初中物理第十一章 功和机械能11.4 机械能及其转化教学设计

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教学目标
1、知道什么是机械能
2、理解动能和势能的相互转化，知道机械能守恒。
3、了解水能和风能的利用，人造地球卫星的机械能转化。
教学重难点
【重点】动能和势能的相互转化
【难点】机械能守恒
教学过程
一、新课导学：
（一）探究点一：动能和势能的相互转化
1、观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能的相互转化。
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。
（1）滚摆在下降时：它的高度变小，速度变大，即重力势能减小，动能增大。滚摆的重力势能转化为动能。
（2）滚摆在上升时：它的高度变大，速度变小，即重力势能增大，动能减小。滚摆的动能转化为动能。
2、观察单摆的运动，讨论摆球在运动过程中动能和势能的相互转化。
A B C
如右图所示，摆球在A点时静止，此时摆球只有重力势能，没有动能。
（1）摆球从A点摆到B点时：它的高度减小，速度变大，即
重力势能减小，动能增大。摆球的重力势能转化为动能。
（2）摆球摆到最低点B点时，重力势能最小，动能最大
（3）摆球从B点摆到点C时：它的高度变大，速度变小，
即重力势能增大，动能减小。摆球的动能转化为重力势能。
由以上分析可知，动能和重力势能可以相互转化。
3、观察“小车撞击弹簧”的过程
（1）小车开始挤压弹簧时：小车的速度变小，弹簧弹性形变大，即小车的动能减小，弹簧的弹性势能增大。小车的动能转化为弹簧的弹性势能。
（2）当弹簧的弹性势能最大（即无法继续挤压弹簧）时，小车的动能为零，速度为零
（3）小车被弹簧弹开时：小车的速度变大，弹簧弹性形变小，即小车的动能增大，弹簧的弹性势能减小。弹簧的弹性势能转化为小车的动能。
由以上分析可知，动能和弹性势能可以相互转化。
（二）探究点二：机械能
1、机械能：动能和势能统称为机械能。
机械能的总量等于动能和势能之和。
影响动能和势能大小的因素也能影响机械能，即为：质量、速度、高度、弹性形变的大小。
2、想想议议：铁锁会碰到你的鼻子吗？
3、机械能不守恒的情况：
（1）机械能转化为其他能
例如：滚摆在摆动时与空气摩擦，机械能转化为空气的内能，最后会停下来。
（2）其他能转化为机械能
例如：火箭升空，燃料的能量转化为机械能。
4、机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和不变，即机械能守恒。
注意：机械能总量不变，不代表机械能守恒。如水平面匀速行驶的汽车，有牵引力和摩擦力这些外力做功，机械能不守恒。但是因为动能不变，重力势能不变，机械能的总量不变。
（三）探究点三：科学世界（人造地球卫星）
1、卫星运行时，不受空气阻力，只有动能和势能相互转化，因此机械能守恒。
2、卫星在近地点时，重力势能最小，动能最大；
卫星在远地点时，重力势能最大，动能最小。
3、 当卫星从远地点向近地点运动时，高度变小，速度变大，即重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能。
当卫星从近地点向远地点运动时，高度变大，速度变小，即重力势能增大，动能变小，动能转化为重力势能。