動能和勢能的轉(zhuǎn)化教案示例之一
人造地球衛(wèi)星在運行過程中，也發(fā)生動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化。人造地球衛(wèi)星大家并不陌生，然而圍繞人造衛(wèi)星，同學(xué)們還有許多的謎沒有揭開。例如：人造衛(wèi)星為什么能繞地球運轉(zhuǎn)而不落下來？在人造衛(wèi)星內(nèi)失重是怎么回事？等等，這些問題還有待于同學(xué)們進(jìn)一步學(xué)習(xí)，今天我們只討論衛(wèi)星運行過程中，動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化。 人造衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運行，它的位置離地球有時近、有時遠(yuǎn)。（出示我國發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星軌道圖）現(xiàn)以我國發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星為例，它離地球最近時（此處叫近地點）離地面439公里，離地球最遠(yuǎn)時（此處叫遠(yuǎn)地點）離地面高度是2384公里，它繞地球一周的時間是114分鐘。它在近地點時，速度最大，動能最大；此時離地面最近，重力勢能最小。衛(wèi)星由近地點向遠(yuǎn)地點運行時動能減小，重力勢能增大，動能向重力勢能轉(zhuǎn)化。直到遠(yuǎn)地點時，動能最小，重力勢能最大。衛(wèi)星由遠(yuǎn)地點向近地點運行時，重力勢能向動能轉(zhuǎn)化。在衛(wèi)星運行過程中，不斷地有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化。 4.小結(jié) 通過“想想議議”問題的討論，進(jìn)一步認(rèn)識動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化。 (1)在動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化過程中，必定有動能和勢能各自的變化，而且是此增彼減。 (2)動能的增減變化，要以速度增減來判斷。 (3)重力勢能的增減變化，要以物體離地面高度的增減變化來判斷。 (4)判斷彈性勢能的增減，要根據(jù)彈性形變大小的變化。說明 1.滾擺實驗?zāi)苤庇^地表現(xiàn)動能和勢能的轉(zhuǎn)化。它的優(yōu)點在于能量轉(zhuǎn)化的過程比較緩慢，擺輪高度變化明顯、直觀，擺輪轉(zhuǎn)動快慢變化也能直接觀察。實驗中應(yīng)充分發(fā)揮上述優(yōu)點，為此要注意以下幾點。 (1)擺輪的軸應(yīng)相對細(xì)些，以減緩擺輪的升降速度。固定擺繩時，應(yīng)穿過軸的橫孔，不宜用纏繞的方法固定，以防打滑。 (2)要在擺輪的側(cè)面某處涂上鮮明的顏色標(biāo)志，便于觀察擺輪速度的變化。 (3)擺輪應(yīng)當(dāng)邊緣厚重，以增大轉(zhuǎn)動慣量。 2.關(guān)于人造衛(wèi)星的知識，學(xué)生是非常感興趣的，鑒于學(xué)生的知識基礎(chǔ)，難以使學(xué)生揭開謎底，往往由此而損傷學(xué)生的求知欲。本節(jié)課如有可能，也可通俗地介紹衛(wèi)星為什么能繞地球運行。講法上可用想象推理的方法。 參看圖1，水平地拋出一個物體，由于地球的吸引，它會落回地面，但是拋出的物體速度越快，它飛行的距離越遠(yuǎn)。人拋物體，拋出的距離不過幾十米，但汽槍子彈能飛行幾百米，步槍子彈能飛行幾千米，而炮彈能飛行幾十公里。我們可以設(shè)想，物體的速度足夠大時，它就能永遠(yuǎn)不落回地面，圍繞地球旋轉(zhuǎn)。這個速度大約是8公里/秒。如果速度再大些，物體繞地球運行的軌道就由圓形變?yōu)闄E圓形。人造衛(wèi)星就是根據(jù)這個道理發(fā)射的。