第4节　机械能及其转化20

机械能及其转化教学目标：1、知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。2、能通过实验或实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。能解释与机械能转化有关的现象。3、通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化。通过水能和风能的利用知道人类如何利用机械能的转化与守恒解决实际问题。提高运用机械能转化与守恒观点分析力学问题的意识。教学重难点：重点：动能和势能之间的转化难点：对机械能守恒的理解教学实验器材：【演示】1、模拟过山车运动过程2、斜面、易拉罐罐子、透明罐子3、自制风力发电机【学生分组】1、萝卜、空铁皮罐等自制滚摆2、铁架台、单摆、方格纸板3、摆锁实验教学过程：【创设情境，引入新课】 在游乐园里，大家玩过的最惊险刺激的游乐项目是什么？过山车。（展示过山车的图片）过山车最惊险刺激，这是因为：当过山车从高处俯冲下来的时候速度非常快，让大家有一种风驰电掣的感觉；当过山车通过环形轨道时，忽高忽低，让大家又有一种天旋地转的感觉。事实上这两种感觉都涉及到了咱们上节课所学的知识：动能和重力势能。 下面，我们来模拟一下过山车运动的过程，看一看，动能和重力势能是如何变化的？过山车在下降的过程中，动能增大的同时，重力势能减小；在上升的过程中，重力势能增大的同时，动能减小。动能和重力势能之间又有怎样的联系呢？带着这个问题，让我们一起学习今天这一节课，机械能及其转化。【师生互动，探索新知】一、机械能首先，请同学们自学71页第一段。请思考，什么是机械能？在物理学中，动能，重力势能和弹性势能统称为机械能。势能又包含重力势能还有弹性势能，因此，我们也可以说：动能、势能统称为机械能。你能否用一个关系式将三者的关系表示出来呢? 板书：机械能=动能+势能=动能+重力势能+弹力势能通过对机械能这个知识点的学习和理解，同学能不能举一些，日常生活中的物体具有机械能的例子呢？ （空中飞行的飞机，跳水运动员，投掷出的篮球，升空的火箭） 学生：飞机，在空中速度很快，具有动能，距离地面有一定的高度，具有重力势能。飞机既有动能又有势能，所以，飞机具有机械能。展示图片：山巅的巨石、被拉开的弹弓、水平公路上行驶的汽车这里老师想问一问大家：山巅的巨石、被拉开的弹弓（具有势能，不具有动能），水平公路上行驶的汽车（仅具有动能），这些物体是否具有机械能?(学生回答有)这说明，一个物体具有机械能时，可以表现为既有动能，又有势能。也可以表现为只有动能，而没有势能，或者表现为只有势能，而没有动能。 既然机械能包含多钟不同形式的能量，那么这些不同形式能量之间，是否能够发生相互转化呢？下面，我们来学习本节课的第二部分内容二、动能和势能的相互转化（这一部分内容也是这节课的重点、也是难点）：动能和重力势能之间是否可以相互转化？到底能不能？实验是检验真理的唯一标准！接下来请同学们一小组为单位，完成分组实验一：自制滚摆实验要求：用萝卜、空铁皮罐等自制滚摆，并观察滚摆运动中动能和重力势能的变化提示：滚摆的高度变化容易观察，而滚摆的速度变化不宜比较解决：在滚摆的侧面涂上红白相间的图案，转的快时，是一个红盘，转的慢时，能区分红白的颜色。（开始试验，学生展示，过程分析）问题一，滚摆在初始位置时具有什么形式的机械能问题二，滚摆下降（上升）过程中，动能如何变化？重力势能如何变化？说出你的判断的依据？问题三，下降（上升）过程中，一种形式的机械能在减少，而另一种形式的机械能在增加，对此，大胆说出你猜想：动能和重力势能可以相互转化。（一次实验，实验结论不具有普遍性） 问题四，你能举出生活中，动能和重力势能相互转化的情景吗？（骑自行车下坡的时候，过山车，运动员跳起灌篮的过程，秋千上升的过程-简单说明哪一过程，什么能转化成什么能）下面，我们以秋千为场景，通过摆球模拟实验，分析它的各个阶段动能和重力势能是如何转化的。分组实验二：自制单摆实验要求：制作单摆 （额外的提供方格纸，方便观察摆球高度的变化）下面，我们用频闪摄影的方法，将摆球的过程记录下来，哪位同学来给大家分析一下，小球在各个阶段机械能是如何转化呢？（到最低点B时动能最大）运动方向高度重力势能速度动能能的转化A到B降低减小增大增大重力势能动能B到C升高增大减小减小动能重力势能追问：什么位置动能最大？什么位置重力势能最大？实验结论：通过滚摆、单摆实验，还是生活中事例都说明了：动能与重力势能可以相互转化。 动能和弹性势能的相互转化问：动能和弹性势能之间是否可以相互转化呢?下面，请学生们根据老师提供的器材，动手实践，得出结论。（弹弓、橡皮筋回力小车、天池飞机）哪一小组来说一说，你们在实验过程中是如何分析，如何得出结论的？学生分析弾弓：用手将橡皮筋拉开，橡皮筋发生了形变，具有弹性势能，将手松开，橡皮筋在迅速恢复原状的过程中，就在释放能量，所以弹性势能在减小。此时，小球从静止，刷的一下飞出，小球的动能增加。由此可知：橡皮筋弹性势能转化为小球动能橡皮筋回力小车、天池飞机实验结论：动能与弹性势能也可以发生相互转化。除此之外，生活还有哪些例子能说明动能与弹性势能可以相互转化呢？蹦床，射箭，机械表动能、重力势能和弹性势能的相互转化今天老师给大家带来了一个具有魔力的罐子，为什么说它具有魔力呢？是因为这个罐子非常听老师的话。同学们，想不想看一看它有多么神奇呢？（演示运动过程） 分析魔力罐，神奇在哪里呢： 1.如果是普通的罐子，它运动到斜面底端后，接下来如何运动？ 2.实际现象是 3.如何解释看到的现象？内部结构：一个重物和橡皮筋绑在一起固定在罐子上。 分析罐子运动过程的能量转化情况：罐子在斜面顶端时具有重力势能，罐子从斜面向下运动时，罐子的动能增加，同时橡皮筋会被卷紧，橡皮筋的弹性势能增加。在水平面上时，罐子的速度越来越慢，罐子的动能转化为橡皮筋的弹性势能。当罐子速度为零时，橡皮筋形变到最大程度，具有较大弹性势能。当罐子返回时，橡皮筋的弹性势能会转化为罐子的动能，最终转化为重力势能。 由这个实验可知：动能、重力势能和弹性势能可以相互转化学以致用：通过此环节的学习，同学们已经理解了动能和势能的相互转化，接下来，请同学们来具体分析以下两个情景中，动能，重力势能和弹性势能是如何转化的？（运动员跳水，蹦床运动）三、机械能守恒请同学们阅读课本72页“想想议议”摆锁实验，思考一下，摆锁摆回时会达到鼻子吗？进行改进：将摆锁换成2.5kg的铅球进行实验，实验现象一样吗？（视频）实验现象：铅球摆动过程中，每次上升到最高点的高度都在下降原因：物体运动时，要克服摩擦和空气阻力做功,要消耗物体的机械能。消耗的机械能并没有消失，而是转化为其他形式的能，总的机械能减小。在实验的基础上进行科学的推理：如果没有空气阻力的存在，铅球每次上升到最高点的高度如何变化？高度不变。也就是说，在下降的过程中，有多少势能减少，就有多少动能增加，上升过程中，有多少动能减少，就有多少势能增加，始终动能和势能的总和不变。在物理学中，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，也就是说机械能是守恒的。生活中是否存在机械能守恒的物体呢？人造卫星：卫星在大气层之外运行，没有阻力的作用，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。【走进生活 学以致用】 四、水能、风能的利用 自然界的流水和风都具有大量的机械能，日常生活中它们有哪些运用呢？ 水力发电：修筑拦河大坝，在坝底安装水轮机、发电机。上下水位差越大，水的重力势能越大。水流到坝底部时动能也就越大，发出电能就越多。 风力发电：(演示自制小小风力发电机)风吹动风车，风车带动发电机发电。 优点：清洁无污染，可以源源不断的从自然界获取。【知识梳理 归纳总结】 总结本节课所学到的知识，发现存在的问题。【检测反馈 拓展提高】1、如图所示，小球从左端由静止释放，在左右摆动过程中，不计摩擦和空气阻力，则（）A从最高点运动到最低点的过程中，动能转化为重力势能B从最低点运动到最高点的过程中，重力势能转化为动能C左侧最高点的高度大于右侧最高点的高度D左侧最高点的高度等于右侧最高点的高度2、 “神舟五号”载人飞船成功返航，实现了中国人几千年的“飞天梦”，返回舱减速着陆过程中，航天英雄杨利伟的( )。A动能增加，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动能减少，重力势能不变，机械能减少D动能减少，重力势能减少，机械能减少3、如图所示，小球先后从倾角分别为30和60的光滑斜面由静止开始从顶端滑到底端，它滑到底端时的速度大小分别为v1和v2，则下列关系式中正确的是( )A. v1v2 B. v1=v2C. v1v2 D.无法确定【链接中考】如图所示，足球以初速度v沿着凹凸不平的草地从a运动到d，足球()在b、d两点动能相等B在a、d两点机械能相等C从b到c的过程机械能减少D从c到d的过程重力势能减少【布置作业 课后巩固】1.课本74页1、2、3题2.自制课本74页第4题实验装置，进行实验【板书设计】一、机械能 动 能转化转化重力势能势 能 弹性势能二、机械能守恒如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变。三、风能和水能的利用