第4节 机械能及其转化教案
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第4节 机械能及其转化
知识与技能：
1．知道机械能包括动能和势能。
2．能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单现象。
3．初步了解机械能守恒的含义。
过程与方法：
观察动能和势能之间相互转化的实例，培养学生的动手操作能力及观察和分析问题的能力。
情感、态度与价值观：
关心机械能与人们生活的联系，有将机械能知识应用于日常生活的意识。
重点：对动能和势能的相互转化能进行准确分析。
难点：机械能不守恒时机械能的转化。
多媒体课件。
一、情景导入
情景1
多媒体播放视频：铁锁来回摆动打不到鼻子。(视频详见教学课件)
同学们，有意思吧，课下大家可以试着做一做，这实际上就涉及到今天我们要学习的一个物理学问题——机械能及其转化。
情景2
陈峰同学的家到学校本是一条在水平面上的直路，爱动脑筋的陈峰做了这样一个设想：要是将从家到学校的路挖成一个“U”字形，如图所示，只要从家骑上自行车后，不用刹车也不用踩车，等车停下来就可以到达学校了。
陈峰同学的设想到底能不能实现，这节课我们就为同学们揭开此谜。
二、合作探究
机械能及其转化
提出问题
(1)我们小时候玩过荡秋千吧，闭上眼睛，那种时高时低的感觉如同在飞(如图甲)，你知道在荡秋千的过程中小孩具有哪些能量吗？这些能量是怎样变化的呢？
甲 乙
(2)如图乙所示是小刚在玩弹弓的情境，小刚用形变的橡皮条将“子弹”弹射出去的过程中，具有哪些能量？这些能量是怎样变化的？
(3)从以上的两个实例中，你能够发现能量的变化有什么规律？
交流讨论
同学们根据上节所学的知识，回答上面两个情境中的物体所具有的能量，然后小组讨论、交流分析出每一个阶段中能量的变化情况和能量变化的规律。
多媒体展示
(1)
把荡秋千的过程转化为如图所示的图片，展开分析：A→B过程中具有的能量是势能和动能，其中能量的变化是重力势能减小，动能增大；B→C过程中具有的能量是动能和势能，其中能量的变化是重力势能增大，动能减小。
(2)橡皮条将“子弹”射出的过程中，橡皮条具有弹性势能，“子弹”具有动能。橡皮条的弹性势能减小，“子弹”的动能增大。
(3)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。
知识延伸
动能和势能转化的应用：
(1)城市铁路车站的设计方案如图所示，进站的轨道都与站台构成一个缓坡，就是利用了动能和势能的相互转化。(让学生思考这样设计的好处)
(2)如图所示，我们看杂技演员从高处跳下落在蹦床上，又被弹起的过程中是利用了动能和势能的相互转化。
(3)如图中表示撑竿跳高运动的几个阶段：助跑、撑竿起跳、越横杆。在这几个阶段中也是利用了能量的转化。
材料拓展
过山车中的物理知识
乘坐过山车是一项富有刺激性的娱乐活动。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣，那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。实际上，
过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了，当然，如果你的身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。
在刚刚开始时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的唯一的“发动机”将是重力势能，即由重力势能转化为动能、又由动能转化为重力势能，这样一种不断转化的过程构成的。
第一种能，即重力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和地球的引力相互作用而产生的。对过山车来说，它的重力势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到“山丘”的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的重力势能就不断地减少(因为高度下降了)，但能量不会消失，而是转化成了动能，也就是运动的能量。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能(动能和重力势能)。这就是为什么要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因：过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最后一节小车厢是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要大，这是由于重力作用于过山车中部的重心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为
重心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的重心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要“等待”重心越过高点被重力推动。
到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的，目的是“平衡”引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时，事实上它会慢下来，但如果弯曲的程度较小，这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程，机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由汽缸来控制的。
水能和风能的利用
多媒体展示
多媒体展示图片：水力发电、风力发电。
水力发电机工作时是将水的势能(或机械能)转化为电能；风力发电机工作时是将空气的动能(或机械能)转化为电能。目前节约能源、开发新能源是人类面临的重大课题，而风能和水能是自然界中最常见的环保能源。这两种能源都有着广阔的发展前景。
第4节 机械能及其守恒
机械能及其守恒
机械能动能重力势能弹性势能相互转化机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变水能和风能的利用
完成本书赠送手册对应内容。
本节课主要采用以设疑来调动学生的好奇心，然后以问题为切入点展开讨论，让学生在情境问题中来感悟物理知识，起到乐中求学，学中求乐的效果，不知不觉中总结出动能和势能之间可以转化的知识点。为了加深学生对动能、势能的相互转化的印象，再进一步举出生活事例进行分析。由于现象皆从身边来，故讨论时都踊跃发言，经过一定的“争吵”讨论出的结果正确性更高而且深刻。经过这样热烈的讨论，学到的知识一定印象深刻，从枯燥无味的课堂中感受到学习物理的乐趣。
