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第六节合理利用机械能一、教学目标1．初步理解动能、势能、机械能的概念。2．能用实例说明物体的动能和势能及它们的转化。3.采用实验探究的方法让学生知道决定动能、势能大小的相关因素。培养学生从能量观点分析问题的意识。4.通过查阅资料，让学生认识到能量与人们日常生活、生产息息相关的，以增强合理利用能源的意识。二、教学重点难点重点：初步理解动能、势能、机械能的概念及它们的转化。难点：组织、指导学生在探究过程中，仔细观察、认真分析，得出影响动能和重力势能大小的因素。三、教学方法：三疑三探四、教学准备：视频图片五、教学过程：（一）创设情境，导入新课导语一、2001年12月1日晚，南航海南公司3931航班在海口美兰机场正常起飞．当飞离地面大约500英尺时，飞机左发动机传来的声音出现异常，反应机敏的机组迅速采取行动，确认发动机各项工作参数正常，机组驾驶飞机继续飞行。飞机在一个小时后。在广州白云机场安全降落，经地面机务人员检查，确认飞机遭到小鸟“袭击”，出现异常的左发动机有明显的鸟击痕迹，叶片变形，另有残余的小鸟羽毛和腥味。据了解，小鸟一直是航空公司的”心头大患”，历史上曾有多次因飞鸟撞击而造成飞机损坏，甚至机毁人亡的恶性事件。在高空中，一只飞鸟与正快速飞行的飞机相撞会粉身碎骨，而由高级合金制造的飞机机体也会严重受损。导语二、你们听说过“能源危机”、“核能”吗？你们听说过风能、水能吗？这都涉及到能，可见能是与人们日常生活、生产密切相关的。满足什么条件的物体具有能呢？本节来学习第六节《合理利用机械能》（二）设疑自探同学们自学课文206--210页，提出有探究价值的问题，教师归纳整理并出示探究问题。1、物理学中什么是能？功和能有哪些关系？2、什么是动能？怎样判断物体具有动能？影响动能大小的因素有哪些？试举例说明。3、什么是势能？判断的依据、影响因素、注意的问题有哪些？试举例说明。4、什么是机械能？5、动能和势能是怎样相互转化的？试举例说明。（三）解疑合探1、分小组进行展示、评价2、合作交流，解读探究一、动能与势能视频图片：水电站工作过程（动画模拟），风车发电。学生归纳评价：如果一个物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。如流动的水、风、张开的弓都具有能。物体做功的过程就是能的转化过程。物体做的功越多，说明某种能转化为别的形式的能越多。因此，能的单位与功的单位相同。在国际单位制中，功和能单位都是焦（J）。讨论交流：满足什么条件的物体才具有能呢？点拨：物体由于运动具有的能叫做动能；物体由于被举高而具有的能叫做重力势能；物体由于发生弹性形变具有的能叫做弹性势能。重力势能和弹性势能统称为势能。动能和势能统称为机械能。注意：物体有时既具有动能又具有势能，例如正在空中飞行的飞机既具有动能，又具有重力势能。想一想.流动着的水、风、张开的弓各具有什么能吗？点拨.流动着的水、风具有动能，张开的弓具有弹性势能。实验：如图所示，将木块放在水平面上，让小球由静止开始沿斜面向下运动，并撞击平面上的木块。说明：球在斜面上滚下时，起点越高，到达底端的速度越大。想一想:运动的小球的动能大小与被撞击的木块的运动距离的关系。点拨:被撞击的木块的运动距离越远，小球对木块做功就越多，小球动能越大。（1）比较木块分别被处于不同高度的同一钢球撞击后运动的距离。（2）比较木块分别被处于同一高度的木球、钢球撞击后运动的距离。学生归纳评价：质量相同时，速度大的物体具有的动能越大；速度相同时，质量大的物体具有的动能大；物体的动能与物体的质量和速度有关，质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。议一议.在（1）中为什么让同一钢球处于不同高度做实验，而（2）中让不同的球处于同一高度做实验？点拨.由于动能大小可能与多个因素有关，在这种情况下，必须用控制变量法进行研究，在（1）中控制质量相同，速度不同，研究动能与速度的关系。在（2）中控制速度相同，质量不同，研究动能与质量的关系。讨论交流.为什么要对机动车的行驶速度进行限制?为什么在同样的道路上，不同车型的限制车速不一样?点拨.机动车的行驶速度越大，动能也就越大，越不容易刹车，所以要对车辆的速度加以限制，以免发生交通事故。不同车型的，即使速度相同，它们的质量也不同，质量越大，动能也越大，越不容易刹车，所以大型客车的限制速度比小型客车更小。实验.用重物从空中自由下落冲击小方桌，小方桌的腿由四根钉组成，并放置在沙箱的沙面上。讨论交流.用什么来量度重力势能的大小，如何研究影响重力势能的因素？点拨.小方桌被撞击后下陷的深度可以表示重力势能的大小。可以运用控制变量法来研究重力势能与高度和质量的关系。（1）同一重物从不同高度自由下落冲击小方桌，比较小方桌下陷的深度。（2）同一高度自由下落的两个不同质量的重物冲击小方桌，比较小方桌下陷的深度。学生归纳评价：物体被举得越高，质量越大，它具有的重力势能就越大。想一想.弹性势能大小与什么有关呢？点拨.在弯弓射箭时，弓张得越满，箭就射得越远。这表明，物体的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大。二、动能和势能的相互转化观察.滚摆的能量转换点拨.滚摆在上、下运动过程中，其动能与势能在不断地转化。滚摆上升时，速度越来越小，高度越来越高，动能转化为重力势能；滚摆下降时，速度越来越大，高度越来越低，重力势能转化为动能。说明.滚摆在运动过程中受到空气阻力等因素作用，机械能总量在不断减少，最终滚摆将停止运动。议一议.怎样利用水能和风能？点拨.将风能、水能转化为电能。（四）质疑再探通过以上的学习，同学们还有哪些疑惑请提出来大家共同探究？（五）拓展应用，巩固提高1.根据本节知识互编习题进行交流2.教师预设习题类型之一：动能和势能的转化【例1】如图所示，小明在玩蹦蹦杆，在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化是（）A.重力势能减小，弹性势能增大B.重力势能增大，弹性势能增大G.重力势能减小，弹性势能减小D.重力势能增大，弹性势能减小解析：本题考察动能和势能的相互转化，解答的关健是正确分析影响动能、势能的因素的变化。小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，高度减小，重力势能减少，如此同时，弹簧的弹性形变程度增大，弹性势能增大。答案：B变式题：如图所示的情景是一种游戏，叫做蹦极．游戏者将一根有弹性的绳子一端系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下．图中a点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，c点是游戏者所到达的最低点．对于游戏者离开跳台至最低点的过程，下列说法正确的是()A．游戏者的动能一直在增加B．游戏者减少的重力势能全部转化为动能C．游戏者通过a点之后，绳子具有弹性势能D．游戏者到a点时，他的动能为零解析：由于a点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，所以游戏者过了a点绳子才发生弹性形变，绳子才具有弹性势能，并且对游戏者施加了向上的拉力，随着高度的不断降低，拉力不断增大，在a、c之间某点重力等于拉力，在此之后，游戏者开始减速，到达c点瞬间速度为零，动能为零。答案：C【例2】为了使快速降落的“神舟”五号返回舱安全着陆，返回舱在距离地面几米处，向下迅速喷出高温高压气体。从开始喷气到安全着陆，返回舱的（）A．动能增大，重力势能减少，机械能不变B．动能不变，重力势能减少，机械能减少C．动能减小，重力势能增加，机械能不变D．动能减小，重力势能减少，机械能减少解析：“神舟”五号返回舱着陆前，既有高度又有速度，所以具有动能和重力势能，着陆后，高度和速度都为零，动能和重力势能都为零，机械能为零。答案：D类型之二：影响动能、势能大小因素的探究【例3】图甲是研究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置，实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，打到同一个木块上。图乙是研究“牛顿第一定律”的实验装置，实验中让同一钢球从斜面上相同的高度由静止滚下，在粗糙程度不同的平面上运动。请回答以下问题：（1）设计甲实验的目的是研究钢球动能的大小与的关系；设计乙实验的目的是研究运动的钢球速度减小的快慢与所受的关系。（2）甲实验是通过木块被推动的大小，说明钢球对木块做功的多少，从而判断钢球动能的大小；乙试验是通过钢球在粗糙程度不同的平面上运动的远近，推理得出：在理想情况下，运动的物体如果，将永远作匀速直线运动。（3）两个实验都涉及到同一种物理方法，叫。解析：本题体现了运用控制变量进行实验设计的方法，在初中物理很多实验中，都运用了这种方法，当研究某一物理量与多个物理量之间的联系时，适合用这种方法。甲实验中，同一球，处在斜面上高度不同，控制了质量相同，高度不同，这是研究动能与高度的关系，动能大小表现在钢球推动木块运动距离的长短；乙实验中，同一钢球，从相同的高度滚下来，到达平面时，速度相同，但平面的粗糙程度不同，阻力不同，这是研究钢球速度减小的快慢与所受阻力的关系。答案：（1）高度；阻力（2）距离；不受阻力（3）控制变量法（六）回顾评价，总结反思。同学们回顾一下本节我们学习了哪些知识，谁能总结一下？总结1．动能：物体的动能与物体的质量和速度有关，质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。2．重力势能：物体被举得越高，质量越大，它具有的重力势能就越大。3．弹性势能：物体的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大。4．动能和势能可以相互转化。学科班长总结一下本节课中同学们的表现。（七）当堂检测反馈1．建水电站要修筑较高的拦河坝，是为了______，增加水的______能．答案：提升水的高度；重力势能2.跳伞运动员在空中匀速下降的过程中，他的动能______，势能______，机械能______．(填“变大”“变小”或“不变”)答案：不变；变小；变小3．下列情况中，势能转化为动能的是()A.张开的弓把箭射出B．人造卫星从远地点向近地点运动C.汽车快速驶上一斜坡D．用火箭把卫星发送到太空答案：AB4．如图所示是研究动能跟哪些因素有关的实验情况示意图．图中A、B两球是由同种材料制成的实心小球．下列哪组图的比较可以说明当物体质量相同时，速度大的物体具有的动能大()A．a图和b图B．b图和c图C．a图和c图D．b图和d图答案：B5．滚摆运动过程中，每次上升的高度逐渐降低，对此以下说法中错误的是()A．滚摆运动到最高处时，动能为零B．滚摆下落过程中重力势能转变成动能C．滚摆运动过程中克服阻力做功，机械能不断减小D．滚摆运动过程中它的重力势能不变答案：C（八）板书第六节合理利用机械能1．动能：物体的动能与物体的质量和速度有关，质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。2．重力势能：物体被举得越高，质量越大，它具有的重力势能就越大。3．弹性势能：物体的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大。4．动能和势能可以相互转化。