動能和勢能的轉化 教學設計
(一)教學目的1.知道動能和重力勢能、彈性勢能可以相互轉化,并能舉例說明。
2.能解釋一些有關動能、重力勢能、彈性勢能相互轉化的簡單物理現象。
(二)教具
滾擺、單擺,斜槽,彈簧片,木球,人造地球衛星的掛圖等。
(三)教學過程
1.復習
手持粉筆頭高高舉起。以此事例提問:被舉高的粉筆具不具有能量?為什么?
2.引入新課
學生回答提問后,再引導學生分析粉筆頭下落的過程。首先提出,當粉筆頭下落路過某一點時,粉筆頭具有什么能量?(此時既有重力勢能,又有動能)繼而讓學生比較在該位置和起始位置,粉筆頭的重力勢能和動能各有什么變化?(重力勢能減少,動能增加)
3.進行新課
在粉筆頭下落的過程,重力勢能和動能都有變化,自然界中動能和勢能變化的事例很多,下面我們共同觀察滾擺的運動,并思考動能和勢能的變化。
實驗1:滾擺實驗。
出示滾擺,并簡單介紹滾擺的構造及實驗的做法。事先應在擺輪的側面某處涂上鮮明的顏色標志,告訴學生觀察顏色標志,可以判斷擺輪轉動的快慢。
引導學生復述并分析實驗中觀察到的現象。開始釋放擺輪時,擺輪在最高點靜止,此時擺輪只有重力勢能,沒有動能。擺輪下降時其高度降低,重力勢能減少;擺輪旋轉著下降;而且越轉越快,其動能越來越大。擺輪到最低點時,轉動最快,動能最大;其高度最低,重力勢能最小。在擺輪下降的過程中,其重力勢能逐漸轉化為動能。
仿照擺輪下降過程的分析,得出擺輪上升過程中,擺輪的動能逐漸轉化為重力勢能。
實驗2:單擺實驗。
此實驗擺繩宜長些,擺球宜重些。最好能掛在天花板上,使單擺在黑板前,平行于黑板振動,以便在黑板上記錄擺球運動路線中左、右最高點和最低點的位置。分析單擺實驗時,擺球高度的變化比較直觀,而判斷擺球速度大小的變化比較困難,可以從擺球在最高點前后運動方向不同,分析擺球運動到最高點時的速度為零,作為這一難點的突破口。順便指出像單擺這種往復的運動,在物理學中叫做振動。
綜述實驗1、2,說明動能和重力勢能是可以相互轉化的。
實驗3:彈性勢能和動能的相互轉化。
演示課本圖1—7動能和彈性勢能的轉化實驗。實驗可分兩步做。首先手持著木球將彈簧片推彎,而后突然釋放木球,木球在彈簧片的作用下在水平槽內運動。讓學生分析在此過程中,彈性勢能轉化為動能。第二步實驗,讓木球從斜槽上端滾下,讓學生觀察木球碰擊彈簧片的過程。然后,依據課本圖1—7,甲→乙圖和乙→丙圖分析動能轉化為彈性勢能和彈性勢能轉化為動能的過程。得出:動能和彈性勢能也是可以相互轉化的。
自然界中動能和勢能相互轉化的事例很多。其中有一些比較直觀,例如:物體從高處落下、瀑布流水等這些事例也可以讓學生列舉,說明動能和勢能的相互轉化。有些事例比較復雜,例如:踢出去的足球在空中沿一條曲線(拋物線)運動過程中,動能和勢能是如何相互轉化的呢?(板畫足球軌跡,依圖分析)首先我們來分析足球離地面的高度的變化,這是判斷足球重力勢能變化的依據。很明顯,在上升過程中足球的重力勢能增加;在下降過程中重力勢能減少。接著再分析足球的速度。足球在最高點時不再上升,說明它向上不能再運動。所以,足球在上升過程中,速度逐漸變小;在下降過程中速度又逐漸變大。通過以上分析,可以看到足球在上升階段動能轉化為重力勢能;在下降階段重力勢能轉化為動能。