第4节 机械能及其转化 1.物理观念： （1）能通过生活实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。 （2）知道机械能，能解释与机械能转化有关的现象。 2.科学思维：通过分析生活现象和实验中的动能和势能相互转化情况，发展科学推理、科学论证、质疑创新等思维能力。 3.科学探究：经历动能和势能相互转化的探究过程，能用科学方法进行分析，基于证据得出结论，并对探究过程和结果进行交流，提升科学探究能力。 4.科学态度与责任：通过了解水能和风能的利用，认识到自然能量向人类能源的转化过程，培养学生节约能源的社会责任感，激发学生利用科学技术发展新能源的动力。 1.教学重点：正确认识和理解动能与势能之间的转化关系。 2.教学难点：从机械能转化和守恒的观点解释生活现象。 勇敢者的游戏———摆球碰鼻子活动 ［演示］人背部靠墙，头部不动，将摆球拉到鼻子附近并由静止释放（演出紧张无比的表情烘托气氛），在一片惊呼中，摆球返回且不碰鼻子。 教师让学生上台体验，重复实验。学生观后无比惊叹，教室里充满了好奇与不解的讨论声。刚才这一幕看似神奇，实则蕴含了深刻的物理原理。 任务一 机械能及其转化 教师活动 学生活动 ［提问］由静止释放的摆球具有什么能？ ［概念引入］动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。物体具有动能、势能或者两者兼有，都可以说其具有机械能。 ［展示］摆球运动的过程，如图所示。 ［提问］（1）小球在A点时处于什么状态，具有什么能量？ （2）当小球从A点向B点摆动时，它的质量如何变化？它的速度如何变化？它的高度如何变化？能量是如何变化的？ （3）当小球从B点向C点摆动时，它的质量如何变化？它的速度如何变化？它的高度如何变化？能量是如何变化的？ （4）能从摆球的运动过程中发现什么？ ［展示］观察滚摆的运动，如图所示。 ［提问］滚摆在最高点和最低点时的动能和势能是怎样的？在运动过程中动能和势能是如何变化的？ ［过渡］动能与重力势能可以相互转化，那与弹性势能可以相互转化吗？ ［演示实验］让一个小球从高处滚下来，撞到弹簧上，如图所示。 ［提问］弹簧被压缩与恢复原状的过程中，能量是如何转化的？ ［总结］在某一阶段能量的变化中，一种能量在减小的同时，另一种能量在增大，即动能和势能可以相互转化。 ［提问］在摆球碰鼻实验中，摆球的重力势能与摆球的动能相互转化；在小球撞击弹簧的实验中，小球的动能和弹簧的弹性势能相互转化。若只有动能和势能之间相互转化，机械能会变化吗？ ［总结］大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但动能和势能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 ［引导提问］既然在理想条件下单摆的机械能守恒，那么理论上小球应该能够永远地摆动下去。然而，在实际操作中，我们观察到小球最终总会停下来。这是什么原因呢？ ［总结］被研究的系统内仅发生动能和势能之间的相互转化，没有外力（除重力和系统内弹力外）对系统做功，在满足这些条件下，系统的机械能（动能和势能之和）将保持不变。 ［回答］有重力势能和动能。 ［回答］（1）小球在A点时，处于静止状态，由于处于一定的高度，小球具有重力势能。 （2）小球从A点摆动到B点的过程中，质量保持不变，在重力的作用下，速度逐渐变大，动能增大，高度降低，它的重力势能不断减小。 （3）小球从B点摆动到C点的过程中，质量保持不变，在重力的作用下，速度逐渐变小，动能减小，高度增加，它的重力势能增大。 （4）动能和势能可以相互转化。在运动过程中摆球的动能和重力势能相互转化，但它们的总和不变，所以，摆球在摆回时，不会打到鼻子。 ［交流讨论］在最高点时，重力势能最大，动能最小；在最低点时，重力势能最小，动能最大； ... ...
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