§14.1 動能和勢能

　　(一)教學目的

　　1.了解能量的初步概念。

　　2.知道什么是動能及影響動能大小的因素。

　　3.知道什么是勢能及影響勢能大小的因素。

　　4.知道什么是機械能及機械能的單位。

　　(二)教具

　　斜槽，鋼球，木塊，橡皮筋，壓縮彈簧等。

　　(三)教學過程

　　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，使木塊移動了一段距離。讓學生分析碰撞過程中，做沒做功?

　　利用學生分析的結果"鋼球對木塊做了功"引入能量的概念：一個物體能夠做功，我們就說它具有能量。可見物理學中，能量和功有著密切的聯系，能量反映了物體做功的本領。

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

　　2.進行新課

　　物體具有能量的形式是多種多樣的，以后我們將逐步認識各種形式的能量。剛才的實驗中鋼球撞擊木塊能夠做功，但若將鋼球停靠在木塊一側(邊講邊演示)，這時的鋼球并不能推動木塊做功。只有運動的鋼球才能推動木塊做功。

　　(1)動能：物體由于運動而能夠做功，它們具有的能量叫做動能。

　　引導學生廣泛地列舉事例，說明運動的空氣、水和各種物體都能夠做功，而具有動能。概括出"一切運動的物體都具有動能。"

　　列舉事例說明：運動的物體具有的動能多少不盡相同。如狂風能吹倒大樹，而微風只能使樹枝搖動。進而通過演示實驗，概括出決定物體動能大小的因素。

　　演示課本圖1-1實驗，實驗可分三步：

　　①將同一個鋼球，從斜面不同高度滾下，讓學生觀察鋼球將木塊推動的距離。木塊被推動的距離不同，說明鋼球對木塊做的功不同。木塊被推動得越遠，表明鋼球的動能越大。實驗說明：從不同高度滾下的網球，具有不同的動能。

　　②上面的實驗表明鋼球從較高處滾下時具有的動能大。那么鋼球從不同的高度滾下時有什么不同呢?我們可通過觀察實驗來得到結論。將質量相同的兩個鋼球，同時從斜槽的最高點和接近斜槽底部的位置釋放。從最高點滾下的鋼球能在水平槽上追上從接近底部滾下的鋼球。實驗表明從高處滾下的鋼球速度大。從而得到結論：物體的動能與速度有關，速度越大，物體的動能越大。

　　③換用不同質量的鋼球，從同一高度讓其滾下，讓學生觀察鋼球推動木塊的距離。從而得出結論：運動物體的質量越大，動能就越大。

　　演示實驗之后，總結實驗結果：運動物體的速度越大，質量越大，動能就越大。

　　(2)勢能：物體由于運動的原因而具有動能，物體還可能由于其他的原因而具有能量。例如，同學們都玩過用橡皮筋彈射紙彈的游戲，拉長的橡皮筋能給紙彈一個力，并推動紙彈移一段距離，從而對紙彈做了功。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能，它是由于物體發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生的形狀變化，叫做形變。如果外力撤消，物體能恢復原狀，這種形變叫做彈性形變。列舉事例說明物體的彈性形變。如：拉長的彈簧，壓扁的皮球，彎曲的鋼鋸條，上緊的鐘表發條等。

　　利用課本圖1-4的實驗闡明物體的彈性形變越大，它具有的彈性勢能就越大。為節省課堂時間，課前將兩個性質相同彈簧，按照課本圖1-4壓縮到不同的長度。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，放松時它做的功越多，表示它的彈性勢能越大。

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

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

　　引導學生討論樹上結的蘋果是否有重力勢能?通過討論使學生理解"一個物體能夠做功"的含義。能夠做功只是說物體具有了做功的"本領"，但不一定做了功。樹上結的蘋果雖然沒有做功，但只要它從樹上掉下來就能做功，所以我們說它具有重力勢能。

　　(3)機械能：讓學生分析靜止在桌面上的鋼球是否具有能量?(具有重力勢能)繼而讓學生分析在桌面上滾動的鋼球具有什么能?通過分析得知滾動的鋼球既有動能，又有勢能。

　　動能和勢能統稱為機械能。一個物體既有動能，又有勢能，那么動能和勢能的和就是它的總機械能。

　　(4)能量的單位：從前面的討論，我們可以認識到能量是跟做功有密切聯系的概念，能量反映了物體具有做功的本領，能量的大小可以用能夠做功的多少來衡量。因此，動能、勢能和機械能的單位跟功的單位相同，也是焦耳。

　　3.小結

　　通過以下問題的討論，進一步幫助學生理解能量、動能、勢能、機械能等概念及機械能的單位。

　　(1)高山上有一塊大石頭，穩穩地待在那里，它有沒有能量?有什么能量?

　　(2)列舉幾個物體具有動能、重力勢能、彈性勢能的事例。

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

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

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

　　(四)說明

　　1.能是物理學的重要概念之一，但它比較抽象。對于初中學生來說，認識它比較困難。應緊扣教材，從理解"一個物體能夠做功"的含義來認識能量。這實際上是說"能是物體做功的本領"。盡管這種說法不甚嚴謹，但比較通俗、易懂。

　　2.關于動能，應講明運動的物體能夠對其他物體施力，并推動物體做功，所以它具有能量。因為容易講清彈性形變的物體對別的物體施力并做功，便于學生理解，所以將彈性勢能提到重力勢能之前講。

　　3.勢能應是物體系統(有保守力作用的)所共有。舉高的重錘能夠做功，應當是重錘和地球組成的系統具有勢能。而重力勢能表現它做功本領時，通常有一個重力勢能先轉化為動能的過程。但在本節課中都不宜引入這些內容。只能讓學生粗略地知道，舉起的物體能夠做功。

　　4.勢能的大小是相對的。對初中學生來說也不能引入勢能的相對性。只能統一地用地面做為零勢能面來分析問題。

　　5.小結中的問題(5)，暗含著勢能和動能的轉化，目的為下一節課作準備。