1机械能 1动能和势能 （一）教学目的 1了解能量的初步概念。 2知道什么是动能及影响动能大小的因素。 3知道什么是势能及影响势能大小的因素。 4知道什么是机械能及机械能的单位。 （二）教具 斜槽，钢球，木块，橡皮筋，压缩弹簧等。 （三）教学过程 1复习 鉴于能量和功的概念有密切的联系，所以通过“怎样才算做了功”的提问，引导学生进一步理解力 的作用成效、功的两要素。 当一个力作用在物体上，物体在这个力的作用下，沿力的方向上通过了一段距离，这个力的作用有 了成效，就说这个力做了功。 出示一木块，并将其置于水平桌面上。说明木块受重力的作用，但木块没有在重力方向上运动，所 以重力对木块没有做功。继而用手推动木块，使木块运动一段距离。在此过程中，重力仍然没有做 功，手的推力做了功。进而强调力和在力的方向上通过的距离是功的两要素，且功的大小就等于两 者的乘积。 2引入新课 出示斜槽，并演示钢球从斜槽上滚下，在水平桌面上撞击木块，使木块移动了一段距离。让学生分 析碰撞过程中，做没做功？ 利用学生分析的结果“钢球对木块做了功”引入能量的概念：一个物体能够做功，我们就说它具有 能量。可见物理学中，能量和功有着密切的联系，能量反映了物体做功的本领。 不同的物体做功的本领也不同。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。 3进行新课 物体具有能量的形式是多种多样的，以后我们将逐步认识各种形式的能量。刚才的实验中钢球撞击 木块能够做功，但若将钢球停靠在木块一侧（边讲边演示） ，这时的钢球并不能推动木块做功。只 有运动的钢球才能推动木块做功。 (1)动能：物体由于运动而能够做功，它们具有的能量叫做动能。 引导学生广泛地列举事例，说明运动的空气、水和各种物体都能够做功，而具有动能。概括出“一 切运动的物体都具有动能。 ” 列举事例说明：运动的物体具有的动能多少不尽相同。如狂风能吹倒大树，而微风只能使树枝摇动。 进而通过演示实验，概括出决定物体动能大小的因素。 演示课本图 1-1 实验，实验可分三步： 将同一个钢球，从斜面不同高度滚下，让学生观察钢球将木块推动的距离。木块被推动的距离不 同，说明钢球对木块做的功不同。木块被推动得越远，表明钢球的动能越大。实验说明：从不同高 度滚下的钢球，具有不同的动能。 上面的实验表明钢球从较高处滚下时具有的动能大。那么钢球从不同的高度滚下时有什么不同呢？ 我们可通过观察实验来得到结论。将质量相同的两个钢球，同时从斜槽的最高点和接近斜槽底部的 位置释放。从最高点滚下的钢球能在水平槽上追上从接近底部滚下的钢球。实验表明从高处滚下的 钢球速度大。从而得到结论：物体的动能与速度有关，速度越大，物体的动能越大。 换用不同质量的钢球，从同一高度让其滚下，让学生观察钢球推动木块的距离。从而得出结论： 运动物体的质量越大，动能就越大。2演示实验之后，总结实验结果：运动物体的速度越大，质量越大，动能就越大。 (2)势能：物体由于运动的原因而具有动能，物体还可能由于其他的原因而具有能量。例如，同学们 都玩过用橡皮筋弹射纸弹的游戏，拉长的橡皮筋能给纸弹一个力，并推动纸弹移动一段距离，从而 对纸弹做了功。同样拉弯的弓，压缩的弹簧也能够做功，它们都具有能量，这种能量叫做弹性势能， 它是由于物体发生弹性形变而具有的能量。 解释弹性形变：物体受到外力作用而发生的形状变化，叫做形变。如果外力撤消，物体能够恢复原 状，这种形变叫做弹性形变。列举事例说明物体的弹性形变。如：拉长的弹簧，压扁的皮球，弯曲 的钢锯条，上紧的钟表发条等。 利用课本图 1-4 的实验，阐明物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。为节省课堂时间， 课前将两个性质相同弹簧，按照课本图 1-4 压缩到不同的长度。先后将拉紧弹簧的绳烧断，两次砝 码被弹起的高度不同。弹簧压得越紧，放松时它做的功越多，表示它的弹性势能越大。 被举高的重物，也能够做功。例如：举高的铅球，落地时能将地面砸个坑；举高的夯落下时能把木 桩打入地里。举高的物体具有的能量叫重力势能。 列举事例说明：物体的质量越大，举得越高，它具有的重力势能越大。如：举起同样高度的铅球和 乒乓球，铅球落下时做的功多，具有的重力势能大。铅球举得越高，具有的重力势能就越大。 引导学生讨论树上结的苹果是否具有重力势能？通过讨论使学生理解“一个物体能够做功”的含义。 能够做功只是说物体具有了做功的“本领” ，但不一定做了功。树上结的苹果虽然没有做功，但只 要它从树上掉下来就能做功，所以我们说它具有重力势能。 (3)机械能：让学生分析静止在桌面上的钢球是否具有能量？（具有重力势能）继而让学生分析在桌 面上滚动的钢球具有什么能？通过分析得知滚动的钢球既有动能，又有势能。 动能和势能统称为机械能。一个物体既有动能，又有势能，那么动能和势能的和就是它的总机械能。(4)能量的单位：从前面的讨论，我们可以认识到能量是跟做功有密切联系的概念，能量反映了物体 具有做功的本领，能量的大小可以用能够做功的多少来衡量。因此，动能、势能和机械能的单位跟 功的单位相同，也是焦耳。 4小结 通过以下问题的讨论，进一步帮助学生理解能量、动能、势能、机械能等概念及机械能的单位。 (1)高山上有一块大石头，稳稳地待在那里，它有没有能量？有什么能量？ (2)列举几个物体具有动能、重力势能、弹性势能的事例。 (3)在空中飞行的球，它具有的重力势能是 5 焦，具有的动能是 4 焦，这只球具有的总机械能是多少？(4)在同一高度铅球和棒球具有的重力势能不相等，若使它们的重力势能相等，可采取哪些方法？ (5)从斜槽上端滚下的小球，它有没有重力势能？在它下滚的过程中重力势能的大小有没有变化？为 什么？在滚下的过程中有没有动能？它的动能有没有变化？为什么？ （四）说明 1能是物理学的重要概念之一，但它比较抽象。对于初中学生来说，认识它比较困难。应紧扣教 材，从理解“一个物体能够做功”的含义来认识能量。这实际上是说“能是物体做功的本领” 。尽 管这种说法不甚严谨，但比较通俗、易懂。 2关于动能，应讲明运动的物体能够对其他物体施力，并推动物体做功，所以它具有能量。因为 容易讲清弹性形变的物体对别的物体施力并做功，便于学生理解，所以将弹性势能提到重力势能之 前讲。 3势能应是物体系统（有保守力作用的）所共有。举高的重锤能够做功，应当是重锤和地球组成 的系统具有势能。而重力势能表现它做功本领时，通常有一个重力势能先转化为动能的过程。但在 本节课中都不宜引入这些内容。只能让学生粗略地知道，举起的物体能够做功。34势能的大小是相对的。对初中学生来说也不能引入势能的相对性。只能统一地用地面做为零势 能面来分析问题。 5小结中的问题(5)，暗含着势能和动能的转化，目的为下一节课作准备。42动能和势能的转化 （一）教学目的 1知道动能和重力势能、弹性势能可以相互转化，并能举例说明。 2能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能相互转化的简单物理现象。 （二）教具 滚摆、单摆，斜槽，弹簧片，木球，人造地球卫星的挂图等。 （三）教学过程 1复习 手持粉笔头高高举起。以此事例提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？ 2引入新课 学生回答提问后，再引导学生分析粉笔头下落的过程。首先提出，当粉笔头下落路 过某一点时，粉笔头具有什么能量？（此时既有重力势能，又有动能）继而让学生 比较在该位置和起始位置，粉笔头的重力势能和动能各有什么变化？（重力势能减 少，动能增加） 3进行新课 在粉笔头下落的过程，重力势能和动能都有变化，自然界中动能和势能变化的事例 很多，下面我们共同观察滚摆的运动，并思考动能和势能的变化。 实验 1：滚摆实验。 出示滚摆，并简单介绍滚摆的构造及实验的做法。事先应在摆轮的侧面某处涂上鲜 明的颜色标志，告诉学生观察颜色标志，可以判断摆轮转动的快慢。 引导学生复述并分析实验中观察到的现象。开始释放摆轮时，摆轮在最高点静止， 此时摆轮只有重力势能，没有动能。摆轮下降时其高度降低，重力势能减少；摆轮 旋转着下降；而且越转越快，其动能越来越大。摆轮到最低点时，转动最快，动能 最大；其高度最低，重力势能最小。在摆轮下降的过程中，其重力势能逐渐转化为 动能。 仿照摆轮下降过程的分析，得出摆轮上升过程中，摆轮的动能逐渐转化为重力势能。实验 2：单摆实验。 此实验摆绳宜长些，摆球宜重些。最好能挂在天花板上，使单摆在黑板前，平行于 黑板振动，以便在黑板上记录摆球运动路线中左、右最高点和最低点的位置。分析 单摆实验时，摆球高度的变化比较直观，而判断摆球速度大小的变化比较困难，可 以从摆球在最高点前后运动方向不同，分析摆球运动到最高点时的速度为零，作为 这一难点的突破口。顺便指出像单摆这种往复的运动，在物理学中叫做振动。 综述实验 1、2，说明动能和重力势能是可以相互转化的。 实验 3：弹性势能和动能的相互转化。 演示课本图 17 动能和弹性势能的转化实验。实验可分两步做。首先手持着木球 将弹簧片推弯，而后突然释放木球，木球在弹簧片的作用下在水平槽内运动。让学5生分析在此过程中，弹性势能转化为动能。第二步实验，让木球从斜槽上端滚下， 让学生观察木球碰击弹簧片的过程。然后，依据课本图 17，甲乙图和乙丙 图分析动能转化为弹性势能和弹性势能转化为动能的过程。得出：动能和弹性势能 也是可以相互转化的。 自然界中动能和势能相互转化的事例很多。其中有一些比较直观，例如：物体从高 处落下、瀑布流水等这些事例也可以让学生列举，说明动能和势能的相互转化。有 些事例比较复杂，例如：踢出去的足球在空中沿一条曲线（抛物线）运动过程中， 动能和势能是如何相互转化的呢？（板画足球轨迹，依图分析）首先我们来分析足 球离地面的高度的变化，这是判断足球重力势能变化的依据。很明显，在上升过程 中足球的重力势能增加；在下降过程中重力势能减少。接着再分析足球的速度。足 球在最高点时不再上升，说明它向上不能再运动。所以，足球在上升过程中，速度 逐渐变小；在下降过程中速度又逐渐变大。通过以上分析，可以看到足球在上升阶 段动能转化为重力势能；在下降阶段重力势能转化为动能。 人造地球卫星在运行过程中，也发生动能和重力势能的相互转化。人造地球卫星大 家并不陌生，然而围绕人造卫星，同学们还有许多的谜没有揭开。例如：人造卫星 为什么能绕地球运转而不落下来？在人造卫星内失重是怎么回事？等等，这些问题 还有待于同学们进一步学习，今天我们只讨论卫星运行过程中，动能和重力势能的 相互转化。 人造卫星绕地球沿椭圆轨道运行，它的位置离地球有时近、有时远。 （出示我国发 射的第一颗人造卫星轨道图）现以我国发射的第一颗人造卫星为例，它离地球最近 时（此处叫近地点）离地面 439 公里，离地球最远时（此处叫远地点）离地面高度 是 2384 公里，它绕地球一周的时间是 114 分钟。它在近地点时，速度最大，动能 最大；此时离地面最近，重力势能最小。卫星由近地点向远地点运行时动能减小， 重力势能增大，动能向重力势能转化。直到远地点时，动能最小，重力势能最大。 卫星由远地点向近地点运行时，重力势能向动能转化。在卫星运行过程中，不断地 有动能和势能的相互转化。 4小结 通过“想想议议”问题的讨论，进一步认识动能和势能的相互转化。 (1)在动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且是此增彼 减。 (2)动能的增减变化，要以速度增减来判断。 (3)重力势能的增减变化，要以物体离地面高度的增减变化来判断。 (4)判断弹性势能的增减，要根据弹性形变大小的变化。 说明 1滚摆实验能直观地表现动能和势能的转化。它的优点在于能量转化的过程比较 缓慢，摆轮高度变化明显、直观，摆轮转动快慢变化也能直接观察。实验中应充分 发挥上述优点，为此要注意以下几点。6(1)摆轮的轴应相对细些，以减缓摆轮的升降速度。固定摆绳时，应穿过轴的横孔， 不宜用缠绕的方法固定，以防打滑。 (2)要在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志，便于观察摆轮速度