1、11.4 认识动能和势能 1教学目标 知识与技能 知道什么是动能、重力势能、弹性势能、机械能，知道动能、重力势能、弹性势能 分别与哪些因素有关。 知道动能、重力势能、弹性势能可以相互转化 ，并能解释自然界中机械能相互转化 的现象。 过程与方法 通过描述所观察各种能量现象的主要特征，培养学生的观察能力和分析概括能力。 通过探究动能和势能分别跟哪些因素有关，学习运用控制变量研究问题的方法，进 一步加强科学方法教育。 情感态度与价值观 通过探究实验和合作学习，培养学生严谨的科学态度、敢于探索创新的科学精神及 交流合作的团队意识。 2教材说明 本节主要内容有：功和能的关系，动能、重力势能、弹性势能的概
2、念，动能、重力势 能、弹性势能分别与什么哪些因素有关，动能和势能之间的相互转化。 “能量”的概念跟功的概念有密切的联系（功是能量变化多少的度量，做功的过程是 能量改变或转化的过程） ，是物理学中重要的基本概念。新课程标准将“能量”作为三个内 容标准之一，可见它的重要性。本节教材，介绍能量中最常见的一种形式机械能。学 习本节课，既要密切联系前面所学过的运动、重力、弹力等知识，还要注意观察生产、生 活中的能量现象。本节内容又是后面学习其它各种形式的能、能的转化和守恒定律的基础。 本节教材的编写思路：首先通过教材图 13-19，在前面学习的功的知识基础上，直接 从功和能的关系引入能量的初步概念，再通
3、过教材图 13-20 和图 13-21 列举了风、流水能 够做功的例子，使学生对运动物体具有能量形成比较清楚的具体印象，由此引出了动能的 概念，然后再通过“活动 1”的实验探究动能的大小跟速度、质量的关系。势能的学习也 是先通过图 13-25，从做功的角度引入重力势能和弹性势能的概念，再通过“活动 2”的实 验探究重力势能和弹性势能的大小分别跟哪些因素有关。在建立这些概念的基础上，教材 又给出了机械能的概念，并通过“活动 3”研究动能和势能的相互转化。最后，教材指出 机械能和其他形式的能之间也可以相互转化。 本节教学重点：动能和势能的概念比较形象直观，易于学生理解，但它是学生理解一 般能量概念
4、的基础；理解影响动能和势能大小的因素是解释生产、生活中一些能量转化现 象的基础，所以建立动能和势能的概念，理解影响动能和势能大小的因素是本节课教学的 重点。 本节教学难点：能的概念比较抽象，学生不易理解，因此让学生形成能的初步概念是 本节课教学的难点。 由于能的概念是建立在物体能够做功的基础上的，因此，紧紧抓住功和能的关系，是 本节课教学的关键。 3教学建议 本节课可以通过讲故事的方法激发学生兴趣，引入新课，以下事例可供选用： （1）2006 年 11 月 14 日，兰州军区某部飞行员李剑英驾驶某型歼击机，在训练结束 下降途中飞机撞鸟。在生死攸关的 16 秒里，李剑英看到飞机下方密集的村庄和人
5、群，决定 改跳伞为迫降，先后三次放弃跳伞机会而不幸殉职。据了解，小鸟一直是飞行员的“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， 一只飞鸟与正在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。为什么会造成这样的事故呢？ （2） 小子弹和大石头：抗日战争期间，一天，日军进攻我军，火力很猛，我军的 子弹快要打光了。 “准备大石头，节约子弹！”我军连长发出了命令。战士们立即利用战斗 间隙，把一块块石头搬到战壕前沿。 “敌人进攻了，滚石头！”连长又发出了命令。战士们 用力向下一推，几百块巨大的石头从山头滚下，犹如发生了山崩，砸得日军
6、死的死，伤的 伤，龟缩到山脚下面去了。滚下的石头为什么具有这么大的杀伤力？ （3）一铁路职工“中弹”昏倒：一乘客从疾驰的火车里扔下一个小小的馒头，正好砸 在一位在铁路边值班的工人的头上，这位工人当即昏倒。为什么小小的馒头能把人砸伤？ 学完这节课大家自然会明白。 什么是能 由于能量和功的概念有密切的联系，所以本节教学要始终注意紧扣“物体具有做功的 本领，就说物体具有能”这一关键，通过一些问题引导学生分析具体实例，由功和能的关 系建立能量的概念。 可以让学生仔细观察教材上的图 13-19，讨论分析： （1）做功的两个必要因素是什么？ （2）这些物体是否能够做功？你判断的依据是什么？ （3）从功的角
7、度来看，这些图片有什么共同特点？ 在学生回答的基础上，教师给出“能量”的定义。 也可让学生通过观察实验引出“能量”的概念。比如：钢球从斜面上滚下，在水平面 上撞击木块，使木块移动一段距离，让学生分析在碰撞过程中钢球做功的情况；或者用上 发条的小汽车拖走小木块，电动水泵抽水等实验。有条件的话，还可以播放一些生活和自 然界中物体做功事例的视频资料，为学生提供丰富的感性认识素材，这样有助于学生正确 认识、感悟“能量” 。 在得出能量的定义后，可以让学生列举具有能的实例，并从能否做功的角度分析，加 深对“能量”的理解。 紧接着上面的讨论，可通过举例顺势引导学生思考能量的大小和如何去判断能的大小。 比如
8、用风来举例：四、五级风能够推动帆船“逆水行舟” ，八、九级大风可以使大树“前仰 后合” ，而飓风能把大树连根拔起。让学生回答：哪种风具有的能量最大？（答：飓风。 ） 你怎样判断能的大小？（答：比较它们能够做的功的多少。 ）通过学生的回答总结：在物理 学中，能量和做功有密切的联系，能量反映了物体做功的本领。一个物体能做的功越多， 这个物体的能量就越大。能的单位和功的单位相同，都是焦耳。 动能的大小跟哪些因素有关 教材图 13-20 和 13-21 的目的是：启发学生通过分析，找出它们的共同点，总结得出 动能的初步概念。 为了给学生提供丰富的感性素材，具体教学中还可以多补充几个生活中动能的实例。
9、例如：流水推动水磨，风推动帆船，子弹击穿木块，汽车撞击木块等。有条件的学校，还 可以安排几个演示实验：运动的钢球打在木块上，把木块推走，水流冲动水轮机模型，玩 具手枪射出的子弹推动泡沫塑料等。这些实验说明运动的钢球、水流、运动的子弹等都能 够做功。 然后引导学生针对上述实例，分析思考下列问题，得出动能的初步概念。 （1）以上这些物体是否具有能量？为什么？（答：具有能量，因为它们都能做功。） （2）它们为什么能够做功？（答：因为它们都是运动的。） （3）这种形式的能应该怎样命名？能否试着给这种能下一个定义？（答：动能，物体 由于运动而具有的能叫做动能。） 为了加深学生对动能的理解，在得出定义后，
10、可鼓励学生联系实际，列举具有动能的 实例。 活动 1 探究动能的大小跟哪些因素有关 “活动 1”的目的是：通过探究实验，引导学生得出动能的大小跟什么因素有关，并 渗透控制变量法和转换法的科学研究方法。 进行实验之前，先请学生猜想：动能的大小可能跟哪些因素有关？并说明猜想的依据。 学生经过思考会猜想：（1）动能的大小可能跟物体的速度有关，理由是：用玩具手枪 射出去的塑料子弹威力大，而用手扔出去威力小；（2）动能的大小还可能跟物体的质量有 关，理由是：在车祸中，电动自行车撞倒行人的后果不太严重，而以相同速度行驶的大卡 车撞人的后果严重。 探究实验中的一些环节学生理解起来难度较大，考虑到实际情况，教
11、材给出了比较详 细的实验方案，具体教学时可以让学生分组，按照教材上的方法进行实验。 完成实验后，可组织学生讨论以下几个问题帮助学生加深对实验的理解： （1）两次实验中，分别控制哪些因素不变？哪些因素改变？为什么要这样设计实验？ （答：第一次实验中，小球的质量没变，在斜面上的高度变了；第二次实验中，在斜面上 的高度没变，小球的质量变了；因为有两个因素（速度和质量）会影响动能的大小，所以 当研究动能和其中一个的关系时，需要控制另一个因素不变。） （2）两次实验中，分别让小球从斜面的不同高度或相同高度滚下，目的是什么？（答： 使小球滚到水平面上时，具有相同或不同的速度。） （3）为什么让小球推动纸盒
12、？纸盒被推动距离的远近说明了什么？（答：通过小球对 纸盒做功的多少比较它所具有动能的大小；纸盒被推得越远，小球能做的功越多，它所具 有的动能越大。） 然后让学生汇报实验现象，总结结论：质量相同时，速度越大的物体能做的功越多， 表明它具有的动能越大；速度相同时，质量越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能 大。 对于程度比较好的学生，也可以用下面的方法进行教学，即通过一系列问题，层层深 入，引导学生自己设计实验方案： （1）怎样让小球自己运动起来，获得动能？（答：让它从斜面自由滚下。） （2）动能的大小可能跟两个因素有关，用什么方法进行实验？（答：用控制变量法， 即：研究动能大小跟速度的关系时，
13、要控制小球的质量相同，而改变小球运动的速度；研 究动能大小跟质量的关系时，要控制小球运动的速度相同，而改变小球的质量。） （3）怎样改变小球运动的速度？又怎样控制小球运动的速度相同？（答：让小球从斜 面的不同高度滚下，到平面上时，就具有了不同的运动速度；小球在斜面上所处的位置越 高，获得的速度越大；让小球从斜面的相同高度滚下，到平面上时，就具有了相同的运动 速度。） （4）怎样比较小球动能的大小？（答：可以通过小球做功的多少来比较动能的大小， 比如，让它推动纸盒，纸盒被推得越远，说明它能做的功越多，具有的动能就越大。） 总之，在探究动能的大小跟什么因素有关的过程中，教师要注意引导，渗透两种科学
14、 研究方法：控制变量法和转换法（小球动能的大小转换为纸盒被推动的距离），使学生认 识到科学研究方法的重要性。 “想一想”的目的是：让学生用决定动能大小的因素来分析和解释生产和生活中的现 象，深化对动能的认识，培养运用物理知识分析时间问题的能力。答案是：列车和小汽车 虽然速度相同，但列车的质量大，所以它具有的动能大，能够做更多的功，故在交通事故 中，列车的破坏性更大。 还可补充以下练习，供学生判断、分析： (1)一辆汽车突然加速行使，它的动能_。为什么？ (2)洒水车在马路上匀速前进并不停地洒水，它的动能_。为什么？ (3)交通部门为什么要对车辆进行限速？为什么同一路段不同车辆限速不同？ 势能的
15、大小跟哪些因素有关 可以这样引入本部分的教学：当我们从建筑工地附近走过时，会看到工地上会有一些 安全警示牌，同时你也会特别地小心。你知道安全警示牌的内容吗？（答：“当心落物” 、“禁止在起重机动臂下停留”等。）落物和起重机的动臂具有能量吗？为什么？接下来 我们学习有关这种能的知识。 教材通过图 13-25 引导学生建立重力势能和弹性势能的概念。教学时可以启发学生观 察图片并回答： （1）被举高的重锤具有能量吗？为什么？（答：重锤具有能量。因为重锤被举高后， 能够在下落时把木桩打入地里，对木桩做功。） （2）变形的撑杆具有能量吗？为什么？（答：变形的撑杆具有能量。因为撑杆发生弹 性形变后，能够把
16、运动员弹出一段距离，对运动员做功。） 在学生回答的基础上，教师因势利导给出重力势能和弹性势能的初步定义，然后引导 学生列举生活中重力势能和弹性势能的实例，让学生加深对重力势能和弹性势能的理解。 活动 2 探究重力势能的大小跟哪些因素有关 “活动 2”的目的是：通过探究实验，引导学生得出重力势能的大小跟什么因素有关。 通过动能的探究，学生已知道控制变量法和转换法，因此活动 2 可以放手让学生自己 去探究。经过实验，学生会发现： （1）同一个重物从不同的高度落下，重物被举得越高，木桩被打入沙中越深，表明重 物做的功越多，重物的重力势能越大。 （2）质量大小不同的重物从同一高度落下，重物质量越大，木
17、桩被打入沙中越深，表 明重物做的功越多，重物的重力势能越大。 最后，学生可以自己总结实验结论：物体被举得越高，质量越大，它具有的重力势能 就越大。 对于程度比较好的学生，也可以先给出实验所需要的器材，然后通过以下几个问题， 引导他们自己设计实验方案： （1）如何利用所给器材，比较重物重力势能的大小？ （2）如何在实验中控制有关的变量？ 对于弹性势能，可以射箭为例，让学生自己得出：弹性势能的大小跟物体的弹性强弱、 形变的大小有关。物体的弹性越强，形变越大，它具有的弹性势能就越大。 机械能的转化 关于机械能，要让学生明确以下两点： （1）动能和势能都属于机械能，或者说，动能和势能是机械能的两种表现
18、形式。 （2）一个物体可以既有动能，又有势能，也可以只具有动能或者只具有势能。 可以通过练习，帮助学生体会上述两点。如让学生说明下列物体具有什么形式的机械 能： 在海上行驶的轮船。（答：动能。） 吊在天花板上的吊灯。（答：重力势能。） 被拉长的橡皮条。（答：弹性势能。） 在空中飞行的子弹。（答：动能和重力势能。） 活动 3 动能与势能的转化 “活动 3”的目的是：通过实验、观察和分析，认识物体的动能和势能之间是可以相 互转化的。 活动 A 中设置的这个实验，取材容易，一定让学生亲自去做，进行认真的观察，这是 学生学习本部分内容的基础，也能为后面学习“能量转化和守恒定律”做好铺垫。 学生通过讨论
19、可以发现：小球在最高点时的速度为零，即重力势能最大，而动能最小 （为零）；在最低点时的速度最大，即重力势能最小，而动能最大。此时可启发学生思考： 从最高点到最低点，小球重力势能减小，这部分能量到何处去了？动能增大，这部分能量 又是从何而来？通过启发，学生自然就会想到：从最高点到最低点，小球的重力势能转化 为动能。从最低点到最高点，小球的动能转化为重力势能。物体具有的动能和势能是可以 相互转化的。 活动 B 通过教材图 13-28 列举了三个动能和势能相互转化的实例，供学生分析。 图 a 中：男演员下落过程中，他的重力势能转化为动能；男演员挤压跳板，使它发生 弹性形变时，男演员的动能转化为跳板的
20、弹性势能；跳板逐渐恢复原状，把女演员上弹， 跳板的弹性势能转化为女演员的动能；女演员上升时，她的动能转化为重力势能。 图 b 中：小孩下落时，重力势能转化为动能；小孩挤压蹦蹦床，使它发生弹性形变， 小孩的动能转化为蹦蹦床的弹性势能；蹦蹦床逐渐恢复原状，把小孩上弹时，蹦蹦床的弹 性势能转化为小孩的动能；小孩反弹起来后上升时，动能转化为重力势能。 图 c 中：过山车从高处到低处时，重力势能转化为动能；从低处到高处时，动能转化 为重力势能。 活动 C 中解决“摆球上升的高度为什么会变低”这个问题时，可这样引导学生：你在 荡秋千时，你感到有风吗？你对风做功吗？通过启发，学生容易得出：在动能和势能相互 转化过程中，摆球要克服空气摩擦阻力做功，机械能会不断减少。至于机械能减少转化为 内能的问题，在这里不要讨论。 对于机械能和其他形式的能之间的转化，学生由于知识水平有限，不容易举出事例， 教师可给出几个例子，拓展学生视野。
