機械能及其轉(zhuǎn)化教學設計【學情分析】本節(jié)課是在學習了動能和勢能的基本概念的基礎上，針對機械能及其轉(zhuǎn)化的教學課。對于學生來說，動能和勢能方面的知識比較抽象，較難理解，學生通過直接的理性分析得到應有結(jié)論的能力有待培養(yǎng)。本節(jié)課既是對機械能知識的學習、深化和提高，也是對高中階段機械能守恒知識的準備和鋪墊。【教材分析與處理】一、教材分析與處理本節(jié)內(nèi)容由“機械能及其轉(zhuǎn)化”“水能和風能的利用”兩部分構(gòu)成，教學的重點是動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化。教學的關鍵是“實例分析”，所以在指導學生學習的過程中，要注意聯(lián)系機械能轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)、生活中的應用，要學生明確機械能變化的具體過程，學會分析機械能的轉(zhuǎn)化。通過實驗和實例讓學生感受到機械能轉(zhuǎn)化知識在實際應用中的價值。對于本節(jié)課的教學，要注意做到“三個注重”。在教學過程中，第一要注重實驗教學。利用與教材內(nèi)容相適應的演示實驗引導學生從感性入手，明確實驗的目的，清楚具體的過程。結(jié)合觀察到的實驗現(xiàn)象，從速度的變化、高度的變化到能量的變化各個角度去認知能量的轉(zhuǎn)化。第二要注重實例分析。讓學生分析、討論生活中的實例，如過山車運行、玩蹦蹦床、拍皮球等過程中物體高度、速度和彈性形變程度的變化，進而討論動能和勢能的變化情況。引導學生掌握分析問題的科學方法，強化學生的感悟、理解、應用進程。通過視頻播放我國水能和風能利用情況，使學生不僅了解水力發(fā)電過程（能量的轉(zhuǎn)化），也使學生對我國在這方面取得的成就感到自豪，使學生的愛國之感油然而生。第三要注重初、高中知識的銜接。對機械能守恒和機械能不守恒的常見情況進行引導分析，激勵學生積極思考，拓展學生對知識的認識。二、教學目標知識和技能：1、知道機械能包括動能和勢能。2、能用實例說明動能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，能解釋有關動能、重力勢能、彈性勢能之間相互轉(zhuǎn)化的簡單現(xiàn)象。3、初步了解機械能守恒的含義。4、通過水能和風能的利用知道人類如何利用機械能轉(zhuǎn)化來解決實際問題。過程與方法：1、通過觀察和實驗，認識動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化的過程。2、動手設計實驗，勇于探索自然現(xiàn)象和身邊的物理道理。情感態(tài)度與價值觀：1、關心機械能與人們生活的聯(lián)系，有將機械能應用于生活的意識。2、培養(yǎng)學生具有愛國意識。三、教學重點知道動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱機械能;通過實驗和實例分析，知道動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化。四、教學難點通過實驗和實例知道動能和勢能是如何相互轉(zhuǎn)化的。【教學媒體】多媒體課件、自制教具、實驗器材（滾擺、鐵鎖、細繩、溜溜球、 鐵架臺、 鋼球、 細線、帶彈簧的斜面）【教法、學法與教學手段】通過實驗、視頻、動畫為學生認識和分析動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化提供直觀感性材料。為學生提供一種分析動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的思維方法：高度換速度，形變換兩“度”（即高度和速度）。以高度的降低換取速度的增加，反之亦然，以高度的降低或速度的減小來換取物體形變的發(fā)生或增大，反之亦然。利用多媒體教學的優(yōu)勢為學生提供資源支持，加大容量，增加練習機會，感悟不同現(xiàn)象中的動能和勢能的轉(zhuǎn)化。【教學課時】2課時【教學過程】【導入新課】教師活動：手持粉筆頭高高舉起。提問：被舉高的粉筆具不具有能量？為什么？學生活動：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）在粉筆頭下落的過程，重力勢能和動能都有變化，指出自然界中動能和勢能變化的事例很多。設計意圖：從身邊的實驗出發(fā)，充分調(diào)動學生參與課堂教學的積極性。【新課教學】教師活動：機械能是一種常見的能量形式，因而它的單位與能量的單位一致，也是焦耳。練一練：若一只飛行的燕子的機械能為11J，重力勢能是5J，那么其動能大小是多少？一、機械能1、定義：物體由于位置變化而做功具有的能統(tǒng)稱為機械能。即動能和勢能統(tǒng)稱為機械能。2、包括：動能和勢能3、大小：4、 理解：一個物體的機械能是動能和勢能的統(tǒng)稱，只具有動能或只具有勢能或同時具有動能和勢能，度可以說物體具有機械能。機械能是宏觀物體發(fā)生機械運動時所具有的能，是宏觀形式的能。設計意圖：增加學生對機械能的認識和理解。動能和重力勢能的轉(zhuǎn)化：教師活動：之所以把動能、勢能統(tǒng)稱為機械能，是因為動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，滾擺和單擺是動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化的常見實例。下面通過實驗分析實例中動能和勢能如何相互轉(zhuǎn)化的？1、探究活動一：如圖1，將滾擺卷起后釋放，讓學生觀察分析：滾擺在最高處時具有什么能？釋放后觀察滾擺的高度、速度、質(zhì)量的變化。分別分析滾擺下降和上升過程中動能、勢能的變化情況。動能和重力勢能之間是否可以相互轉(zhuǎn)化？學生活動：學生進行實驗并回答問題：重力勢能。下降時：質(zhì)量不變、高度變小、速度變大、重力勢能變小、動能變大，減小的重力勢能變成了動能。上升時：質(zhì)量不變、高度變大、速度變小、重力勢能變大、動能變小。減小的動能變成了重力勢能。動能和重力勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化。2、探究活動二：如圖2，將單擺的擺球置于A處，然后釋放。擺球就可以在A、B、C之間來回擺動。擺球在哪些位置高度最高？擺球在哪些位置速度最大？分析擺球從AB運動過程中，動能、勢能的變化情況。分析擺球從BC運動過程中，動能、勢能的變化情況。學生活動：學生進行實驗并回答問題：擺球在A、C處位置最高，具有的重力勢能最大。擺球在B處速度最大，具有的動能最大。擺球從AB運動過程中，重力勢能不斷減小，動能不斷變大，是重力勢能不斷轉(zhuǎn)化為動能。擺球從BC運動過程中，重力勢能不斷增大，動能不斷減小，是動能不斷轉(zhuǎn)化為重力勢能。總結(jié)：二、動能和重力勢能的轉(zhuǎn)化：動能轉(zhuǎn)化為重力勢能：表現(xiàn)形式：動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，動能減小，重力勢能增加，表現(xiàn)為同一物體的v在不斷減小，動能減小，h不斷增加，重力勢能增加，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。重力勢能轉(zhuǎn)化為動能：表現(xiàn)形式：重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，重力勢能減小，動能增加，表現(xiàn)為同一物體的h在不斷減小，重力勢能減小，v不斷增加，動能增加，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。設計意圖：使學生初步形成能量轉(zhuǎn)化的意識。通過精心設計的問題，激活學生的思維，提高學生參與課堂教學的積極性和有效性。教師活動：滾擺和單擺實驗都有力說明了動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化。你能舉出幾個類似的例子嗎？點評學生回答，課件展示過山車、蕩秋千設計意圖：利用學生身邊的物品實驗，調(diào)動學生學習熱情和參與討論積極性。體現(xiàn)生活處處有物理，培養(yǎng)學生的歸納總結(jié)能力。3、探究活動三：按下圖3進行實驗。手持著木球?qū)椈善茝潱笸蝗会尫拍厩颍^察到什么現(xiàn)象？在此過程中，涉及哪些能量的轉(zhuǎn)化？讓木球從斜槽上端滾下，觀察木球碰擊彈簧片的過程。分析圖3中，木球從甲乙圖和乙丙圖能量轉(zhuǎn)化的過程。學生活動：學生進行實驗并回答問題：觀察到木球在彈簧片的作用下在水平槽內(nèi)運動。在此過程中，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為木球的動能。從甲乙圖中，木球的動能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能。從乙丙圖中彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為木球的動能。總結(jié)：三、動能和彈性勢能的轉(zhuǎn)化：動能和彈性勢能的轉(zhuǎn)化：表現(xiàn)形式：動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，動能減小，彈性勢能增加，表現(xiàn)為同一彈性物體的v在不斷減小，動能減小，不斷增大，彈性勢能增加，動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能。彈性勢能和動能的轉(zhuǎn)化：表現(xiàn)形式：彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，彈性勢能減小，動能增加，表現(xiàn)為同一彈性物體的在不斷減小，彈性勢能減小，v為不斷增大，動能增加，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能。設計意圖：通過精心設計的問題，激活學生的思維，提高學生參與課堂教學的積極性和有效性。教師活動：教師演示乒乓球下落上升過程中能量怎樣轉(zhuǎn)化？學生活動：回答：乒乓球從上方某點下落到接觸地面之前：重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；接觸地面到形變最大：動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能 乒乓球回復原狀：彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能； 離開上升：動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。設計意圖：利用學生身邊的物品實驗，調(diào)動學生學習熱情和參與討論積極性。體現(xiàn)生活處處有物理，培養(yǎng)學生的歸納總結(jié)能力。教師活動：鐵鎖擺回時會碰到你的鼻子嗎？介紹做法，讓兩個學生演示體會。引導學生注意觀察現(xiàn)象。這表明鐵鎖的機械能總量變大還是變小？為什么？假設沒有阻力,會怎么樣呢?學生活動：學生演示，認真觀察。沒有打到鼻子，鐵鎖越擺越低。變小，有空氣阻力和摩擦。若沒有阻力，機械能不變。歸納：四、機械能守恒：定義：如果物體只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，機械能總量保持不變，叫機械能守恒。（即不考慮摩擦和阻力做功）動能與勢能轉(zhuǎn)化問題的分析：首先分析決定動能大小的因素，決定重力勢能（或彈性勢能）大小的因素看動能和重力勢能（或彈性勢能）如何變化。還要注意動能和勢能相互轉(zhuǎn)化過程中的能量損失和增大如果除重力和彈力外沒有其他外力做功（即：沒有其他形式能量補充或沒有能量損失），則動能勢能轉(zhuǎn)化過程中機械能不變。題中如果有“在光滑斜面上滑動”則“光滑”表示沒有能量損失機械能守恒；“斜面上勻速下滑”表示有能量損失機械能不守恒。設計意圖：利用學生身邊的物品實驗，調(diào)動學生學習熱情和參與討論積極性。體現(xiàn)生活處處有物理，培養(yǎng)學生的歸納總結(jié)能力教師活動：擴大視野“科學世界”人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星在太空運行，只有動能和勢能的轉(zhuǎn)化，機械能是守恒的。動畫播放人造地球衛(wèi)星的運行。思考：衛(wèi)星運行過程中機械能是否守恒？衛(wèi)星從遠地點向近地點運動時重力勢能、動能、速度分別怎么變化？衛(wèi)星在什么時候動能最大？什么時候重力勢能最大？學生活動：學生閱讀并思考后回答：守恒，因為衛(wèi)星在太空運行，沒有空氣阻力，只有動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化。重力勢能增大，動能減小，速度減小。在近地點時動能最大，在遠地點時重力勢能最大。設計意圖：小實驗、動畫拉近了物理知識于學生的距離，增加了學習的趣味性。又培養(yǎng)了學生總結(jié)、歸納能力，語言表達能力。五、水能和風能的利用教師活動：講述：自然界的流水和風蘊含巨大的能量。課件展示流水和風的能量。人類對水能和風能的利用主要是發(fā)電，它們清潔無污染，是人們大力發(fā)展的理想能源。組織學生自學“水能和風能的利用”，了解人們利用水能和風能的方法和歷程。學生活動：觀看圖片，認識流水和風能夠做功，蘊含的能量巨大。了解水力發(fā)電、建立風車田發(fā)電。設計意圖：借助課件將學生不感興趣的內(nèi)容呈現(xiàn)出來，培養(yǎng)學生關注科學、關心社會發(fā)展的意識。【練習】1一輛城市綠化灑水車，在一條平直的高架路上勻速行駛，當它一邊灑水一邊行駛時，它的動能________，重力勢能_____ ，機械能 。（填增大減小或不變)2.小孩在蕩秋千游戲中，從最低處蕩到最高處，能量轉(zhuǎn)化正確的是: A.動能增大，重力勢能增大 B.動能減小，重力勢能增大C.動能不變，重力勢能增大 D.動能不變，重力勢能不變3.下列情況中,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的是( ) A.在水平面上滾動的小球 B.汽車上山 C.空中勻速下降的降落傘 D.蘋果從樹上落下 5.跳水運動員跳板跳水時，從運動員騰空跳起向上運動后再向下落入水中，若不計空氣阻力，則在整個過程中 （ ） A運動員的動能一直增大，機械能不變B運動員的重力勢能一直減小，機械能減小C運動員的動能先減小后增大， 機械能不變D運動員的重力勢能先減小后增大，機械能增大【課堂小結(jié)】這節(jié)課我們學習了機械能的概念、機械能內(nèi)部之間的相互轉(zhuǎn)化、機械能的守恒以及水能和風能的利用。【作業(yè)】見課外作業(yè)本