第4节机械能及其转化导学案导学案初中物理人教版八年级下册教学资源

第4节机械能及其转化课题机械能及其转化课型新授课教学目标知识与技能1.理解机械能的概念，理解各种机械能之间的相互转化，知道机械能守恒的条件.2.了解水能、风能以及人类对它们的开发利用.3.能用机械能之间的相互转化解释日常生活中的一些现象.过程与方法通过观察和实验,认识动能和势能的转化过程，分析人类对机械能的实际应用.情感、态度与价值观1.通过介绍利用水能、风能发电的实例使学生认识到物理知识在实际生产、生活中得到了广泛的应用.2.培养学生关注生活、关注科技的良好意识，激发学生的求知欲.教学重点动能和势能的相互转化分析.教具准备滚摆、铁锁、细绳、细线、铁架台、溜溜球、钢球、带弹簧的斜面、多媒体课件等.教学难点机械能守恒教学课时1课时课前预习1.动能、重力势能和弹性势能统称为机械能.动能与势能可以相互转化，如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变，或者说机械能是守恒的.2.从能量的角度看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源，人们可以利用水能和风能进行发电.3.人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行.离地球最近的一点叫做近地点；离地球最远的一点叫做远地点.卫星在运行过程中机械能守恒（选填“守恒”或“不守恒”）.巩固复习教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业，加强学生对知识的巩固.新课导入教师操作溜溜球，吸引学生注意.并请学生思考，溜溜球在松手后，为什么能够不停地上下来回运动？（切回主题）生：因为溜溜球具有能量，在运动过程中有能量的转化.师前一节课我们学习了动能和势能，这一节课我们就一起来探究动能和势能的转化.进行新课知识点1机械能及其转化1.动能与重力势能之间的转化.教师出示滚摆（参照教材P71《想想做做》的图11.4-2甲），并简单介绍滚摆的构造及实验的操作方法.实验前教师应事先在摆轮的侧面某处涂上红色标志，并提醒学生观察红色标志，可以判断摆轮转动的快慢，同时观察滚摆的高度如何变化,分析动能、重力势能如何变化.生讨论并回答，师引导学生分析并叙述：开始释放滚摆时，滚摆在最高点静止，此时滚摆只有重力势能，没有动能.滚摆下降时其高度降低，重力势能减少；滚摆旋转着下降，而且越转越快，其动能越来越大.滚摆到最低点时，转动最快，小组问题探讨：1.分析教材P71图11.4-2乙小球在摆动过程中动能和势能是如何转化的？2.皮球从手中下落再弹起来，其中机械能是如何转化的？特别提醒：一个物体可以有动能，也可以有势能，还可以同时有动能和势能.进行新课动能最大；其高度最低，重力势能最小.在滚摆下降的过程中，其重力势能逐渐转化为动能.然后仿照上述分析，教师引导学生回答滚摆上升过程中的能量转化：上升过程中，滚摆的动能逐渐转化为重力势能.2.动能和弹性势能之间的转化.学生观察实验现象后，教师分析：如下图所示，小球从斜面上滚下来，高度变小，重力势能减小，速度变快，动能增大，所以此过程是重力势能转化为动能;在小球与弹簧碰撞后，小球速度减小，动能变小，但此时弹簧受到小球的挤压作用，发生弹性形变，因而弹性势能变大，所以这个过程为动能转化为弹性势能.教师总结：从上面这两个实验探究的分析中可以看出，它们的共同特点是动能和势能之间相互转化.动能、重力势能、弹性势能统称为机械能.（可再次强调动能是物体运动具有的能量，势能是存储着的能量）板书：(1)动能、重力势能、弹性势能统称为机械能.(2)动能和势能之间可以相互转化.知识点2机械能守恒及应用教师请一个学生参与进行教材P72《想想做做》实验.强调他头千万不要移动，保持镇定（活跃气氛，其他同学替他捏把汗）.请其他学生注意观察，并认真分析、思考.实验后，学生回答，教师点评：由于铁锁在摆动过程中要克服阻力做功，机械能不断减小，因此，上升的高度越来越小，不会碰到鼻子.师要是没有阻力的话，那么铁锁再次摆回的高度与原先的高度相同吗？生：相同.师为什么？生：机械能总量没有变化.板书：如果只有动能和势能相互转化时，那么机械能的总和不变，即机械能守恒.例题1（多媒体展示）如图所示，小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化，则（）A.小球在A处的动能等于在D处的动能B.小球在A处的动能大于在D处的动能C.小球在B处的机械能小于在C处的机械能D.小球在B处的机械能等于在C处的机械能解析：小球在运动过程中由于忽略空气阻力和摩擦力，所以小球的机械能保持不变，只是在动能与重力势能之间相互转化.由A到B和由C到B过程中重力势能转化为动能，而由B到C和由B到D过程是动能转化为重力势能，在机械能保持不变的情况下，D处高度小于A处高度，故A处小球的重力势能大于D处小球的重力势能，所以D处小球的动能大于A处小球的动能，正确的选项只有D.答案：D1.判断机械能的转化：（1）动能转化为重力势能的标志是速度减小，所处高度增加；重力势能转化为动能的标志是所处高度减小，速度增大.（2）动能转化为弹性势能的标志是速度减小，形变增大；弹性势能转化为动能的标志是动能增大，形变减小；动能和弹性势能的相互转化可以发生在同一个物体上，也可以发生在不同物体之间.2.机械能守恒：（1）机械能守恒的条件：当外界没有对物体做功且物体没有对外做功时，机械能守恒，或系统与外界没有能量转换，即只有物体的动能和势能相互转化时，机械能守恒.（2）“守恒”的含义是保持不变，即物体的动能和势能相互转化过程中，任何位置的机械能（动能+势能）相等.例如，小球在空中自由下落（不计阻力时），小球的动能逐渐增大，重力势能逐渐减小，但无论哪一点，小球的“动能+势能＝常数”.师用多媒体课件展示教材P73《科学世界》——“人造地球卫星的机械能转化”，引导学生关注科技、热爱科技，激发学生的科学创新精神.同时请同学们分析,机械能如何变化的？知识点3水能和风能的利用教师播放“水力发电厂”和“风力发电厂”的照片或视频，简单介绍我国和本地水能、风能开发的成就，引导学生思考水力发电机和风力发电机工作的时候，能量是如何转化的.教学提示：关于自然界中“风能”和“水能”的利用，这部分教学内容建议利用阅读和讨论相结合的教学方式进行，要求学生从动能与势能及其相互转化的知识入手：①了解自然界中常被人们利用的机械能的种类；②了解人们是怎样利用这些风能和水能的，利用的价值和前景如何；③分析水轮机和风车的工作原理和水电站堤坝的作用，讨论中应引导学生把重点放在能的转化上而不必去研究水轮机和水电站等的结构细节.有条件的学校，可以组织学生参观一个小水电站.教师总结：水力发电机工作时是将水的势能（或机械能）转化为电能；风力发电机工作时是将空气的动能（或机械能）转化为电能.目前节约能源、开发能源是人类面临的重大课题，而风能和水能是自然界中最常见的环保能源.这两种能源都有着广阔的发展前景.教学板书课堂小结通过本节课的学习，我们知道了机械能的概念，通过实验探究我们知道动能与势能之间可以相互转化.还发现如果只有动能和势能相互转化的同时，机械能的总量不变.机械能的转化在生产、生活中应用广泛.教材习题解答想想做做（P71）1.观察滚摆的运动（图11.4-2甲），讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的.2.如图11.4-2乙，分析小球在摆动过程中动能和势能的相互转化.1.解答：图甲中，滚摆下降时，位置越来越低，重力势能在逐渐减小，速度越来越大，动能越来越大，重力势能转化为动能；滚摆上升时，位置越来越高，重力势能在逐渐增大，速度越来越小，动能越来越小，动能转化为重力势能.2.解答：图乙中，小球从A点摆动到B点，位置越来越低，重力势能在逐渐减小，速度越来越大，动能越来越大，重力势能转化为动能；小球从B点摆动到C点，位置越来越高，重力势能在逐渐增大，速度越来越小，动能越来越小，动能转化为重力势能.想想做做（P72）把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁小组问题探讨：天空落下的雨滴其重力势能是不是全部转化为动能？为什么？教材习题解答锁向前摆去（图11.4-3）.想想看，铁锁摆回时会打到你的鼻子吗？解答：铁锁摆回时不会打到鼻子.铁锁向前摆去又摆回，靠近鼻尖，不会碰到鼻尖，以后一次比一次远离鼻尖.在这个过程中，铁锁受到阻力的作用，它不只是动能和势能相互转化，还有机械能转化为其他形式的能，因此机械能不守恒.动手动脑学物理（P74）1.分析章首图的过山车在运动过程中的能量转化情况.2.怎样向地板抛乒乓球，才能使它弹跳到高于原来抛球的位置？说明这种抛法的理由.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.设想有一个重物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.4.在一个罐子的盖和底各开两个小洞.将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定（图11.4-7）.做好后将它从不太陡的斜面滚下.观察有什么出人意料的现象.怎样解释看到的现象？1.解答：过山车由高处冲向低处，重力势能转化为动能;过山车由低处冲向高处，动能转化为重力势能.2.解答：用力向下抛乒乓球，使球抛出时具有一定的动能，根据机械能守恒，球弹跳到最高点时的势能等于球抛出时的动能与势能之和.这样就能使球弹到高于抛出时的位置.3.解答：重物落下时，重力势能转化为动能，重物挤压蹦床时，重物动能转化为蹦床的弹性势能，蹦床反弹时，蹦床的弹性势能转化为重物动能，重物上升时，动能转化为重力势能.4.解答：现象：罐子沿着不太陡的斜面滚下一段距离后，停下来，然后反过来自己沿着斜面向上滚.原因是：当罐子沿斜面向下滚动时，带动小铁块翻转，小铁块翻转使橡皮筋发生了弹性形变，小铁块的动能转化成了橡皮筋的弹性势能.罐子滚下一段距离后，橡皮筋的弹性势能又会转化成小铁块和罐子的动能，罐子沿斜面向上滚动时，动能又转化成重力势能.难题解答例题2如图所示，一个小球由静止从光滑曲面的顶端自由滑下，若它在顶端的重力势能为65J，则滑到底端的动能是（）A.35JB.50JC.55JD.65J解析：小球从高处滑下，由于曲面光滑，故只有动能和势能的相互转化，机械能守恒.答案：D布置作业：教师引导学生课后完成本课时对应练习，并提醒学生预习下一课时的内容。教学反思1.在帮助学生理解动能与势能的转化时，可以让学生动手动脑做实验去探究，由学生自己去思考、分析.这样既锻炼了学生的动手能力，同时又激发了学生的学教学反思习兴趣.另外，在讲到应用时，可以让学生根据平时的观察，结合身边的事例去分析，这样能起到更好的效果.2.在引导学生分析教材P72《想想做做》中的铁锁为什么不会碰到鼻子时，可以设计一连串的小问题，诱导学生分析：能量哪里去了？是什么原因造成的？学生带着问题去思考，这样更加激发学生的求知欲，调动学生的积极性、主动性.适时提出：其实，总的能量是守恒的，只不过这里因克服阻力做功，转化为内能（或热能，以后将学），所以铁锁也好，滚摆也好最终停止了下来.3.我国丰富的水能、风能、潮汐能以及这些能源的悠久利用历史，应成为激发学生爱国主义情感的生动素材.节约能源、开发能源是人类面临的重大课题，应结合能源开发利用方面存在的问题和诱人前景，激发学生的节约、开发能源意识，关注人类文明进步，增强社会责任感.教学过程中老师的疑问：教师点评和总结解题技巧：在设计动能和势能的相互转化问题中，如果题目中有“光滑”、“自由”、“不计阻力”等词语，说明不计摩擦，则机械能不变.方法总结：动能和势能相互转化的分析步骤如下：（1）明确研究的对象和所要研究的过程；（2）物体在初始状态所具有的动能、势能；（3）物体在最终状态所具有的动能、势能；（4）分析物体在运动中是否受到摩擦阻力，如果不考虑摩擦阻力，只有动能和势能相互转化，则动能与势能的总和保持不变.