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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 功和能量轉化的關系不僅為解決力學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、熱學等領域中問題的重要依據(jù)．但是學生在能量概念的建立上沒有概念基礎， 所以教材在第一節(jié)設立迫尋守恒量，旨在讓學生對能量能夠有清晰的認識．教材從著名物理 學家的理論出發(fā)，展示伽利略的斜面實驗，逐步引導能量的概念建立．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． 在實際教學中，逐步滲透物理學家研究待認識問題的方法：設法找出所研究現(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驗和知識并總結 成定律，然后在新的現(xiàn)象或事例中對總結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，甚至作出新的預見，追尋和研究守恒量是物理學的一種重要研究方法． 守恒關系是自然界中十分重要的關系，通過本節(jié)課的學習，加強學生對守恒關系的認 識，并把這種物理思想滲透在能量學習的過程中． 教學重點 理解動能、勢能的含義，體會能量轉化、守恒的普遍存在性． 教學難點 培養(yǎng)創(chuàng)新能力，使學生在發(fā)現(xiàn)了能量轉化、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換和守恒關系． 3．能列舉不同形式的能量可以相互轉化并守恒的實例． 過程與方法 1．體會伽利略分析問題的精妙，學習分析事物本質的方法． ． 2．在列舉事例過程中體會費恩曼所說話的深刻內涵，體會轉化與守恒的普遍性． 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”，使學生了解守恒思想的重要性，初步樹立能量轉化與守恒的觀 點，學會從物理現(xiàn)象中探求事物本質的科學態(tài)度和研究方法． 3．通過學習，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)課的學習，同學們就能理解這一實驗現(xiàn)象了． 故事導入 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球館誕生了．中國、日本和韓國的62名青年學生成功地推倒了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道理，這就是“多米諾骨牌效應”．該效應產生的能量是十分巨大的．這種效應的物理道理是：骨牌豎著時，重心較高，倒下時重下降，倒下過程中，將其重力勢能轉化為動能，它倒在第二張牌上，這個動能的一部分就轉移到第二張牌上，第二張牌將第一張牌轉移來的動能和自己倒下過程中由本身具有的重力勢能轉化來的動能之和，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! 故事中應用到了動能、勢能及其轉化．今天，我們就來學習追尋守恒量這節(jié)課，學習問題中展示的能量問題，探索其中的奧秘． 問題導入 “挽弓當挽強，用箭當用長；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? 牛頓是經典力學的奠基人，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，盡管物質世界千變萬化，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：讓一位學生朗讀教材開頭費恩曼的話，讓學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? 學生觀察交流、討論并總結： 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，將斜面調整。引導學生觀察小球的運動情況．指導學生自己組織語言。描述看到的物理現(xiàn)象．學生通過閱讀并觀察、討論、總結：讓小球沿一個斜面從靜止開始滾下，小球將滾上另一斜面，如果沒有摩擦，小球將上升到原來的高度．減小后一斜面的傾角，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． 教師設疑：若將后一斜面放平，小球的運動情況將是怎樣? 引導學生討論、交流，大膽猜想． 參考結論：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，讓學生感受到“有某一量是守恒的”．教師逐步引導，讓學生體會“守恒量”的追尋過程，進一步激發(fā)學生的探究意識和學習的欲望． 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． 引導學生根據(jù)以上示例，舉出生活中其他關于此種現(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． 通過學生列舉實例，讓學生體會生活中的普遍規(guī)律． 教師點評：在物理學中，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，體會動能與勢能轉化并守恒的普遍存在． 教師引導學生認識，伽利略的發(fā)現(xiàn)今天看來就是我們學習過的能量轉化與守恒的思想． 其中與高度有關的量，我們稱為勢能；與速度有關的量我們稱為動能． 藉，到處是殘木破板和人畜尸體．地震海嘯給人類帶來的災難是十分巨大的…… 試查閱有關資料，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：本實例探究可以應用受力情況來作分析，亦可根據(jù)實際運動情況總結，緊緊抓住 高度影響勢能，速度影響動能這一關鍵進行分析． 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：在某一過程中，若僅涉及動能和勢能的轉化，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．動能是由物體的質量和速度共同決定的，物體運動的速度越大、質量越大，它的動能就越大． 3．動能和勢能統(tǒng)稱為機械能．動能可以轉化為勢能，勢能也可以轉化為動能．在只有重力做功時，動能和勢能的相互轉化過程中，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．在其他自然學科中列舉出幾個能量轉化與守恒的實例；轉化與守恒的思想(不僅僅是 能量)在生產生活中的實例．(例如水資源) 課題：能量的應用． 內窖：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，你能利用所學的知識說 明其中的科學道理嗎?這種戰(zhàn)術適用于哪種情況?怎樣才能使殺傷力更大?為什么? 方法：利用動能與勢能的轉化思想． 參考答案：滾木和檑石的重力勢能轉化為動能，利用其動能來殺傷敵人；這種戰(zhàn)術適用 于居高防守．提高其高度增大其質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，在轉化的過程中，動能和勢能的總和不變． 學生是知識的主動建構者，學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，直接影響教學的效果．本設計利用學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)學生的思維能力，使學生產生求知的興趣與熱情．通過感悟斜面實驗的科學現(xiàn)象，重走追尋守恒量的科學之路，完成教學目標的情感態(tài)度這一難度要求．繼而通過滾擺、單擺的視頻資源調動探求動能與勢能轉化的關 系，體會能量的守恒思想． “自然力”會互相轉化，尤其是各種“自然力”都會轉化為“熱質”．例如：通過摩擦生熟說明“活 力”會轉化為“熱質”，“溫差電”現(xiàn)象說明“熱質”會轉化為電的“自然力”，電流熱效應說明電 流的“自然力”會轉化為“熱質”，還有光電效應、光磁效應、光輻射、電化學、電磁感應等現(xiàn)象都說明“自然力”不能從“無”到“有”，一種“自然力”的產生必定是另一種“自然力”消耗的結 果，各種“自然力”會相互轉化，但它們是統(tǒng)一的，等價的，本質是相同的．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中的成分，而是依附在物質上，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，以物質為栽體，存在于物質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．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，這類能量都與系統(tǒng)內物體間相對位置有關，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 學能就是化學物質內部原子、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；風能就是流動空氣的動能；原子能就是原子內柱子動能、核勢能、電勢能的總和． 從更深的角度來說，能量又是物質存在的另一種形式．當物質具有的能量增加時，其質 量將增大．能量減少時．質量減?。纾衡櫤肆炎冡尫拍芰浚|量減小等等．一般的能量變化引起的質量變化很微小，幾乎不可測量，只有在核反應過程中能量變化巨大，質量的變化略微大些才可以測量得出． 來源：