《机械能》单元教学计划.docx

《第十五章、机械能》单元教学计划
一．课程标准的要求
1．能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化。能用实例说明机械能和其他形式的能的转化。
2．通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。
3．结合实例认识功的概念，知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。
4.知道机械功的概念和功率的概念。能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。
5．理解机械效率。
6.了解机械使用的历史发展过程。认识机械的使用对社会发展的作用。
二．全意概述
从本章到第十六章，教材讲述能的初步知识。本章讲述的机械能是最常见的一种形式的能，是学习各种不同形式能的起点。本章的主要内容有：动能、势能及其相互转化，机械功和机械效率。
通过这一章的学习，应使学生进一步了解能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化，知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。
本章内容安排与现行九年义务教育物理教材的编写思路有较大的变化。与电能一样，本章教材围绕“机械能”的概念展开，重视学生生活经验的作用，而把“功”的概念放在相对次要的位置。因此，在备课和教学时要认真分析其特点，注意培养学生的概括归纳能力和分析解决实际问题的能力。
三．各节的目标和建议：
（一）动能和势能
目　标
1．知识与技能
理解动能、势能的概念。
2．过程与方法
通过探究，了解动能、重力势能的大小各与什么因素有关并能解释简单的现象。
说明与建议
初中只要求学生对能量的概念有初步的认识，教材首先在学生学过的电能知识的基础上，直接引入了动能的概念，不追求严密性。建议用飞鸟撞坏飞机这样的故事引入动能。有条件的学校，可安排几个简单的演示实验，比如风车实验，水流冲动水轮机模型，玩具手枪射出的子弹推动泡沫塑料块的实验等。这些实验说明流动的空气、水流、运动的子弹都具有能量。然后引导学生思考：在这些实验中，空气、水、子弹为什么具有能量？它们有没有共同点？引导学生概括出结论：因为它们都在运动。然后给出动能的初步定义。
探究　动能大小与什么因素有关
与欧姆定律类似，这个探究涉及到动能的变化受两个因素（质量、速度）的影响，完全让学生自己去做可能有些困难，老师要注意引导，渗透研究方法方面的教育，但不要包办。比如提醒学生注意，当一个物理量（如动能）的变化受两个以上的因素影响时，科学的研究方法是先保持其中一个因素不变（如质量不变），单独研究另一个因素对它的影响；然后，再保持第二个因素不变（如速度不变），单独研究第一个因素对它的影响，最后将各个结论综合起来，即可得出一般性结论。
“……越大……越大”这种说法，是一种粗略的定性比较，不是成正比的变化。对于基础较好的学校，可引导学生注意到钢球在推动木块做功的过程中，它自己的动能有什么变化，使学生对能量转移有初步的印象，这对学生下一步的学习是很有好处的。
想想议议
可引导学生从能量的角度展开讨论，能说出其他道理更应该鼓励。物体的速度越大，动能也就越大，越不容易刹车，所以要对车辆的速度加以限制，以免发生交通事故。质量越大，动能也越大，所以大型客车的限制速度比小型客车更小。
势能
势能的概念可用滑梯、打夯的实例引入，说明物体被举高就具有重力势能。重力势能的例子很多，老师可让学生多举出一些物体具有重力势能例子，比如住在高楼的居民往窗户外面扔东西，这是非常危险的，因为高处的物体具有重力势能，等等。
弹性势能也是通过弓箭、网球拍等实例引入。也可做图14-1的演示，把绳烧断，让压缩的弹簧放松，弹簧能把上面的砝码举起，说明压缩的弹簧具有能量，这就是弹性势能。
探究
通过动能的探究，学生应该知道两个变量的控制方法。这里可放手让学生自己去探究，判断重力势能大小的方法也让学生自己去解决。这个探究的重点放在“猜想与假设”和设计实验上。老师可在最后给出结论：物体的质量越大，举得越高，它具有的重力势能就越大。
动手动脑学物理
1．馒头下落时，与火车具有相同的速度，具有一定动能，所以馒头能把人砸伤。
2．从小资料可以看出：行走的牛等，尽管质量很大，但速度较慢，动能并不大；飞行的子弹等，尽管质量不大，但速度很大，动能也很大。看起来速度对动能的影响比质量对动能的影响要大。
3．不能。因为势能的大小不仅与高度有关，还与质量有关，这里没有给出质量，所以不能这样简单地得出结论。
4．人把夯举高使夯具有重力势能，下落时夯的速度越来越大，势能转化为动能，落地时动能又转化成内能等其他形式的能。
5．略。
（二）机械能及其转化
目　标
1．知识与技能
理解动能和势能的相互转化。
能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单物理现象。
2．过程与方法
通过观察和实验认识动能和势能的转化过程。
说明与建议
引入新课前，建议先复习一下动能、势能的大小与哪些因素有关，怎样判断一个物体动能、势能的变化。比如，让学生思考，汽车由静止起动逐渐加速的过程中，动能如何变化？汽车行驶中司机关油门踩刹车，逐渐减速停止的过程中，汽车的动能又如何变化？还可以向上抛一个小球，请学生观察小球在上升和下落过程中高度、速度变化的情况，讨论其动能、势能的变化情况。
想想做做
如果实验室滚摆数量不够，可让学生自制。做实验前，应让学生明确要观察的物理现象，着重点放在能量的转化过程。做实验时，要让学生观察清楚：滚摆下降时，位置越来越低，速度越来越大；滚摆上升时，位置越来越高，速度越来越小。再引导学生认识势能向动能转化，动能向势能转化的过程。由于有阻力，滚摆上升的最大高度将逐渐减小。对此，教学时不要明确指出，以免影响学生对动能和势能相互转化的理解。
课本图14．2－2表示的是动能和势能的转化过程，可让学生自己去分析，有条件的话还可动手做一做。同时还可让学生列举出一些日常生活中常见的能量转换过程（如机械钟表、单摆的等），广泛联系实际，加深学生对动能、势能相互转化的印象。
机械能
课本中对机械能的定义不是很严格，这样定义是为方便学生对机械能守恒的理解。
一个物体既可以有动能，也可以有势能。如果只有动能和势能的相互转化，机械能是守恒的。
想想做做
这个实验很简单，可让每个学生都试一试，并回答课本中提出的问题。
科学世界　人造地球卫星
可让学生朗读这段课文，并在课堂上讨论课本提出的问题。卫星运行时动能和势能的转化，学生较难理解，可放在本课最后讨论。教学时主要是介绍其能量转化，而不要对为什么是椭圆轨道进行深究。分析时，向学生说明远地点离地面高些，近地点离地面低些，以帮助学生理解远地点势能大，近地点势能小。教学中可结合我国航天事业的发展，对学生进行爱国主义教育。还可对学生指出，很多高科技成果都和人造卫星一样，包含着丰富的基础物理知识，以激发学生的求知欲。
动手动脑学物理
1．撑杆跳高运动员起跳时，先把人的动能转化为杆的弹性势能，随后杆的弹性势能转化为人的重力势能，使人升高。
2．略。
3．用力向下抛出乒乓球，使球抛出时具有一定的动能，根据机械能守恒，球弹跳到最高点时的势能等于球抛出时的动能与势能之和，这样就能使球弹跳到高于抛出时的位置。
4．可用滚摆和汽车刹车等例子加以说明。

5．这个小制作很有趣，可让学生课后都做一做，并解释观察到的现象。
（三）功和功率
目　标
1．知识与技能
知道做功是能量转化或转移的过程。
理解功的概念，知道使用任何机械都不能省功。
理解功率的概念。
2．过程与方法
通过观察和实验了解功的物理意义。
3．情感、态度与价值观
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学道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。
说明与建议
功
学生已经学过了电功、机械能，知道了一些能量的知识，“功”的讲解应从能量转化的角度入手。课本图14．3－1中的三幅图表示在力的作用下，物体的动能或势能发生了变化，说明力对物体做了功。课本图14．3－2中，物体虽然受力，但是它的动能或势能都没有变化，就不能说力作了功。让学生理解做功是能量转化的过程。
在第十二章“力和机械”的学习中，学生知道了使用简单机械可以省力或者可以省距离，可先复习一下有关简单机械的知识。
用手直接把物体举高与使用简单机械把物体举高相同的距离，物体的势能的增加是一样的，而物体势能的增加是通过力来完成的。通过对定滑轮做功的演示、分析，得出力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积是一个不变量，给出功的定义。这里还可进一步用杠杆做演示，表明使用机械时，人们所做的功，都等于不用机械而直接用手所做的功。
教师也可尝试用探究的方式来教学，向学生说明，使用任何机械都不能省功。
由于做功的多少表示能量转换的多少，所以功的单位与能的单位是一样的，都是焦耳。把一个普通大小的苹果举高1m，做的功大约是1J，让学生对焦耳的大小有大致的概念。
想想议议
这个讨论主要是要使学生认识功是由“力”和“在力的方向上移动的距离”两个因素决定的。如果力没有“在力的方向上”移动距离，力就没有做功。在课本图14．3－2动中，人提着桶虽然很费力，但是人的拉力没有在拉力方向（竖直方向）上移动距离，所以人的拉力没有做功。
功率
这里可先复习一下电功率的概念，学生已经学过了“电功率”，知道电功率表示消耗电能的快慢，也就是电流做功（电能转换成其他能量）的快慢。课本用与速度类比的方法引入功率及其计算公式，使学生理解功率的物理意义，懂得它是一个表示做功快慢的物理量。
这里要强调刚才学的“功”和“功率”，与以前学过的“电功”和“电功率”的含义、单位、符号都是一样的。
课本上介绍了一些功率值，意在加深学生对功率的物理意义的理解，使学生对人和一些事物的功率数值有个具体的概念，懂得功率大或小的意思是什么。
想想议议
这个讨论意在让学生了解比值的方法是物理学中一种常用的方法，在其他方面也有许多应用。在物理学中，振动次数与时间之比表示振动的快慢、熔化温度与时间之比表示熔化快慢等；在生活中，从媒体中经常可以听到的经济增长率、人口增长率都表示物理量变化的快慢。
课本列举了一个计算功率的例题，意在练习功和功率公式的应用，使学生加深认识功──力和在力的方向上移动的距离的乘积，功率──单位时间内所做的功。
动手动脑学物理
1．25kW×4h＝0．4kW×t，t＝250h。
2．不能。甲先到达山顶表明甲用的时间较短，但是甲和乙哪个做的功多并不知道，而功率是由功和时间两个因素决定的，所以不能判定哪个人的功率大。
3．3．6kw。
4．略。
5．从表中可以看出，洗衣机的额定洗涤输入功率是350W，额定脱水输入功率是220W。实际洗涤输出功率、脱水输出功率是多少等。
（四）机械效率
目 标
1．知识与技能
了解什么是有用功、额外功和总功。
理解什么是机械效率。
2．过程与方法
通过参与探究斜面机械效率的活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案。
说明与建议
有用功和总功
首先让学生看课本图14.4-1，弄明白三幅画的意思，然后讨论用图中三种不同方法，把100N重的沙子运上三楼，哪种办法最好。学生可能对第二、三两种方法的区别不太理解，可引导学生注意桶的重量与口袋重量的不同。然后引导学生分析每种情况需要做的功，引出有用功、额外功、总功的概念。
想想议议
这里意在使学生加深了解有用功、额外功的概念。实际使用机械时，人们总是希望额外功少些。杠杆、起重机、电梯等所有机械都有一些是有用功，一些是额外功。通过讨论，让学生明白什么是有用功，什么是额外功。
机械效率
为了使学生明白为什么要引入机械效率这一概念，懂得机械效率的意义，在讲述有用功和额外功之后，应强调指出，使用机械做功，为了工作需要以及不可避免地存在摩擦等原因，额外功是不可避免的。例如用水桶从井里提水，目的是把水提上来，所以提水的功是有用功，提桶的功是额外功，而为了把水提上来，水桶是不可缺少的。额外功是我们不需要的，它白白浪费能量，因此应尽量减小它。使用不同的机械来提起物体，我们希望做的额外功越少越好，或者说，有用功与总功越接近越好。不同机器这方面的差别，通常用有用功在总功中占的百分比来表示，叫做机械效率，给出机械效率的公式。一台机器所做的有用功与总功越接近，这台机器的机械效率就越高。
课本列举了一个计算机械效率的例题，意在练习机械效率公式的应用，使学生加深认识有用功和总功的概念。
最后指出，提高机械效率有重要的经济意义，可以减少能耗，降低生产成本，应对这个问题重视。还可以让学生议议：除了用机械做功有个效率问题外，干别的事情有没有效率问题，在更广阔的背景下对效率问题有个初步观念。
探究 斜面的机械效率
这个探究的目的是让学生学习测量斜面的机械效率，通过探究加深对机械效率的理解，摩擦是影响机械效率的重要因素之一，同时让学生进一步认识利用斜面也可以省力。
教师在引导学生提出问题后，要让学生独立完成探究过程。同时还可用粗糙程度不同的斜面，进一步探究摩擦对机械效率的影响。
动手动脑学物理
1．有用功是14400J，总功是24000J，机械效率是60％，起重机提升装货物用的容器所做的功、各部件之间的摩擦做功等都是额外功。
2．略。
3．提高机械效率的主要办法是：改进机械的结构，例如提水时用容积较大而重量较轻的水桶等；按规程进行保养、合理使用以减小摩擦。
四．课时建议
本章共分四节，建议7课时。
第一节　　动能和势能　　 2课时
第二节　　机械能及其转化　　1课时
第三节　　功和功率　　 2课时
第四节　　机械效率　　 1课时
复习和总结　　 1课时
三．各节的目标和建议：