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11．4　动能和势能
1．物理观念：
(1)从做功的角度描述能量，能说出能量与做功的关系，记住能量的单位。
(2)通过对动能、势能的学习，初步建立能量的观念。知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
(3)知道物体的动能和势能可以相互转化。能解释与机械能转化有关的现象，认识水能、风能。
2．科学思维：
(1)根据生活中的具体实例，分析得出能量与做功的关系。
(2)在实验探究的过程中加强对转换法、控制变量法的理解与运用。
(3)根据实验现象，推理得出动能的大小与物体质量和速度的关系。
(4)通过对单摆、过山车和蹦蹦床的观察，推理得出动能与势能相互转化的规律。
(5)类比各种机械能转化实例，有运用机械能转化的观点分析力学问题的意识。
3．科学探究：
(1)探究物体的动能、重力势能和弹性势能跟哪些因素有关，设计检验实验，通过交流反馈，最终能够进行清晰地表述，提升科学探究能力。
(2)通过观察和实验，探究动能和势能相互转化的规律。
4．科学态度与责任：
(1)具有从能量的角度分析物理问题的意识。
(2)通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，养成尊重事实、探索真理的科学态度。
(3)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，初步建立能源的可持续发展观念。
教学重点：建立动能和势能的概念，理解影响动能和势能大小的因素。
教学难点：能的初步概念。
小车、木块、重物、小桌、沙子、弹簧等。
一、情景引入
人类生活、生产离不开能量。因此，我们就很有必要学习并了解一些有关能量方面的知识。
问题：根据你的认识与了解，能说说能量有哪些形式吗？
学生讨论回答。
指出：机械能是能量中最常见的一种形式。
设问：到底什么是能呢？
二、新课教学
探究点一：认识能量
1．演示实验。
(1)运动的小车推动木块运动。
(2)被举高的重物下落将小桌子压入沙中。
(3)被拉伸的弹簧拉动小车运动。
2．分析、讨论。
(1)运动的小车对木块、被举高的重物对小桌、被拉伸的弹簧对小车做没做功？你判断的依据是什么？
(2)运动的小车、被举高的重物、被拉伸的弹簧有什么共同特点？
在学生回答的基础上，引出“能量”的概念。并引导学生看课本P15图14－4－1中的情景，说出什么物体具有能量。
3．“能量”的概念。
物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有能量，简称“能”。
4．如何去判断能的大小。
举例讨论：下列哪种风具有的能量最大？
(1)四、五级风能够推动帆船“逆水行舟”；
(2)八、九级大风可以使大树“前仰后合”；
(3)飓风能把大树连根拔起。
分析：你怎样判断能的大小？
总结：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，它具有的能量就越大。
5．能的单位和功的单位相同：都是焦耳(J)。
探究点二：机械能的分类
问题：运动的小车、被举高的重物、被拉伸的弹簧都具有做功的本领，所以都具有能。它们具有能的原因是否相同呢？
回顾实验作答：
小车之所以具有能，是因为其运动。
重物之所以具有能，是因为高处的物体受到重力的作用。
弹簧之所以具有能，是因为其发生了弹性形变。
为了区分它们，物理学中作了如下规定。
1．动能：物体由于运动而具有的能。
2．重力势能：高处的物体由于受重力作用而具有的能。
3．弹性势能：物体发生弹性形变而具有的能。
4．机械能的分类：
机械能
探究点三：动能的大小跟哪些因素有关
问题：物体具有的动能大小可能跟什么因素有关？并说明猜想的依据。
猜想一：动能的大小可能跟物体的速度有关；
理由：用玩具手枪射出去的塑料子弹威力大，而用手扔出去威力小；
猜想二：动能的大小还可能跟物体的质量有关。
理由：在交通事故中，电动自行车间发生碰撞的后果相对较轻，而以相同速度行驶的大卡车碰撞护栏的后果很严重。
设计实验：课本P16活动1。
思考：
(1)怎样让小球自己运动起来，获得动能？
(2)动能的大小可能跟两个因素有关，用什么方法进行实验？
(3)怎样改变小球运动的速度？又怎样控制小球运动的速度相同？
(4)怎样比较小球动能的大小？
实验探究：
分析现象、得出结论：
质量相同时，速度越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能越大；
速度相同时，质量越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能越大。
练习：
①一辆汽车突然加速行使，它的动能________。为什么？
②洒水车在马路上匀速前进并不停地洒水，它的动能________。为什么？
③交通部门为什么要对车辆进行限速？为什么同一路段不同车辆限速不同？
探究点四：势能的大小跟哪些因素有关
问题：物体具有的重力势能大小可能跟什么因素有关？并说明依据。
学生猜想：
设计实验方案。
思考：
(1)如何比较重物重力势能的大小？
(2)如何在实验中控制有关的变量？
学生根据设计方案探究后，汇报结果。
分析总结、得出结论：
物体的位置越高，质量越大，它具有的重力势能就越大。
关于弹性势能的大小与什么因素有关？让学生自己课后自行设计实验方案、并进行探究。
探究点五：机械能的转化
1．机械能。
(1)动能和势能是机械能的两种表现形式。
(2)一个物体可以既有动能，又有势能，也可以只具有动能或者只具有势能。
练习：说明下列物体具有什么形式的机械能。
①在海上行驶的轮船；
②吊在天花板上的吊灯；
③被拉长的橡皮筋；
④在空中飞行的子弹。
2．动能与势能的转化。
通过实验、观察和分析，认识物体的动能和势能之间是可以相互转化的。
(1)演示并分析课本P18活动3中设置的实验。
得出结论：物体具有的动能和势能是可以相互转化的。有摩擦等阻力时，在动能与势能的相互转化中，机械能会减少。
(2)举出日常生活中动能与势能相互转化的事例并分析。
11．4　动能和势能
一、动能
1．定义：物体由于运动而具有的能叫做动能
2．影响因素：质量、速度
二、重力势能
1．定义：高处的物体由于受重力作用而具有的能叫做重力势能
2．影响因素：质量、所处的高度
三、弹性势能
1．定义：物体发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能
2．影响因素：弹性形变程度
四、机械能的转化
本节课为了能突破动能、重力势能和弹性势能的概念，我设计了多组探究实验。再从中归纳出：动能、重力势能和弹性势能。这样加深了学生对动能、重力势能和弹性势能的概念的理解，更懂得了它们之间的区别与联系。进一步启发学生设计实验探究三种能量分别与什么因素有关。并引导学生联系生活，列举出几种具有以上三种能量的例子。最后通过课堂练习进一步巩固知识。11．3　机械效率
1．物理观念：
(1)知道有用功、额外功、总功及三者之间的关系。
(2)了解机械效率，能利用机械效率的公式进行简单计算。
(3)知道滑轮组机械效率与物体重力的大小有关，知道提高机械效率的方法。
(4)理解提高机械效率对实际生产、生活的意义。
2．科学思维：
(1)类比数学中的效率概念，推理得出机械效率的公式。
(2)类比滑轮组的机械效率，推理归纳其他简单机械的机械效率计算。
3．科学探究：
通过探究滑轮组的机械效率实验，培养学生拟定简单的科学探究计划和实施实验方案的能力。
4．科学态度与责任：
(1)通过探究活动增强与其他同学合作的意识，培养学生严谨的科学态度。
(2)在分析问题、解决问题的同时，体会成功的喜悦，激发探索科学的求知欲。
(3)关注生产、生活中的各种机械的机械效率，有用机械效率来评价机械的意识。
教学重点：有用功、额外功、总功及机械效率。
教学难点：同一机械的效率是可变的。
斜面、小车、铁架台、滑轮组、细绳、钩码、弹簧测力计和刻度尺等。
一、情景引入
学习、工作要讲究效率，使用机械也要讲效率。那么，什么是机械效率呢？
下面我们就来研究这个问题。
二、新课教学
探究点一：有用功与额外功
日常生活中，人们搬运物体，不是将物体平移到另一个地方，就是将物体从低处搬到高处(或从高处搬到低处)。
课件展示有关生活、生产中搬移物体的片段，引导学生观察。
演示1：用手将一重物直接从低处匀速搬到高处。
演示2：利用斜面将该重物从低处匀速移到高处。
演示3：用动滑轮将该重物从低处匀速搬到高处。
交流：这些实验中，如何计算人做功的多少？
分析：利用机械时，所做的功为何多一些？
讨论：哪些功是我们需要的、有价值的功？哪些功是我们不需要但又不得不做的功？
学生经过思考、讨论，可以作答。
分析：课本P11图11－3－1中，哪些功是我们需要的、有价值的功？哪些功是我们不需要却不得不做的功？
在学生回答的基础上，指出“有用功”“额外功”及“总功”的含义。
1．有用功(W有用)：我们需要的、有价值的功。
2．额外功(W额外)：无利用价值却不得不做的功。
3．总功(W总)：动力对机械做的功。
4．总功等于有用功与额外功之和，即W总＝W有用＋W额外。
探究点二：机械效率
讨论：
(1)当你用水桶提水时，有两只大小相同的水桶可供选择，一只是轻质塑料桶，另一只是厚铁皮桶，你选择哪一只水桶？为什么？
(2)当你用滑轮提升一个重物时，你选择哪一种滑轮？为什么？
至此，引导学生自己总结出机械效率的定义和公式。
1．机械效率的定义：有用功与总功的比。
2．公式：η＝×100%。
3．讨论：
(1)机械效率表示的物理意义是什么？
(2)机械效率的单位是什么？
(3)为什么机械效率总小于1？能不能等于1
(4)如何提高机械效率？
4．例题：
如图所示，建筑工人用滑轮组提升重为220 N的水泥桶，动滑轮重为20 N，不计滑轮与绳之间的摩擦及绳重。如果工人将绳子匀速向上拉了6 m，则水泥桶上升了多少？滑轮组的机械效率是多少？
探究点三：测量滑轮组的机械效率
实验原理：η＝×100%。
实验装置(如图)：
讨论：
(1)滑轮组工作时的有用功怎样计算？需要测量哪些物理量？
(2)滑轮组的额外功是怎样产生的，是否便于测量？
(3)有其他简便的方法测算总功吗？需要测量哪些物理量？
(4)为了求出滑轮组的有用功和总功，从而计算滑轮组工作时的机械效率，除滑轮组外，实验中还需要哪些测量器材？
注意事项：
(1)钩码上升的高度h，可用竖直放置在钩码旁的刻度尺读出，以钩码的下端为标准读数。
(2)拉力F的大小由弹簧测力计的示数读出，要匀速拉动弹簧测力计，弹簧不要和外壳摩擦。
(3)测量细绳自由端通过的距离s时，可事先在细绳自由端上作一标记，再拉弹簧测力计，用滑轮组提升重物。用刻度尺量出钩码上升的高度h后，再量出细绳标记移动的距离，就是细绳自由端通过的距离s。
实验结论：同一个滑轮组，在改变钩码的数量时，其机械效率是不同的。
思考：
(1)还有什么因素会影响滑轮组的机械效率？为什么？
(2)用课本P12图11－3－2所示的两种不同方式提升相同重物时的机械效率相同吗？
(3)用同一滑轮组提升不同高度时的机械效率相同吗？为什么？
11．3　机械效率
一、有用功与额外功
1．有用功：我们需要的、有价值的功，叫做有用功
2．额外功：无利用价值却不得不做的功，叫做额外功
3．总功：有用功与额外功之和是总功
二、机械效率
1．概念：有用功与总功的比
2．公式：η＝×100%
三、测量滑轮组的机械效率
1．实验原理
2．实验装置
3．实验结论
本节课我采用提问——思考——实验——分析——小结的教学方法，逐步提出有用功、额外功、总功的概念，然后进一步建立机械效率的概念，同时注意引导学生主动思考，认真分析，重视实验，使学生在课内有所思、有所见、有所做、有所得，淡化教师的主讲思想，体现学生是学习的主体，让学生逐步形成科学的思维方式和主动的学习习惯，有利于更好地完成教学任务。
我认为教学中应该注意如下问题：
1．机械效率中“效率”概念不能讲得太死，应留有延伸的余地，为以后的效率问题做一定的铺垫。
2．机械效率的计算难度不宜过大，机械做功的实例也应避免组合机械。
3．严格规范W有用、W额外、W总的书写，强调物理量下标的重要性。11．2　功　率
1．物理观念：
(1)知道功率，能说出功率的物理意义。
(2)能写出功率的定义式，并能进行简单计算。
2．科学思维：
类比速度的概念，推理得出功率的计算公式。
3．科学探究：
通过做功的实例分析，了解做功的快慢可以用功率表示。
4．科学态度与责任：
具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。
教学重点：功率的概念。
教学难点：功率的计算。
体重计、卷尺、秒表等。
一、情景引入
讨论：在建筑工地上，需要把几百块砖全部送到楼顶，你能想出几种办法？你认为应选择哪种办法？为什么这样选择？
二、新课教学
探究点一：做功的快慢
力做功时，不仅有多有少，而且有快有慢。在生产实践中，人们不仅要注意做功的多少，更要关心做功的快慢。如何比较做功的快慢呢？
1．活动：怎样比较做功的快慢。
阅读课本P7活动1，注意观察图中情景，了解女同学和男同学各是怎么说的。因图中两位同学的说法都带有片面性，即女同学只比较功的多少而没有考虑时间，男同学只比较时间的长短而没有考虑做功的多少。
2．讨论、交流，提出自己的看法。
经过讨论交流，学生可以得出：两位同学的说法都是片面的，不能只比较做功多少或只比较做功时间的长短。要比较物体做功的快慢，必须同时考虑两个因素：一是物体做了多少功，二是物体做功所用的时间。
3．小实验(准备：在讲台两侧地面上分别放四本书)。
实验1：一位同学一次将四本书搬到讲台上，另一位同学分四次将四本书搬到讲台上，两次做功所用的时间不同。
实验2：两位同学用相同的时间，一位同学将两本书，另一位同学将四本书，同时从地面搬到讲台上。
实验3：一位同学用较短的时间将两本书从地面搬到讲台上。另一位同学将三本书用较长的时间从地面搬到讲台上。
讨论：谁做功快，谁做功慢，要求说明判断的理由。
分析实验1可得出：做相同的功，用时少做功快。
分析实验2可得出：做功时间相同，做功多的做功快。
实验3现象：一位同学做功少，但用的时间短。另一位同学做功虽多，但用的时间长。
让学生找出比较做功快慢的方法来。
实际教学中，不少学生很快会联想到速度概念和压强概念的建立过程，提出用做功的多少与所用时间的比来比较做功的快慢。
教师指出，这是最简单也是最佳的方法。
探究点二：功率
1．功率概念：在物理学中，把做功的多少与所用时间的比叫做功率。
2．功率的物理意义：表示做功快慢的物理量。
3．功率计算公式：功率＝，即P＝。
4．功率的单位。
在国际单位制中，功的单位是焦耳(J)，时间的单位是秒(s)，功率的单位是焦耳每秒(J/s)，它有一个专门的名称叫瓦特，简称瓦，符号是W，这个单位是为了纪念英国物理学家瓦特而命名的。
工程技术上还常用千瓦(kW)作为功率的单位，1 kW＝103 W。
(1)体验：1 W的大小。
在1 s内将两个鸡蛋举高1 m，做功的功率约为1 W。
(2)阅读课本P9“信息浏览”，了解一些物体的功率，说明其意义。
探究点三：功率的计算
1．人在3 s内做功150 J，求人做功的功率。
2．挖掘机在1 min内做了7.2×106 J的功，求挖掘机的功率。
例题：高出水面30 m的楼顶上有一个容积是50 m3的水箱，要用一台离心式水泵抽水给水箱加水，1 h能把水箱充满即可，这台水泵的功率至少是多少千瓦呢？(g取10 N/kg)
方法指导：首先弄清题意，找出已知量和待求量，明确解题的思路。分析是沿着P＝→W＝Gh的思路进行。
探究点四：比一比，谁的功率大
1．设计实验。
(1)要测出每个同学上楼的功率，需要知道哪些物理量？
(2)怎样测量这些物理量？
(3)测量顺序是怎样的？
(4)如何设计记录数据的表格？
2．测量过程。
男女同学各选10名“运动员”排成两纵队，由两位同学记录时间t，一位同学负责测量学生体重G，两位同学用卷尺测量四楼到地面的距离h，由教师指挥发出信号，学生开始以最快速度跑上四楼。记时员及时报时，将G、h、t三个数据填入表格中计算功率。最后比一比谁的功率大。并讨论同学们功率不同的原因是什么？
姓名 体重
G/N 登楼的高度
h/m 登楼的时间
t/s 登楼的功率
P/W
11．2　功　率
一、做功的快慢
二、功率
1．概念：做功的多少与所用时间的比叫做功率
2．公式：P＝
3．单位：瓦特，简称瓦，符号为W
三、功率的计算
四、比一比，谁的功率大
1．本节课功率概念的建立是重点内容，我的设计是：让学生感受生活中做功的快慢，随后提出如何比较做功的快慢。激发学生的学习兴趣。通过展示课本图片以及PPT图片和类比速度的方法突破重点知识。(这种方法我认为能行，但是在实施的时候没有处理好细节)
2．本节的难点是功率的计算，通过对登楼功率的测量，提高学生参与教学的意识，同时培养团结协作的精神，加强对功率的认识，以突破难点。(这个方法的效果实践证明很好，学生学习物理的兴趣更浓了)
3．对于功率的变形公式我让学生感受几个比较难的题目，然后提出怎样做？激发学生思考。最后提供解题方法，使学生能灵活运用公式。第十一章　功与机械能
11．1　功
1．物理观念：
(1)知道力学中功的概念，能说出做功的两个必要因素。
(2)能判断物体是否做功。
(3)明确计算功的大小的表达式以及公式中每个物理量的物理意义和单位，并能进行简单的计算。
2．科学思维：
(1)通过对各种实例进行分析，推理出做功的两个必要因素，并能判断具体情境中的力是否做功。
(2)通过力的示意图建立做功的模型，正确理解力的方向上移动的距离，准确计算出功的大小。
3．科学探究：
基于实际情境中各种做功和不做功的情况，通过交流、反思得出不做功的三种情况，培养交流、分析能力。
4．科学态度与责任：
培养学生乐于探索自然现象和物理规律的品格，提高学生参与观察、讨论、探索活动的积极性。
教学重点：建立功的概念，学会用公式对功进行简单的计算。
教学难点：理解功的概念，会用功的两个必要因素判断力对物体是否做功。
多媒体设备、小车、木块、弹簧测力计、刻度尺等。
一、情景引入
如图所示，他们都“做工”了，但是没“做功”。如何从物理学角度来理解这个问题呢？
二、新课教学
探究点一：做功的定义
1．通过实验，体验“做功”。
学生实验1：用力沿水平方向推着小车前进(如图所示)。
描述观察到的现象：小车在水平推力作用下，移动了一段距离。
要求：用示意图表示出小车所受的推力以及运动过程情况。
点拨：此实验中小车在水平推力F作用下，移动了一段距离s。
学生实验2：用力将地上的物体拿到桌面上来(如图所示)。
描述观察到的现象：物体在力的作用下，向上移动了一段距离。
要求：用示意图表示出物体所受的拉力以及运动过程情况。
点拨：此实验中物体在拉力F作用下，向上移动了一段距离s。
2．分析以上2个实验并结合课本P2活动1，找找共同点，建立功的概念。
仔细观察两示意图，比较一下。
(1)这两幅图中同学的活动有什么共同点？
(2)物体为什么会移动一段距离？
(3)移动的距离和力之间有何关系？
共同点：物体受到力的作用，并沿这个力的方向移动一段距离。
3．功的概念。
物理学中规定：作用在物体上的力，使物体在力的方向上移动一段距离，就说这个力对物体做了机械功，简称做了功。
探究点二：做功的两个必要因素
1．做功的两个必要因素。
(1)作用在物体上的力；
(2)物体在力的方向上移动的距离。
2．活动。
请教室后排一同学，将他的文具盒(或其他物品)交给老师。引起学生注意，再结合这一过程，让学生分析文具盒受力情况和位置变化情况(画出示意图)，讨论该同学作用在文具盒的力做没做功。
3．分析课本P3活动2，进一步理解做功的含义。
先让学生交流讨论，鼓励学生用科学语言进行表述。
4．练习：分析下列物体受到的力，并指出力对物体是否做功。
(1)手提着木块不动，木块受几个力的作用？哪个力对木块做了功？为什么？
(2)放在水平木板上的小车，在水平拉力作用下前进了一段距离，拉力和重力这两个力对小车做功了吗？为什么？
(3)工人推动小车在水平地面上前进。当工人停止用力后，小车还能向前运动一段距离，在这个过程中，工人还对小车做功吗？为什么？
在学生讨论回答的基础上，归纳出三种不做功的情况：
(1)物体没有受到力的作用，靠惯性通过一段路程(F＝0)；
(2)物体受到力，但没有移动距离，即通过的路程为零(s＝0)；
(3)物体受力方向和物体运动的方向垂直(F与s的方向垂直)。
探究点三：功的计算
1．功的多少。
如图甲所示，用力把一砖块匀速提升1 m，做功是多少呢？
如图乙所示，如果用力把三块同样的砖匀速提升1 m，做功是多少呢？
如图丙所示，如果用力把一块砖匀速提升3 m，做功又是多少呢？
点拨：分析可知功与力、距离的关系如何呢？
学生交流后得出的结论有：
(1)使物体移动的距离一定时，力越大，做的功越多；(2)力一定时，使物体移动的距离越大，做的功越多；(3)力越大，使物体移动的距离越大，做的功越多；(4)功的多少跟作用在物体上的力成正比，跟物体移动的距离成正比。
2．功的计算方法。
定义：力对物体做的功，等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。
(1)公式：功＝力×距离，即W＝Fs。
(2)单位：在国际单位制中，功W的单位是牛·米(N·m)或焦耳(J)。
(3)1 J的物理意义：1 N的力，使物体在力的方向上通过1 m的距离所做的功为1 J。
即：1 J＝1 N×1 m＝1 N·m
注意：在计算过程中，力F的单位是牛(N)；距离s的单位是米(m)。
3．功的简单计算。
例题1：如图所示，人拉着重400 N的车子沿水平方向前进5 m，你能求出此人做了多少功吗？如果拉力为500 N呢？
分析：因为题目中人做功是拉力做功，给出重力但没有给出拉力的大小，所以不能计算出此人做了多少功。如果拉力为500 N，可根据公式计算：W＝Fs＝500 N×5 m＝2 500 J。
例题2：如课本P5图11－1－5所示，某人沿斜面向上推木箱的力F为100 N，他把木箱从斜面底部推到2 m高处。斜面长4 m，人的推力做了多少功？
分析：题目中标示出了两个距离，哪一个是计算人的推力做功需要测得的距离s呢？根据定义，力对物体做的功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。人的推力是沿斜面向上的，因此距离应取斜面的长度。
11．1　功
一、功的定义
二、物体做功的两个必要因素
1．作用在物体上的力
2．物体在力的方向上移动的距离
三、功的计算(W＝Fs)
四、在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，用字母J表示。1 J＝1 N·m，它表示1 N的力作用在物体上，使物体在力的方向上通过了1 m的距离，这个力对物体做的功就是1 J
本节课没有直接给出功的定义，而是设计了“找找共同点”这样的活动，给学生充分的经历和体验的空间，让他们通过自己的观察、比较和讨论，逐步建立功的概念。关于怎样计算功(活动3)，也不是直接讲解，而是给出了一种常见的错误，通过学生的辨析、讨论、纠正，充分发挥学生的主体作用，从而得出正确的解题思路。

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