§14.1 動(dòng)能和勢(shì)能

　　(一)教學(xué)目的

　　1.了解能量的初步概念。

　　2.知道什么是動(dòng)能及影響動(dòng)能大小的因素。

　　3.知道什么是勢(shì)能及影響勢(shì)能大小的因素。

　　4.知道什么是機(jī)械能及機(jī)械能的單位。

　　(二)教具

　　斜槽，鋼球，木塊，橡皮筋，壓縮彈簧等。

　　(三)教學(xué)過(guò)程

　　1.引入新課

　　出示斜槽，并演示鋼球從斜槽上滾下，在水平桌面上撞擊木塊，使木塊移動(dòng)了一段距離。讓學(xué)生分析碰撞過(guò)程中，做沒(méi)做功?

　　利用學(xué)生分析的結(jié)果"鋼球?qū)δ緣K做了功"引入能量的概念：一個(gè)物體能夠做功，我們就說(shuō)它具有能量。可見(jiàn)物理學(xué)中，能量和功有著密切的聯(lián)系，能量反映了物體做功的本領(lǐng)。

　　不同的物體做功的本領(lǐng)也不同。一個(gè)物體能夠做的功越多，表示這個(gè)物體的能量越大。

　　2.進(jìn)行新課

　　物體具有能量的形式是多種多樣的，以后我們將逐步認(rèn)識(shí)各種形式的能量。剛才的實(shí)驗(yàn)中鋼球撞擊木塊能夠做功，但若將鋼球停靠在木塊一側(cè)(邊講邊演示)，這時(shí)的鋼球并不能推動(dòng)木塊做功。只有運(yùn)動(dòng)的鋼球才能推動(dòng)木塊做功。

　　(1)動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而能夠做功，它們具有的能量叫做動(dòng)能。

　　引導(dǎo)學(xué)生廣泛地列舉事例，說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的空氣、水和各種物體都能夠做功，而具有動(dòng)能。概括出"一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有動(dòng)能。"

　　列舉事例說(shuō)明：運(yùn)動(dòng)的物體具有的動(dòng)能多少不盡相同。如狂風(fēng)能吹倒大樹(shù)，而微風(fēng)只能使樹(shù)枝搖動(dòng)。進(jìn)而通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，概括出決定物體動(dòng)能大小的因素。

　　演示課本圖1-1實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)可分三步：

　?、賹⑼粋€(gè)鋼球，從斜面不同高度滾下，讓學(xué)生觀察鋼球?qū)⒛緣K推動(dòng)的距離。木塊被推動(dòng)的距離不同，說(shuō)明鋼球?qū)δ緣K做的功不同。木塊被推動(dòng)得越遠(yuǎn)，表明鋼球的動(dòng)能越大。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：從不同高度滾下的網(wǎng)球，具有不同的動(dòng)能。

　?、谏厦娴膶?shí)驗(yàn)表明鋼球從較高處滾下時(shí)具有的動(dòng)能大。那么鋼球從不同的高度滾下時(shí)有什么不同呢?我們可通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)來(lái)得到結(jié)論。將質(zhì)量相同的兩個(gè)鋼球，同時(shí)從斜槽的最高點(diǎn)和接近斜槽底部的位置釋放。從最高點(diǎn)滾下的鋼球能在水平槽上追上從接近底部滾下的鋼球。實(shí)驗(yàn)表明從高處滾下的鋼球速度大。從而得到結(jié)論：物體的動(dòng)能與速度有關(guān)，速度越大，物體的動(dòng)能越大。

　　③換用不同質(zhì)量的鋼球，從同一高度讓其滾下，讓學(xué)生觀察鋼球推動(dòng)木塊的距離。從而得出結(jié)論：運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量越大，動(dòng)能就越大。

　　演示實(shí)驗(yàn)之后，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：運(yùn)動(dòng)物體的速度越大，質(zhì)量越大，動(dòng)能就越大。

　　(2)勢(shì)能：物體由于運(yùn)動(dòng)的原因而具有動(dòng)能，物體還可能由于其他的原因而具有能量。例如，同學(xué)們都玩過(guò)用橡皮筋彈射紙彈的游戲，拉長(zhǎng)的橡皮筋能給紙彈一個(gè)力，并推動(dòng)紙彈移一段距離，從而對(duì)紙彈做了功。同樣拉彎的弓、壓縮的彈簧也能夠做功，它們都具有能量，這種能量叫做彈性勢(shì)能，它是由于物體發(fā)生彈性變形變而具有的能量。

　　解釋彈性形變：物體受到外力作用而發(fā)生的形狀變化，叫做形變。如果外力撤消，物體能恢復(fù)原狀，這種形變叫做彈性形變。列舉事例說(shuō)明物體的彈性形變。如：拉長(zhǎng)的彈簧，壓扁的皮球，彎曲的鋼鋸條，上緊的鐘表發(fā)條等。

　　利用課本圖1-4的實(shí)驗(yàn)闡明物體的彈性形變?cè)酱螅哂械膹椥詣?shì)能就越大。為節(jié)省課堂時(shí)間，課前將兩個(gè)性質(zhì)相同彈簧，按照課本圖1-4壓縮到不同的長(zhǎng)度。先后將拉緊彈簧的繩燒斷，兩次砝碼被彈起的高度不同。彈簧壓得越緊，放松時(shí)它做的功越多，表示它的彈性勢(shì)能越大。

　　被舉高的重物，也能夠做功。例如：舉高的鉛球，落地時(shí)能將地面砸個(gè)坑;舉高的夯落下時(shí)能把木樁打入地里。舉高的物體具有的能量叫重力勢(shì)能。

　　列舉事例說(shuō)明：物體的質(zhì)量越大，舉得越高，它具有的重力勢(shì)能越大。如：舉起同樣高度的鉛球和乒乓球，鉛球落下時(shí)做的功多，具有的重力勢(shì)能大。鉛球舉得越高，具有的重力勢(shì)能就越大。

　　引導(dǎo)學(xué)生討論樹(shù)上結(jié)的蘋(píng)果是否有重力勢(shì)能?通過(guò)討論使學(xué)生理解"一個(gè)物體能夠做功"的含義。能夠做功只是說(shuō)物體具有了做功的"本領(lǐng)"，但不一定做了功。樹(shù)上結(jié)的蘋(píng)果雖然沒(méi)有做功，但只要它從樹(shù)上掉下來(lái)就能做功，所以我們說(shuō)它具有重力勢(shì)能。

　　(3)機(jī)械能：讓學(xué)生分析靜止在桌面上的鋼球是否具有能量?(具有重力勢(shì)能)繼而讓學(xué)生分析在桌面上滾動(dòng)的鋼球具有什么能?通過(guò)分析得知滾動(dòng)的鋼球既有動(dòng)能，又有勢(shì)能。

　　動(dòng)能和勢(shì)能統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)械能。一個(gè)物體既有動(dòng)能，又有勢(shì)能，那么動(dòng)能和勢(shì)能的和就是它的總機(jī)械能。

　　(4)能量的單位：從前面的討論，我們可以認(rèn)識(shí)到能量是跟做功有密切聯(lián)系的概念，能量反映了物體具有做功的本領(lǐng)，能量的大小可以用能夠做功的多少來(lái)衡量。因此，動(dòng)能、勢(shì)能和機(jī)械能的單位跟功的單位相同，也是焦耳。

　　3.小結(jié)

　　通過(guò)以下問(wèn)題的討論，進(jìn)一步幫助學(xué)生理解能量、動(dòng)能、勢(shì)能、機(jī)械能等概念及機(jī)械能的單位。

　　(1)高山上有一塊大石頭，穩(wěn)穩(wěn)地待在那里，它有沒(méi)有能量?有什么能量?

　　(2)列舉幾個(gè)物體具有動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的事例。

　　(3)在空中飛行的球，它具有的重力勢(shì)能是5焦，具有的動(dòng)能是4焦，這只球具有的總機(jī)械能是多少?

　　(4)在同一高度鉛球和棒球具有的重力勢(shì)能不相等，若使它們的重力勢(shì)能相等，可采取哪些方法?

　　(5)從斜槽上端滾下的小球，它有沒(méi)有重力勢(shì)能?在它下滾的過(guò)程中重力勢(shì)能的大小有沒(méi)有變化?為什么?在滾下的過(guò)程中有沒(méi)有動(dòng)能?它的動(dòng)能有沒(méi)有變化?為什么?

　　(四)說(shuō)明

　　1.能是物理學(xué)的重要概念之一，但它比較抽象。對(duì)于初中學(xué)生來(lái)說(shuō)，認(rèn)識(shí)它比較困難。應(yīng)緊扣教材，從理解"一個(gè)物體能夠做功"的含義來(lái)認(rèn)識(shí)能量。這實(shí)際上是說(shuō)"能是物體做功的本領(lǐng)"。盡管這種說(shuō)法不甚嚴(yán)謹(jǐn)，但比較通俗、易懂。

　　2.關(guān)于動(dòng)能，應(yīng)講明運(yùn)動(dòng)的物體能夠?qū)ζ渌矬w施力，并推動(dòng)物體做功，所以它具有能量。因?yàn)槿菀字v清彈性形變的物體對(duì)別的物體施力并做功，便于學(xué)生理解，所以將彈性勢(shì)能提到重力勢(shì)能之前講。

　　3.勢(shì)能應(yīng)是物體系統(tǒng)(有保守力作用的)所共有。舉高的重錘能夠做功，應(yīng)當(dāng)是重錘和地球組成的系統(tǒng)具有勢(shì)能。而重力勢(shì)能表現(xiàn)它做功本領(lǐng)時(shí)，通常有一個(gè)重力勢(shì)能先轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過(guò)程。但在本節(jié)課中都不宜引入這些內(nèi)容。只能讓學(xué)生粗略地知道，舉起的物體能夠做功。

　　4.勢(shì)能的大小是相對(duì)的。對(duì)初中學(xué)生來(lái)說(shuō)也不能引入勢(shì)能的相對(duì)性。只能統(tǒng)一地用地面做為零勢(shì)能面來(lái)分析問(wèn)題。

　　5.小結(jié)中的問(wèn)題(5)，暗含著勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，目的為下一節(jié)課作準(zhǔn)備。