“動(dòng)能 勢(shì)能 機(jī)械能”教學(xué)實(shí)錄

■蘇冬梅

（作者單位：江蘇省南京市金陵中學(xué)龍湖分校）

教學(xué)案例

【設(shè)計(jì)理念】

“動(dòng)能 勢(shì)能 機(jī)械能”是蘇科版物理九年級(jí)上冊(cè)第十二章的教學(xué)內(nèi)容。在八年級(jí)階段學(xué)習(xí)了聲能、光能、動(dòng)能、勢(shì)能的基礎(chǔ)上，學(xué)生要通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，歸納出能量的概念，學(xué)會(huì)對(duì)能量進(jìn)行分類，明確影響幾種能量的因素，掌握動(dòng)能和勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，本節(jié)課力求對(duì)學(xué)生科學(xué)觀念的形成、科學(xué)思維的培養(yǎng)起到重要作用。

【課堂實(shí)錄】

師：大家檢查一下自己依照學(xué)案的課前預(yù)習(xí)情況，誰來說說有什么收獲？

生：一個(gè)物體如果能對(duì)另一個(gè)物體做功，那么這個(gè)物體具有能量。物體由于運(yùn)動(dòng)所具有的能量叫作動(dòng)能。勢(shì)能包括彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能，其中物體發(fā)生形變而具有的能量稱為彈性勢(shì)能，物體由于重力所具有的能量叫作重力勢(shì)能。

生：我感覺他說的有點(diǎn)問題。書上重力勢(shì)能的概念是物體由于被舉高而具有的能量。

生：天上飛舞的雪花具有重力勢(shì)能。

師：除了重力勢(shì)能，雪花還具有什么能？

生：動(dòng)能。

生：在水平面運(yùn)動(dòng)的帶有發(fā)條的玩具車具有動(dòng)能。

師：還具有什么能？

生：彈性勢(shì)能。

師：好，大家在完成預(yù)習(xí)之后，對(duì)于能量還有沒有新的疑問？

生：上緊發(fā)條的小車由于運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的能量是什么能？

生：物體是否可以同時(shí)具有勢(shì)能和動(dòng)能？

生：動(dòng)能和勢(shì)能有什么關(guān)系？

師：好的，看來大家都進(jìn)行了認(rèn)真的思考。下面，老師就帶領(lǐng)大家來學(xué)習(xí)這節(jié)課的內(nèi)容，解決你們的疑問。

（教師演示實(shí)驗(yàn)：1.帶有機(jī)關(guān)的罐子順著地板滾動(dòng)。2.小車撞木塊。3.小車壓縮彈簧。4.砝碼落到位于沙槽中的小桌子上。具體過程略。）

師：以上實(shí)驗(yàn)存在什么共同現(xiàn)象？

生：都對(duì)物體做功。

師：彈簧要對(duì)外做功，彈簧要怎么樣？具有什么能？砝碼要對(duì)外做功，砝碼要怎么樣？具有什么能？

生：彈簧要被壓縮，砝碼要被舉高。

師：是的。物體要對(duì)外做功，要具有動(dòng)能、重力勢(shì)能或者彈性勢(shì)能，我們把這些能量統(tǒng)稱為機(jī)械能。

師：運(yùn)動(dòng)的小車，被壓縮的彈簧，被舉高的砝碼都具有能量，它們有什么共同特點(diǎn)？

生：能對(duì)其他物體做功。

師：一個(gè)物體能對(duì)其他物體做功，我們就可以說它具有能量。能量有沒有大小之分？

生：有。

師：它的單位是什么？

生：焦耳。

師：在小車撞木塊的實(shí)驗(yàn)中，你們有沒有辦法讓木塊被推得更遠(yuǎn)呢？

生：增大力量。

（教師做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分別用較大的力和較小的力讓小車推木塊。）

師：在兩次實(shí)驗(yàn)中，小車推動(dòng)木塊時(shí)所做的功一樣嗎？

生：不一樣。

師：除了這個(gè)方法，還有什么方法能使木塊滑得更遠(yuǎn)？

生：讓木塊更靠近小車。

師：木塊靠近小車之后，減少的是什么？

生：距離。

師：距離變小后，減少了哪個(gè)力帶來的影響？

生：摩擦力。

師：還有其他方法嗎？

生：增大小車的質(zhì)量。

（教師手持兩個(gè)小車：一個(gè)加了砝碼，總質(zhì)量大；一個(gè)沒加砝碼，總質(zhì)量小。教師用大力推質(zhì)量小的小車，用小力推質(zhì)量大的小車。）

師：通過剛才的實(shí)驗(yàn)，你覺得動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)？

生：速度，距離，質(zhì)量。

師：如果我們能讓每次的距離都相等，就不用考慮距離；如果能讓每次的速度都相等，就不用考慮速度。大家能保證在兩次實(shí)驗(yàn)中，小車的速度一樣嗎？

生：用力控制，不容易保證速度相同。

師：下面，就請(qǐng)大家?guī)е绊憚?dòng)能大小的因素有質(zhì)量、速度、距離這一猜想，在桌上自由選擇器材，進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)。

（學(xué)生四人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。）

師：剛才有一組同學(xué)是這么做的——為了保證小車的速度一樣，他們用手去彈，可能是覺得彈力一樣大，速度就一樣大。其他同學(xué)同意這個(gè)方案嗎？為什么？

生：不同意。這個(gè)方案跟用手去推小車是一樣的，無法保證力的大小相同。

師：有一組同學(xué)提出的方案不錯(cuò)，請(qǐng)他們到講臺(tái)上來展示。

（一個(gè)小組的學(xué)生上臺(tái)演示實(shí)驗(yàn)：兩個(gè)質(zhì)量一大一小的小車，從斜面的同一高度滑下，撞擊放在同一位置的木塊，木塊移動(dòng)的距離一遠(yuǎn)一近。）

師：他們用了哪種探究方法？

生：控制變量法。

師：他們是如何控制變量的？

生：讓小車從斜面的同一高度滑下，保證小車到達(dá)水平面的初始速度相同。

（教師演示實(shí)驗(yàn)：改變木塊的初始距離，讓同一小車從同一高度滑下，進(jìn)行撞擊。）

師：小車到達(dá)哪個(gè)位置時(shí)，速度是一樣的？

生：剛到達(dá)水平面時(shí)。

師：多運(yùn)動(dòng)了一段距離之后，小車的速度發(fā)生了什么變化？

生：變小。

師：這個(gè)實(shí)驗(yàn)有沒有控制小車的速度相同？

生：沒有。

師：小車兩次撞擊木塊的瞬間，速度不同，從這個(gè)角度講，哪個(gè)因素應(yīng)該被去除？

生：距離。

師：很好。請(qǐng)你們小組繼續(xù)研究動(dòng)能與速度的關(guān)系。

（該組學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：改變斜面高度，用同一輛小車去撞擊同一位置的木塊。）

師：大家說說，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，他們控制了哪個(gè)因素不變？改變了哪個(gè)因素？如何改變的？哪一次速度大？哪一次動(dòng)能大？

（學(xué)生集體回答。）

師：如果斜面高度（傾斜角度）不可改變，我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？在同一個(gè)斜面上，能不能實(shí)現(xiàn)剛才的操作？

生：只要將小車放在斜面的不同高度，就可以實(shí)現(xiàn)。

師：你們剛才提出的問題，現(xiàn)在有結(jié)論了嗎？

生：動(dòng)能大小與質(zhì)量和速度有關(guān)。

師：實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒艿贸龆ㄐ缘年P(guān)系？結(jié)論怎樣表達(dá)更好？

生：質(zhì)量越大，速度越大，物體的動(dòng)能越大。

師：在剛才的實(shí)驗(yàn)中，這組同學(xué)是通過什么方法，讓小車的速度變或不變的？

生：改變或控制斜面的高度。

師：除了這個(gè)方法以外，有沒有其他方法也能夠達(dá)到相同目的？

（學(xué)生思考。教師拿出一根彈簧，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示：手拿小車，用兩種不同力度壓縮彈簧，然后松手，觀察小車的運(yùn)動(dòng)情況。）

師：在不同力度下，小車運(yùn)動(dòng)的初始速度相同嗎？要想用彈簧把小車彈得更遠(yuǎn)，就要使彈簧的彈性勢(shì)能更大，這樣對(duì)木塊做的功就更多。因此，我們可以知道，彈性勢(shì)能與什么因素有關(guān)？

生：彈簧的形變程度。

師：剛才的實(shí)驗(yàn)用到了什么研究方法？在哪里體現(xiàn)出來的？

生：控制變量法和轉(zhuǎn)化法。小車的速度是通過高度轉(zhuǎn)化的。

生：動(dòng)能的大小轉(zhuǎn)化為木塊移動(dòng)的距離。

師：木塊在實(shí)驗(yàn)中的作用，相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)能大小顯示器，沒有木塊，就無法比較動(dòng)能的大小。大家看看桌上的實(shí)驗(yàn)器材，我們還有沙盤、樁（小桌子）、砝碼。同學(xué)們想想，樁能被打下去，是因?yàn)楸慌e高的砝碼具有什么能？

生（齊）：重力勢(shì)能。

師：有哪些方法能把樁打得更深？

生：砝碼舉得更高，增大砝碼質(zhì)量。

（學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。）

師：大家知道重力勢(shì)能與哪些因素有關(guān)嗎？

生：高度越高，質(zhì)量越大，物體的重力勢(shì)能越大。

師：彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能統(tǒng)稱為勢(shì)能，動(dòng)能與勢(shì)能都與物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)有關(guān)，所以被稱為機(jī)械能。

師：小鳥在空中飛行時(shí)具有什么能？

生：重力勢(shì)能和動(dòng)能。

師：物體可以同時(shí)具有動(dòng)能與勢(shì)能嗎？

生（齊）：可以。

師：如果小鳥在空中飛行的時(shí)候，動(dòng)能是10J，重力勢(shì)能是20J，那么它具有的機(jī)械能是多少？

生（齊）：30J。

師：對(duì)于剛才這個(gè)實(shí)驗(yàn)，老師有個(gè)疑問——手拿小車壓縮彈簧，手松開后，當(dāng)彈簧恢復(fù)原狀時(shí)，它的哪種能量沒有了？到哪兒去了呢？

生：彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。

師：現(xiàn)在我們回到前面的問題，勢(shì)能可以轉(zhuǎn)化為動(dòng)能嗎？大家能用桌面上的器材設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，研究一下嗎？

（學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。小組展示：用手釋放小球，小球在桌面上彈起。）

生：小球在被舉高時(shí)，具有重力勢(shì)能；下落時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；撞擊地面時(shí)，小球形變，具有彈性勢(shì)能。

師：為什么小球彈不到原來的高度了？

生：小球與地面撞擊時(shí)，能量發(fā)生了損耗。

師：這節(jié)課，我們研究了各種機(jī)械能及其影響因素。能量在生活中無處不在，物體所具有的能量會(huì)相互轉(zhuǎn)化。以后，我們還會(huì)學(xué)習(xí)其他能量。今天的課就上到這里，下課！