前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇机械能范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
1.决定机械能大小的因素
动能大小与物体的质量和速度有关.质量相同的物体运动速度越大,它的动能越大;运动速度相同的物体,质量越大,它的动能也越大.例如以相同的速度行驶的火车和汽车,火车的动能就比汽车的动能大;而以不同速度行驶的同一列火车,速度大时动能就大.
弹性势能的大小与物体弹性形变的大小有关.同一个物体,在弹性限度内,弹性形变越大,弹性势能越大.
重力势能与物体被举起的高度和物体的质量有关.同一个物体,被举起的高度越大,重力势能越大;同一高度的不同物体,质量越大,重力势能越大.
2.动能和势能之间的相互转化
(1)动能和重力势能之间的相互转化
在一定的条件下,动能和重力势能之间可以相互转化.如将一块小石块,从低处抛向高处,再从高处下落的过程中,先是动能转化为重力势能,后来又是重力势能转化为动能.
(2)动能与弹性势能之间的相互转化
在一定的条件下,动能和弹性势能之间可以相互转化.如跳板跳水运动员,在起跳的过程中,压跳板是动能转化为弹性势能,跳板将运动员反弹起来是弹性势能转化为动能.
3.机械能及其守恒
(1)机械能
动能与势能之和统称为机械能.动能是物体运动时具有的能量,势能是物体存储的能量.
(2)机械能守恒
如果一个过程中,只有动能和势能相互转化,机械能的总和就保持不变.这个规律叫做机械能守恒.
二、例题指路
1.认识能量
例1 “固定在天花板上的电风扇,因为静止,没有做功,所以没有能.”这种说法对吗?
解析 固定在天花板上的电风扇,处于一定的高度,可视为“被举高”了,因而具有重力势能.
所以本题中说法不对.因为一个物体具有能,只说明它能做功,但它不一定做功.电风扇处于静止,虽然没有做功,不能表明它不能做功,因而也就不能说明它没有能.
点拨“做功”与“能做功”是两个不同的概念,要注意加以区分.
2.机械能形式的判断
例2下列物体各具有什么形式的机械能?
(1)天空中向前飞行的飞机
(2)在地面上被拉弯的弓
(3)稳稳地立在山顶上的一块石头(以山脚的地面为标准)
(4)在地上滚动的足球
解析根据动能、重力势能、弹性势能的定义,分析物体是否运动、被举高、发生弹性形变,即可确定物体具有哪种形式的机械能.
答(1)具有一定的速度和高度,因此具有动能和重力势能.
(2)发生了弹性形变,因此具有弹性势能.
(3)它离地面有一定的高度,因此具有重力势能.
(4)足球是运动的,因此具有动能.
3.决定机械能大小的因素
例3关于物体的动能和势能,下列说法中正确的是().
A.质量大的物体一定比质量小的物体动能大
B.高速飞行的子弹一定比缓慢行驶的汽车动能大
C.质量相同的两个物体放在同一高度,它们的重力势能一定相同
D.一根弹簧被拉长时弹性势能增大,被压缩时弹性势能减小
解析物体动能大小由质量和速度两个因素决定.质量大,速度可能小,所以动能不一定大,子弹速度大,质量小,动能不一定比汽车的动能大.物体的重力势能由质量和高度两个因素决定,只有两者都相同时,重力势能才相同.弹簧被拉长和压缩时弹性形变都增大,因此弹性势能都增大.
答C.
点拨掌握决定机械能大小的因素,是我们进一步认识机械能的基础.在此基础上,我们才能领会机械能的变化以及变化原因.
4.机械能守恒
例4用一根不可伸长的细线,一端拴住一小球,另一端固定,如图所示.使小球偏离它静止的位置O移至B点,然后释放,小球就沿BOC弧线摆动,若无阻力作用,小球从BOCOB的过程中机械能发生怎样的转化?
解析小球运动过程中,因无阻力作用,故只有动能和重力势能之间的转化.把小球从O点移到B点,是小球被举高的过程,因此小球在B点具有重力势能,但在B点速度为零,不具有动能.
小球从BO运动时,高度逐渐减小,说明小球的重力势能逐渐减少;而小球的运动速度逐渐增大,说明小球的动能逐渐增大.在这个过程中,小球的重力势能转化成它的动能.
小球从OC运动时,高度逐渐增加,说明小球的重力势能逐渐增加;而小球的运动速度逐渐减小至零,说明小球的动能逐渐减少至零.在这个过程中,小球的动能又转化成它的重力势能了.
答BO重力势能减小,动能增加;
OC重力势能增加,动能减小;
CO同BO;
OB同OC.
点拨因为无阻力作用,本题机械能守恒.
5.平衡力作用下的机械能
例5物体在平衡力作用下,下列说法正确的是().
A.物体的机械能一定不变
B.物体的机械能一定增加
C.物体的机械能一定减少
D.以上说法都不对
解析物体在平衡力的作用下,保持静止状态或匀速直线运动状态.如果保持静止状态,机械能不变.如果保持匀速直线运动状态,就有多种情况,当物体在水平面上做匀速直线运动时,物体的高度和速度都不变,那么它的动能和势能也不变,所以机械能不变;当物体向上做匀速直线运动时,虽然速度不变,动能不变,但物置升高,重力势能增加,所以机械能增加;当物体向下做匀速直线运动时,虽然速度不变,动能不变,但物体高度降低,重力势能减小,所以机械能减小.
选D.
点拨本题属于机械能问题中的难题,需要结合生活经验进行合理的想像,比如构建一个在平衡力作用下物体匀速上升或者下降的模型.
6.机械能与内能的转化
例6“神舟七号”在大气层里加速上升的过程中,若不考虑质量的变化,其( ).
A.机械能减少,内能增加
B.机械能增加,内能减少
C.机械能与内能都增加
D.机械能不变,内能增加
解析根据机械能的定义,知物体的动能和势能总和为物体的总机械能.“神舟七号”在大气层里加速上升的过程中,其质量未变(损耗的燃料不计),运动速度越来越大,离地面的位置越来越远,则其动能增加,重力势能也增加;由于“神舟七号”是在大气层中加速,因此,“神舟七号”与大气相摩擦而生热,使得飞船外壳温度升高,其内能也增加.所以,“神舟七号”在大气层中加速上升的过程中,机械能增加,内能也增加.
下面结合一些例题来进行分析,谈谈解题的思路、策略和方法.
例1一次,检查员发现某药店的一台天平左右两臂不相等,于是责令营业员停止使用该天平,但这时却刚好跑进来一顾客,要求购买200g药品, 营业员急中生智地对检查员说:我先在左盘里放药品,右盘放100g砝码, 然后再在左盘放100g砝码,右盘放药品,这样一次药品的质量多于100g,一次药品的质量少于100g,两次扯平了,刚好200g,这样,谁也不吃亏.你认为营业员说的是否正确?
分析天平应是一等臂杠杆,若两臂不相等,则所称量的物体质量就不准确.本题可看成是一道含有两全过程的计算题,必须通过计算才能知道两次称量出的总质量是否为200g.
解
方法1先设左右两边力臂之比为l1:l2.再分别计算出两次称出的药品质量M1、M2,加起来看是否等于200g.
M1×l1=100g×l2 100g×l1= M2×l2
方法2利用力与力臂成反比得:
100g:M1=M2:100g 得M1×M2=(100g)2,
即M1+M2>200g.
点评解杠杆类题目一般都是根据其平衡条件列出关系式,有一个过程列一个方程,再解出结果.
例2用滑轮组提起质量为200g的物体.作用在绳子自由端向上的拉力为0.49N,绳子自由端移动的距离为0.5m,物体升高的距离为0.1m.
(1)求此过程中的有用功、总功和滑轮组的机械效率;
(2)画出实验时滑轮组的绕绳方法.
分析(1)有用功等于物重和物体升高距离的乘积;总功等于拉力和绳子自由端移动距离的乘积;机械效率等于有用功和总功的比值.
(2)使用滑轮组时,重物由几段绳子承担,绳子自由端移动的距离就是物体升高距离的几倍.本题中绳子自由端移动的距离是物体升高的5倍,所以重物由5段绳子承担.绳子的一端应系在下面的动滑轮上,由于重物是由5根绳子承担,所以要两个动滑轮,自由端向上,所以也要两个定滑轮.
解(1)W有用=G・h
=2N×0.1m=0.2J,
W总=F・s=0.49N×0.5m
=0.245J,
=0.82=82%.
(2)绳子绕法如图1所示.
点评在画滑轮组时,动滑轮的个数由承担重物绳子的段数决定, 段数为偶数,固定端就在定滑轮上,动滑轮个数为段数的一半; 段数为奇数,固定端就在动滑轮上,动滑轮个数为段数减1的一半. 动滑轮个数和固定端定下来之后,再看自由端是向上还是向下,就可确定定滑轮的个数.
例3某同学自制了一个可以测人体重心位置的装置,如图2所示,取一块与自己等长的木板,一端固定另一端用轻质细绳通过一个滑轮悬挂起来(摩擦不计),在绳子末端的托盘上放一些重物,使木板水平平衡.如果该同学身高160cm,质量40kg,平躺到木板上后在托盘中再加上重137.2N的物体,木板再次水平平衡.
(1)该装置中滑轮的作用是.
(2)在测人体重心之前,先“在绳子末端的托盘上放一些重物,使木板水平平衡”,这样做的目的是 .
(3)请通过计算说明该同学的重心位置.(g取9.8N/kg)
分析本装置是利用杠杆平衡条件来测重心位置的,将木板看成杠杆,O为支点, 先在绳子末端的托盘上放一些重物,使木板水平平衡,人平躺到木板上后,相当于在人的重心处对木板作用一向下的大小等于人重的力,要使杠杆仍平衡,必须通过向托盘中再加重物使绳子的拉力增大.使增加的阻力和阻力臂乘积与动力和动力臂乘积相等.
解(1)改变力的方向;
(2) 使木板水平平衡,排除木板重力对实验的影响;
(3)该同学的重心位置离O点(头顶)距离为l2,
F1l1=F2l2得:
137.2N×160cm=40×9.8N×l2
l2=56cm.
答该同学的重心位置离O点(头顶)距离为56cm.
点评在用此装置测人重心位置时,也可不测人的质量.其方法是: 人先头朝O点平躺到木板上测一次,再脚朝O点平躺到木板上测一次,根据两次测出的数据分别列出两个关系式,解出重心位置.
例4如图3所示,与水平方向分别成60°和30°的两根细线吊着一根均匀直棒,直棒保持水平.若直棒重为G,求两细线的拉力.
分析可将直棒看成杠杆,由于直棒是静止的,其支点可根据题目需要而定.要求B端细线的拉力,可选A端为支点,动力为B端细线的拉力,阻力为棒AB的重力,作用点在重心处(AB的中点),画出并求出它们的力臂(都用棒长L表示),根据杠杆平衡列出关系式,就可解出B端细线的拉力FB.取B点为支点,用同样的方法可解出A端细线的拉力FA.
态,都可当杠杆来处理.支点可任意定,但为了解题方便,往往将支点定在某一力的作用点上.
例5兰兰和芳芳测定好滑轮组机械效率后,在全班交流实验结果时,老师提出:如果各组所用滑轮和串绕绳子的方式不变,改变其他因素,是否会影响它的机械效率呢?大家积极思考,提出了各种猜想,概括起来有如下几种:
猜想l:可能与匀速提升的速度大小有关;
猜想2:可能与被提升的钩码重力有关;
猜想3:可能与匀速提升的速度大小和被提升的钩码重力都有关;
猜想4:可能与钩码被提升的高度有关.
(1)请帮助兰兰完成表中的一项计算;
(2)请根据她们的实验记录,分别在表中写出探究结果;
(3)归纳她们的实验探究,你所得的结论是:.
分析(1)首先设物体上升的高度为h,根据兰兰的第1组记录算出承担重物绳子的段数, 再根据兰兰的第2组记录和绳子的段数算出第2组中的机械效率.
(2)兰兰在实验中提升物体的速度大致相同,而所挂钩码重不同,得出的机械效率也不同,说明猜想2是正确的;芳芳在实验中,所挂钩码重相同, 提升速度不同,得出的机械效率相同, 说明猜想1是错误的.
(3)猜想2正确,猜想1错误,可知猜想3也是错误的.在计算机械效率时,设出的高度h被消掉,也就是说明机械效率与h无关. 猜想4也是错误的.
解(1)由η=W有用/W总得:
η2=15N×h/6N×3h=83.3%.
(2) 速度相同,所挂钩码越重, 机械效率越大;机械效率与速度大小无关.
(3)只有猜想2正确.
点评物理中许多科学探究的问题都受几个因素共同影响,控制变量法是解决这类问题的最有效的方法.运用“控制变量法”可以使物理量的变化简化为分别与各个单因素的变化有关的问题,逐一分析、解决,从而降低物理问题的分析难度.
例6近年来,我国汽车工业发展迅猛,各种新型汽车不断投放市场.以下是我国某品牌轿车的测试报告.
(1)汽油的热值q=3.3×107J/L,燃料完全燃烧放出热量的公式是Q=qV,式中V表示燃料的体积.请计算该品牌轿车在测试过程中,汽油完全燃烧产生的内能转化为发动机牵引轿车前进所需能量的效率.(g取10N/kg)
(2)近年来,我国部分省份开始推广使用乙醇汽油,乙醇汽油是由10%体积的乙醇与90%体积的汽油混合而成,已知乙醇的热值q=2.4×107J/L,设混合后总体积不变,请计算乙醇汽油的热值.
(3)乙醇,俗称酒精.推广使用乙醇汽油,有何积极意义?(请写出一点)
分析 (1)轿车前进100km所需能量就等于克服阻力所做的功,9L汽油完全燃烧放出的热量Q=qV. 所需能量和热量之比就是所求的效率.
(2) 0.1L乙醇完全燃烧放出的热量与0.9L汽油完全燃烧放出的热量之和就是1L乙醇汽油完全燃烧放出的热量.可得出乙醇汽油的热值.
(3)可从环保或节约能源的角度来说明.
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)减少CO2的排放,有利于环境保护.
首先我们试推导“机械能定理”。机械能守恒定律中描述,只有重力做功,物体的机械能守恒,其中重力做功只是把物体的动能转化为重力势能或把重力势能转化为动能,重力做功不改变机械能。若一个物体,除了受重力做功外还受其他外力做功,那么物体在运动过程中机械能就不再守恒,他的机械能的增加(减少)量由这个外力做功量决定,这个外力在运动过程中对物体做多少正功(负功)物体的机械能就增加(减少)多少。所以有:一个物体在多个力作用下运动,除重力做功以外,其他外力对物体做多少功,物体的机械能就改变多少。这就是我们效仿动能定理推导归纳的“机械能
定理”。
在很多涉及机械能变化的能量问题考题中,我们可以使用“机
械能定理”轻松地解决相关问题。下面我们列举两个例题试用一下“机械能定理”。
例1.从地面竖直上抛一个质量为m的小球,小球上升的最大高度为h,设上升和下降过程中空气阻力大小恒定为Ff,下列说法正确的是( )
A.小球上升的过程中动能减少了mgh
B.小球上升和下降的整个过程中机械能减少了Ff h
C.小球上升过程中重力势能增加了mgh
D.小球上升和下降的整个过程中动能减少了Ff h
解析:例1的正确选项是(C),其中A、D选项研究小球的动能改变,我们可以应用动能定理来处理这两个问题,小球上升过程合外力做功为-(mg-Ff)h,所以,上升过程小球动能减少(mg-Ff)h,故A项错;小球上升和下降的整个过程中合外力做功-2Ff h,所以小球动能减少了2Ff h,故D项错;B项研究小球机械能的改变,我们可用“机械能定理”解决问题,小球上升和下降的过程中机械能的减少等于除重力外其他外力所做功的总和,小球在上升和下降的
过程中,除重力做功外只有阻力Ff做功,且W外=-2Ff h,所以,机械能减少了2Ff h,故B错;C选项研究小球重力势能改变,小球上升过程中重力做功为-mgh,所以,小球的重力势能增加mgh。
例2.一带电小球在重力和电场力的共同作用下,自空中某点P运动到Q的过程中,重力做功-3J,电场力做功1J,则上述运动过程中小球的( )
A.重力势能增加3J B.电势能增加1J
C.动能增加1J D.机械能增加1J
解析:例2的正确答案为(A、D),下面我们分别分析各个选项:A项研究小球重力势能变化,题目中已知小球从P到Q过程中重力做功-3J,可推出重力势能增加3J,故A正确;B项研究小球电势能变化,题目中已知小球从P到Q过程中电场力做功1J,所以小球的电势能减少1J,故B项错;C项研究小球动能变化,小球从P到Q的过程中重力做功为-3J,电场力做功1J,则合外力做功为
-2J,所以动能减少2J,故C项错;D项研究小球机械能的变化,这样就可以使用我们推导的“机械能定理”。经分析,除重力对小球做功外,只有电场力做功,且已知电场力做功为1J,所以小球的机械能增加1J,故D项正确。
1 力学中做功的条件
例1 如图1所示的四种情景中,人对物体做功的是
典例分析 做功有两个必要因素:一是作用在物体上的力;二是物体在力的方向上通过一段距离.本题的A、B、D三种情景,虽然人均对物体施加了力,但物体没有在力的方向上移动距离,所以A、B、D三图中的人都没有对物体做功.C图中的小丽在竖直方向上施加了力,并使箱子在竖直方向上移动了一段距离,小丽对箱子做了功.所以选C.
方法指导 此类题型考查做功的两个必要因素,注意力与距离的一一对应.
变式训练1 如图所示描述的力,有对物体做功的是
2 功 、功率 、机械效率概念的理解
例2 下列关于功率和机械效率的说法中,正确的是
A.功率大的机械,做功一定多
B.做功快的机械,功率一定大
C.机械效率高的机械,功率一定大
D.做功多的机械,机械效率一定高
典例分析 本题的A、C、D选项中前后无因果关系,B选项中描述了功率的物理意义.所以选B.
方法指导 可从定义、定义式及单位三个方面比较三个概念.
变式训练2 关于力、功、功率、和机械效率,下列说法正确的是
A.作用在物体上的力越大,做功越多
B.功率越大,机械效率越大
C.机械效率高的机械不一定省力
D.做的功越多,机械效率越大
3 滑轮组机械效率的计算
3.1 利用滑轮组竖直提升物体
例3 如图3所示在某工地上,工人师傅用滑轮组吊起重为 600 N的物体,他站在地面上用200 N力往下拉绳,5 s内使物体匀速上升1 m.
(1)滑轮组提升重物所做的有用功.
(2)该工人的拉力所做的总功.
(3)工人所做功的功率.
(4)该滑轮组的机械效率(试用两种方法求解).
(5)题中少了哪两个数据,仍能求出滑轮组的机械效率?
(6)若不计绳重及摩擦,动滑轮的总重为多少?(试用两种方法求解)
典例分析 (1)因为物体的重力G=600 N,
被提升了h=1 m,
有用功W有用=Gh=600 N×1 m=600 J.
(2)由图可知,滑轮组是由4段绳子承担总重力,则绳子移动的距离
s=4h=4×1 m=4 m,
则拉力做的总功
W总=Fs=200 N×4 m=800 J.
(3)绳子移动时间t=5 s,
绳子移动距离 s=4 m,
绳子移动速度
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总=600 J800 J=75%.
方法二 η= W有用W总=GhFS
=GhF4h=G4F=600 N4×200 N=75%.
(5) 根据
η=W有用W总=GhFS=GhF4h=G4F.
由上式可看出,若少了时间5 s和物体上升距离1 m,仍可求出滑轮组机械效率.
(6) 方法一
W额=W总-W有用=800 J-600 J=200 J,
W额=Gh,
G动=W额h=200 J1 m=200 N.
方法二
W有用=G物h,
W额=G动h,
W总=G物h+G动h,
η=W有用W总= G物hG物h+G动h= G物G物+G动.
代入已知数值,即可求得G动.
方法指导 (1)该类题型常用公式
s绳=nh物(暗线) ,W有用=G物h物 ,
W总=Fs绳 ,
η=W有W总=G物h物 Fs绳=G物nF.
若不计绳重及摩擦
W有用=G物h物,
W额=G动h物,
W总=G物h物+G动h物,
η=W有用W总= G物h物G物h物+G动h物= G物G物+G动.
(2)解答滑轮组机械效率类试题时,应该分清具体情况,使用不同推导公式解题并且注意公式中各物理量的对应.
变式训练3 如图4所示,是2008北京残奥会开幕式最后一棒火炬手侯斌,靠自己双手的力量,攀爬到火炬台底部并最终点燃圣火的照片,该点火仪式充分体现了残疾人自强自立、拼搏向上的勇气和精神.已知他和轮椅总质量为80 kg,攀爬高度39 m,历时约3 min 20 s.
(1)如果不计机械装置的额外功,求他的平均功率多大?
(2)小明同学看到火炬手攀爬很费劲,想到物理课上学过利用滑轮组可以省力.小明同学如果站在地面上,用图5所示的哪个滑轮组拉起火炬手侯斌最合适,理由是什么?如果该滑轮组机械效率为80%,求小明同学的拉力至少要多大?(g取10 N/kg)
3.2 利用滑轮组水平拉动物体
例4 如图6所示,物体重15000 N,物体与水平地面的滑动摩擦力为物体重的0.2倍,滑轮组的机械效率为80%,求物体向左匀速运动时绳的自由端的拉力是多大?
典例分析 f=0.2G=0.2×15000 N=3000 N,
由图可知滑轮组由3段绳子水平拉动物体.
因为η=W有用W总=F1s物Fs绳子=fs物fns绳子=fnf,
所以F=fnη=3000 N3×80%=1250 N.
方法指导 解答此类问题时,注意滑轮组的放置情况及常用公式.
s绳=ns物,
W有用=F1s绳 =fs物 ,
W总=Fs绳,
η=W有用W总=fs物Fs绳=fs物Fns物=fnF .
变式训练4 如图7所示:一辆车开进了泥潭中,司机取来一个动滑轮欲将汽车从泥潭中拉出.若司机用750 N的拉力在5 s内将车水平拉动l m,那么司机所做的功是J,司机做功的功率是W.
4 机械能变化及相互转化
例5 跳水运动是奥运会的正式比赛项目,我国运动员在该项目上一直处于国际领先地位.比赛中,跳水运动员从腾空跳起向上运动后再向下落入水中,若不计空气阻力,在整个空中运动过程中,运动员的
A.动能先减小后增大,重力势能先增大后减小,机械能不变
B.动能先增大后减小,重力势能先减小后增大,机械能不变
C.动能先减小后增大,重力势能先增大后减小,机械能增大
D.动能先增大后减小,重力势能先减小后增大,机械能减小
典例分析 运动员腾空跳起向上运动时,动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能;运动员向下落入水中的过程中,重力势能减小,动能增大,若不计空气阻力,机械能的总量保持不变.
方法指导 解答此类问题时,提取关键信息,准确分析在运动过程中影响能量大小因素的变化情况,从而分析出能量的变化情况.
变式训练5 如图8所示,是上海世博会中国馆“东方之冠”.在一次参观中,李先生乘电梯上楼,在电梯匀速上升的过程中,李先生的
A.动能不断增大
B.重力势能不断增大
1体验感知、建构知识与技能
为了充分激发学生的学习兴趣和互动热情,教师对这个环节采用多个实验循序递进的形式来达成.
(1)互动实验,巩固而知新.让每个同学采用多种方法让自己的手变暖和起来,鉴于学生的生活经验和已有知识技能,每个学生都会深入参与到活动中,这种开放式的活动很快能调动学生的积极性.很多学生不仅想到用手捂热水袋、对手哈气等方法,还想到了搓手等方法,无形之中就初步建构了做功可以改变物体内能的方法,并让学生兴趣倍增.
(2)开放实验,多元化提升.为了进一步促使学生对做功可以改变内能的理解和掌握,我们再次让学生探究什么样的方法能让铁丝的内能增大、温度升高.并分别说出,这是采用热传递还是做功的方法来改变内能的.将热传递和做功应用到实际的实践之中,真正加深对两者的认识和理解,提升学生学以致用的能力.
(3)经验回顾,学以致用.为了深入推广相应知识与技能的应用深度,笔者请学生结合生活中实例,各举几个热传递和做功改变内能的例子.这时学生会非常乐意结合已学的知识与技能进行深一步的思考,有些学生想到点火柴和擦火柴,也有些会想到钻木取火等等.学生能在老师的引领下,自发地去筛选相应的例子,并学会用相应的知识与规律去解释其中的原理.
在这个环节中,学生在体验活动中获知做功可以改变内能,通过多元实验和经验来加深认知深度,提升建构知识与技能的速度和效率,也让学生深刻体验物理知识与技能往往来源于生活,让学生善于观察生活中的物理现象,善于动脑分析、善于归纳总结,从而养成自主学习的习惯.
2循序渐进、提升认知与应用
为了进一步提升学生理解机械能的认知,并服务于学生对内燃机工作流程和工作原理的认识,我们要完成三个关键步骤的操作:
(1)进一步深入感受机械能可以转化为内能,让学生自己反复弯折铁丝,感受一下铁丝内能的增大、温度的升高,让学生反复在地砖中摩擦钢尺,钢尺内能增大、温度升高.这些类似的实验充分还原了学生深入体验的机会和空间,更有效的帮助学生建构知识、掌握规律、理解本质.
(2)如何获取更多的内能,让内能大到可以燃烧,甚至爆炸的效果.笔者还是采用空气压缩点火仪(如图1),为了进一步提升学生对获取更大内能的认知深度,进一步服务于学生对后面内燃机压缩点火冲程理解的深度,我们可以先让这个压缩点火实验失败,然后再把实验的注意事项、注意细节细化,再次实验,用最为震撼的燃烧实验让学生不仅感受到机械能转化为内能过程中可以获取非常巨大的内能,这个内能巨大到可以燃烧,乃至爆炸的效果,还让学生感受到获取巨大内能所需要的条件,感受实验的严密性、科学性等.
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(3)让学生不仅感受到机械能可以转化为内能,而且内能也可以转化为机械能.同样为了取得震撼的效果,教师采用如图2所示的点火爆炸的实验,在电子点火完成的一瞬间,学生发现透明盒子飞了出去,并伴随着“纭钡南焐,这种“飞出”和“响声” 的震撼效果最大限度地激发了学生的参与效果和思维深度,并很好地服务于学生对下面内燃机学习的铺垫.
3自主阅读、学会变通与分析
自主学习能力亦是我们在物理教学过程中需要慢慢渗透和培养的,比如阅读能力和阅读习惯.在本节的教学过程中,笔者力争将自主阅读和思考的时间和空间还原给学生,先让学生阅读内燃机的说明书,为了更好地帮助学生理解,我们通过三步达成.
3.1自主阅读、自主对照
学生通过阅读了解什么是冲程、什么是一个工作循环、结合自己的最近发展区去了解四个冲程是怎么工作的.
3.2对照实物,自主分析
为了更好地帮助学生理解,教师通过多媒体给学生提供一个慢速循环工作的内燃机动画视频,让学生通过文字和动画相结合,让学生将思维置身于实际的循环工作之中.
3.3讲解点评、建构完善
教师再次以实物展示内燃机的工作过程,并请每个学生讲解每个冲程的工作特征和能量转化关系,帮助学生通过自己的语言完成对内燃机工作循环的认识和表述.特别在压缩冲程和做功冲程的理解中,学生能很快地联系刚才的压缩点火的实验和点火爆炸的实验,达成知识与技能的融会贯通.
4归纳总结、回归生活与社会
学习的价值不仅是传递知识与技能,还是让学生在经历知识与技能建构过程中感受到学习的价值、知识的价值.在本节的过程中,学生虽然已经完成对内燃机的认识和理解,但我们还不能结束本课的教学,因为我们还要通过教学行为的开展达到以下较理想的效果.
4.1物理学科魅力的充分展现
内燃机的发明和使用促进了社会的发展和变革,从十七世纪末的第一台带活塞的蒸汽机带动工业革命的产生到涡轮喷气发动机的使用.此时,物理学科对社会发展和进步作出的巨大贡献,再次让学生震惊,激发学生的内在学习动力和兴趣.
4.2热机弊端问题的深入关注
在学生了解内燃机的使用和价值以后,教师还有必要给学生渗透两点:(1)热机的效率相对较低,在实际的使用过程
中,有大部分能量在不断的损耗和排泄掉,这种现状进一步激发学生学习的热情,激励学生通过进一步的学习和努力,用智慧服务于热机效率的提升,服务于社会的进一步发展;(2)环境的污染非常严重,热机的使用会排放出大量的有害气体,这些气体的产生严重污染了我们的生活环境,严重制约了人类的进一步发展,能源危机和环境问题成为严重制约我们当今社会发展的最大障碍,也是我们学生需要通过学习努力改变的.