“动能 势能 机械能”教学实录

■苏冬梅

（作者单位：江苏省南京市金陵中学龙湖分校）

教学案例

【设计理念】

“动能 势能 机械能”是苏科版物理九年级上册第十二章的教学内容。在八年级阶段学习了声能、光能、动能、势能的基础上，学生要通过本节课的学习，归纳出能量的概念，学会对能量进行分类，明确影响几种能量的因素，掌握动能和势能之间的转化实验。同时，本节课力求对学生科学观念的形成、科学思维的培养起到重要作用。

【课堂实录】

师：大家检查一下自己依照学案的课前预习情况，谁来说说有什么收获？

生：一个物体如果能对另一个物体做功，那么这个物体具有能量。物体由于运动所具有的能量叫作动能。势能包括弹性势能和重力势能，其中物体发生形变而具有的能量称为弹性势能，物体由于重力所具有的能量叫作重力势能。

生：我感觉他说的有点问题。书上重力势能的概念是物体由于被举高而具有的能量。

生：天上飞舞的雪花具有重力势能。

师：除了重力势能，雪花还具有什么能？

生：动能。

生：在水平面运动的带有发条的玩具车具有动能。

师：还具有什么能？

生：弹性势能。

师：好，大家在完成预习之后，对于能量还有没有新的疑问？

生：上紧发条的小车由于运动所产生的能量是什么能？

生：物体是否可以同时具有势能和动能？

生：动能和势能有什么关系？

师：好的，看来大家都进行了认真的思考。下面，老师就带领大家来学习这节课的内容，解决你们的疑问。

（教师演示实验：1.带有机关的罐子顺着地板滚动。2.小车撞木块。3.小车压缩弹簧。4.砝码落到位于沙槽中的小桌子上。具体过程略。）

师：以上实验存在什么共同现象？

生：都对物体做功。

师：弹簧要对外做功，弹簧要怎么样？具有什么能？砝码要对外做功，砝码要怎么样？具有什么能？

生：弹簧要被压缩，砝码要被举高。

师：是的。物体要对外做功，要具有动能、重力势能或者弹性势能，我们把这些能量统称为机械能。

师：运动的小车，被压缩的弹簧，被举高的砝码都具有能量，它们有什么共同特点？

生：能对其他物体做功。

师：一个物体能对其他物体做功，我们就可以说它具有能量。能量有没有大小之分？

生：有。

师：它的单位是什么？

生：焦耳。

师：在小车撞木块的实验中，你们有没有办法让木块被推得更远呢？

生：增大力量。

（教师做对比实验，分别用较大的力和较小的力让小车推木块。）

师：在两次实验中，小车推动木块时所做的功一样吗？

生：不一样。

师：除了这个方法，还有什么方法能使木块滑得更远？

生：让木块更靠近小车。

师：木块靠近小车之后，减少的是什么？

生：距离。

师：距离变小后，减少了哪个力带来的影响？

生：摩擦力。

师：还有其他方法吗？

生：增大小车的质量。

（教师手持两个小车：一个加了砝码，总质量大；一个没加砝码，总质量小。教师用大力推质量小的小车，用小力推质量大的小车。）

师：通过刚才的实验，你觉得动能大小与哪些因素有关？

生：速度，距离，质量。

师：如果我们能让每次的距离都相等，就不用考虑距离；如果能让每次的速度都相等，就不用考虑速度。大家能保证在两次实验中，小车的速度一样吗？

生：用力控制，不容易保证速度相同。

师：下面，就请大家带着影响动能大小的因素有质量、速度、距离这一猜想，在桌上自由选择器材，进行小组实验。

（学生四人一组进行实验。）

师：刚才有一组同学是这么做的——为了保证小车的速度一样，他们用手去弹，可能是觉得弹力一样大，速度就一样大。其他同学同意这个方案吗？为什么？

生：不同意。这个方案跟用手去推小车是一样的，无法保证力的大小相同。

师：有一组同学提出的方案不错，请他们到讲台上来展示。

（一个小组的学生上台演示实验：两个质量一大一小的小车，从斜面的同一高度滑下，撞击放在同一位置的木块，木块移动的距离一远一近。）

师：他们用了哪种探究方法？

生：控制变量法。

师：他们是如何控制变量的？

生：让小车从斜面的同一高度滑下，保证小车到达水平面的初始速度相同。

（教师演示实验：改变木块的初始距离，让同一小车从同一高度滑下，进行撞击。）

师：小车到达哪个位置时，速度是一样的？

生：刚到达水平面时。

师：多运动了一段距离之后，小车的速度发生了什么变化？

生：变小。

师：这个实验有没有控制小车的速度相同？

生：没有。

师：小车两次撞击木块的瞬间，速度不同，从这个角度讲，哪个因素应该被去除？

生：距离。

师：很好。请你们小组继续研究动能与速度的关系。

（该组学生继续进行实验：改变斜面高度，用同一辆小车去撞击同一位置的木块。）

师：大家说说，在这个实验中，他们控制了哪个因素不变？改变了哪个因素？如何改变的？哪一次速度大？哪一次动能大？

（学生集体回答。）

师：如果斜面高度（倾斜角度）不可改变，我们如何设计实验？在同一个斜面上，能不能实现刚才的操作？

生：只要将小车放在斜面的不同高度，就可以实现。

师：你们刚才提出的问题，现在有结论了吗？

生：动能大小与质量和速度有关。

师：实验能不能得出定性的关系？结论怎样表达更好？

生：质量越大，速度越大，物体的动能越大。

师：在刚才的实验中，这组同学是通过什么方法，让小车的速度变或不变的？

生：改变或控制斜面的高度。

师：除了这个方法以外，有没有其他方法也能够达到相同目的？

（学生思考。教师拿出一根弹簧，进行实验演示：手拿小车，用两种不同力度压缩弹簧，然后松手，观察小车的运动情况。）

师：在不同力度下，小车运动的初始速度相同吗？要想用弹簧把小车弹得更远，就要使弹簧的弹性势能更大，这样对木块做的功就更多。因此，我们可以知道，弹性势能与什么因素有关？

生：弹簧的形变程度。

师：刚才的实验用到了什么研究方法？在哪里体现出来的？

生：控制变量法和转化法。小车的速度是通过高度转化的。

生：动能的大小转化为木块移动的距离。

师：木块在实验中的作用，相当于一个动能大小显示器，没有木块，就无法比较动能的大小。大家看看桌上的实验器材，我们还有沙盘、桩（小桌子）、砝码。同学们想想，桩能被打下去，是因为被举高的砝码具有什么能？

生（齐）：重力势能。

师：有哪些方法能把桩打得更深？

生：砝码举得更高，增大砝码质量。

（学生进行分组实验。）

师：大家知道重力势能与哪些因素有关吗？

生：高度越高，质量越大，物体的重力势能越大。

师：弹性势能、重力势能统称为势能，动能与势能都与物体的机械运动有关，所以被称为机械能。

师：小鸟在空中飞行时具有什么能？

生：重力势能和动能。

师：物体可以同时具有动能与势能吗？

生（齐）：可以。

师：如果小鸟在空中飞行的时候，动能是10J，重力势能是20J，那么它具有的机械能是多少？

生（齐）：30J。

师：对于刚才这个实验，老师有个疑问——手拿小车压缩弹簧，手松开后，当弹簧恢复原状时，它的哪种能量没有了？到哪儿去了呢？

生：弹性势能转化为动能。

师：现在我们回到前面的问题，势能可以转化为动能吗？大家能用桌面上的器材设计一个实验，研究一下吗？

（学生分组进行实验。小组展示：用手释放小球，小球在桌面上弹起。）

生：小球在被举高时，具有重力势能；下落时，重力势能转化为动能；撞击地面时，小球形变，具有弹性势能。

师：为什么小球弹不到原来的高度了？

生：小球与地面撞击时，能量发生了损耗。

师：这节课，我们研究了各种机械能及其影响因素。能量在生活中无处不在，物体所具有的能量会相互转化。以后，我们还会学习其他能量。今天的课就上到这里，下课！