2.引入新课
学生回答提问后 , 再引导学生分析粉笔头下落的过程 。首先提出 , 当粉笔头下落路过某一点时 , 粉笔头具有什么能量?(此时既有重力势能 , 又有动能)继而让学生比较在该位置和起始位置 , 粉笔头的重力势能和动能各有什么变化?(重力势能减少 , 动能增加)
3.进行新课
在粉笔头下落的过程 , 重力势能和动能都有变化 , 自然界中动能和势能变化的事例很多 , 下面我们共同观察滚摆的运动 , 并思考动能和势能的变化 。
实验1:滚摆实验 。
图14.5-1 , 出示滚摆 , 并简单介绍滚摆的构造及实验的做法 。事先应在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志 , 告诉学生观察颜色标志 , 可以判断摆轮转动的快慢 。
引导学生复述并分析实验中观察到的现象 。开始释放摆轮时 , 摆轮在点静止 , 此时摆轮只有重力势能 , 没有动能 。摆轮下降时其高度降低 , 重力势能减少;摆轮旋转着下降;而且越转越快 , 其动能越来越大 。摆轮到最低点时 , 转动最快 , 动能;其高度最低 , 重力势能最小 。在摆轮下降的过程中 , 其重力势能逐渐转化为动能 。
仿照摆轮下降过程的分析 , 得出摆轮上升过程中 , 摆轮的动能逐渐转化为重力势能 。
“想想做做”用铁锁做单摆 。
此实验摆绳宜长些 , 摆球宜重些 。能挂在天花板上 , 使单摆在黑板前 , 平行于黑板振动 , 以便在黑板上记录摆球运动路线中左、右点和最低点的位置 。分析单摆实验时 , 摆球高度的变化比较直观 , 而判断摆球速度大小的变化比较困难 , 可以从摆球在点前后运动方向不同 , 分析摆球运动到点时的速度为零 , 作为这一难点的突破口 。
综述实验 , 说明动能和重力势能是可以相互转化的 。
实验2:弹性势能和动能的相互转化 。
演示能和弹性势能的转化实验 。实验可分两步做 。首先手持着木球将弹簧片推弯 , 而后突然释放木球 , 木球在弹簧片的作用下在水平槽内运动 。让学生分析在此过程中 , 弹性势能转化为动能 。第二步实验 , 让木球从斜槽上端滚下 , 让学生观察木球碰击弹簧片的过程 。然后 , 分析动能转化为弹性势能和弹性势能转化为动能的过程 。得出:动能和弹性势能也是可以相互转化的 。
自然界中动能和势能相互转化的事例很多 。其中有一些比较直观 , 例如:物体从高处落下、瀑布流水等这些事例也可以让学生列举 , 说明动能和势能的相互转化 。有些事例比较复杂 , 例如:踢出去的足球在空中沿一条曲线(抛物线)运动过程中 , 动能和势能是如何相互转化的呢?(板画足球轨迹 , 依图分析)首先我们来分析足球离地面的高度的变化 , 这是判断足球重力势能变化的依据 。很明显 , 在上升过程中足球的重力势能增加;在下降过程中重力势能减少 。接着再分析足球的速度 。足球在点时不再上升 , 说明它向上不能再运动 。所以 , 足球在上升过程中 , 速度逐渐变小;在下降过程中速度又逐渐变大 。通过以上分析 , 可以看到足球在上升阶段动能转化为重力势能;在下降阶段重力势能转化为动能 。
4.科学世界
1.人造地球卫星在运行过程中 , 也发生动能和重力势能的相互转化 。人造地球卫星大家并不陌生 , 然而围绕人造卫星 , 同学们还有许多的谜没有揭开 。例如:人造卫星为什么能绕地球运转而不落下来?在人造卫星内失重是怎么回事?等等 , 这些问题还有待于同学们进一步学习 , 今天我们只讨论卫星运行过程中 , 动能和重力势能的相互转化 。
人造卫星绕地球沿椭圆轨道运行 , 它的位置离地球有时近、有时远 。(出示我国发射的第一颗人造卫星轨道图)现以我国发射的第一颗人造卫星为例 , 它离地球最近时(此处叫近地点)离地面439公里 , 离地球最远时(此处叫远地点)离地面高度是2384公里 , 它绕地球一周的时间是114分钟 。它在近地点时 , 速度 , 动能;此时离地面最近 , 重力势能最小 。卫星由近地点向远地点运行时动能减小 , 重力势能增大 , 动能向重力势能转化 。直到远地点时 , 动能最小 , 重力势能 。卫星由远地点向近地点运行时 , 重力势能向动能转化 。在卫星运行过程中 , 不断地有动能和势能的相互转化 。
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