動能和勢能教學設計
解釋彈性形變:物體受到外力作用而發生的形狀變化,叫做形變。如果外力撤消,物體能恢復原狀,這種形變叫做彈性形變。列舉事例說明物體的彈性形變。如:拉長的彈簧,壓扁的皮球,彎曲的鋼鋸條,上緊的鐘表發條等。
利用課本圖1-4的實驗闡明物體的彈性形變越大,它具有的彈性勢能就越大。為節省課堂時間,課前將兩個性質相同彈簧,按照課本圖1-4壓縮到不同的長度。先后將拉緊彈簧的繩燒斷,兩次砝碼被彈起的高度不同。彈簧壓得越緊,放松時它做的功越多,表示它的彈性勢能越大。
被舉高的重物,也能夠做功。例如:舉高的鉛球,落地時能將地面砸個坑;舉高的夯落下時能把木樁打入地里。舉高的物體具有的能量叫重力勢能。
列舉事例說明:物體的質量越大,舉得越高,它具有的重力勢能越大。如:舉起同樣高度的鉛球和乒乓球,鉛球落下時做的功多,具有的重力勢能大。鉛球舉得越高,具有的重力勢能就越大。
引導學生討論樹上結的蘋果是否有重力勢能?通過討論使學生理解"一個物體能夠做功"的含義。能夠做功只是說物體具有了做功的"本領",但不一定做了功。樹上結的蘋果雖然沒有做功,但只要它從樹上掉下來就能做功,所以我們說它具有重力勢能。
(3)機械能:讓學生分析靜止在桌面上的鋼球是否具有能量?(具有重力勢能)繼而讓學生分析在桌面上滾動的鋼球具有什么能?通過分析得知滾動的鋼球既有動能,又有勢能。
動能和勢能統稱為機械能。一個物體既有動能,又有勢能,那么動能和勢能的和就是它的總機械能。
(4)能量的單位:從前面的討論,我們可以認識到能量是跟做功有密切聯系的概念,能量反映了物體具有做功的本領,能量的大小可以用能夠做功的多少來衡量。因此,動能、勢能和機械能的單位跟功的單位相同,也是焦耳。
4.小結
通過以下問題的討論,進一步幫助學生理解能量、動能、勢能、機械能等概念及機械能的單位。
(1)高山上有一塊大石頭,穩穩地待在那里,它有沒有能量?有什么能量?
(2)列舉幾個物體具有動能、重力勢能、彈性勢能的事例。
(3)在空中飛行的球,它具有的重力勢能是5焦,具有的動能是4焦,這只球具有的總機械能是多少?
(4)在同一高度鉛球和棒球具有的重力勢能不相等,若使它們的重力勢能相等,可采取哪些方法?
(5)從斜槽上端滾下的小球,它有沒有重力勢能?在它下滾的過程中重力勢能的大小有沒有變化?為什么?在滾下的過程中有沒有動能?它的動能有沒有變化?為什么?
(四)說明
1.能是物理學的重要概念之一,但它比較抽象。對于初中學生來說,認識它比較困難。應緊扣教材,從理解"一個物體能夠做功"的含義來認識能量。這實際上是說"能是物體做功的本領"。盡管這種說法不甚嚴謹,但比較通俗、易懂。
2.關于動能,應講明運動的物體能夠對其他物體施力,并推動物體做功,所以它具有能量。因為容易講清彈性形變的物體對別的物體施力并做功,便于學生理解,所以將彈性勢能提到重力勢能之前講。
3.勢能應是物體系統(有保守力作用的)所共有。舉高的重錘能夠做功,應當是重錘和地球組成的系統具有勢能。而重力勢能表現它做功本領時,通常有一個重力勢能先轉化為動能的過程。但在本節課中都不宜引入這些內容。只能讓學生粗略地知道,舉起的物體能夠做功。
4.勢能的大小是相對的。對初中學生來說也不能引入勢能的相對性。只能統一地用地面做為零勢能面來分析問題。5.小結中的問題(5),暗含著勢能和動能的轉化,目的為下一節課作準備。