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７．１ 2019-2020年人教版必修二7.1《行星的運動》WORD教案5 功和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系不僅為解決力學(xué)問題開辟了一條新的重要途徑，同時它也是分析 解決電磁學(xué)、熱學(xué)等領(lǐng)域中問題的重要依據(jù)．但是學(xué)生在能量概念的建立上沒有概念基礎(chǔ)， 所以教材在第一節(jié)設(shè)立迫尋守恒量，旨在讓學(xué)生對能量能夠有清晰的認識．教材從著名物理 學(xué)家的理論出發(fā)，展示伽利略的斜面實驗，逐步引導(dǎo)能量的概念建立．繼而利用生活中的實 例，給出勢能和動能的概念．教材具體說明了引入能量概念的必要性． 在實際教學(xué)中，逐步滲透物理學(xué)家研究待認識問題的方法：設(shè)法找出所研究現(xiàn)象是否存 在物理量守恒的情況，一旦發(fā)現(xiàn)某種物理量守恒，就首先用以整理過去的經(jīng)驗和知識并總結(jié) 成定律，然后在新的現(xiàn)象或事例中對總結(jié)出的守恒定律進行檢驗，如果定律得以證實就可以 借助它解決問題，甚至作出新的預(yù)見，追尋和研究守恒量是物理學(xué)的一種重要研究方法． 守恒關(guān)系是自然界中十分重要的關(guān)系，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，加強學(xué)生對守恒關(guān)系的認 識，并把這種物理思想滲透在能量學(xué)習(xí)的過程中． 教學(xué)重點 理解動能、勢能的含義，體會能量轉(zhuǎn)化、守恒的普遍存在性． 教學(xué)難點 培養(yǎng)創(chuàng)新能力，使學(xué)生在發(fā)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)化、守恒的普遍存在性后，能意識到存在的巨大 使用前景． 課時安排 1課時 三維目標 知識與技能 1．理解動能、勢能及能量的概念與意義． 2．能獨立分析伽利略理想斜面實驗的能量轉(zhuǎn)換和守恒關(guān)系． 3．能列舉不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化并守恒的實例． 過程與方法 1．體會伽利略分析問題的精妙，學(xué)習(xí)分析事物本質(zhì)的方法． ． 2．在列舉事例過程中體會費恩曼所說話的深刻內(nèi)涵，體會轉(zhuǎn)化與守恒的普遍性． 情感態(tài)度與價值觀 1．通過動能、勢能間的相互轉(zhuǎn)化來研究生活中的物體的運動，培養(yǎng)熱愛生活的情趣． 2．通過“追尋守恒量”，使學(xué)生了解守恒思想的重要性，初步樹立能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀 點，學(xué)會從物理現(xiàn)象中探求事物本質(zhì)的科學(xué)態(tài)度和研究方法． 3．通過學(xué)習(xí)，要善于把實際問題理想化． 如圖所示，一個用細線懸掛的小球從A點開始擺動．記住它向右 能夠達到的最大高度．然后用一把直尺在P點擋住擺線，看一看這種 情況下小球所能達到的高度． 這個實驗現(xiàn)象說明了什么?它是否說明在小球擺動的過程中某 種“東西”是不變的?這種“東西”會是什么? 通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，同學(xué)們就能理解這一實驗現(xiàn)象了． 故事導(dǎo)入 新華社2000年12月31日和中央電視臺2001年元月6日先后報道：在20世紀的最后幾分鐘里，一項新的多米諾骨牌吉尼斯世界紀錄，在北京頤和園體育健康城綜合館和網(wǎng)球館誕生了．中國、日本和韓國的62名青年學(xué)生成功地推倒了340多萬張骨牌，一舉打破了此前由荷蘭人保持的297萬張的世界紀錄．從電視畫面可看出，骨牌瞬間依次倒下的場面蔚為壯觀，其間顯示的圖案豐富多彩，令人驚嘆．其中蘊含著一定的科學(xué)道理，這就是“多米諾骨牌效應(yīng)”．該效應(yīng)產(chǎn)生的能量是十分巨大的．這種效應(yīng)的物理道理是：骨牌豎著時，重心較高，倒下時重下降，倒下過程中，將其重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，它倒在第二張牌上，這個動能的一部分就轉(zhuǎn)移到第二張牌上，第二張牌將第一張牌轉(zhuǎn)移來的動能和自己倒下過程中由本身具有的重力勢能轉(zhuǎn)化來的動能之和，再傳到第三張牌上……所以每張牌倒下的時候，雖然有部分能量損失，但具有的動能都比前一塊牌大，因此它們的速度一個比一個快，也就是說，它們依次推倒的能量一個比一個大．你可以設(shè)想一下，如果牌的個數(shù)足夠多，那么最后一個牌的速度將是怎樣的大!場面又是何等的壯觀! 故事中應(yīng)用到了動能、勢能及其轉(zhuǎn)化．今天，我們就來學(xué)習(xí)追尋守恒量這節(jié)課，學(xué)習(xí)問題中展示的能量問題，探索其中的奧秘． 問題導(dǎo)入 “挽弓當(dāng)挽強，用箭當(dāng)用長；射人先射馬，擒賊先擒王．”這是一首杜甫的詩．跳高運動員總是要充分地助跑才能取得好的成績．請同學(xué)們思考下面的問題： (1)為什么強弓就射得遠?跳高運動員是以高度來計成績的。而他舒為什么要提高自己 的速度呢?難道速度和高度之間有什么聯(lián)系嗎? (2)這體現(xiàn)了一種什么過程? 牛頓是經(jīng)典力學(xué)的奠基人，他提出了三個定律和萬有引力定律，但是他沒有研究過能量 (至少沒有深人研究)，所以當(dāng)時人類對自然的認識還很有局限．但在伽利略的實驗中，已鱈 有了“能量”的影子． 能量概念的形成和發(fā)展，始終是和能量守恒定律的建立過程緊密相連的．能量守恒定褲 的發(fā)現(xiàn)告訴我們，盡管物質(zhì)世界千變?nèi)f化，但這種變化不是沒有規(guī)律的，基本的規(guī)律就是守 恒定律．這一節(jié)課我們從一個較高的角度去認識這個問題． 教師指導(dǎo)：讓一位學(xué)生朗讀教材開頭費恩曼的話，讓學(xué)生體會能量守恒定律的重要性． 活動探究 課件展示l 9大屏幕投影展示伽利略理想實驗的flash模擬動畫． 問題：1．當(dāng)小球沿斜面從高處由靜止?jié)L下時，小球的高度不斷減小，而速度不斷增大，說明了什么? 2．當(dāng)小球從斜面底沿另一個斜面向上滾時，小球的位置不斷升高，而速度不斷減小，說 明了什么問題? 學(xué)生觀察交流、討論并總結(jié)： 明確：1．說明小球憑借其位置而具有的物理量不斷減少，而由于運動而具有的物理量不 斷增大． 2．說明小球憑借位置而具有的物理量不斷增加，而由于運動而具有的物理量逐漸減少． 課件展示2：利用動畫模擬實驗，將斜面調(diào)整。引導(dǎo)學(xué)生觀察小球的運動情況．指導(dǎo)學(xué)生自己組織語言。描述看到的物理現(xiàn)象．學(xué)生通過閱讀并觀察、討論、總結(jié)：讓小球沿一個斜面從靜止開始滾下，小球?qū)L上另一斜面，如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨龋疁p小后一斜面的傾角，小球在這個斜面上仍達到同一高度，但這時他要滾得遠些．若繼續(xù)減小后一斜面的傾角，小球達到同一高度，但滾得更遠些． 教師設(shè)疑：若將后一斜面放平，小球的運動情況將是怎樣? 引導(dǎo)學(xué)生討論、交流，大膽猜想． 參考結(jié)論：小球好像“記得”自己的起始高度，但又永遠達不到原來的高度，所以將永遠滾動下去． 點評：教師通過動畫展示，讓學(xué)生感受到“有某一量是守恒的”．教師逐步引導(dǎo)，讓學(xué)生體會“守恒量”的追尋過程，進一步激發(fā)學(xué)生的探究意識和學(xué)習(xí)的欲望． 二、物體的動能和勢能 實驗演示；演示滾擺實驗和單擺實驗，進一步強化，如果沒有摩擦和介質(zhì)阻力，物體好像“記得”自己初始的高度，即某一量是守恒的． 引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)以上示例，舉出生活中其他關(guān)于此種現(xiàn)象的事例． 公園里的秋千，游樂園里的海盜船，乒乓球自高處落到水泥地面上后的運動，在沒有摩 擦和空氣阻力的情況下，都能達到一定的高度．這說明，將實際生活中的問題理想化后，確實存在著某一物理量是不變的． 通過學(xué)生列舉實例，讓學(xué)生體會生活中的普遍規(guī)律． 教師點評：在物理學(xué)中，我們把以上這一事實說成是“有某一量是守恒的”，并把這個量叫做能量或能． 通過閱讀體會，給出動能與勢能的概念，體會動能與勢能轉(zhuǎn)化并守恒的普遍存在． 教師引導(dǎo)學(xué)生認識，伽利略的發(fā)現(xiàn)今天看來就是我們學(xué)習(xí)過的能量轉(zhuǎn)化與守恒的思想． 其中與高度有關(guān)的量，我們稱為勢能；與速度有關(guān)的量我們稱為動能． 藉，到處是殘木破板和人畜尸體．地震海嘯給人類帶來的災(zāi)難是十分巨大的…… 試查閱有關(guān)資料，談一談此次海嘯中存在哪些能量． 例：以豎直上拋的小球為例說明小球的勢能和動能的轉(zhuǎn)化情況．在這個例子中是否存 在著能的總量保持不變? 參考解析：豎直上拋運動的小球，首先由動能轉(zhuǎn)化為勢能，達到最高點時，動能為零，勢能達到最大；在下落時，勢能逐漸減小，動能遙漸增大，勢能又轉(zhuǎn)化為動能．在小球運動過程中，小球的機械能總量保持不變． 點評：本實例探究可以應(yīng)用受力情況來作分析，亦可根據(jù)實際運動情況總結(jié)，緊緊抓住 高度影響勢能，速度影響動能這一關(guān)鍵進行分析． 如圖所示，一根不可伸長的細繩拴著一個小球在豎直平面內(nèi)擺動， 圖中a、b、c三點分別表示小球擺動過程中的三個不同位置，其中a、c 等高．在小球擺動的整個過程中，動能最大時是在 　　 點，在　　　　 點勢能最大；如果沒有空氣阻力的影響，小球在a點的動能 (填”大于”等于”或“小于”)在c點的動能． 解析：在小球來回擺動時，動能與勢能不停地相互轉(zhuǎn)化但總量不變．在a、c兩點時位置最高，勢能最大，速度為零，動能為零．在b點時位置最低，勢能最小，速度最大，動能最大． 答案：b a、c等于 方法總結(jié)：在某一過程中，若僅涉及動能和勢能的轉(zhuǎn)化，若能判斷出其中一種能量正在 減小或增大，則另一種能量一定正做相反變化，且一種能量為零時，另一種能量達到最大值． 1．物體由于位置高度而具有的能量叫做重力勢能．對于同一水平面而言，物體被舉得越高、質(zhì)量越大，物體具有的重力勢能就越大． 2．物體由于運動而具有的能量叫做動能．動能是由物體的質(zhì)量和速度共同決定的，物體運動的速度越大、質(zhì)量越大，它的動能就越大． 3．動能和勢能統(tǒng)稱為機械能．動能可以轉(zhuǎn)化為勢能，勢能也可以轉(zhuǎn)化為動能．在只有重力做功時，動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化過程中，總的機械能不變． 1．通過各種途徑查找資料，了解人類對能量的研究過程． 2．在其他自然學(xué)科中列舉出幾個能量轉(zhuǎn)化與守恒的實例；轉(zhuǎn)化與守恒的思想(不僅僅是 能量)在生產(chǎn)生活中的實例．(例如水資源) 課題：能量的應(yīng)用． 內(nèi)窖：古代戰(zhàn)爭中常用滾木和檑石作為武器來阻止敵人的進攻，你能利用所學(xué)的知識說 明其中的科學(xué)道理嗎?這種戰(zhàn)術(shù)適用于哪種情況?怎樣才能使殺傷力更大?為什么? 方法：利用動能與勢能的轉(zhuǎn)化思想． 參考答案：滾木和檑石的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，利用其動能來殺傷敵人；這種戰(zhàn)術(shù)適用 于居高防守．提高其高度增大其質(zhì)量才能有更大的殺傷力． 解答：做自由落體運動的物體在下落過程中，勢能不斷減小，動能不斷增加，在轉(zhuǎn)化的過程中，動能和勢能的總和不變． 學(xué)生是知識的主動建構(gòu)者，學(xué)生對所研究問題的熱情程度及在探究過程中所表現(xiàn)出來 的精神狀態(tài)和情緒，直接影響教學(xué)的效果．本設(shè)計利用學(xué)生生活中常見的秋千、海盜船，由靜止下落的乒乓球引入新課，用伽利略理想斜面實驗，引發(fā)學(xué)生的思維能力，使學(xué)生產(chǎn)生求知的興趣與熱情．通過感悟斜面實驗的科學(xué)現(xiàn)象，重走追尋守恒量的科學(xué)之路，完成教學(xué)目標的情感態(tài)度這一難度要求．繼而通過滾擺、單擺的視頻資源調(diào)動探求動能與勢能轉(zhuǎn)化的關(guān) 系，體會能量的守恒思想． “自然力”會互相轉(zhuǎn)化，尤其是各種“自然力”都會轉(zhuǎn)化為“熱質(zhì)”．例如：通過摩擦生熟說明“活 力”會轉(zhuǎn)化為“熱質(zhì)”，“溫差電”現(xiàn)象說明“熱質(zhì)”會轉(zhuǎn)化為電的“自然力”，電流熱效應(yīng)說明電 流的“自然力”會轉(zhuǎn)化為“熱質(zhì)”，還有光電效應(yīng)、光磁效應(yīng)、光輻射、電化學(xué)、電磁感應(yīng)等現(xiàn)象都說明“自然力”不能從“無”到“有”，一種“自然力”的產(chǎn)生必定是另一種“自然力”消耗的結(jié) 果，各種“自然力”會相互轉(zhuǎn)化，但它們是統(tǒng)一的，等價的，本質(zhì)是相同的．于是人們用“能量”統(tǒng)稱各種“自然力”，并指出能量并不是一種含在物質(zhì)中的成分，而是依附在物質(zhì)上，是物體具有的一種對外做功的能力． 二、能量存在的基本形式 能量依附于物質(zhì)，以物質(zhì)為栽體，存在于物質(zhì)的不同運動形式和相互作用中，在高中物 理中能量從存在的基本形式來分可分為兩大類：一類是存在于物質(zhì)不同的基本運動形式中， 我們可以統(tǒng)稱為動能．不同的基本運動形式具有不同形式的動能．宏觀物體由于機械運動而 具有的機械動能，微觀分子由于熱運動具有的分子動能，電子繞核高速運動的動能，核子運 動的動能，光子運動具有的光能等，這類能量的大小也與運動有關(guān)．另一類能量是存在于一 些具有特殊相互作用的物體組成的系統(tǒng)內(nèi)，這類能量都與系統(tǒng)內(nèi)物體間相對位置有關(guān)，這類 能統(tǒng)稱位能或勢能．宏觀物體與地球問的萬有引力勢能(重力勢能)，微觀分子間的分子勢 能，電荷間的電勢能，核子間的核勢能等．這兩大糞基本形式的能量組成了宇宙萬物中的各 種各樣的能量．機械運動的物體具有的機械能就是動能，重力勢能與彈簧的彈性勢能組成} 物體內(nèi)能就是所有分子動能和分子勢能總和；太陽能就是大量以光速運動的光子總能量；化 學(xué)能就是化學(xué)物質(zhì)內(nèi)部原子、離子間的電勢能總和；水能就是流動的水具有的動能和高處的 水具有的重力勢能；風(fēng)能就是流動空氣的動能；原子能就是原子內(nèi)柱子動能、核勢能、電勢能的總和． 從更深的角度來說，能量又是物質(zhì)存在的另一種形式．當(dāng)物質(zhì)具有的能量增加時，其質(zhì) 量將增大．能量減少時．質(zhì)量減?。纾衡櫤肆炎冡尫拍芰?，質(zhì)量減小等等．一般的能量變化引起的質(zhì)量變化很微小，幾乎不可測量，只有在核反應(yīng)過程中能量變化巨大，質(zhì)量的變化略微大些才可以測量得出． 來源：