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一个动能与弹性势能相互转化的小实验
在教学中，多一点思考，多一点变化，往往也会多一点趣味。
笔者任教过的几所学校的实验室中有用来演示动能与重力势能相互转化的实验器材滚摆，却都没有类似演示动能与弹性势能相互转化的实验器材。
在滚摆的启发下，笔者想到了一种可用来展示动能与弹性势能相互转化的既好玩又直观的分组实验。
1 实验器材
每组橡皮筋一两根，50 g的钩码两三个。
2 实验过程
一手捏住橡皮筋的上端，另一只手将2个或3个钩码挂在竖起下垂的橡皮筋的下端。
为了便于观察钩码转动快慢的变化情况，最好不要将一个钩码挂在另一个钩码的下端，而是将它们大致挂在同一高度上。
由于视觉暂留，当钩码快速转动时，可以看到一个快速转动的美丽的闪亮的旋涡。
由于离心运动，钩码转得越快，钩码水平舒展就越开，看到的转动的旋涡就越大，旋涡中心的空心圆圈也越大。
转动钩码，或钩码不动，拧橡皮筋的上端，使橡皮筋发生扭曲形变。
松开抓钩码的手，观察钩码的转动快慢与橡皮筋扭曲形变大小
变化的关系，进而导出钩码的动能与橡皮筋弹性势能大小的变化关系。
3 实验结论
实验发现，当钩码转得越来越快时，橡皮筋扭曲形变越来越小；当钩码转得越来越慢时，橡皮筋扭曲形变越来越大。
这样，当钩码的动能增大时，橡皮筋的弹性势能减小；当钩码的动能减小时，橡皮筋的弹性势能增大。
也就是说，在钩码转动的过程中，钩码的动能与橡皮筋的弹性势能相互转化。
该实验还可很方便地进一步拓展，如可用它来演示或探究离心运动与向心力等。
动能和势能实验教案一、教学目标1. 让学生了解动能和势能的概念。
2. 让学生掌握动能和势能的相互转化。
3. 培养学生动手实验、观察现象、分析问题的能力。
二、教学重点与难点1. 教学重点：动能和势能的概念，动能和势能的相互转化。
2. 教学难点：动能和势能转化的条件，影响动能和势能大小的因素。
三、教学准备1. 实验器材：小车、斜坡、木板、尺子、重物、弹簧测力计。
2. 教学工具：PPT、黑板、粉笔。
四、教学过程1. 导入：通过PPT展示动能和势能的图片，引导学生思考动能和势能的概念。
2. 讲解：讲解动能和势能的定义，解释动能和势能的相互转化。
3. 实验：分组进行实验，观察实验现象，记录数据。
4. 分析：引导学生分析实验现象，得出结论。
5. 巩固：通过PPT和黑板，总结动能和势能的相互转化条件，影响动能和势能大小的因素。
6. 拓展：引导学生思考动能和势能在实际生活中的应用。
五、作业布置1. 完成实验报告：记录实验过程、实验现象和结论。
2. 预习下一节课内容：重力势能和弹性势能。
教学反思：本节课通过实验和讲解，让学生了解了动能和势能的概念，掌握了动能和势能的相互转化。
在实验过程中，学生积极参与，观察现象，分析问题，培养了动手能力和观察能力。
但在讲解影响动能和势能大小的因素时，部分学生理解不够深入，需要在的教学中加强巩固。
六、实验探究：动能和势能的转化1. 目的：通过实验探究，让学生直观地感受动能和势能的转化过程。
2. 方法：学生分组进行实验，利用小车、斜坡等器材，观察小车在不同高度下滑时速度的变化，探讨动能和势能的转化。
七、能量守恒定律1. 目的：让学生了解能量守恒定律，并应用于动能和势能的转化。
2. 方法：讲解能量守恒定律的概念，引导学生通过实验现象理解能量守恒定律在动能和势能转化中的作用。
八、影响动能和势能大小的因素1. 目的：分析影响动能和势能大小的因素，深化学生对动能和势能转化的理解。
2. 方法：通过PPT和实例，讲解质量、速度、高度等因素对动能和势能的影响。
动能和弹性势能的转化
【器材】
弹簧振子（或者单摆、轻质弹簧2根、支架）。
【操作】
图10－5是一个弹簧振子，在一根光滑的水平细杆上穿有一个小球（振子），振子的两边由两根同样的轻弹簧拉着。
平常，振子停止在平衡位置。
用手把振子拉向平衡位置的一侧后放开，振子即在弹簧的弹力作用下振动起来。
从能量的转化来看，振子被拉向一侧，弹簧因形变（一根弹簧被拉长，另一根被压缩）而具有弹性势能。
放手后，振子在弹簧弹力的作用下向平衡位置运动，速度越来越大，弹簧弹性势能越来越小，在此过程中，弹簧的弹性势能逐渐转化为振子的动能。
至平衡位置时弹性势能最小，动能最大。
由于惯性，振子继续运动，弹簧在相反方向发生形变，振子的动能又逐渐转化为弹簧的弹性势能，至最大位置时，动能全部转化为弹性势能。
然后振子又在弹力的作用下向相反方向运动，重复上述过程，周而复始。
弹簧振子的振动过程，实际上是弹簧的弹性势能和振子的动能（弹簧的各部分也有动能，但较小）相互转化的过程。
在没有弹簧振子的情况下，可以按图10－6装置来进行实验。
用长线（1米以上）悬起一个摆球，在摆球的两侧水平地拉起两根同样的轻弹簧（或橡皮筋）。
当把摆球拉向一侧后放开，摆球便在弹簧的弹力作用下振动起来，由于摆球的悬线很长，摆球在不大的范围内可以看作是在同一水平线上运动，这样与弹簧振子的情况基本一致。
物理教案：动能和势能的转化物理教案：动能和势能的转化物理教案：动能和势能的转化1（一）教学目的1．理解动能和势能可以相互转化并能举例说明。
2．能解释有关动能和势能相互转化的简单现象。
（二）教具1．麦克斯韦滚摆。
2．课本图1-7的装置，在弹簧片前加一弹簧。
3．单摆、皮球（或乒乓球）。
（三）教学过程1．复习提问(1)动能的大小与哪些因素有关？怎样判断质量一定的物体的动能的变化？(2)势能的大小与哪些因素有关？怎样判断重力势能大小的变化？（演示钢球从斜槽滚下，斜槽倾角应尽量小一些，使钢球从斜槽滚下的时间尽量长一些，引导学生观察钢球竖直高度的变化和速度的变化，回答上述问题）2．新课教学(1)动能和重力势能可以相互转化。
从上面实验可以看到，钢球从斜槽滚下的过程中，高度降低，重力势能减小；速度变快，动能增大，这个动能是怎样产生的？（引导学生回答是由重力势能转化来的）问：重力势能可以转化为动能，动能可不可以转化为重力势能呢？演示滚摆（将摆轮涂成黑白相间，使学生明显观察到转速的变化），引导学生观察：摆下降时，摆轮越转越快；摆上升时，摆轮越转越慢，并说明动能和重力势能变化的情况，最后得出动能和重力势能可以相互转化的结论。
(2)动能和弹性势能可以相互转化吗？演示课本图1-7（水平槽末端加一弹簧，以使动能和弹性势能的变化明显显示出来），引导学生观察：钢球接触弹簧后，速度减小，弹簧压缩；弹簧恢复时，形变减小，钢球速度变大，但方向反过来了（教师应指出：动能大小跟运动快慢有关，跟运动方向无关，因为物体向任何方向运动都能做功）。
对钢球和弹簧间的能的转化，应分两步讲：①从钢球压弹簧开始到弹簧形变最大：钢球动能由最大变到零，弹簧弹性势能由零到最大，即动能转化为弹性势能。
②从弹簧形变最大到恢复原状：弹簧弹性势能又转化为钢球的动能。
(3)动能和势能相互转化的例子。
先让学生列举日常生活中例子，然后引导学生观察和分析下列事例：①演示单摆，引导学生观察摆球在高度最大处和最低点的速度大小，说明动能和势能的相互转化。
动能与势能的转化实验动能和势能是物体运动和位置的两种重要性质。
动能指的是物体由于运动而具有的能量，而势能则是物体由于位置而具有的能量。
在物理学中，动能和势能之间存在着相互转化的关系。
为了更好地理解动能与势能的转化过程，我们可以进行一系列实验来观察和测量这种能量的转换。
实验一：简单机械能转化实验材料：一个小球，一个平滑的斜面，一个标尺，一个计时器。
步骤：1. 将斜面倾斜放置在桌子上，并用标尺测量斜面的高度和长度。
2. 将小球释放在斜面上，同时启动计时器。
3. 观察小球在斜面上滚动的过程，并记录小球滚到斜面底部所用的时间。
4. 根据计时器显示的时间和斜面的长度，计算小球在滚动过程中的平均速度和动能。
5. 应用物体的动能公式（动能 = 1/2 ×质量 ×速度的平方），计算小球在滚动过程中的动能。
实验二：重力势能与动能的转化实验材料：一个木块，一根弹簧，一个标尺，一个秤。
步骤：1. 将木块放在桌面上，并用标尺测量木块的高度和长度。
2. 在木块上方固定一个弹簧，确保弹簧和木块之间有一段距离。
3. 将木块拉到一定高度，然后释放，使其自由下落。
4. 观察并记录木块自由下落的过程，并测量木块触地的时间。
5. 根据木块的质量和高度差，计算木块在自由下落过程中的重力势能。
6. 根据木块触地时的速度以及物体的动能公式，计算木块在触地时的动能。
实验三：弹簧势能与动能的转化实验材料：一个弹簧，一个小球，一个标尺，一个秤。
步骤：1. 将弹簧固定在墙上或其他固定物体上。
2. 将小球沿直线方向拉向弹簧，它与弹簧之间有一定的距离。
3. 释放小球，使其撞击并被弹簧弹起。
4. 观察小球撞击弹簧和弹起的过程，并记录小球的撞击速度和弹起高度。
5. 根据小球的质量和撞击速度，计算小球撞击弹簧时的动能。
6. 根据小球的质量、弹簧的劲度系数以及小球的弹起高度，计算小球在弹起过程中的弹簧势能。
通过以上实验，我们可以清楚地观察和测量动能与势能之间的转化过程。
一个动能与弹性势能相互转化的小实验本文介绍一个简单的实验，通过观察弹簧上挂着一个质量块来演示动能与弹性势能之间的相互转化。
实验过程简单，需使用简单的实验器材，适合初学者进行。
实验器材1.弹簧：一个有一定弹性的弹簧，用来给质量块提供弹性势能。
2.质量块：一个质量大小适中的物体，用来体现动能与弹性势能的转化。
3.测力计：用来测量质量块在弹簧上挂载时的拉力。
4.尺子：用来测量弹簧拉伸的长度。
实验步骤1.将弹簧挂在一个稳定的支架上，使其垂直向下悬挂，并将质量块挂在弹簧下端。
2.使用测力计测量质量块的重力，记为F g。
3.将质量块向下拉，记录下弹簧的拉力，记为F e，此时质量块的动能为零，弹性势能最大。
4.释放质量块，记录下质量块下落到弹簧最低点时的速度，记为v。
5.用测力计记录质量块到达最低点时的拉力，记为F r，此时质量块的动能为最大值，弹性势能为零。
6.用尺子测量弹簧被拉伸的长度，记为x，根据胡克定律，计算弹簧劲度系数k。
7.根据物理定律，动能与弹性势能之间存在以下关系式：$E_k = \\dfrac{1}{2}mv^2$$E_e = \\dfrac{1}{2}kx^2$其中，m为质量块的质量，v为质量块下落到最低点时的速度，x为弹簧被拉伸的长度，k为弹簧劲度系数。
实验结果与分析通过上述步骤，可以得到以下实验结果：•质量块重力 $F_g = 9.8 \\mathrm{N}$•弹簧拉力（弹性势能最大时）$F_e = 3.92 \\mathrm{N}$•质量块下落时的速度 $v = 1.75 \\mathrm{m/s}$•质量块在最低点的拉力 $F_r = 9.12 \\mathrm{N}$•弹簧拉伸的长度 $x = 0.13 \\mathrm{m}$•弹簧劲度系数 $k = 113.24 \\mathrm{N/m}$根据上述结果，可以计算出质量块的动能与弹性势能：$E_k = \\dfrac{1}{2}mv^2 = 0.5 \\times 1 \\times 1.75^2 = 1.53 \\mathrm{J}$ $E_e = \\dfrac{1}{2}kx^2 = 0.5 \\times 113.24 \\times 0.13^2 = 0.96\\mathrm{J}$可以看出，质量块的动能与弹性势能之间不断转化，但它们的总和始终保持不变。
动能和势能的转化教学目标：1.知道动能和重力势能、弹性势能可以相互转化，并能举例说明。
2．能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能相互转化的简单物理现象。
3.通过演示实验，培养学生的实验探究能力。
教学重点：动能和势能的转化演示探究教学难点：动能和势能的相互转化实验探究教学教具：滚摆。
单摆，斜槽，弹簧片，木球，人造地球卫星的挂图等。
教学过程：（一）、复习引入：手持粉笔头高高举起。
以此事例提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？（二）．引入新课学生回答提问后，再引导学生分析粉笔头下落的过程。
首先提出，当粉笔头下落路过某一点时，粒笔头具有什么能量？（此时既有重力势能，又有动能）继而让学生比较在该位置和起始位置，粉笔头的重力势能和动能各有什么变化？（重力势能减少，动能增加）（三）、进行新课在粉笔头下落的过程，重力势能和动能都有变化，自然界中动能和势能变化的事例很多，下面我们共同观察滚摆的运动，并思考动能和势能的变化。
实验1：滚摆实验。
出示滚摆，并简单介绍滚摆的构造及实验的做法。
事先应在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志，告诉学生观察颜色标志，可以判断摆轮转动的快慢。
引导学生复述并分析实验中观察到的现象。
开始释放摆轮时，摆轮在最高点静止，此时摆轮只有重力势能，役有动能。
摆轮下降时其高度降低，重力势能减少；摆轮旋转着下降，而且越转越快，其动能越来越大。
摆轮到最低点时，转动最快，动能最大；其高度最低，重力势能最小。
在摆轮下降的过程中，其重力势能逐渐转化为动能。
仿照摆轮下降过程的分析，得出摆轮上升过程中，摆轮的动能逐渐转化为重力势能。
实验2：单摆实验。
此实验摆绳宜长些，摆球宜重些。
最好能挂在天花板上，使单摆在黑板前，平行于黑板振动，以便在黑板上记录摆球运动路线中左、右最高点和最低点的位置。
分析单摆实验时，摆球高度的变化比较直观，而判断摆球速度大小的变化比较困难，可以从摆球在最高点前后运动方向不同，分析摆球运动到最高点时的速度为零，作为这一难点的突破口。
