8/8一、動(dòng)能勢(shì)能機(jī)械能1．教學(xué)目標(biāo)⑴知道什么是動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、機(jī)械能，知道動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能分別與哪些因素有關(guān)。⑵知道動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，并能解釋自然界中機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。2．教材說明本節(jié)主要內(nèi)容有：功和能的關(guān)系，動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的概念，動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能分別與什么哪些因素有關(guān)，動(dòng)能和勢(shì)能之間的相互轉(zhuǎn)化。“能量”的概念跟功的概念有密切的聯(lián)系（功是能量變化多少的度量，做功的過程是能量改變或轉(zhuǎn)化的過程），是物理學(xué)中重要的基本概念。新課程標(biāo)準(zhǔn)將“能量”作為三個(gè)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)之一，可見它的重要性。本節(jié)教材，介紹能量中最常見的一種形式——機(jī)械能。學(xué)習(xí)本節(jié)課，既要密切聯(lián)系前面所學(xué)過的運(yùn)動(dòng)、重力、彈力等知識(shí)，還要注意觀察生產(chǎn)、生活中的能量現(xiàn)象。本節(jié)內(nèi)容又是后面學(xué)習(xí)其它各種形式的能、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的基礎(chǔ)。本節(jié)教材的編寫思路：首先通過教材圖14-17，在前面學(xué)習(xí)的功的知識(shí)基礎(chǔ)上，直接從功和能的關(guān)系引入能量的初步概念，再通過教材圖12-1和圖12-2的例子提出問題，使學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)物體具有能量形成比較清楚的具體印象，由此引出了動(dòng)能的概念，然后再通過“活動(dòng)1”的實(shí)驗(yàn)探究動(dòng)能的大小跟速度、質(zhì)量的關(guān)系。勢(shì)能的學(xué)習(xí)也是先通過圖12-7和12-8，從做功的角度引入重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的概念，再通過“活動(dòng)2”的實(shí)驗(yàn)探究重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的大小分別跟哪些因素有關(guān)。在建立這些概念的基礎(chǔ)上，教材又給出了機(jī)械能的概念，并通過“活動(dòng)3”研究動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。最后，教材指出機(jī)械能和其他形式的能之間也可以相互轉(zhuǎn)化。本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：動(dòng)能和勢(shì)能的概念比較形象直觀，易于學(xué)生理解，但它是學(xué)生理解一般能量概念的基礎(chǔ)；理解影響動(dòng)能和勢(shì)能大小的因素是解釋生產(chǎn)、生活中一些能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的基礎(chǔ)，所以建立動(dòng)能和勢(shì)能的概念，理解影響動(dòng)能和勢(shì)能大小的因素是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)。本節(jié)教學(xué)難點(diǎn)：能的概念比較抽象，學(xué)生不易理解，因此讓學(xué)生形成能的初步概念是本節(jié)課教學(xué)的難點(diǎn)。由于能的概念是建立在物體能夠做功的基礎(chǔ)上的，因此，緊緊抓住功和能的關(guān)系，是本節(jié)課教學(xué)的關(guān)鍵。3．教學(xué)建議本節(jié)課可以通過講故事的方法激發(fā)學(xué)生興趣，引入新課，以下事例可供選用：（1）2006年11月14日，蘭州軍區(qū)某部飛行員李劍英駕駛某型殲擊機(jī)，在訓(xùn)練結(jié)束下降途中飛機(jī)撞鳥。在生死攸關(guān)的16（2）《小子彈和大石頭》：抗日戰(zhàn)爭(zhēng)期間，一天，日軍進(jìn)攻我軍，火力很猛，我軍的子彈快要打光了?！皽?zhǔn)備大石頭，節(jié)約子彈！”我軍連長(zhǎng)發(fā)出了命令。戰(zhàn)士們立即利用戰(zhàn)斗間隙，把一塊塊石頭搬到戰(zhàn)壕前沿?！皵橙诉M(jìn)攻了，滾石頭！”連長(zhǎng)又發(fā)出了命令。戰(zhàn)士們用力向下一推，幾百塊巨大的石頭從山頭滾下，猶如發(fā)生了山崩，砸得日軍死的死，傷的傷，龜縮到山腳下面去了。滾下的石頭為什么具有這么大的殺傷力？（3）一鐵路職工“中彈”昏倒：一乘客從疾馳的火車?yán)锶酉乱粋€(gè)小小的饅頭，正好砸在一位在鐵路邊值班的工人的頭上，這位工人當(dāng)即昏倒。為什么小小的饅頭能把人砸傷？學(xué)完這節(jié)課大家自然會(huì)明白。什么是能由于能量和功的概念有密切的聯(lián)系，所以本節(jié)教學(xué)要始終注意緊扣“物體具有做功的本領(lǐng)，就說物體具有能”這一關(guān)鍵，通過一些問題引導(dǎo)學(xué)生分析具體實(shí)例，由功和能的關(guān)系建立能量的概念。可以讓學(xué)生仔細(xì)觀察教材上的圖14-17，討論分析：（1）做功的兩個(gè)必要因素是什么？（2）這些物體是否能夠做功？你判斷的依據(jù)是什么？（3）從功的角度來看，這些圖片有什么共同特點(diǎn)？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，教師給出“能量”的定義。也可讓學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)引出“能量”的概念。比如：鋼球從斜面上滾下，在水平面上撞擊木塊，使木塊移動(dòng)一段距離，讓學(xué)生分析在碰撞過程中鋼球做功的情況；或者用上發(fā)條的小汽車拖走小木塊，電動(dòng)水泵抽水等實(shí)驗(yàn)。有條件的話，還可以播放一些生活和自然界中物體做功事例的視頻資料，為學(xué)生提供豐富的感性認(rèn)識(shí)素材，這樣有助于學(xué)生正確認(rèn)識(shí)、感悟“能量”。在得出能量的定義后，可以讓學(xué)生列舉具有能的實(shí)例，并從能否做功的角度分析，加深對(duì)“能量”的理解。緊接著上面的討論，可通過舉例順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生思考能量的大小和如何去判斷能的大小。比如用風(fēng)來舉例：四、五級(jí)風(fēng)能夠推動(dòng)帆船“逆水行舟”，八、九級(jí)大風(fēng)可以使大樹“前仰后合”，而颶風(fēng)能把大樹連根拔起。讓學(xué)生回答：哪種風(fēng)具有的能量最大？（答：颶風(fēng)。）你怎樣判斷能的大?。浚ù穑罕容^它們能夠做的功的多少。）通過學(xué)生的回答總結(jié)：在物理學(xué)中，能量和做功有密切的聯(lián)系，能量反映了物體做功的本領(lǐng)。一個(gè)物體能做的功越多，這個(gè)物體的能量就越大。能的單位和功的單位相同，都是焦耳。動(dòng)能的大小跟哪些因素有關(guān)為了給學(xué)生提供豐富的感性素材，具體教學(xué)中還可以多補(bǔ)充幾個(gè)生活中動(dòng)能的實(shí)例。例如：流水推動(dòng)水磨，風(fēng)推動(dòng)帆船，子彈擊穿木塊，汽車撞擊木塊等。有條件的學(xué)校，還可以安排幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：運(yùn)動(dòng)的鋼球打在木塊上，把木塊推走，水流沖動(dòng)水輪機(jī)模型，玩具手槍射出的子彈推動(dòng)泡沫塑料等。這些實(shí)驗(yàn)說明運(yùn)動(dòng)的鋼球、水流、運(yùn)動(dòng)的子彈等都能夠做功。然后引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)上述實(shí)例，分析思考下列問題，得出動(dòng)能的初步概念。（1）以上這些物體是否具有能量？為什么？（答：具有能量，因?yàn)樗鼈兌寄茏龉?。）?）它們?yōu)槭裁茨軌蜃龉?？（答：因?yàn)樗鼈兌际沁\(yùn)動(dòng)的。）（3）這種形式的能應(yīng)該怎樣命名？能否試著給這種能下一個(gè)定義？（答：動(dòng)能，物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能叫做動(dòng)能。）為了加深學(xué)生對(duì)動(dòng)能的理解，在得出定義后，可鼓勵(lì)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，列舉具有動(dòng)能的實(shí)例。活動(dòng)1探究動(dòng)能的大小跟哪些因素有關(guān)“活動(dòng)1”的目的是：通過探究實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生得出動(dòng)能的大小跟什么因素有關(guān)，并滲透控制變量法和轉(zhuǎn)換法的科學(xué)研究方法。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，先請(qǐng)學(xué)生猜想：動(dòng)能的大小可能跟哪些因素有關(guān)？并說明猜想的依據(jù)。學(xué)生經(jīng)過思考會(huì)猜想：（1）動(dòng)能的大小可能跟物體的速度有關(guān)，理由是：用玩具手槍射出去的塑料子彈威力大，而用手扔出去威力?。唬?）動(dòng)能的大小還可能跟物體的質(zhì)量有關(guān)，理由是：在車禍中，電動(dòng)自行車撞倒行人的后果不太嚴(yán)重，而以相同速度行駛的大卡車撞人的后果嚴(yán)重。探究實(shí)驗(yàn)中的一些環(huán)節(jié)學(xué)生理解起來難度較大，考慮到實(shí)際情況，教材給出了比較詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，具體教學(xué)時(shí)可以讓學(xué)生分組，按照教材上的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。完成實(shí)驗(yàn)后，可組織學(xué)生討論以下幾個(gè)問題幫助學(xué)生加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解：（1）兩次實(shí)驗(yàn)中，分別控制哪些因素不變？哪些因素改變？為什么要這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？（答：第一次實(shí)驗(yàn)中，小球的質(zhì)量沒變，在斜面上的高度變了；第二次實(shí)驗(yàn)中，在斜面上的高度沒變，小球的質(zhì)量變了；因?yàn)橛袃蓚€(gè)因素（速度和質(zhì)量）會(huì)影響動(dòng)能的大小，所以當(dāng)研究動(dòng)能和其中一個(gè)的關(guān)系時(shí)，需要控制另一個(gè)因素不變。）（2）兩次實(shí)驗(yàn)中，分別讓小球從斜面的不同高度或相同高度滾下，目的是什么？（答：使小球滾到水平面上時(shí)，具有相同或不同的速度。）（3）為什么讓小球推動(dòng)紙盒？紙盒被推動(dòng)距離的遠(yuǎn)近說明了什么？（答：通過小球?qū)埡凶龉Φ亩嗌俦容^它所具有動(dòng)能的大小；紙盒被推得越遠(yuǎn)，小球能做的功越多，它所具有的動(dòng)能越大。）然后讓學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)結(jié)論：質(zhì)量相同時(shí)，速度越大的物體能做的功越多，表明它具有的動(dòng)能越大；速度相同時(shí)，質(zhì)量越大的物體能做的功越多，表明它具有的動(dòng)能大。對(duì)于程度比較好的學(xué)生，也可以用下面的方法進(jìn)行教學(xué)，即通過一系列問題，層層深入，引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：（1）怎樣讓小球自己運(yùn)動(dòng)起來，獲得動(dòng)能？（答：讓它從斜面自由滾下。）（2）動(dòng)能的大小可能跟兩個(gè)因素有關(guān)，用什么方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？（答：用控制變量法，即：研究動(dòng)能大小跟速度的關(guān)系時(shí)，要控制小球的質(zhì)量相同，而改變小球運(yùn)動(dòng)的速度；研究動(dòng)能大小跟質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，要控制小球運(yùn)動(dòng)的速度相同，而改變小球的質(zhì)量。）（3）怎樣改變小球運(yùn)動(dòng)的速度？又怎樣控制小球運(yùn)動(dòng)的速度相同？（答：讓小球從斜面的不同高度滾下，到平面上時(shí)，就具有了不同的運(yùn)動(dòng)速度；小球在斜面上所處的位置越高，獲得的速度越大；讓小球從斜面的相同高度滾下，到平面上時(shí)，就具有了相同的運(yùn)動(dòng)速度。）（4）怎樣比較小球動(dòng)能的大??？（答：可以通過小球做功的多少來比較動(dòng)能的大小，比如，讓它推動(dòng)紙盒，紙盒被推得越遠(yuǎn)，說明它能做的功越多，具有的動(dòng)能就越大。）總之，在探究動(dòng)能的大小跟什么因素有關(guān)的過程中，教師要注意引導(dǎo)，滲透兩種科學(xué)研究方法：控制變量法和轉(zhuǎn)換法（小球動(dòng)能的大小轉(zhuǎn)換為紙盒被推動(dòng)的距離），使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究方法的重要性?！跋胍幌搿钡哪康氖牵鹤寣W(xué)生用決定動(dòng)能大小的因素來分析和解釋生產(chǎn)和生活中的現(xiàn)象，深化對(duì)動(dòng)能的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)運(yùn)用物理知識(shí)分析時(shí)間問題的能力。答案是：列車和小汽車雖然速度相同，但列車的質(zhì)量大，所以它具有的動(dòng)能大，能夠做更多的功，故在交通事故中，列車的破壞性更大。還可補(bǔ)充以下練習(xí)，供學(xué)生判斷、分析：(1)一輛汽車突然加速行使，它的動(dòng)能______。為什么？(2)灑水車在馬路上勻速前進(jìn)并不停地灑水，它的動(dòng)能______。為什么？(3)交通部門為什么要對(duì)車輛進(jìn)行限速？為什么同一路段不同車輛限速不同？勢(shì)能的大小跟哪些因素有關(guān)可以這樣引入本部分的教學(xué)：當(dāng)我們從建筑工地附近走過時(shí)，會(huì)看到工地上會(huì)有一些安全警示牌，同時(shí)你也會(huì)特別地小心。你知道安全警示牌的內(nèi)容嗎？（答：“當(dāng)心落物”、“禁止在起重機(jī)動(dòng)臂下停留”等。）落物和起重機(jī)的動(dòng)臂具有能量嗎？為什么？接下來我們學(xué)習(xí)有關(guān)這種能的知識(shí)。教材通過圖P34-35引導(dǎo)學(xué)生建立重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的概念。教學(xué)時(shí)可以啟發(fā)學(xué)生觀察圖片并回答：（1）被舉高的重錘具有能量嗎？為什么？（答：重錘具有能量。因?yàn)橹劐N被舉高后，能夠在下落時(shí)把木樁打入地里，對(duì)木樁做功。）（2）變形的撐桿具有能量嗎？為什么？（答：變形的撐桿具有能量。因?yàn)閾螚U發(fā)生彈性形變后，能夠把運(yùn)動(dòng)員彈出一段距離，對(duì)運(yùn)動(dòng)員做功。）在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，教師因勢(shì)利導(dǎo)給出重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的初步定義，然后引導(dǎo)學(xué)生列舉生活中重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的實(shí)例，讓學(xué)生加深對(duì)重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的理解?；顒?dòng)2探究重力勢(shì)能的大小跟哪些因素有關(guān)“活動(dòng)2”的目的是：通過探究實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生得出重力勢(shì)能的大小跟什么因素有關(guān)。通過動(dòng)能的探究，學(xué)生已知道控制變量法和轉(zhuǎn)換法，因此活動(dòng)2可以放手讓學(xué)生自己去探究。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)：（1）同一個(gè)重物從不同的高度落下，重物被舉得越高，木樁被打入沙中越深，表明重物做的功越多，重物的重力勢(shì)能越大。（2）質(zhì)量大小不同的重物從同一高度落下，重物質(zhì)量越大，木樁被打入沙中越深，表明重物做的功越多，重物的重力勢(shì)能越大。最后，學(xué)生可以自己總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體被舉得越高，質(zhì)量越大，它具有的重力勢(shì)能就越大。對(duì)于程度比較好的學(xué)生，也可以先給出實(shí)驗(yàn)所需要的器材，然后通過以下幾個(gè)問題，引導(dǎo)他們自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：（1）如何利用所給器材，比較重物重力勢(shì)能的大??？（2）如何在實(shí)驗(yàn)中控制有關(guān)的變量？對(duì)于彈性勢(shì)能，可以射箭為例，讓學(xué)生自己得出：彈性勢(shì)能的大小跟物體的彈性強(qiáng)弱、形變的大小有關(guān)。物體的彈性越強(qiáng)，形變?cè)酱螅哂械膹椥詣?shì)能就越大。機(jī)械能的轉(zhuǎn)化關(guān)于機(jī)械能，要讓學(xué)生明確以下兩點(diǎn)：（1）動(dòng)能和勢(shì)能都屬于機(jī)械能，或者說，動(dòng)能和勢(shì)能是機(jī)械能的兩種表現(xiàn)形式。（2）一個(gè)物體可以既有動(dòng)能，又有勢(shì)能，也可以只具有動(dòng)能或者只具有勢(shì)能?？梢酝ㄟ^練習(xí)，幫助學(xué)生體會(huì)上述兩點(diǎn)。如讓學(xué)生說明下列物體具有什么形式的機(jī)械能：①在海上行駛的輪船。（答：動(dòng)能。）②吊在天花板上的吊燈。（答：重力勢(shì)能。）③被拉長(zhǎng)的橡皮條。（答：彈性勢(shì)能。）④在空中飛行的子彈。（答：動(dòng)能和重力勢(shì)能。）活動(dòng)3動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化“活動(dòng)3”的目的是：通過實(shí)驗(yàn)、觀察和分析，認(rèn)識(shí)物體的動(dòng)能和勢(shì)能之間是可以相互轉(zhuǎn)化的?；顒?dòng)A中設(shè)置的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，取材容易，一定讓學(xué)生親自去做，進(jìn)行認(rèn)真的觀察，這是學(xué)生學(xué)習(xí)本部分內(nèi)容的基礎(chǔ)，也能為后面學(xué)習(xí)“能量轉(zhuǎn)化和守恒定律”做好鋪墊。學(xué)生通過討論可以發(fā)現(xiàn)：小球在最高點(diǎn)時(shí)的速度為零，即重力勢(shì)能最大，而動(dòng)能最?。榱悖?；在最低點(diǎn)時(shí)的速度最大，即重力勢(shì)能最小，而動(dòng)能最大。此時(shí)可啟發(fā)學(xué)生思考：從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，小球重力勢(shì)能減小，這部分能量到何處去了？動(dòng)能增大，這部分能量又是從何而來？通過啟發(fā)，學(xué)生自然就會(huì)想到：從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，小球的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)，小球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。物體具有的動(dòng)能和勢(shì)能是可以相互轉(zhuǎn)化的。解決“擺球上升的高度為什么會(huì)變低”這個(gè)問題時(shí)，可這樣引導(dǎo)學(xué)生：你在蕩秋千時(shí)，你感到有風(fēng)嗎？你對(duì)風(fēng)做功嗎？通過啟發(fā)，學(xué)生容易得出：在動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化過程中，擺球要克服空氣摩擦阻力做功，機(jī)械能會(huì)不斷減少。至于機(jī)械能減少轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的問題，在這里不要討論。活動(dòng)B通過教材圖36-37列舉了四個(gè)動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化