动能和势能_大学动能和势能

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教学目标

1、了解能量的初步概念．

2、知道什么是动能及影响动能大小的因素．

3、知道什么是重力势能和弹性势能及影响势能大小的因素．

4、能举例说明物体的动能、重力势能、弹性势能．

5、能用动能、势能大小的因素解释简单的现象．

6、通过演示实验、生活中的现象归纳和总结，提高学生观察、比较、想象、归纳的能力．

教材分析

本节教材首先在学生学过的功的知识的基础上，直接从功和能的关系引入了能量的初步概念，不追求严密性．这是因为初中只要求学生对能量的概念有初步的认识．教材列举了风、流水等能够做功，以便使学生对运动物体具有能量形成比较清楚的具体印象，同时也为讲水能和风能的利用埋下伏笔．由此引出了动能的概念，用实验说明动能的大小跟速度、质量的关系，能够培养学生的观察分析能力，势能的教学也是从做功的角度先引入势能概念，再由实验或观察生活中的现象学习势能的大小的决定因素．最后，教材给出了机械能的概念，并指出动能、势能、机械能的单位和功的单位相同，都是焦耳．

教法建议

对于能量的引入，可以从一些涉及能量的词中，知道“能”是重要概念．再联系做功的知识，列举实例如课本上的实例和演示小实验．

用学生自主学习的方法，让学生列举运动物体能做功的现象，并分析这些不同事物的相同点，进而得出运动的物体具有的能量是动能的结论．进一步用实验或多媒体资料发现动能大小的决定因素，并进而用学到的知识，即动能定义、动能大小的决定因素来分析和解释生产和生活中的现象．

对于重力势能和弹性势能的学习，也用同样的方法，可以设计与动能相同的学习框架，让学生用科学探究的方法学习，同时学生可以加深体验学习物理的方法和感觉到学习物理的乐趣．

对于机械能的学习，可以用学生阅读课本或提供给学生的阅读材料，教师进行总结，注意要用联系实际的事例使学生能够分析机械能的实际问题，并理解动能和势能统称为机械能中“统称”的含义．

教学设计示例 第一节 动能和势能 【课题】动能和势能【重点和难点分析】动能和势能概念的建立．重力势能概念建立：由于实际看到的下落物体做功都表现为有速度的物体的做功，所以在建立重力势能概念时，要强化能够做功的物体就有能量． 【教学过程设计】

1，引入新课

由于能量和做功的概念有密切的联系，所以通过一些问题引导学生由功和能的关系理解能量的概念．提供学生思考的问题有：怎样才算做功了；功的必要条件和单位；分析具体实例引入能量的概念．

实验：演示钢球从斜面上滚下，在水平面上撞击木块，使木块移动一段距离，学生分析在碰撞过程中，做功的情况．由分析结果“钢球对木块做了功”引出能量的概念“一个物体能够做功，我们就说它具有能量．可见在物理学中，能量和做功有密切的联系，能量反映了物体做功的本领．一个物体能做的功越多，这个物体的能量越大．

2，新授课：动能

1），动能概念的建立

观察和分析生活中的实例：风吹动帆船航行，空气对帆船做了功；急流的河水把石头冲走，水对石头做了功，运动的钢球打在木块上，把木块推走，钢球对木块做了功．

利用板图帮助学生找到不同现象的共性的内容：运动的物体能够做功，我们把它们所具有的能量称为“动能”．

从板图上，学生应当能够总结出“物体由于运动具有的能量称为动能”．

根据学生的具体情况，可以由学生总结结论，也可以教师帮助学生逐步的寻求共同点，得到结论．

2），动能大小的决定因素

实验步骤1：让同一个钢球在斜面的不同位置上滚下，观察小球撞击木块的现象，并分析得到的结论．

学生在观察过程中要思考的问题：钢球先后从不同高度处滚下的原因；撞击距离的远近说明了什么；做功多少说明了什么；实验结论．

分析过程：同一个钢球，原来的位置越高，滚到斜面下端时的速度越大，把木块推得越远，做的功越多，说明具有的动能越大，所以动能的大小与物体运动速度有关．

实验步骤2：观察钢球和木球在斜面的同一高度处滚下，撞到平面上的木块发生的现象，并分析实验的结论．

学生在观察过程中思考的问题：钢球和木球从斜面的同一高度处滚下的原因；撞击木块的远近说明了什么；做功多少说明了什么；实验结论．

分析过程：钢球和木球从斜面的同一高度处滚下，到达斜面底部时速度相同，钢球的质量大，把木块推得远，做功多，具有动能大，所以动能的大小还与物体的质量有关．

综上所述：物体的动能大小和物体的质量、运动速度有关．

3，新授课：势能

1），力势能概念的建立及其大小的决定因素

引导学生观察分析重锤具有做功能力，因而具有能量：重锤被举高，当下落时，能够把木桩打入地里，对木桩做功，所以它因能够做功而具有能量，我们把这种能量称为重力势能．

学生列举生活中存在重力势能的实例．并结合实例分析出物体和地面有高度差就有重力势能（可以让学生知道我们都是以地面为参考，来分析重力势能的）

学生从实例中分析重力势能的大小的决定因素，并结合实际现象分析是否有重力势能、重力势能大小比较、重力势能的变化三个方面的问题．

2），弹性势能概念的建立及其大小的决定因素

建议学习方法为学生阅读，并回答问题：什么是弹性势能；举例说明物体具有弹性势能可以做功；分析压缩弹簧被放松而做功的实例；列举并分析弹性势能大小比较和弹性势能变化的实例．

4，新授课：机械能

讲清机械能上动能和势能的统称其中统称的含义：表示动能和势能都属于机械能，即机械能有两种表示方式：动能和势能．一个物体既可以有动能也可以有势能． 【板书设计】

探究活动

【课题】分析玩具小车在运动过程中的能量转化 【组织活动形式】学生小组

【活动方案参考】

1、观察小车的传动结构，在上紧发条时和松开发条时的情景；思考弹性势能大小和做功多少的关系．

2、看看市场或超市中还有哪些上发条的小车．

3、观察现在流行的儿童玩具靠什么发动的． 【评价】

1、材料全班共享．

2、写出观察和分析的过程报告．

3、从网上查找的资料，要列出学习过程清单． >

有关动能和势能的例题

【例1】下面的物体中，只具有动能的是______；只有势能的是______；既具有动能、又具有势能的是 [ ]。

A．停在地面上的汽车。

B．在空中飞行的飞机。

C．被起重机吊在空中静止的货物。

D．弹簧。

E．在水平铁轨上正行驶的火车。

【分析】停在地面上的汽车没有运动，它不具有动能；因在地面上，它也没有势能。

正在空中飞行的飞机，它在运动着，具有动能；它离地面有一定的高度，又具有重力势能。

在空中静止的货物，它没有动能，只有重力势能。

弹簧在没有发生弹性形变时，它不具有弹性势能。

水平铁轨上行驶的火车，只有动能没有势能。

【解答】只有势能的是C；只有动能的是E；既有动能又有势能的是B。【说明】在确定物体具有何种能量时，应按照动能、重力势能、弹性势能的定义，分析物体是否在运动，是否被举高，是否发生了弹性形变，符合哪一种能量的定义，就确定物体具有哪一种能量。

【例2】体积相同的实心钢球和木球放在水平桌面上，铜球静止，木球在桌面上做匀速直线运动，则 [ ]

A．铜球的动能小于木球的动能。

B．铜球的势能小于木球的势能。

C．铜球的机械能一定小于木球的机械能。

D．铜球的机械能一定等于木球的机械能。

【分析】铜球静止，没有动能，木球运动着，具有动能。铜球和木球都在水平桌面上，离地面的高度相同，但铜球的质量大于木球的质量，因此铜球的重力势能大于木球的重力势能。机械能等于物体的势能与动能之和。铜球的动能为零，但势能大；木球的动能大，但势能小。由于不知它们的具体大小，所以无法比较铜球和木球的机械能的大小。【解答】A。【说明】紧紧抓住决定动能、势能大小的因素进行分析，即可比较出物体具有动能、势能的多少。

【例3】判断下列几种情况下，物体的动能、势能是否变化？是增加还是减少？

(1)货物在钢丝绳的牵引下上升，但速度在减小；

(2)电梯上升得越来越快；

(3)汽车在平直公路上匀速前进；

(4)弯曲的钢锯条在逐渐变直。

【分析】(1)货物在上升过程中，离地面的高度增加，运动速度减小。

(2)电梯在上升过程中，离地面的高度及运动速度都增加。

(3)汽车在平直公路上匀速行驶时，其离地面的高度和运动速度都没有发生变化。

(4)弯曲的钢锯条在逐渐变直的过程中，弹性形变逐渐变小。【解答】(1)货物的重力势能增加，动能减少。

(2)电梯的重力势能增加，动能增加。

(3)汽车的重力势能、动能都不变。

(4)钢锯条的弹性势能减小。

【说明】在说明动能的大小和变化时，应抓住质量和速度进行分析；说明势能的大小和变化时，应抓住质量和离地面的高度或抓住弹性形变的情况进行分析。【例4】下列物体各具有什么形式的机械能？

(1)高速升空的火箭；

(2)被拉长的弹弓橡皮条；

(3)被水电站拦河坝拦住的上游水；

(4)竖直到达最高点的上抛小球。

【分析】对照动能、重力势能、弹性势能的定义，即能判断出上述物体各具有什么形式的能。【解答】(1)高速升空的火箭，速度不为零，且高度在增加，因此具有动能和势能。

(2)被拉长的弹弓橡皮条发生弹性形变，具有弹性势能。

(3)被拦河坝拦住的上游水是流动的，具有功能；同时水位又被拦河坝提得较高，因此又具有重力势能。

(4)小球被竖直抛到最高点时，不再运动，速度为零，因此只具有重力势能。【例5】体育课上所用的铅球和垒球，外形的大小很相似，当它们以同样的快慢在水泥球场上滚动时，哪一种球的动能更大些，其原因是什么？

【分析】决定物体动能大小的因素是物体的质量和运动速度。比较铅球和垒球的质量大小，就能比较出当它们以同样大小的速度滚动时动能的大小关系。【解答】铅球的动能更大些。因为铅球和垒球的体积相似，而铅的密度较大，则铅球的质量大于垒球的质量；由于它们的运动速度大小相同，所以铅球的动能大些。

【例6】试说明水轮机的作用。

【解答】水轮机是利用水能做功代替人力劳动的机器。

【说明】自然界中的水能不便于人们直接利用，需要把水能转变成转动形式的动能，以便带动各种机器的转动。水轮机的叶轮就可以实现这种转变。

水轮机能直接带动工作机，也可以带动发电机把机械能转化为电能使用。【例7】“挂在屋檐上的瓦，因为静止，没有做功，所以没有能”。这种说法对吗？

【分析】挂在屋檐上的瓦，处于一定的高度，可视为“被举高”了，因而具有重力势能。

【解答】题中说法不对。因为一个物体具有能，只说明它能做功，但它不一定做功。所以瓦处于静止，没有做功，不能表明它不能做功，因而也就不能断言它没有能。

【说明】“做功”与“能做功”是两个不同的概念，要注意加以区分。

有关动能和势能的转化的例题