五、机械能及其转化课堂实录

我：上节课我们复习了做功要素和做功快慢，本节课我们将复习做功本领，能。

请同学们观看一段有关能量的视频。

我：滔天巨浪可以摧毁城市、举高的重锤可以打桩、拉弯的弓把箭射出去。水、重锤、弓都能对外做功，是由于他们都具备能量。

这些视频中的物体分别具有那些能？

学生：动能，重力势能，弹性势能

我：动能和势能统称为机械能。这几种能在做功的过程中能相互转化吗？

学生举例说明：如重锤下落，弓射箭等。

我：在能量转化过程中，如果只有动能和势能相互转化，则机械能守恒。同学们还记得这些能量（手指着屏幕）与哪些因素有关吗？

我：我们一起来复习这个实验。

实验：探究影响物体动能大小的因素

我：让小球从斜面上滑下来，比较撞击木块前动能的大小。

我：在这个实验中，如何比较钢球撞击木块前的动能大小呢？ 学生：木块 B 被撞出的距离 s 反映钢球 A 的动能

我：这里我们用到了转换法

我们如何改变钢球碰撞前的速度呢？

学生：小球从不同高度滚下

我：需要注意什么？

学生：同一钢球，质量相同；

我：如何探究小球的质量对其动能大小的因素？

学生：质量不同的钢球，

我：需要注意什么，

学生：同一高度。

我：这里我们同样用到了控制变量法。

学生：实验结论：物体的动能跟物体的质量和速度有关，质量越大，速度越大，则动能就越大。

我：请同学们想一想：小球滑下来的过程中，能量转化是怎么样的？

学生：小球的重力势能转化成动能

我：请同学们继续思考：本实验是否同时也探究了影响物体重力势能的因素？如果是，则实验结论是什么？如果不是，请说明理由。

学生：重力势能转化成动能，动能大则重力势能大，再一次用到了转化法

（木块被撞出的距离越远，小球撞击前的动能越大，小球静止在斜面时的重力势能越大，运用了两次转换法）

学生：实验结论：质量越大，高度越高，重力势能越大。

我：请同学们再想一想在本实验中，若用弹簧替代木块，是否可行？

学生：可行，弹簧被压缩越短说明钢球动能越大

我：那么在本实验中，用弹簧替代木块，能否进一步探究影响弹性势能的因素？实验结论是什么？

学生：小球的重力势能越大，转化为的动能越大，动能转化为弹簧的弹性势能越大，表现出来弹簧形变程度越大。（学生讲不清，老师把转化过程理清楚）

我：总结一下刚刚复习的内容：机械能是动能和势能的和，动能与质量和速度有关。势能分重力势能和弹性势能，重力势能与质量和高度有关，弹性势能与弹性形变程度有关

也就是说判断机械能的变化就看质量，速度，高度，形变程度，这三度一质的变化，如果在能量转化过程中，只有动能和势能相互转化，则机械能守恒。

我：接下来，我们紧扣物体三度一质的变化来分析下面三个事例中能量转换情况。（PPT中我认为不要加忽略空气阻力，学生看完视频马上点学生来回答，不会回答就紧扣三度一质引导回答，不要小组间讨论）

（1）秋千左右摆动。

学生：从最高点到最低点，高度变小，重力势能变小，速度变快，动能变大，重力势能转化成动能。

（2）小球向左压缩弹簧后又被弹开。

学生：向左过程中小球速度变小至零，动能变至零，弹簧弹性势变大，小球动能转化成弹簧的弹性势能。

师：在刚才两个事例的能量转化分析过程中，大家有没有发现这样一个特点：当某种机械能增加时，必然会以另一种机械能的“减”

为代价。

人在荡秋千的过程中，机械能是否守恒？

学生：考虑摩擦不守恒，不考虑摩擦阻力，研究一个短暂的过程可以认为机械能守恒

小球在压缩弹簧的过程中，小球的机械能不守恒，转化成了弹簧的弹性势能

我：但如果将小球和弹簧看成一个整体，则机械能守恒

强调机械能守恒的条件：只有动能和势能相互转化。

我们一起来看看例2 例 2 在小球从

O 点由静止开始沿

x 轴竖直下落的过程中，小球某种形式的能量

E 随下落高度

x 变化的图象如图所示。若不计空气阻力，那么这种能量是

A．重力势能

O B．动能

E C．机械能

D．弹性势能

x

学生：随着下落高度增加，重力势能越来越小，动能越来越大，机械能不变

我们可以在坐标上任取两点，比较这两个状态下，能量E随下落高度x的变化情况，可以看出随着下落高度增加，能量E变大。

师：所以比较机械能的变化，就是要比较前后两个状态下三度一质的变化。

请同学们试试例3 例 3 如图甲所示，一小球从直立于水平地面的轻质弹簧正上方的某一高处由静止开始下落，直至将弹簧压缩到最短。在这个的过程中

（1）小球的受力情况时如何变化的？

（2）小球的动能、重力势能和机械能是如何变化的？

（3）弹簧的弹性势能又是如何变化的？

1.最开始小球受重力，加速下落

2.刚好碰到弹簧，我们定为B点

3.小球再往下运动会受到弹力作用，弹力虽变大但仍小于重力，小球加速下落

4.弹力增加，正好等于重力，我们把此处定为C点，小球能维持这种平衡状态吗？不能，小

球继续向下运动

5.再往下落，弹力大于重力，小球开始做减速运动。回顾小球从A到C点的过程，速度先增加后减小，这说明C点这一时刻小球的速度达到最大。

6.什么时候小球将不再往下运动了？

小球到达最低点，减速至0,此时弹簧压缩至最短，我们定为D点

7.学生回答速度，高度，形变程度变化，图像

我们把四幅图合成一幅图，有几个下落高度注意一下

1.

小球刚接触弹簧，在此之前小球的机械能守恒。即B点

2.

小球动能最大，速度最大的点，即C点

3.

小球下落至最低点，即D点

小球的机械能越来越小至0，小球减少的机械能哪去了？

学生：转换成弹簧的弹性势能。

师：但是如果把小球和弹簧看成一个整体，整个系统的机械能是守恒的。

同学们,你们看过高尔夫球撞击钢板吗？我们用慢镜头记录一下，看看中间的过程是怎么样的？

请根据“慢镜头记录高尔夫球撞击钢板”的视频，回答下列问题：

（1）简要描述撞击过程中球的形变特点。

学生：球行，扁平，鸡蛋状（能表现形变就行）

（2）撞击过程中球的能量是如何转化的？

学生：动能转化成弹性势能再转化成动能（追问：你是如何发现的？）

（3）若忽略球的机械能损失，球刚离开钢板时与刚要撞击钢板时比较，

球在这两个状态的哪个状态动能大？为什么？

学生：撞击前的动能大，因为刚要离开钢板时小球还有一定的形变，还有部分的弹性势能

物理世界奇妙无穷，我们可以通过慢放镜头更细致观察物理现象。

总结一下本节课所学内容：

本节课我们主要复习了做功本领，能

机械能的变化看三度一质

机械能的转化看增减

机械能的守恒看条件

这就是能量的转化和守恒观念。