前言:想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎?我們特意為您整理了5篇機械能范文,相信會為您的寫作帶來幫助,發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。
1.決定機械能大小的因素
動能大小與物體的質量和速度有關.質量相同的物體運動速度越大,它的動能越大;運動速度相同的物體,質量越大,它的動能也越大.例如以相同的速度行駛的火車和汽車,火車的動能就比汽車的動能大;而以不同速度行駛的同一列火車,速度大時動能就大.
彈性勢能的大小與物體彈性形變的大小有關.同一個物體,在彈性限度內,彈性形變越大,彈性勢能越大.
重力勢能與物體被舉起的高度和物體的質量有關.同一個物體,被舉起的高度越大,重力勢能越大;同一高度的不同物體,質量越大,重力勢能越大.
2.動能和勢能之間的相互轉化
(1)動能和重力勢能之間的相互轉化
在一定的條件下,動能和重力勢能之間可以相互轉化.如將一塊小石塊,從低處拋向高處,再從高處下落的過程中,先是動能轉化為重力勢能,后來又是重力勢能轉化為動能.
(2)動能與彈性勢能之間的相互轉化
在一定的條件下,動能和彈性勢能之間可以相互轉化.如跳板跳水運動員,在起跳的過程中,壓跳板是動能轉化為彈性勢能,跳板將運動員反彈起來是彈性勢能轉化為動能.
3.機械能及其守恒
(1)機械能
動能與勢能之和統(tǒng)稱為機械能.動能是物體運動時具有的能量,勢能是物體存儲的能量.
(2)機械能守恒
如果一個過程中,只有動能和勢能相互轉化,機械能的總和就保持不變.這個規(guī)律叫做機械能守恒.
二、例題指路
1.認識能量
例1 “固定在天花板上的電風扇,因為靜止,沒有做功,所以沒有能.”這種說法對嗎?
解析 固定在天花板上的電風扇,處于一定的高度,可視為“被舉高”了,因而具有重力勢能.
所以本題中說法不對.因為一個物體具有能,只說明它能做功,但它不一定做功.電風扇處于靜止,雖然沒有做功,不能表明它不能做功,因而也就不能說明它沒有能.
點撥“做功”與“能做功”是兩個不同的概念,要注意加以區(qū)分.
2.機械能形式的判斷
例2下列物體各具有什么形式的機械能?
(1)天空中向前飛行的飛機
(2)在地面上被拉彎的弓
(3)穩(wěn)穩(wěn)地立在山頂上的一塊石頭(以山腳的地面為標準)
(4)在地上滾動的足球
解析根據(jù)動能、重力勢能、彈性勢能的定義,分析物體是否運動、被舉高、發(fā)生彈性形變,即可確定物體具有哪種形式的機械能.
答(1)具有一定的速度和高度,因此具有動能和重力勢能.
(2)發(fā)生了彈性形變,因此具有彈性勢能.
(3)它離地面有一定的高度,因此具有重力勢能.
(4)足球是運動的,因此具有動能.
3.決定機械能大小的因素
例3關于物體的動能和勢能,下列說法中正確的是().
A.質量大的物體一定比質量小的物體動能大
B.高速飛行的子彈一定比緩慢行駛的汽車動能大
C.質量相同的兩個物體放在同一高度,它們的重力勢能一定相同
D.一根彈簧被拉長時彈性勢能增大,被壓縮時彈性勢能減小
解析物體動能大小由質量和速度兩個因素決定.質量大,速度可能小,所以動能不一定大,子彈速度大,質量小,動能不一定比汽車的動能大.物體的重力勢能由質量和高度兩個因素決定,只有兩者都相同時,重力勢能才相同.彈簧被拉長和壓縮時彈性形變都增大,因此彈性勢能都增大.
答C.
點撥掌握決定機械能大小的因素,是我們進一步認識機械能的基礎.在此基礎上,我們才能領會機械能的變化以及變化原因.
4.機械能守恒
例4用一根不可伸長的細線,一端拴住一小球,另一端固定,如圖所示.使小球偏離它靜止的位置O移至B點,然后釋放,小球就沿BOC弧線擺動,若無阻力作用,小球從BOCOB的過程中機械能發(fā)生怎樣的轉化?
解析小球運動過程中,因無阻力作用,故只有動能和重力勢能之間的轉化.把小球從O點移到B點,是小球被舉高的過程,因此小球在B點具有重力勢能,但在B點速度為零,不具有動能.
小球從BO運動時,高度逐漸減小,說明小球的重力勢能逐漸減少;而小球的運動速度逐漸增大,說明小球的動能逐漸增大.在這個過程中,小球的重力勢能轉化成它的動能.
小球從OC運動時,高度逐漸增加,說明小球的重力勢能逐漸增加;而小球的運動速度逐漸減小至零,說明小球的動能逐漸減少至零.在這個過程中,小球的動能又轉化成它的重力勢能了.
答B(yǎng)O重力勢能減小,動能增加;
OC重力勢能增加,動能減小;
CO同BO;
OB同OC.
點撥因為無阻力作用,本題機械能守恒.
5.平衡力作用下的機械能
例5物體在平衡力作用下,下列說法正確的是().
A.物體的機械能一定不變
B.物體的機械能一定增加
C.物體的機械能一定減少
D.以上說法都不對
解析物體在平衡力的作用下,保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài).如果保持靜止狀態(tài),機械能不變.如果保持勻速直線運動狀態(tài),就有多種情況,當物體在水平面上做勻速直線運動時,物體的高度和速度都不變,那么它的動能和勢能也不變,所以機械能不變;當物體向上做勻速直線運動時,雖然速度不變,動能不變,但物置升高,重力勢能增加,所以機械能增加;當物體向下做勻速直線運動時,雖然速度不變,動能不變,但物體高度降低,重力勢能減小,所以機械能減小.
選D.
點撥本題屬于機械能問題中的難題,需要結合生活經(jīng)驗進行合理的想像,比如構建一個在平衡力作用下物體勻速上升或者下降的模型.
6.機械能與內能的轉化
例6“神舟七號”在大氣層里加速上升的過程中,若不考慮質量的變化,其( ).
A.機械能減少,內能增加
B.機械能增加,內能減少
C.機械能與內能都增加
D.機械能不變,內能增加
解析根據(jù)機械能的定義,知物體的動能和勢能總和為物體的總機械能.“神舟七號”在大氣層里加速上升的過程中,其質量未變(損耗的燃料不計),運動速度越來越大,離地面的位置越來越遠,則其動能增加,重力勢能也增加;由于“神舟七號”是在大氣層中加速,因此,“神舟七號”與大氣相摩擦而生熱,使得飛船外殼溫度升高,其內能也增加.所以,“神舟七號”在大氣層中加速上升的過程中,機械能增加,內能也增加.
下面結合一些例題來進行分析,談談解題的思路、策略和方法.
例1一次,檢查員發(fā)現(xiàn)某藥店的一臺天平左右兩臂不相等,于是責令營業(yè)員停止使用該天平,但這時卻剛好跑進來一顧客,要求購買200g藥品, 營業(yè)員急中生智地對檢查員說:我先在左盤里放藥品,右盤放100g砝碼, 然后再在左盤放100g砝碼,右盤放藥品,這樣一次藥品的質量多于100g,一次藥品的質量少于100g,兩次扯平了,剛好200g,這樣,誰也不吃虧.你認為營業(yè)員說的是否正確?
分析天平應是一等臂杠桿,若兩臂不相等,則所稱量的物體質量就不準確.本題可看成是一道含有兩全過程的計算題,必須通過計算才能知道兩次稱量出的總質量是否為200g.
解
方法1先設左右兩邊力臂之比為l1:l2.再分別計算出兩次稱出的藥品質量M1、M2,加起來看是否等于200g.
M1×l1=100g×l2 100g×l1= M2×l2
方法2利用力與力臂成反比得:
100g:M1=M2:100g 得M1×M2=(100g)2,
即M1+M2>200g.
點評解杠桿類題目一般都是根據(jù)其平衡條件列出關系式,有一個過程列一個方程,再解出結果.
例2用滑輪組提起質量為200g的物體.作用在繩子自由端向上的拉力為0.49N,繩子自由端移動的距離為0.5m,物體升高的距離為0.1m.
(1)求此過程中的有用功、總功和滑輪組的機械效率;
(2)畫出實驗時滑輪組的繞繩方法.
分析(1)有用功等于物重和物體升高距離的乘積;總功等于拉力和繩子自由端移動距離的乘積;機械效率等于有用功和總功的比值.
(2)使用滑輪組時,重物由幾段繩子承擔,繩子自由端移動的距離就是物體升高距離的幾倍.本題中繩子自由端移動的距離是物體升高的5倍,所以重物由5段繩子承擔.繩子的一端應系在下面的動滑輪上,由于重物是由5根繩子承擔,所以要兩個動滑輪,自由端向上,所以也要兩個定滑輪.
解(1)W有用=G?h
=2N×0.1m=0.2J,
W總=F?s=0.49N×0.5m
=0.245J,
=0.82=82%.
(2)繩子繞法如圖1所示.
點評在畫滑輪組時,動滑輪的個數(shù)由承擔重物繩子的段數(shù)決定, 段數(shù)為偶數(shù),固定端就在定滑輪上,動滑輪個數(shù)為段數(shù)的一半; 段數(shù)為奇數(shù),固定端就在動滑輪上,動滑輪個數(shù)為段數(shù)減1的一半. 動滑輪個數(shù)和固定端定下來之后,再看自由端是向上還是向下,就可確定定滑輪的個數(shù).
例3某同學自制了一個可以測人體重心位置的裝置,如圖2所示,取一塊與自己等長的木板,一端固定另一端用輕質細繩通過一個滑輪懸掛起來(摩擦不計),在繩子末端的托盤上放一些重物,使木板水平平衡.如果該同學身高160cm,質量40kg,平躺到木板上后在托盤中再加上重137.2N的物體,木板再次水平平衡.
(1)該裝置中滑輪的作用是.
(2)在測人體重心之前,先“在繩子末端的托盤上放一些重物,使木板水平平衡”,這樣做的目的是 .
(3)請通過計算說明該同學的重心位置.(g取9.8N/kg)
分析本裝置是利用杠桿平衡條件來測重心位置的,將木板看成杠桿,O為支點, 先在繩子末端的托盤上放一些重物,使木板水平平衡,人平躺到木板上后,相當于在人的重心處對木板作用一向下的大小等于人重的力,要使杠桿仍平衡,必須通過向托盤中再加重物使繩子的拉力增大.使增加的阻力和阻力臂乘積與動力和動力臂乘積相等.
解(1)改變力的方向;
(2) 使木板水平平衡,排除木板重力對實驗的影響;
(3)該同學的重心位置離O點(頭頂)距離為l2,
F1l1=F2l2得:
137.2N×160cm=40×9.8N×l2
l2=56cm.
答該同學的重心位置離O點(頭頂)距離為56cm.
點評在用此裝置測人重心位置時,也可不測人的質量.其方法是: 人先頭朝O點平躺到木板上測一次,再腳朝O點平躺到木板上測一次,根據(jù)兩次測出的數(shù)據(jù)分別列出兩個關系式,解出重心位置.
例4如圖3所示,與水平方向分別成60°和30°的兩根細線吊著一根均勻直棒,直棒保持水平.若直棒重為G,求兩細線的拉力.
分析可將直棒看成杠桿,由于直棒是靜止的,其支點可根據(jù)題目需要而定.要求B端細線的拉力,可選A端為支點,動力為B端細線的拉力,阻力為棒AB的重力,作用點在重心處(AB的中點),畫出并求出它們的力臂(都用棒長L表示),根據(jù)杠桿平衡列出關系式,就可解出B端細線的拉力FB.取B點為支點,用同樣的方法可解出A端細線的拉力FA.
態(tài),都可當杠桿來處理.支點可任意定,但為了解題方便,往往將支點定在某一力的作用點上.
例5蘭蘭和芳芳測定好滑輪組機械效率后,在全班交流實驗結果時,老師提出:如果各組所用滑輪和串繞繩子的方式不變,改變其他因素,是否會影響它的機械效率呢?大家積極思考,提出了各種猜想,概括起來有如下幾種:
猜想l:可能與勻速提升的速度大小有關;
猜想2:可能與被提升的鉤碼重力有關;
猜想3:可能與勻速提升的速度大小和被提升的鉤碼重力都有關;
猜想4:可能與鉤碼被提升的高度有關.
(1)請幫助蘭蘭完成表中的一項計算;
(2)請根據(jù)她們的實驗記錄,分別在表中寫出探究結果;
(3)歸納她們的實驗探究,你所得的結論是:.
分析(1)首先設物體上升的高度為h,根據(jù)蘭蘭的第1組記錄算出承擔重物繩子的段數(shù), 再根據(jù)蘭蘭的第2組記錄和繩子的段數(shù)算出第2組中的機械效率.
(2)蘭蘭在實驗中提升物體的速度大致相同,而所掛鉤碼重不同,得出的機械效率也不同,說明猜想2是正確的;芳芳在實驗中,所掛鉤碼重相同, 提升速度不同,得出的機械效率相同, 說明猜想1是錯誤的.
(3)猜想2正確,猜想1錯誤,可知猜想3也是錯誤的.在計算機械效率時,設出的高度h被消掉,也就是說明機械效率與h無關. 猜想4也是錯誤的.
解(1)由η=W有用/W總得:
η2=15N×h/6N×3h=83.3%.
(2) 速度相同,所掛鉤碼越重, 機械效率越大;機械效率與速度大小無關.
(3)只有猜想2正確.
點評物理中許多科學探究的問題都受幾個因素共同影響,控制變量法是解決這類問題的最有效的方法.運用“控制變量法”可以使物理量的變化簡化為分別與各個單因素的變化有關的問題,逐一分析、解決,從而降低物理問題的分析難度.
例6近年來,我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛,各種新型汽車不斷投放市場.以下是我國某品牌轎車的測試報告.
(1)汽油的熱值q=3.3×107J/L,燃料完全燃燒放出熱量的公式是Q=qV,式中V表示燃料的體積.請計算該品牌轎車在測試過程中,汽油完全燃燒產(chǎn)生的內能轉化為發(fā)動機牽引轎車前進所需能量的效率.(g取10N/kg)
(2)近年來,我國部分省份開始推廣使用乙醇汽油,乙醇汽油是由10%體積的乙醇與90%體積的汽油混合而成,已知乙醇的熱值q=2.4×107J/L,設混合后總體積不變,請計算乙醇汽油的熱值.
(3)乙醇,俗稱酒精.推廣使用乙醇汽油,有何積極意義?(請寫出一點)
分析 (1)轎車前進100km所需能量就等于克服阻力所做的功,9L汽油完全燃燒放出的熱量Q=qV. 所需能量和熱量之比就是所求的效率.
(2) 0.1L乙醇完全燃燒放出的熱量與0.9L汽油完全燃燒放出的熱量之和就是1L乙醇汽油完全燃燒放出的熱量.可得出乙醇汽油的熱值.
(3)可從環(huán)?;蚬?jié)約能源的角度來說明.
解(1)E=Fs=0.08×9000N×100×103m
=7.2×107J
Q=qV=3.3×107J/L×9L=29.7×107J
η= E/Q×100%=24.2%.
(2)q乙醇汽油=(0.1L×2.4×107J/L+0.9L
×3.3×107J/L)/ 1L=3.21×107J/L.
(3)減少CO2的排放,有利于環(huán)境保護.
首先我們試推導“機械能定理”。機械能守恒定律中描述,只有重力做功,物體的機械能守恒,其中重力做功只是把物體的動能轉化為重力勢能或把重力勢能轉化為動能,重力做功不改變機械能。若一個物體,除了受重力做功外還受其他外力做功,那么物體在運動過程中機械能就不再守恒,他的機械能的增加(減少)量由這個外力做功量決定,這個外力在運動過程中對物體做多少正功(負功)物體的機械能就增加(減少)多少。所以有:一個物體在多個力作用下運動,除重力做功以外,其他外力對物體做多少功,物體的機械能就改變多少。這就是我們效仿動能定理推導歸納的“機械能
定理”。
在很多涉及機械能變化的能量問題考題中,我們可以使用“機
械能定理”輕松地解決相關問題。下面我們列舉兩個例題試用一下“機械能定理”。
例1.從地面豎直上拋一個質量為m的小球,小球上升的最大高度為h,設上升和下降過程中空氣阻力大小恒定為Ff,下列說法正確的是( )
A.小球上升的過程中動能減少了mgh
B.小球上升和下降的整個過程中機械能減少了Ff h
C.小球上升過程中重力勢能增加了mgh
D.小球上升和下降的整個過程中動能減少了Ff h
解析:例1的正確選項是(C),其中A、D選項研究小球的動能改變,我們可以應用動能定理來處理這兩個問題,小球上升過程合外力做功為-(mg-Ff)h,所以,上升過程小球動能減少(mg-Ff)h,故A項錯;小球上升和下降的整個過程中合外力做功-2Ff h,所以小球動能減少了2Ff h,故D項錯;B項研究小球機械能的改變,我們可用“機械能定理”解決問題,小球上升和下降的過程中機械能的減少等于除重力外其他外力所做功的總和,小球在上升和下降的
過程中,除重力做功外只有阻力Ff做功,且W外=-2Ff h,所以,機械能減少了2Ff h,故B錯;C選項研究小球重力勢能改變,小球上升過程中重力做功為-mgh,所以,小球的重力勢能增加mgh。
例2.一帶電小球在重力和電場力的共同作用下,自空中某點P運動到Q的過程中,重力做功-3J,電場力做功1J,則上述運動過程中小球的( )
A.重力勢能增加3J B.電勢能增加1J
C.動能增加1J D.機械能增加1J
解析:例2的正確答案為(A、D),下面我們分別分析各個選項:A項研究小球重力勢能變化,題目中已知小球從P到Q過程中重力做功-3J,可推出重力勢能增加3J,故A正確;B項研究小球電勢能變化,題目中已知小球從P到Q過程中電場力做功1J,所以小球的電勢能減少1J,故B項錯;C項研究小球動能變化,小球從P到Q的過程中重力做功為-3J,電場力做功1J,則合外力做功為
-2J,所以動能減少2J,故C項錯;D項研究小球機械能的變化,這樣就可以使用我們推導的“機械能定理”。經(jīng)分析,除重力對小球做功外,只有電場力做功,且已知電場力做功為1J,所以小球的機械能增加1J,故D項正確。
1 力學中做功的條件
例1 如圖1所示的四種情景中,人對物體做功的是
典例分析 做功有兩個必要因素:一是作用在物體上的力;二是物體在力的方向上通過一段距離.本題的A、B、D三種情景,雖然人均對物體施加了力,但物體沒有在力的方向上移動距離,所以A、B、D三圖中的人都沒有對物體做功.C圖中的小麗在豎直方向上施加了力,并使箱子在豎直方向上移動了一段距離,小麗對箱子做了功.所以選C.
方法指導 此類題型考查做功的兩個必要因素,注意力與距離的一一對應.
變式訓練1 如圖所示描述的力,有對物體做功的是
2 功 、功率 、機械效率概念的理解
例2 下列關于功率和機械效率的說法中,正確的是
A.功率大的機械,做功一定多
B.做功快的機械,功率一定大
C.機械效率高的機械,功率一定大
D.做功多的機械,機械效率一定高
典例分析 本題的A、C、D選項中前后無因果關系,B選項中描述了功率的物理意義.所以選B.
方法指導 可從定義、定義式及單位三個方面比較三個概念.
變式訓練2 關于力、功、功率、和機械效率,下列說法正確的是
A.作用在物體上的力越大,做功越多
B.功率越大,機械效率越大
C.機械效率高的機械不一定省力
D.做的功越多,機械效率越大
3 滑輪組機械效率的計算
3.1 利用滑輪組豎直提升物體
例3 如圖3所示在某工地上,工人師傅用滑輪組吊起重為 600 N的物體,他站在地面上用200 N力往下拉繩,5 s內使物體勻速上升1 m.
(1)滑輪組提升重物所做的有用功.
(2)該工人的拉力所做的總功.
(3)工人所做功的功率.
(4)該滑輪組的機械效率(試用兩種方法求解).
(5)題中少了哪兩個數(shù)據(jù),仍能求出滑輪組的機械效率?
(6)若不計繩重及摩擦,動滑輪的總重為多少?(試用兩種方法求解)
典例分析 (1)因為物體的重力G=600 N,
被提升了h=1 m,
有用功W有用=Gh=600 N×1 m=600 J.
(2)由圖可知,滑輪組是由4段繩子承擔總重力,則繩子移動的距離
s=4h=4×1 m=4 m,
則拉力做的總功
W總=Fs=200 N×4 m=800 J.
(3)繩子移動時間t=5 s,
繩子移動距離 s=4 m,
繩子移動速度
v=st=4 m5 s=0.8 m/s,
工人做功功率
P=Fv=200 N×0.8 m/s=160 W.
(4)方法一
η=W有用W總=600 J800 J=75%.
方法二 η= W有用W總=GhFS
=GhF4h=G4F=600 N4×200 N=75%.
(5) 根據(jù)
η=W有用W總=GhFS=GhF4h=G4F.
由上式可看出,若少了時間5 s和物體上升距離1 m,仍可求出滑輪組機械效率.
(6) 方法一
W額=W總-W有用=800 J-600 J=200 J,
W額=Gh,
G動=W額h=200 J1 m=200 N.
方法二
W有用=G物h,
W額=G動h,
W總=G物h+G動h,
η=W有用W總= G物hG物h+G動h= G物G物+G動.
代入已知數(shù)值,即可求得G動.
方法指導 (1)該類題型常用公式
s繩=nh物(暗線) ,W有用=G物h物 ,
W總=Fs繩 ,
η=W有W總=G物h物 Fs繩=G物nF.
若不計繩重及摩擦
W有用=G物h物,
W額=G動h物,
W總=G物h物+G動h物,
η=W有用W總= G物h物G物h物+G動h物= G物G物+G動.
(2)解答滑輪組機械效率類試題時,應該分清具體情況,使用不同推導公式解題并且注意公式中各物理量的對應.
變式訓練3 如圖4所示,是2008北京殘奧會開幕式最后一棒火炬手侯斌,靠自己雙手的力量,攀爬到火炬臺底部并最終點燃圣火的照片,該點火儀式充分體現(xiàn)了殘疾人自強自立、拼搏向上的勇氣和精神.已知他和輪椅總質量為80 kg,攀爬高度39 m,歷時約3 min 20 s.
(1)如果不計機械裝置的額外功,求他的平均功率多大?
(2)小明同學看到火炬手攀爬很費勁,想到物理課上學過利用滑輪組可以省力.小明同學如果站在地面上,用圖5所示的哪個滑輪組拉起火炬手侯斌最合適,理由是什么?如果該滑輪組機械效率為80%,求小明同學的拉力至少要多大?(g取10 N/kg)
3.2 利用滑輪組水平拉動物體
例4 如圖6所示,物體重15000 N,物體與水平地面的滑動摩擦力為物體重的0.2倍,滑輪組的機械效率為80%,求物體向左勻速運動時繩的自由端的拉力是多大?
典例分析 f=0.2G=0.2×15000 N=3000 N,
由圖可知滑輪組由3段繩子水平拉動物體.
因為η=W有用W總=F1s物Fs繩子=fs物fns繩子=fnf,
所以F=fnη=3000 N3×80%=1250 N.
方法指導 解答此類問題時,注意滑輪組的放置情況及常用公式.
s繩=ns物,
W有用=F1s繩 =fs物 ,
W總=Fs繩,
η=W有用W總=fs物Fs繩=fs物Fns物=fnF .
變式訓練4 如圖7所示:一輛車開進了泥潭中,司機取來一個動滑輪欲將汽車從泥潭中拉出.若司機用750 N的拉力在5 s內將車水平拉動l m,那么司機所做的功是J,司機做功的功率是W.
4 機械能變化及相互轉化
例5 跳水運動是奧運會的正式比賽項目,我國運動員在該項目上一直處于國際領先地位.比賽中,跳水運動員從騰空跳起向上運動后再向下落入水中,若不計空氣阻力,在整個空中運動過程中,運動員的
A.動能先減小后增大,重力勢能先增大后減小,機械能不變
B.動能先增大后減小,重力勢能先減小后增大,機械能不變
C.動能先減小后增大,重力勢能先增大后減小,機械能增大
D.動能先增大后減小,重力勢能先減小后增大,機械能減小
典例分析 運動員騰空跳起向上運動時,動能減小,重力勢能增大,動能轉化為重力勢能;運動員向下落入水中的過程中,重力勢能減小,動能增大,若不計空氣阻力,機械能的總量保持不變.
方法指導 解答此類問題時,提取關鍵信息,準確分析在運動過程中影響能量大小因素的變化情況,從而分析出能量的變化情況.
變式訓練5 如圖8所示,是上海世博會中國館“東方之冠”.在一次參觀中,李先生乘電梯上樓,在電梯勻速上升的過程中,李先生的
A.動能不斷增大
B.重力勢能不斷增大
1體驗感知、建構知識與技能
為了充分激發(fā)學生的學習興趣和互動熱情,教師對這個環(huán)節(jié)采用多個實驗循序遞進的形式來達成.
(1)互動實驗,鞏固而知新.讓每個同學采用多種方法讓自己的手變暖和起來,鑒于學生的生活經(jīng)驗和已有知識技能,每個學生都會深入?yún)⑴c到活動中,這種開放式的活動很快能調動學生的積極性.很多學生不僅想到用手捂熱水袋、對手哈氣等方法,還想到了搓手等方法,無形之中就初步建構了做功可以改變物體內能的方法,并讓學生興趣倍增.
(2)開放實驗,多元化提升.為了進一步促使學生對做功可以改變內能的理解和掌握,我們再次讓學生探究什么樣的方法能讓鐵絲的內能增大、溫度升高.并分別說出,這是采用熱傳遞還是做功的方法來改變內能的.將熱傳遞和做功應用到實際的實踐之中,真正加深對兩者的認識和理解,提升學生學以致用的能力.
(3)經(jīng)驗回顧,學以致用.為了深入推廣相應知識與技能的應用深度,筆者請學生結合生活中實例,各舉幾個熱傳遞和做功改變內能的例子.這時學生會非常樂意結合已學的知識與技能進行深一步的思考,有些學生想到點火柴和擦火柴,也有些會想到鉆木取火等等.學生能在老師的引領下,自發(fā)地去篩選相應的例子,并學會用相應的知識與規(guī)律去解釋其中的原理.
在這個環(huán)節(jié)中,學生在體驗活動中獲知做功可以改變內能,通過多元實驗和經(jīng)驗來加深認知深度,提升建構知識與技能的速度和效率,也讓學生深刻體驗物理知識與技能往往來源于生活,讓學生善于觀察生活中的物理現(xiàn)象,善于動腦分析、善于歸納總結,從而養(yǎng)成自主學習的習慣.
2循序漸進、提升認知與應用
為了進一步提升學生理解機械能的認知,并服務于學生對內燃機工作流程和工作原理的認識,我們要完成三個關鍵步驟的操作:
(1)進一步深入感受機械能可以轉化為內能,讓學生自己反復彎折鐵絲,感受一下鐵絲內能的增大、溫度的升高,讓學生反復在地磚中摩擦鋼尺,鋼尺內能增大、溫度升高.這些類似的實驗充分還原了學生深入體驗的機會和空間,更有效的幫助學生建構知識、掌握規(guī)律、理解本質.
(2)如何獲取更多的內能,讓內能大到可以燃燒,甚至爆炸的效果.筆者還是采用空氣壓縮點火儀(如圖1),為了進一步提升學生對獲取更大內能的認知深度,進一步服務于學生對后面內燃機壓縮點火沖程理解的深度,我們可以先讓這個壓縮點火實驗失敗,然后再把實驗的注意事項、注意細節(jié)細化,再次實驗,用最為震撼的燃燒實驗讓學生不僅感受到機械能轉化為內能過程中可以獲取非常巨大的內能,這個內能巨大到可以燃燒,乃至爆炸的效果,還讓學生感受到獲取巨大內能所需要的條件,感受實驗的嚴密性、科學性等.
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(3)讓學生不僅感受到機械能可以轉化為內能,而且內能也可以轉化為機械能.同樣為了取得震撼的效果,教師采用如圖2所示的點火爆炸的實驗,在電子點火完成的一瞬間,學生發(fā)現(xiàn)透明盒子飛了出去,并伴隨著“紜鋇南焐,這種“飛出”和“響聲” 的震撼效果最大限度地激發(fā)了學生的參與效果和思維深度,并很好地服務于學生對下面內燃機學習的鋪墊.
3自主閱讀、學會變通與分析
自主學習能力亦是我們在物理教學過程中需要慢慢滲透和培養(yǎng)的,比如閱讀能力和閱讀習慣.在本節(jié)的教學過程中,筆者力爭將自主閱讀和思考的時間和空間還原給學生,先讓學生閱讀內燃機的說明書,為了更好地幫助學生理解,我們通過三步達成.
3.1自主閱讀、自主對照
學生通過閱讀了解什么是沖程、什么是一個工作循環(huán)、結合自己的最近發(fā)展區(qū)去了解四個沖程是怎么工作的.
3.2對照實物,自主分析
為了更好地幫助學生理解,教師通過多媒體給學生提供一個慢速循環(huán)工作的內燃機動畫視頻,讓學生通過文字和動畫相結合,讓學生將思維置身于實際的循環(huán)工作之中.
3.3講解點評、建構完善
教師再次以實物展示內燃機的工作過程,并請每個學生講解每個沖程的工作特征和能量轉化關系,幫助學生通過自己的語言完成對內燃機工作循環(huán)的認識和表述.特別在壓縮沖程和做功沖程的理解中,學生能很快地聯(lián)系剛才的壓縮點火的實驗和點火爆炸的實驗,達成知識與技能的融會貫通.
4歸納總結、回歸生活與社會
學習的價值不僅是傳遞知識與技能,還是讓學生在經(jīng)歷知識與技能建構過程中感受到學習的價值、知識的價值.在本節(jié)的過程中,學生雖然已經(jīng)完成對內燃機的認識和理解,但我們還不能結束本課的教學,因為我們還要通過教學行為的開展達到以下較理想的效果.
4.1物理學科魅力的充分展現(xiàn)
內燃機的發(fā)明和使用促進了社會的發(fā)展和變革,從十七世紀末的第一臺帶活塞的蒸汽機帶動工業(yè)革命的產(chǎn)生到渦輪噴氣發(fā)動機的使用.此時,物理學科對社會發(fā)展和進步作出的巨大貢獻,再次讓學生震驚,激發(fā)學生的內在學習動力和興趣.
4.2熱機弊端問題的深入關注
在學生了解內燃機的使用和價值以后,教師還有必要給學生滲透兩點:(1)熱機的效率相對較低,在實際的使用過程
中,有大部分能量在不斷的損耗和排泄掉,這種現(xiàn)狀進一步激發(fā)學生學習的熱情,激勵學生通過進一步的學習和努力,用智慧服務于熱機效率的提升,服務于社會的進一步發(fā)展;(2)環(huán)境的污染非常嚴重,熱機的使用會排放出大量的有害氣體,這些氣體的產(chǎn)生嚴重污染了我們的生活環(huán)境,嚴重制約了人類的進一步發(fā)展,能源危機和環(huán)境問題成為嚴重制約我們當今社會發(fā)展的最大障礙,也是我們學生需要通過學習努力改變的.