机械能及其转化教学设计【学情分析】本节课是在学习了动能和势能的基本概念的基础上，针对机械能及其转化的教学课。对于学生来说，动能和势能方面的知识比较抽象，较难理解，学生通过直接的理性分析得到应有结论的能力有待培养。本节课既是对机械能知识的学习、深化和提高，也是对高中阶段机械能守恒知识的准备和铺垫。【教材分析与处理】一、教材分析与处理本节内容由“机械能及其转化”“水能和风能的利用”两部分构成，教学的重点是动能和势能之间的相互转化。教学的关键是“实例分析”，所以在指导学生学习的过程中，要注意联系机械能转化在生产、生活中的应用，要学生明确机械能变化的具体过程，学会分析机械能的转化。通过实验和实例让学生感受到机械能转化知识在实际应用中的价值。对于本节课的教学，要注意做到“三个注重”。在教学过程中，第一要注重实验教学。利用与教材内容相适应的演示实验引导学生从感性入手，明确实验的目的，清楚具体的过程。结合观察到的实验现象，从速度的变化、高度的变化到能量的变化各个角度去认知能量的转化。第二要注重实例分析。让学生分析、讨论生活中的实例，如过山车运行、玩蹦蹦床、拍皮球等过程中物体高度、速度和弹性形变程度的变化，进而讨论动能和势能的变化情况。引导学生掌握分析问题的科学方法，强化学生的感悟、理解、应用进程。通过视频播放我国水能和风能利用情况，使学生不仅了解水力发电过程（能量的转化），也使学生对我国在这方面取得的成就感到自豪，使学生的爱国之感油然而生。第三要注重初、高中知识的衔接。对机械能守恒和机械能不守恒的常见情况进行引导分析，激励学生积极思考，拓展学生对知识的认识。二、教学目标知识和技能：1、知道机械能包括动能和势能。2、能用实例说明动能和势能之间可以相互转化，能解释有关动能、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。4、通过水能和风能的利用知道人类如何利用机械能转化来解决实际问题。过程与方法：1、通过观察和实验，认识动能和势能之间的相互转化的过程。2、动手设计实验，勇于探索自然现象和身边的物理道理。情感态度与价值观：1、关心机械能与人们生活的联系，有将机械能应用于生活的意识。2、培养学生具有爱国意识。三、教学重点知道动能、重力势能和弹性势能统称机械能;通过实验和实例分析，知道动能和势能可以相互转化。四、教学难点通过实验和实例知道动能和势能是如何相互转化的。【教学媒体】多媒体课件、自制教具、实验器材（滚摆、铁锁、细绳、溜溜球、 铁架台、 钢球、 细线、带弹簧的斜面）【教法、学法与教学手段】通过实验、视频、动画为学生认识和分析动能与势能的相互转化提供直观感性材料。为学生提供一种分析动能和势能相互转化的思维方法：高度换速度，形变换两“度”（即高度和速度）。以高度的降低换取速度的增加，反之亦然，以高度的降低或速度的减小来换取物体形变的发生或增大，反之亦然。利用多媒体教学的优势为学生提供资源支持，加大容量，增加练习机会，感悟不同现象中的动能和势能的转化。【教学课时】2课时【教学过程】【导入新课】教师活动：手持粉笔头高高举起。提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？学生活动：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点时，粉笔头具有什么能量？（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）在粉笔头下落的过程，重力势能和动能都有变化，指出自然界中动能和势能变化的事例很多。设计意图：从身边的实验出发，充分调动学生参与课堂教学的积极性。【新课教学】教师活动：机械能是一种常见的能量形式，因而它的单位与能量的单位一致，也是焦耳。练一练：若一只飞行的燕子的机械能为11J，重力势能是5J，那么其动能大小是多少？一、机械能1、定义：物体由于位置变化而做功具有的能统称为机械能。即动能和势能统称为机械能。2、包括：动能和势能3、大小：4、 理解：一个物体的机械能是动能和势能的统称，只具有动能或只具有势能或同时具有动能和势能，度可以说物体具有机械能。机械能是宏观物体发生机械运动时所具有的能，是宏观形式的能。设计意图：增加学生对机械能的认识和理解。动能和重力势能的转化：教师活动：之所以把动能、势能统称为机械能，是因为动能和势能可以相互转化，滚摆和单摆是动能和势能可以相互转化的常见实例。下面通过实验分析实例中动能和势能如何相互转化的？1、探究活动一：如图1，将滚摆卷起后释放，让学生观察分析：滚摆在最高处时具有什么能？释放后观察滚摆的高度、速度、质量的变化。分别分析滚摆下降和上升过程中动能、势能的变化情况。动能和重力势能之间是否可以相互转化？学生活动：学生进行实验并回答问题：重力势能。下降时：质量不变、高度变小、速度变大、重力势能变小、动能变大，减小的重力势能变成了动能。上升时：质量不变、高度变大、速度变小、重力势能变大、动能变小。减小的动能变成了重力势能。动能和重力势能之间可以相互转化。2、探究活动二：如图2，将单摆的摆球置于A处，然后释放。摆球就可以在A、B、C之间来回摆动。摆球在哪些位置高度最高？摆球在哪些位置速度最大？分析摆球从AB运动过程中，动能、势能的变化情况。分析摆球从BC运动过程中，动能、势能的变化情况。学生活动：学生进行实验并回答问题：摆球在A、C处位置最高，具有的重力势能最大。摆球在B处速度最大，具有的动能最大。摆球从AB运动过程中，重力势能不断减小，动能不断变大，是重力势能不断转化为动能。摆球从BC运动过程中，重力势能不断增大，动能不断减小，是动能不断转化为重力势能。总结：二、动能和重力势能的转化：动能转化为重力势能：表现形式：动能转化为重力势能，动能减小，重力势能增加，表现为同一物体的v在不断减小，动能减小，h不断增加，重力势能增加，动能转化为重力势能。重力势能转化为动能：表现形式：重力势能转化为动能，重力势能减小，动能增加，表现为同一物体的h在不断减小，重力势能减小，v不断增加，动能增加，重力势能转化为动能。设计意图：使学生初步形成能量转化的意识。通过精心设计的问题，激活学生的思维，提高学生参与课堂教学的积极性和有效性。教师活动：滾摆和单摆实验都有力说明了动能和重力势能可以相互转化。你能举出几个类似的例子吗？点评学生回答，课件展示过山车、荡秋千设计意图：利用学生身边的物品实验，调动学生学习热情和参与讨论积极性。体现生活处处有物理，培养学生的归纳总结能力。3、探究活动三：按下图3进行实验。手持着木球将弹簧片推弯，而后突然释放木球，观察到什么现象？在此过程中，涉及哪些能量的转化？让木球从斜槽上端滚下，观察木球碰击弹簧片的过程。分析图3中，木球从甲乙图和乙丙图能量转化的过程。学生活动：学生进行实验并回答问题：观察到木球在弹簧片的作用下在水平槽内运动。在此过程中，弹簧的弹性势能转化为木球的动能。从甲乙图中，木球的动能转化为弹簧的弹性势能。从乙丙图中弹簧的弹性势能转化为木球的动能。总结：三、动能和弹性势能的转化：动能和弹性势能的转化：表现形式：动能转化为弹性势能，动能减小，弹性势能增加，表现为同一弹性物体的v在不断减小，动能减小，不断增大，弹性势能增加，动能转化为弹性势能。弹性势能和动能的转化：表现形式：弹性势能转化为动能，弹性势能减小，动能增加，表现为同一弹性物体的在不断减小，弹性势能减小，v为不断增大，动能增加，弹性势能转化为动能。设计意图：通过精心设计的问题，激活学生的思维，提高学生参与课堂教学的积极性和有效性。教师活动：教师演示乒乓球下落上升过程中能量怎样转化？学生活动：回答：乒乓球从上方某点下落到接触地面之前：重力势能转化为动能；接触地面到形变最大：动能转化为弹性势能 乒乓球回复原状：弹性势能转化为动能； 离开上升：动能转化为重力势能。设计意图：利用学生身边的物品实验，调动学生学习热情和参与讨论积极性。体现生活处处有物理，培养学生的归纳总结能力。教师活动：铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？介绍做法，让两个学生演示体会。引导学生注意观察现象。这表明铁锁的机械能总量变大还是变小？为什么？假设没有阻力,会怎么样呢?学生活动：学生演示，认真观察。没有打到鼻子，铁锁越摆越低。变小，有空气阻力和摩擦。若没有阻力，机械能不变。归纳：四、机械能守恒：定义：如果物体只有动能和势能的相互转化，机械能总量保持不变，叫机械能守恒。（即不考虑摩擦和阻力做功）动能与势能转化问题的分析：首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失机械能不守恒。设计意图：利用学生身边的物品实验，调动学生学习热情和参与讨论积极性。体现生活处处有物理，培养学生的归纳总结能力教师活动：扩大视野“科学世界”人造地球卫星人造地球卫星在太空运行，只有动能和势能的转化，机械能是守恒的。动画播放人造地球卫星的运行。思考：卫星运行过程中机械能是否守恒？卫星从远地点向近地点运动时重力势能、动能、速度分别怎么变化？卫星在什么时候动能最大？什么时候重力势能最大？学生活动：学生阅读并思考后回答：守恒，因为卫星在太空运行，没有空气阻力，只有动能和势能之间的相互转化。重力势能增大，动能减小，速度减小。在近地点时动能最大，在远地点时重力势能最大。设计意图：小实验、动画拉近了物理知识于学生的距离，增加了学习的趣味性。又培养了学生总结、归纳能力，语言表达能力。五、水能和风能的利用教师活动：讲述：自然界的流水和风蕴含巨大的能量。课件展示流水和风的能量。人类对水能和风能的利用主要是发电，它们清洁无污染，是人们大力发展的理想能源。组织学生自学“水能和风能的利用”，了解人们利用水能和风能的方法和历程。学生活动：观看图片，认识流水和风能够做功，蕴含的能量巨大。了解水力发电、建立风车田发电。设计意图：借助课件将学生不感兴趣的内容呈现出来，培养学生关注科学、关心社会发展的意识。【练习】1一辆城市绿化洒水车，在一条平直的高架路上匀速行驶，当它一边洒水一边行驶时，它的动能________，重力势能_____ ，机械能 。（填增大减小或不变)2.小孩在荡秋千游戏中，从最低处荡到最高处，能量转化正确的是: A.动能增大，重力势能增大 B.动能减小，重力势能增大C.动能不变，重力势能增大 D.动能不变，重力势能不变3.下列情况中,重力势能转化为动能的是( ) A.在水平面上滚动的小球 B.汽车上山 C.空中匀速下降的降落伞 D.苹果从树上落下 5.跳水运动员跳板跳水时，从运动员腾空跳起向上运动后再向下落入水中，若不计空气阻力，则在整个过程中 （ ） A运动员的动能一直增大，机械能不变B运动员的重力势能一直减小，机械能减小C运动员的动能先减小后增大， 机械能不变D运动员的重力势能先减小后增大，机械能增大【课堂小结】这节课我们学习了机械能的概念、机械能内部之间的相互转化、机械能的守恒以及水能和风能的利用。【作业】见课外作业本