■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)計理念】

“動能 勢能 機(jī)械能”是蘇科版物理九年級上冊第十二章的教學(xué)內(nèi)容。在八年級階段學(xué)習(xí)了聲能、光能、動能、勢能的基礎(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)會對能量進(jìn)行分類，明確影響幾種能量的因素，掌握動能和勢能之間的轉(zhuǎn)化實驗。同時，本節(jié)課力求對學(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：一個物體如果能對另一個物體做功，那么這個物體具有能量。物體由于運動所具有的能量叫作動能。勢能包括彈性勢能和重力勢能，其中物體發(fā)生形變而具有的能量稱為彈性勢能，物體由于重力所具有的能量叫作重力勢能。

生：我感覺他說的有點問題。書上重力勢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能。

師：除了重力勢能，雪花還具有什么能？

生：動能。

生：在水平面運動的帶有發(fā)條的玩具車具有動能。

師：還具有什么能？

生：彈性勢能。

師：好，大家在完成預(yù)習(xí)之后，對于能量還有沒有新的疑問？

生：上緊發(fā)條的小車由于運動所產(chǎn)生的能量是什么能？

生：物體是否可以同時具有勢能和動能？

生：動能和勢能有什么關(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。

（教師演示實驗：1.帶有機(jī)關(guān)的罐子順著地板滾動。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：以上實驗存在什么共同現(xiàn)象？

生：都對物體做功。

師：彈簧要對外做功，彈簧要怎么樣？具有什么能？砝碼要對外做功，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。物體要對外做功，要具有動能、重力勢能或者彈性勢能，我們把這些能量統(tǒng)稱為機(jī)械能。

師：運動的小車，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？

生：能對其他物體做功。

師：一個物體能對其他物體做功，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：在小車撞木塊的實驗中，你們有沒有辦法讓木塊被推得更遠(yuǎn)呢？

生：增大力量。

（教師做對比實驗，分別用較大的力和較小的力讓小車推木塊。）

師：在兩次實驗中，小車推動木塊時所做的功一樣嗎？

生：不一樣。

師：除了這個方法，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。

（教師手持兩個小車：一個加了砝碼，總質(zhì)量大；一個沒加砝碼，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：通過剛才的實驗，你覺得動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驗中，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，就請大家?guī)е绊憚幽艽笮〉囊蛩赜匈|(zhì)量、速度、距離這一猜想，在桌上自由選擇器材，進(jìn)行小組實驗。

（學(xué)生四人一組進(jìn)行實驗。）

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)同意這個方案嗎？為什么？

生：不同意。這個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，請他們到講臺上來展示。

（一個小組的學(xué)生上臺演示實驗：兩個質(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。

（教師演示實驗：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)哪個位置時，速度是一樣的？

生：剛到達(dá)水平面時。

師：多運動了一段距離之后，小車的速度發(fā)生了什么變化？

生：變小。

師：這個實驗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，從這個角度講，哪個因素應(yīng)該被去除？

生：距離。

師：很好。請你們小組繼續(xù)研究動能與速度的關(guān)系。

（該組學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行實驗：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，在這個實驗中，他們控制了哪個因素不變？改變了哪個因素？如何改變的？哪一次速度大？哪一次動能大？

（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)計實驗？在同一個斜面上，能不能實現(xiàn)剛才的操作？

生：只要將小車放在斜面的不同高度，就可以實現(xiàn)。

師：你們剛才提出的問題，現(xiàn)在有結(jié)論了嗎？

生：動能大小與質(zhì)量和速度有關(guān)。

師：實驗?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，物體的動能越大。

師：在剛才的實驗中，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)行實驗演示：手拿小車，用兩種不同力度壓縮彈簧，然后松手，觀察小車的運動情況。）

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

生：彈簧的形變程度。

師：剛才的實驗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：動能的大小轉(zhuǎn)化為木塊移動的距離。

師：木塊在實驗中的作用，相當(dāng)于一個動能大小顯示器，沒有木塊，就無法比較動能的大小。大家看看桌上的實驗器材，我們還有沙盤、樁（小桌子）、砝碼。同學(xué)們想想，樁能被打下去，是因為被舉高的砝碼具有什么能？

生（齊）：重力勢能。

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)行分組實驗。）

師：大家知道重力勢能與哪些因素有關(guān)嗎？

生：高度越高，質(zhì)量越大，物體的重力勢能越大。

師：彈性勢能、重力勢能統(tǒng)稱為勢能，動能與勢能都與物體的機(jī)械運動有關(guān)，所以被稱為機(jī)械能。

師：小鳥在空中飛行時具有什么能？

生：重力勢能和動能。

師：物體可以同時具有動能與勢能嗎？

生（齊）：可以。

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

生（齊）：30J。

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

生：彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能。

師：現(xiàn)在我們回到前面的問題，勢能可以轉(zhuǎn)化為動能嗎？大家能用桌面上的器材設(shè)計一個實驗，研究一下嗎？

（學(xué)生分組進(jìn)行實驗。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，具有重力勢能；下落時，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；撞擊地面時，小球形變，具有彈性勢能。

師：為什么小球彈不到原來的高度了？

生：小球與地面撞擊時，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相互轉(zhuǎn)化。以后，我們還會學(xué)習(xí)其他能量。今天的課就上到這里，下課！