第4节机械能及其转化教学设计与反思

地区： 河南省 - 平顶山市 - 鲁山县

学校：鲁山县第三十四初级中学

第4节　机械能及其转化 初中物理       人教2011课标版

      本节内容为第十一章最后一节，本节重点在于学习了前面的动能和势能的基础上，分析动能、势能之间是否能发生转化，如果能发生转化，有什么规律，引出机械能守恒的内容和条件。课程标准对本节课的要求是能用实例理解动能和势能的相互转化并能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单现象。根据这个要求，在介绍动能和势能相互转化过程中，结合学生的生活实际，尽量让学生动手操作，积累更多的感性认识，以达到学生充分理解动能和势能可以相互转化和机械能守恒。

       本节教学设计首先通过教材中的“想想议议”游戏活动创设情境引入课题，让学生交流讨论物体在运动过程中动能和势能是如何变化的，通过分析观察到的现象中的能量变化情况，确信动能和势能是可以相互转化的。再通过分析一些具体事例，及设计一些小实验来展示动能和势能的转化。这样既培养了学生的动手能力，又可以使学生更广泛地联系实际，增加了学生的生活体验，激发学习的积极性。

       学生刚学习了动能和势能的基本概念；并了解了决定这些能量大小的因素。学生对本节课的学习有了一定的知识准备，但教师必须清醒地认识到学生对某种能量的变化的理解并不是很到位的，这恰恰是完成本节课的教学目标所必须解决的问题。对有些物理现象需用多个物理知识分析和解释，如“滚摆和单摆最终会停下来”，我们引导学生关注的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，否则会影响教学目标的实现。

知识与技能

1．知道机械能包括动能和势能；

2．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、弹性势能之间相互转化的简单现象；

3．初步了解机械能守恒的含义。

4．通过水能和风能的利用知道人类如何利用机械能的转化解决实际问题。

过程与方法

1．通过观察和实验，认识动能和势能之间的相互转化的过程；

2．动手设计实验，勇于探索自然现象和身边的物理道理。

 情感、态度与价值观

1．关心机械能与人们生活的联系，有将机械能应用于生活的意识；

2．乐于参加观察、实验、制作等科学实践。

教学重点

    动能和势能的转化及机械能的守恒。

教学难点

    动能和势能的转化及机械能的守恒的理解。

滚摆、铁锁、铁架台、细线、多媒体课件等。

1、什么叫动能？其大小与什么有关？

       物体由于运动而具有的能叫动能。动能的大小与物体的质量、速度有关。

  2、什么叫重力势能？其大小与什么有关？

        物体由于高度所具有的能叫重力势能。重力势能的大小与物体的质量、高度有关。

  3、什么叫弹性势能？其大小与什么有关？

        物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能。其大小与弹性材料、弹性形变程度有关。

利用事先准备好的演示器材，请两个同学配合，指导他们完成一个小游戏，让同学们认真观察并思考游戏里面的科学道理。

    如图，将铁锁固定在细线的一端，细线的另一端系在铁架台上，使铁锁与细线形成一个摆。让一个同学靠近铁架台，头稍低，另一同学把铁锁由该同学的鼻子处释放，铁锁摆动过程中能否碰到该同学的鼻子，提醒注意安全。

​                                                 ​

【设计意图】教师不对学生的回答做评判，只告诉学生，要回答这个问题，需要学习本节课的内容。引出本节课的课题：机械能及其转化。

机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。一个物体可以既有动能，又有势能。把这两种能加起来就是物体的总机械能。

【多媒体展示】飞行中的飞机，因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，把这两种能量加在一起，就得到它的总机械能。

​

【多媒体展示】跳水运动员，因为运动而具有动能，又因为处于高空而具有重力势能，把这两种能量加在一起，就得到他的总机械能。

【多媒体展示】从高处下落的苹果，速度越来越快，用频闪摄像机摄下它下落的过程，如图所示。

【提出问题】：被举高的苹果具不具有能量？为什么？

【学生活动】：学生回答提问后，再引导学生分析苹果下落的过程。

首先提出，当苹果下落到某一点时，苹果具有什么能量？（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，苹果的重力势能和动能各有什么变化？（重力势能减少，动能增加）

    在苹果下落的过程，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】把一个滚摆悬挂起来，如图所示，用手捻动滚摆使悬线缠在轴上，滚摆升高到最高点，松手。观察滚摆的运动。

【学生活动】小组交流讨论，思考回答下列问题。

问题1、滚摆运动的过程中，滚轮的速度怎样变化？

（滚摆下降的过程中，速度越来越快，在最低点速度最快，滚摆上升的过程中，速度越来越慢）

问题2、最高点的滚摆具不具有能量？为什么？（只具有重力势能）

问题3、当滚摆下落到某一点时，滚摆具有什么能量？（此时既有重力势能，又有动能）

问题4、比较在该位置和起始位置，滚摆的重力势能和动能各有什么变化？为什么？

（高度变小，重力势能越来越小；速度变大，动能越来越大，重力势能转化为动能）

问题5、滚摆在最低点时，动能如何？重力势能如何？

（滚摆在最低点时，速度最大，动能最大；高度最低，重力势能最小）

问题6、当滚摆上升的过程中，动能和重力势能又将怎么变化？为什么？

（滚摆上升时，动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能）

【设计意图】

6个问题的设置层层递进，前面问题为后面问题做铺垫，帮助学生理解机械能的转化。动能的变化要依据速度的变化，重力势能的变化要依据高度的变化。

【知识归纳】

滚摆在下落的过程中，动能变大，重力势能变小，重力势能转化为动能；

滚摆在上升的过程中，动能变小，重力势能变大，动能转化为重力势能。

【实验2】：单摆实验

如图所示的单摆。将单摆拉至A点处，松手，让单摆自由摆动。观察单摆的摆动情况。

【学生活动】小组交流讨论，思考回答下列问题。

问题1、小球从A点运动到C点的过程中，速度如何变化？（小球从A点运动到B点的过程中，速度越来越大，从B点运动到C点的过程中，速度越来越小。）

问题2、小球在最高点具不具有能量？为什么？（只具有重力势能）

问题3、单摆从A点运动到B点的过程中，动能和重力势能是如何变化的？为什么？

（小球从A点运动到B点的过程中，速度越来越快，动能增加；小球高度下降，重力势能减小，重力势能转化为动能）

问题4、小球在B点时，动能如何？重力势能如何？（动能最大，重力势能最小）

问题5、单摆从B点运动到C点的过程中，动能和重力势能又是如何变化的？为什么？

（小球从B点运动到C点的过程中，速度越来越慢，动能减小；小球高度上升，重力势能增加，动能转化为重力势能）

【设计意图】

5个问题的设置层层递进，前面问题为后面问题做铺垫，帮助学生理解机械能的转化。动能的变化要依据速度的变化，重力势能的变化要依据高度的变化。

【知识归纳】

单摆在下落的过程中，动能变大，重力势能变小，重力势能转化为动能；

单摆在上升的过程中，动能变小，重力势能变大，动能转化为重力势能。

在一定的条件下，物体所具有的动能和重力势能可以相互转化。

【多媒体演示】：弯弓射箭

       ​   

【学生活动】小组交流讨论，思考回答下列问题。

弯弓射箭时，弓箭的能量转化是怎样的？

（弯弓时，弓发生弹性形变，具有弹性势能，射箭时，弓的弹性势能转化为箭的动能）

【知识归纳】

在一定的条件下，物体所具有的动能和弹性势能可以相互转化。

结论：

     动能和势能可以相互转化：

                                             动能和重力势能可以互相转化

                                             动能和弹性势能可以互相转化

动能和势能的相互转化的条件：

（1）动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自变化，而且一定是此增彼减。

（2）动能的增减变化要以速度的增减来判断。

（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）弹性势能的增减要根据形变大小的变化来判断。

【总结】

      大量研究结果表明，如果只有动能和势能互相转化，尽管动能和势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能守恒。

       机械能守恒条件，忽略一切阻力，只有动能和势能互相转化。

【学生活动】

课前小游戏中，铁锁摆动过程中能否碰到该同学的鼻子?为什么？

铁锁在摆动的过程中，受到空气阻力等的作用，机械能总量减小，返回的铁锁具有的能量（重力势能）小于初始时铁锁具有的能量（重力势能），即返回铁锁的高度小于初始时铁锁的高度，因此，铁锁摆动过程中其高度越来越低，不能碰到该同学的鼻子。

       地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔流；有时微风拂面，有时狂风劲吹。水和风都蕴含着大量的机械能。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能就越大，能发出的电就越多。

风能也可以用来发电，风吹动风车，可以带动风车发电。

一、动能、重力势能及弹性势能统称为机械能。

二、动能和势能可以相互转化。

三、如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的。

1、跳伞运动员在空中匀速下落时，重力势能__变小___ ，动能___不变__ ，机械能___减小____。

2、小明从光滑的滑梯上下滑过程中，下列说法正确的是。不计空气阻力（ A   ）

   A、重力势能减小，动能增加，机械能不变。

   B、重力势能增加，动能减小，机械能不变。

   C、重力势能增加，动能不变，机械能增加。

   D、重力势能减小，动能不变，机械能减小。

3、2011年蹦床世锦赛中我国运动员以优异成绩夺得金牌和奖牌总数第一。运动员从蹦床上方某点下落，经蹦床反弹后上升。请你说说这个过程中机械能是如何转化的。

               重力势能——动能——弹性势能——动能——重力势能

本节课后练习题“动手动脑学物理”

第4节　机械能及其转化

第4节　机械能及其转化

1、什么叫动能？其大小与什么有关？

       物体由于运动而具有的能叫动能。动能的大小与物体的质量、速度有关。

  2、什么叫重力势能？其大小与什么有关？

        物体由于高度所具有的能叫重力势能。重力势能的大小与物体的质量、高度有关。

  3、什么叫弹性势能？其大小与什么有关？

        物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能。其大小与弹性材料、弹性形变程度有关。

利用事先准备好的演示器材，请两个同学配合，指导他们完成一个小游戏，让同学们认真观察并思考游戏里面的科学道理。

    如图，将铁锁固定在细线的一端，细线的另一端系在铁架台上，使铁锁与细线形成一个摆。让一个同学靠近铁架台，头稍低，另一同学把铁锁由该同学的鼻子处释放，铁锁摆动过程中能否碰到该同学的鼻子，提醒注意安全。

​                                                 ​

【设计意图】教师不对学生的回答做评判，只告诉学生，要回答这个问题，需要学习本节课的内容。引出本节课的课题：机械能及其转化。

机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。一个物体可以既有动能，又有势能。把这两种能加起来就是物体的总机械能。

【多媒体展示】飞行中的飞机，因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，把这两种能量加在一起，就得到它的总机械能。

​

【多媒体展示】跳水运动员，因为运动而具有动能，又因为处于高空而具有重力势能，把这两种能量加在一起，就得到他的总机械能。

【多媒体展示】从高处下落的苹果，速度越来越快，用频闪摄像机摄下它下落的过程，如图所示。

【提出问题】：被举高的苹果具不具有能量？为什么？

【学生活动】：学生回答提问后，再引导学生分析苹果下落的过程。

首先提出，当苹果下落到某一点时，苹果具有什么能量？（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，苹果的重力势能和动能各有什么变化？（重力势能减少，动能增加）

    在苹果下落的过程，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】把一个滚摆悬挂起来，如图所示，用手捻动滚摆使悬线缠在轴上，滚摆升高到最高点，松手。观察滚摆的运动。

【学生活动】小组交流讨论，思考回答下列问题。

问题1、滚摆运动的过程中，滚轮的速度怎样变化？

（滚摆下降的过程中，速度越来越快，在最低点速度最快，滚摆上升的过程中，速度越来越慢）

问题2、最高点的滚摆具不具有能量？为什么？（只具有重力势能）

问题3、当滚摆下落到某一点时，滚摆具有什么能量？（此时既有重力势能，又有动能）

问题4、比较在该位置和起始位置，滚摆的重力势能和动能各有什么变化？为什么？

（高度变小，重力势能越来越小；速度变大，动能越来越大，重力势能转化为动能）

问题5、滚摆在最低点时，动能如何？重力势能如何？

（滚摆在最低点时，速度最大，动能最大；高度最低，重力势能最小）

问题6、当滚摆上升的过程中，动能和重力势能又将怎么变化？为什么？

（滚摆上升时，动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能）

【设计意图】

6个问题的设置层层递进，前面问题为后面问题做铺垫，帮助学生理解机械能的转化。动能的变化要依据速度的变化，重力势能的变化要依据高度的变化。

【知识归纳】

滚摆在下落的过程中，动能变大，重力势能变小，重力势能转化为动能；

滚摆在上升的过程中，动能变小，重力势能变大，动能转化为重力势能。

【实验2】：单摆实验

如图所示的单摆。将单摆拉至A点处，松手，让单摆自由摆动。观察单摆的摆动情况。

【学生活动】小组交流讨论，思考回答下列问题。

问题1、小球从A点运动到C点的过程中，速度如何变化？（小球从A点运动到B点的过程中，速度越来越大，从B点运动到C点的过程中，速度越来越小。）

问题2、小球在最高点具不具有能量？为什么？（只具有重力势能）

问题3、单摆从A点运动到B点的过程中，动能和重力势能是如何变化的？为什么？

（小球从A点运动到B点的过程中，速度越来越快，动能增加；小球高度下降，重力势能减小，重力势能转化为动能）

问题4、小球在B点时，动能如何？重力势能如何？（动能最大，重力势能最小）

问题5、单摆从B点运动到C点的过程中，动能和重力势能又是如何变化的？为什么？

（小球从B点运动到C点的过程中，速度越来越慢，动能减小；小球高度上升，重力势能增加，动能转化为重力势能）

【设计意图】

5个问题的设置层层递进，前面问题为后面问题做铺垫，帮助学生理解机械能的转化。动能的变化要依据速度的变化，重力势能的变化要依据高度的变化。

【知识归纳】

单摆在下落的过程中，动能变大，重力势能变小，重力势能转化为动能；

单摆在上升的过程中，动能变小，重力势能变大，动能转化为重力势能。

在一定的条件下，物体所具有的动能和重力势能可以相互转化。

【多媒体演示】：弯弓射箭

       ​   

【学生活动】小组交流讨论，思考回答下列问题。

弯弓射箭时，弓箭的能量转化是怎样的？

（弯弓时，弓发生弹性形变，具有弹性势能，射箭时，弓的弹性势能转化为箭的动能）

【知识归纳】

在一定的条件下，物体所具有的动能和弹性势能可以相互转化。

结论：

     动能和势能可以相互转化：

                                             动能和重力势能可以互相转化

                                             动能和弹性势能可以互相转化

动能和势能的相互转化的条件：

（1）动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自变化，而且一定是此增彼减。

（2）动能的增减变化要以速度的增减来判断。

（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）弹性势能的增减要根据形变大小的变化来判断。

【总结】

      大量研究结果表明，如果只有动能和势能互相转化，尽管动能和势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能守恒。

       机械能守恒条件，忽略一切阻力，只有动能和势能互相转化。

【学生活动】

课前小游戏中，铁锁摆动过程中能否碰到该同学的鼻子?为什么？

铁锁在摆动的过程中，受到空气阻力等的作用，机械能总量减小，返回的铁锁具有的能量（重力势能）小于初始时铁锁具有的能量（重力势能），即返回铁锁的高度小于初始时铁锁的高度，因此，铁锁摆动过程中其高度越来越低，不能碰到该同学的鼻子。

       地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔流；有时微风拂面，有时狂风劲吹。水和风都蕴含着大量的机械能。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能就越大，能发出的电就越多。

风能也可以用来发电，风吹动风车，可以带动风车发电。

一、动能、重力势能及弹性势能统称为机械能。

二、动能和势能可以相互转化。

三、如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的。

1、跳伞运动员在空中匀速下落时，重力势能__变小___ ，动能___不变__ ，机械能___减小____。

2、小明从光滑的滑梯上下滑过程中，下列说法正确的是。不计空气阻力（ A   ）

   A、重力势能减小，动能增加，机械能不变。

   B、重力势能增加，动能减小，机械能不变。

   C、重力势能增加，动能不变，机械能增加。

   D、重力势能减小，动能不变，机械能减小。

3、2011年蹦床世锦赛中我国运动员以优异成绩夺得金牌和奖牌总数第一。运动员从蹦床上方某点下落，经蹦床反弹后上升。请你说说这个过程中机械能是如何转化的。

               重力势能——动能——弹性势能——动能——重力势能

本节课后练习题“动手动脑学物理”

• 优点:

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• 缺点:

  这么多问题，一节课能学完吗？呵呵。