第四节 机械能及其转化
1课时 新授课
【教学目标】
知识与技能
1、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互相转化，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。
2、初步了解机械能守恒的含义。
3、了解水能和风能。
过程与方法
观察动能和势能之间相互转化的实例，培养学生动手操作能力，观察和分析问题的能力。
情感、态度、价值观
关心机械能与人们生活的联系，有将机械能知识应用于日常生活的意识。
【教学重点】
动能和势能的转化。
【教学难点】
分析事例中动能和势能的转化。
【教学准备】
滚摆、单摆、铁锁、玩具弹弓、木板2块、魔术罐、细线、多媒体。
【教学过程】
主 要 教 学 过 程
教学内容
教师活动
学生活动
一、复习回顾，情境导入
1、复习回顾
【提问引导】 1、一切运动的物体都具有什么形式的能？其大小决定于哪些因素？
2、物体何时具有重力势能、弹性势能？
【再次提问】 空中飞行的飞机、压弯的蹦床具有哪些能？课件展示：
抢答：动能；质量和速度。
在高处时，发生弹性形变时。
2、实验演示，设疑导入
飞行中的飞机
压弯的蹦床
【思考】通过事例分析，你们认为物体具有的能量可以是何种形式？
【归纳总结】可见：一个物体可以即具有动能，又具有势能。我们把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。当物体同时具有动能和势能时，它的机械能大小就等于动能和势能的和。
（设计意图：通过简单的回顾，使学生形象感知机械能的规定。）
【设置悬念】我给同学们做个魔术，大家仔细观看。思考发生的原因。
搭建小坡度的斜面让魔术罐从斜面顶端静止释放，引导学生仔细观看现象。
观察到了什么？
讲述：魔术罐能够从低处冲上高处，奥秘就在内部结构上。在运动过程中发生了能的转化，本节课我们学习“机械能及其转化”可以完成这个魔术的解惑。板书课题。
（设计意图：通过小制作魔术罐实验，激发学生积极学习新知识的欲望。）
学生欣赏图片思考回答：飞机具有动能和重力势能；蹦床具有一定的高度具有重力势能和弹性势能。
思考、口答。
总结、体会。
仔细观察，思考现象发生的原因。
从斜面滚下速度先增大后减小，到达底部又反向爬上斜面的一定位置，发生了往复运动。
听讲，产生积极解惑的冲动。
二、合作探究，新课讲授：
（一）机械能及其转化
1、 机械能：是动能、重力势能和弹性势能的统称。
单位：焦耳（J）
2、动能和重力势能的相互转化
演示实验：滾摆
说明了：动能与重力势能可以相互转化。
讲述：机械能是一种常见的能量形式，因而它的单位与能量的单位一致，也是焦耳。
练一练
若一只飞行的燕子的机械能为11J，重力势能是5J，那么其动能大小是多少？
【知识引桥】大家一般都有骑自行车从陡坡路顶部自由而下的经历，即使不蹬脚踏板，在下坡时车子的速度怎样变化？
追问：下坡中动能和重力势能的大小各有什么变化？
【启发引导】势能减小了，是不是能量消失了？猜想可能发生了什么转化？
【实验演示】滾摆的运动。
展示滾摆，把摆绳缠绕到最高点静止释放。
引导学生注意观察滚摆在运动过程中速度和高度的变化，思考动能和势能是如何变化的？
【深入分析】
（1）释放前滚摆具有什么能？
（2）释放后观察滚摆的高度、速度、是如何变化的？动能和势能大小变化？
（3）滾摆运动中存在能量是如何转化的？
体会、记忆。
口答：11J- 5J=6J
（设计意图：增加学生对机械能的认识和理解。）
回忆口答：越来越快。
动能变大，势能减小。
猜测：重力势能转化为动能。
学生观察、分析、思考摆轮能量的变化。
说出观察到的现象下降时：速度变大；上升时：速度减小。
重力势能
从生活走向物理
【归纳总结】滾摆实验有力证明了动能和重力势能可以相互转化
B
C
A
【实验】展示单摆，使重物沿着黑板摆动，作出运动的轨迹。
分析：重物从A运动至B、
从B到C过程能量的转
化。
总结：滾摆和单摆实验都有力说明了动能和重力势能可以相互转化。你能举出几个类似的例子吗？
点评学生回答，课件展示过山车、荡秋千
师生矫正，掌握各不同过程中能量的转化。
（设计意图：使学生初步形成能量转化的意识。体现生活处处有物理，培养学生的观察分析能力）
下降过程中高度降低，速度变大。因而势能减小，动能变大。上升过程中高度变大，速度变小。则势能变大，动能变小。
下降过程中，重力势能转化为动能；
上升过程中，动能转化为重力势能。
理解、体会。
观看实验。
思考回答：
A B:势能转化为动能。
B C:动能转化为势能。
学生举例并解释。
荡秋千、过山车等。
试分析运动中能量的转化。
从高处向下：重力势能转化为动能。
从低处向高处：动能转化为重力势能。
3、动能和弹性势能的相互转化
动能和弹性势能之间可以相互转化。
总结：动能和势能之间可以相互转化。
魔术罐的秘密
重力势能与动能和弹性势能之间的相互转化。
【启发引导】：既然动能和重力势能之间可以相互转化，那么动能和弹性势能之间可以相互转化吗？
【知识引桥】展示玩具弹弓，让一名学生射出纸团击中黑板一固定位置。引导学生注意观察此学生的做法。
问：纸团射出后，弓的弹性势能哪里去了？
归纳：拉紧的皮筋具有弹性势能，松手后转化为纸团的动能。
【提升训练】试解释教材插图蹦床运动中能量是如何转化的？启发学生分段分析，如下落、接触、蹦床恢复形变、上升。
师生矫正完善，学生互相补充。
【实验归纳】：动能和弹性势能之间可以相互转化。以上实验分析可知动能和势能之间可以相互转化。
现在我们一起揭开魔术罐从低处冲上高处的秘密。
打开盒盖观看内部结构，说明铁罐运动时，皮筋上的小铁块带动皮筋转动发生形变，产生弹性势能。猜测运动时能量的转化？
师生补充矫正。
思考 讨论
活动：学生利用弹弓射出一个纸团。
学生观察了解游戏里的能量转换。
转化为纸团的动能。
思考、讨论
回答：①人从蹦床上方某点下落到接触蹦床之前：重力势能转化为动能；②接触蹦床到形变最大：动能转化为弹性势能 ③蹦床恢复原状：弹性势能转化为动能； ④离开上升：动能转化为重力势能。
（设计意图：培养学生的分析、归纳能力。）
听讲、观看。
【一试身手】张弓射箭、向上飞出的篮球中能量的转化。
（设计意图：利用学生身边的物品实验，调动学生学习热情和参与讨论积极性。体现生活处处有物理，培养学生的归纳总结能力）
思考、讨论回答：从斜面滚下重力势能转化为动能和弹性势能，并最终转化为弹性势能，所以铁罐利用弹性势能转化为动能和重力势能冲上斜面高处。
口答：弹性势能转化为动能；
动能转化为重力势能。
（二）机械能守恒
守恒条件：只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变，即机械能守恒。
扩大视野
【游戏导入】：铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？
介绍做法，让两个学生演示体会。
引导学生注意观察现象。
【现象反思】这表明铁锁的机械能总量变大还是变小？为什么？假设没有阻力,会怎么样呢?
点评归纳：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变，即机械能守恒。实际生活中，在机械能的相互转化过程中，往往要克服摩擦力，使机械能总和减小。
【想一想】实验中滾摆不能升到原来的高处的原因？
总结：由于摩擦，机械能减小了，是转化为其他形式的能，并不会消失。
【强调】可见机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化。一般指不计摩擦阻力等。
人造地球卫星在太空运行，只有动能和势能的转化，机械能是守恒的。动画播放人造地球卫星的运行。
认真观看，你发现了什么？
学生演示
认真观察
没有打到鼻子，铁锁越摆越低。
变小，有空气阻力和摩擦。
若没有阻力，机械能不变。
理解、体会机械能守恒的条件。
讨论交流：由于摩擦等原因，机械能总量减小。
理解、体会。
“科学世界”——人造地球卫星
组织学生阅读“科学世界”了解卫星的近地点、远地点，说出能量的转化。
师生矫正总结。
【点拨归纳】以上能量的转化分析都反映了一个规律：能量转化过程中总是一种形式的能量减小，另一种能量增加。即变小的能转化为增大的能。
（设计意图：小实验、动画拉近了物理知识于学生的距离，增加了学习的趣味性。又培养了学生总结、归纳能力，语言表达能力。）
观看动画，说出现象：近地点速度大，远地点速度小。
阅读自学科学世界，
思考、回答：从远地点向近地点：重力势能转化为动能
反之，动能转化为重力势能。
理解体会，记忆。
三、水能和风能的利用
讲述：自然界的流水和风蕴含巨大的能量。
课件展示流水和风的能量。
人类对水能和风能的利用主要是发电，它们清洁无污染，是人们大力发展的理想能源。
组织学生自学“水能和风能的利用”，了解人们利用水能和风能的方法和历程。
观看图片，认识流水和风能够做功，蕴含的能量巨大。
了解水力发电、建立风车田发电。
阅读自学，扩大视野。
（设计意图：借助课件将学生不感兴趣的内容呈现出来，培养学生关注科学、关心社会发展的意识。）
反馈练习
师 巡视检查
见附件1
完成反馈练习
三、课堂小结：
回顾本节课的探究活动程序
组织学生回顾所学。
总结：能判断动能与势能的转化，知道机械能的定义及单位，明确机械能守恒的条件
学生讨论梳理知识要点。
四、达标检测
师巡视、讲评
完成检测题
见附件2
五、布置作业
出示思考题题目 见附件3
课后完成
【板书设计】
§11. 4机械能及其转化
一、 机械能：动能和势能统称为机械能。
单位：焦耳(J)
二、动能和势能之间是可以相互转化的
动能和重力势能之间是可以相互转化的
动能和弹性势能之间是可以相互转化的
三、如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变，即机械能守恒。
四、水能和风能的利用。
【教学反思】
一、案例的“亮点”
这节课的重点是机械能的转化，难点是如何准确表达生活中的机械能转化问题。在突破重难点教学设计中，我始终引导学生分析动能、重力势能和弹性势能的影响因素的变化，推出“变小的能转化为增大的能”这个规律。同时设计了几个有趣的小实验，促进学生乐学、好学是本课鲜明的亮点。训练习题尽可能联系学生身边的例子，并以图片呈现，增加学生的分析直观性。
二、 案例的“不足”
课堂教学中做滚摆实验和弹性势能与动能的转化的实验，只是演示实验，学生参与度不高。如果变成学生实验效果会更好。让他们成为知识的发现者，从而体验学习成功的快乐。
附件1： 反馈练习
说明下列过程中机械能的转化：
①雪橇从山坡上滑下；
②炮弹从炮口斜向上射出，又落到远处地上；
③打开的弹簧门自动关闭；
④小孩坐在秋千上，在妈妈推了一次以后，自己荡着。
答案：①重力势能转化为动能；②动能转化为重力势能再转化为动能；③弹性势能转化为动能；④从高向低处：重力势能转化为动能；从低向高处：动能转化为重力势能。
附件2：【达标检测】
1."神舟五号"飞船的发射成功，标志着我国在载人航天领域迈进了一大步，"神舟五号"飞船在加速升空的过程中，其动能 ，势能 。（选填"增大"、"减小"或"不变"）
2．一辆城市绿化洒水车，在一条平直的高架路上匀速行驶，当它一边洒水一边行驶时，它的动能________，重力势能_____ ，机械能 。（填"增大""减小"或"不变")
3.小孩在荡秋千游戏中，从最低处荡到最高处，能量转化正确的是:
A.动能增大，重力势能增大 B.动能减小，重力势能增大
C.动能不变，重力势能增大 D.动能不变，重力势能不变
4.下列情况中,重力势能转化为动能的是( )
A、在水平面上滚动的小球 B、汽车上山
C、空中匀速下降的降落伞 D、苹果从树上落下
5、跳水运动员跳板跳水时，从运动员腾空跳起向上运动后再向下落入水中，若不计空气阻力，则在整个过程中 （ ）
A．运动员的动能一直增大，机械能不变
B．运动员的重力势能一直减小，机械能减小
C．运动员的动能先减小后增大， 机械能不变
D．运动员的重力势能先减小后增大，机械能增大
答案：1.增大;增大 2.减小，减小，减小；3. B 4. D 5.C
附件3：作业布置
1. 下列几个过程中属于动能转化为势能的是（ ）
A、小孩从滑梯上匀速滑下
B、拧紧的钟表发条带动指针走动
C、小石块向上抛出后的运动
D、跳水运动员从高台上跳下
2．弹簧门在推开后能自己关闭，从能的转化来解释这一现象
3．皮球从手中下落后，掉到地上又弹起来，试分析这个过程中的能量转化。
4．你在生活中骑自行车上坡时会怎么做？用你学过的物理知识解释你这么做的原因。
答案：1.C
2.推开门时，弹簧发生弹性形变，产生弹性势能；松手时，弹簧的弹性势能转化为门的动能。
3.下落时重力势能转化为动能，触地时动能转化为弹性势能；弹起时弹性势能转化为动能，上升中动能转化为重力势能。
4. 上坡前加紧蹬几下，以提高车速。这是因为提高车速能增大动能，可以有较多的动能转化势能，防止车倒退。
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