第15章第4节 动能和势能

　　教学目标

　　一、知识与技能

　　理解动能、势能的概念。

　　二、过程与方法

　　通过探究，了解动能、重力势能的大小各与什么因素有关并能解释简单的现象。

　　教具：斜槽，钢球，木块，橡皮筋，压缩弹簧等。

　　教学过程

　　一、引入新课

　　出示斜槽，并演示钢球从斜槽上滚下，在水平桌面上撞击木块，使木块移动了一段距离。让学生分析碰撞过程中，做没做功?

　　利用学生分析的结果“钢球对木块做了功”引入能量的概念：一个物体能够做功，我们就说它具有能量。可见物理学中，能量和功有着密切的联系，能量反映了物体做功的本领。

　　不同的物体做功的本领也不同。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。

　　二、新课学习

　　物体具有能量的形式是多种多样的，以后我们将逐步认识各种形式的能量。刚才的实验中钢球撞击木块能够做功，但若将钢球停靠在木块一侧(边讲边演示)，这时的钢球并不能推动木块做功。只有运动的钢球才能推动木块做功。

　　1.动能：物体由于运动而能够做功，它们具有的能量叫做动能。 引导学生广泛地列举事例，说明运动的空气、水和各种物体都能够做功，而具有动能。概括出“一切运动的物体都具有动能。”

　　列举事例说明：运动的物体具有的动能多少不尽相同。如狂风能吹倒大树，而微风只能使树枝摇动。进而通过演示实验，概括出决定物体动能大小的因素。

　　演示课本实验，实验可分三步：

　　①将同一个钢球，从斜面不同高度滚下，让学生观察钢球将木块推动的距离。木块被推动的距离不同，说明钢球对木块做的功不同。木块被推动得越远，表明钢球的动能越大。实验说明：从不同高度滚下的网球，具有不同的动能。

　　②上面的实验表明钢球从较高处滚下时具有的动能大。那么钢球从不同的高度滚下时有什么不同呢?我们可通过观察实验来得到结论。将质量相同的两个钢球，同时从斜槽的{zg}点和接近斜槽底部的位置释放。从{zg}点滚下的钢球能在水平槽上追上从接近底部滚下的钢球。实验表明从高处滚下的钢球速度大。从而得到结论：物体的动能与速度有关，速度越大，物体的动能越大。

　　③换用不同质量的钢球，从同一高度让其滚下，让学生观察钢球推动木块的距离。从而得出结论：运动物体的质量越大，动能就越大。

　　演示实验之后，总结实验结果：运动物体的速度越大，质量越大，动能就越大。

　　2.势能：物体由于运动的原因而具有动能，物体还可能由于其他的原因而具有能量。例如，同学们都玩过用橡皮筋弹射纸弹的游戏，拉长的橡皮筋能给纸弹一个力，并推动纸弹移一段距离，从而对纸弹做了功。同样拉弯的弓、压缩的弹簧也能够做功，它们都具有能量，这种能量叫做弹性势能，它是由于物体发生弹性变形变而具有的能量。

　　解释弹性形变：物体受到外力作用而发生的形状变化，叫做形变。如果外力撤消，物体能恢复原状，这种形变叫做弹性形变。列举事例说明物体的弹性形变。如：拉长的弹簧，压扁的皮球，弯曲的钢锯条，上紧的钟表发条等。

　　利用课本实验阐明物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。为节省课堂时间，课前将两个性质相同弹簧，压缩到不同的长度。先后将拉紧弹簧的绳烧断，两次砝码被弹起的高度不同。弹簧压得越紧，放松时它做的功越多，表示它的弹性势能越大。

　　被举高的重物，也能够做功。例如：举高的铅球，落地时能将地面砸个坑；举高的夯落下时能把木桩打入地里。举高的物体具有的能量叫重力势能。

　　列举事例说明：物体的质量越大，举得越高，它具有的重力势能越大。如：举起同样高度的铅球和乒乓球，铅球落下时做的功多，具有的重力势能大。铅球举得越高，具有的重力势能就越大。

　　引导学生讨论树上结的苹果是否有重力势能?通过讨论使学生理解“一个物体能够做功”的含义。能够做功只是说物体具有了做功的"本领"，但不一定做了功。树上结的苹果虽然没有做功，但只要它从树上掉下来就能做功，所以我们说它具有重力势能。

　　3.机械能：让学生分析静止在桌面上的钢球是否具有能量?(具有重力势能)继而让学生分析在桌面上滚动的钢球具有什么能?通过分析得知滚动的钢球既有动能，又有势能。

　　动能和势能统称为机械能。一个物体既有动能，又有势能，那么动能和势能的和就是它的总机械能。

　　4.能量的单位：从前面的讨论，我们可以认识到能量是跟做功有密切联系的概念，能量反映了物体具有做功的本领，能量的大小可以用能够做功的多少来衡量。因此，动能、势能和机械能的单位跟功的单位相同，也是焦耳。

　　三、小结

　　通过以下问题的讨论，进一步帮助学生理解能量、动能、势能、机械能等概念及机械能的单位。

　　(1)高山上有一块大石头，稳稳地待在那里，它有没有能量?有什么能量?

　　(2)列举几个物体具有动能、重力势能、弹性势能的事例。

　　(3)在空中飞行的球，它具有的重力势能是5焦，具有的动能是4焦，这只球具有的总机械能是多少?

　　(4)在同一高度铅球和棒球具有的重力势能不相等，若使它们的重力势能相等，可采取哪些方法?

　　(5)从斜槽上端滚下的小球，它有没有重力势能?在它下滚的过程中重力势能的大小有没有变化?为什么?在滚下的过程中有没有动能?它的动能有没有变化?为什么?