－4－14所示)，只要從家騎上自行車后，不用剎車也不用踩車，等車停下來就可以到達學校了。請你簡要說明：圖11－4－14(1)陳鋒同學的設想的機械能轉化過程。(2)陳鋒同學的設想在現(xiàn)實中可以實現(xiàn)嗎？為什么？(請根據(jù)有關物理知識說明)解：(1)自行車和人的重力勢能轉化為動能，動能又轉化為重力勢能。(2)不能實現(xiàn)，自行車運動過程中受到阻力作用，機械能減少，所以不能到達學校。14．小鷺想探究彈性勢能的大小與哪些因素有關。她利用一