能量轉換1-牛頓擺講義

小小發(fā)明家系列課講義能量轉換模塊第一講：牛頓擺一、課程目標知識學習目標：1.重點認識動能和重力勢能：物體由于運動而具有的能量是動能，物體因為被舉高而具有的能量是重力勢能；2.重點了解牛頓擺的原理：重力勢能和動能的轉化，及動能的傳遞；3.一般了解能量的傳遞；4.一般了解能量轉化的現(xiàn)象。探究學習目標：1.通過體驗式小游戲感受能量，認識動能2.通過對比式實驗讓學生學會通過觀察實驗現(xiàn)象分析影響因素3.通過牛頓擺實現(xiàn)條件的討論和實驗探究，簡單學會使用變量解決問題火星盒子制作目標：1.觀察和認識牛頓擺的組成部分2.在教師指導下動手組裝完成牛頓擺制作3.通過牛頓擺的制作，掌握牛頓擺的結構和原理二、課堂組織形式1.組織趣味互動游戲2.問答式課堂互動3.隨堂趣味測試題4.融入趣味故事講解5.設計互動探究實驗6.火星盒子制作演示和指導7.課后習題鞏固三、課堂準備名稱內容來源備注1PPT課件課程全流程演示文稿火星人課件2組裝制作說明視頻組裝制作的說明視頻火星人備課視頻組裝流程視頻說明3互動游戲動能：小鋼球（或玻璃球、木塊、A4紙重力勢能：一塊重物（如鐵塊、磁鐵等）教師自備生活中獲得4互動實驗教具動能的大?。簝蓚€大小不同的小鋼球、兩個木塊能量的傳遞：一盒火柴棒重力勢能的大小：兩個大小不同的小鋼球、一個木塊、一個斜面牛頓擺條件5個小鋼球兩個大鋼球5個彈力小球需教師自己準備（詳細方法參考火星人備課視頻）5學生組裝器材及工具火星盒子——牛頓擺（每人一套、螺絲刀火星盒子需按學生數(shù)量在商城訂購；注意事項：火星盒子提前收好，需要在理論講解之后，也就是上課流程第6步動手制作（見下文）時再發(fā)給學生，如果在課前即擺在學生面前，會極大分散學生的注意力，不利于理論知識講解和課堂互動。6課后習題考核本科學習知識點，客觀題+主觀題本講義附件部分四、詳細上課流程本節(jié)課括課熱和8步具體：（）通過星故介紹本課的背景，長在2鐘內。（第-5步論講解時長需在-0分鐘過互動戲引能量及能的并通實驗動能的大過驗認識力勢并通過驗探力勢能大后總結能量換后利所知識去分析頓擺量轉換程。（）第6步為動手操組裝牛頓擺需教導、維秩序證安全時長在-0分鐘。（）第7步為總結，長為0鐘。（）第8步為作業(yè)布，把內容延到生。上課步驟主要內容注意事項【課堂預熱】背景引入【對應PPT】火星來信【時長】2min【情景引入-火星來信】最近火星到處在標榜能量到了哪里都是各種能量小火星實在不懂，能量是什么？小火星在想“我有能量嗎？我的能量能做什么呢？”大家能幫幫小火星嗎？（1）不要在課程開始時發(fā)給學生盒子器材，會分散學生注意力?！镜?步】認識動能【對應PPT“認識能”部分【時長】10-5in【話術銜接】上課之前我們先玩一個小游戲，123木頭人【實驗/游戲】游戲規(guī)則設定一個起點和終點學生站在起點老師數(shù)123學開始奔向終點，老師說木頭人，所有人停下，如果沒有停下則踢出局，看誰先跑到終點。游戲總結：剛才你們有兩種狀態(tài)，一種是靜止不動，一種是什么啊？學生回答“運動。今天我們就要研究運動的物體的能量。1、游戲設計目的活躍課堂氛圍，認識到靜止和運動的區(qū)別（這里不考慮相對運動的概念。2如果空間有限可以設定其他動作，如原地跑步，看誰先到50步?！驹捫g銜接】接下來我們再來做個小游戲，做完游戲同學們要回答老師幾個問題，看誰觀察的更仔細哈【實驗/游戲】材料準備：一個小鋼珠（或彈力手槍，一個木塊，一張A4紙游戲設計目的：讓學生對能量和動能有個初步的感受和認知游戲過程：1、把木塊放在桌面上某一位置并用馬克筆或者粉筆做標記讓學生用小鋼珠把木塊彈向前方，比比看誰彈的更遠，記下彈的最遠和最近的兩名同學；2、老師手持A4紙兩端抻平，讓學生用一根手指把紙從中間戳破，看誰最快；3、老師收起道具，提問學生問題“為什么木塊動了起來？“為什么手指能把紙戳破？”游戲總結：運動的物體具有能量，一個東西有沒有能量就看它能不能搞出點什么動靜，比如這個鋼球靜止的時候不能撞跑小木塊，但是滾動起來的時候就可以了那就認為這個鋼球運動的時候有了一種能量，我們把這個能量叫做動能。我們的手指戳破紙也是一樣的道理，因為手指具有了什么??？學生回答“能量或者動能”【提問】剛才的游戲里我們發(fā)現(xiàn)木塊跑的有近有遠對不對？這是為什么呢？我們怎么能讓木塊跑的更遠呢？學生回答【實驗/游戲】材料準備：一大一小鋼珠、一個木塊、馬克筆實驗設計目的：使學生認識到影響動能大小的因素，學會通過比較法達到實驗目的。實驗過程：1、先把木塊放在桌面上，并做標記；2老師先拿一個小的鋼珠讓其很緩慢的撞擊木塊記下木塊的位置；3挑選一位剛才把鋼球彈得最遠的甲同學讓他再操作一遍并再次記下木塊的位置；4、讓學生對比兩次的距離，并提問為什么？5挑選力氣最小的同學用小鋼珠和大鋼珠分別進行一次并記下木塊被撞擊到的位置；6、對比兩次撞擊的位置，并提問為什么？實驗總結小鋼球速度越快能（動能大質量越大能動能）也會越大?！倦S堂小測試】根據(jù)PPT提問“為什么一顆小小的子彈殺傷力如此之大”【講解】因為子彈速度太快了，所以具有非常大的能量——動能，所以碰撞到其他東西的時候，就會有一股強大的力量將對方擊穿?！镜?步】能量的傳遞【對應PPT“能量以傳遞【話術銜接】我們知道了，能量呢，就是能搞點動作出來，那么，接下來，我們看一個小視頻，看一下這個能量做了什么。實驗設計目的：使學生觀察能量傳遞的過程嗎？”部分【時長】5in【實驗/游戲】材料準備：一盒火柴棒實驗過程火柴棒交叉放（具體參考實錄視頻或者PPT圖片按下一端的火柴棒，另一端動了起來?！局v解】我們看到中間的火柴棒就像接力賽一樣，把第一個火柴棒的動能進行了傳遞。所以能量是可以相互傳遞的?！镜?步】認識重力勢能【對應PPT“認識重勢能”部分【時長】10-5in【銜接話術】我們發(fā)現(xiàn)，讓一個靜止的物體運動起來，也就是從沒有動能到有動能，我們可以給它加一個外力，比如用手彈一下彈珠、用手按火柴棒等，那么有沒有不給它人為施加力卻還能運動動起來的現(xiàn)象呢？我們再來玩?zhèn)€小游戲【實驗/游戲】材料準備：一個重物（鐵塊或者磁鐵等均可）游戲過程：1、取重物放在學生手上，問誰敢（都敢）2、問這個時候重物有動能嗎（學生回答沒有因為鐵塊在手上是靜止的）3、把鐵塊舉高砸到桌面上然后舉高問學生敢不敢把手放在下邊實驗設計目的：通過體驗認識重力勢能（都不敢）、問學生為什么不敢（學生回答落下來砸到手上會很疼問學生為什么會疼？因為鐵塊落到手上時有動能。提問動能從何而來？實驗總結：在空中的重物和在手上有什么不一樣呢？高度不同，也就是因為位置高了，所以重物有了可能把人砸傷的能量，這種物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢能?！局v解物體為什么會落下來呢？是因為重力也就是地球的吸引力，如果在太空中，物體還會有重力勢能嗎？不管在什么高度都會漂浮在那里，不會下落，所以沒有重力勢能?！咎釂枴刻炜罩械男▲B、空中飄舞的落葉。桌面上的水杯、太空中的宇宙飛船。【提問】動能有大有小，那重力勢能呢？有大小之分嗎？怎么增加我手里這塊重物的重力勢能呢（學生思考后如果想不出來老師可提示：換一種思考方式就是，怎么能讓這個鐵塊具有更大的能量把人砸的更疼對不對？。學生找出方法并進行測試。問題設置目的：通過探討如何增大重力勢能讓學生自己找到影響重力勢能大小的因素，學生可能會想到把重物抬高、把重物變得更重的方法，那么就可以現(xiàn)場讓他們試驗一下。如果有學生提出“用力往下砸”這種想法，要告知那是增加了動能，并非重力勢能?！驹捫g銜接】那同樣的，我們還是通過一個實驗來觀察一下【實驗/游戲】材料準備：大小不同的小鋼球，一個木塊、一個斜面（自己搭一個，比如硬卡紙彎曲成一個U型的槽、馬克筆實驗過程：1、木塊放在斜面下方標記位置挑選一位學生把小鋼球從斜面的某一高度放下，另一個學生記下木塊被撞擊的距離。2、把木塊歸位，把重球放在同一高度下落，記錄木塊被撞擊的距離3、把木塊歸位，把重物從更高處落下，記錄木塊被撞擊的距離實驗總結：學生自行總結，影響重力勢能大小的因素，得出高度和質量的結論。實驗設計目的：用更為精準的實驗現(xiàn)象來驗證學生們的猜想，該實驗過程和前邊動能相似，可以讓學生獨立操作，并自己做總結。【第4步】認識能量的轉化【對應PPT“能量轉化”部分【講解】我們回憶一下剛才小球下落的整個過程（可以再演示一遍，大家看到。重物從高處下落時，位置越來越低，重力勢能越來越少，但是速度越來越大，也就是動能越來越多，所以才把木塊撞走了。所【時長】5-8mn以其實減少的重力勢能就變成了動能。【講解】生活中有很多類似的例子，比如曾經(jīng)因為一個小石子引發(fā)過一場血案。事情的經(jīng)過是這個樣子的。有一個工地正在施工，都快建完了工人們都很辛苦這天兒太熱了樓下有一個工人戴著安全帽，正在擦汗，突然間，禍從天降，其實是從樓頂降，二十幾層的樓上突然掉下來一顆小石子，好巧不巧這顆小石子落到了這個正在擦汗的工人頭上，結果這個小石子穿透了工人的安全帽直接把這個工人頭部砸出了血。是不是很恐怖，一個小石子而已，怎么連鋼鐵做的安全帽都砸穿了呢？（學生總結原因）原來因為小石子位置太高了，重力勢能太大，所以落下來的時候小球就有了很大的動能，連鋼鐵也擋不住它了。還有這個圖片（PPT隕石坑圖片，大家看著這個坑好像沒多大，但是如果大家在洞中間大站成一排的話可以站下2500個人如果是小孩的話可能更（隕石直徑是約1245米現(xiàn)在大家還覺得這個坑小嗎？那這個坑是怎么砸出來的呢？是一個巨型的奧特曼嗎？并不是，而是一個小小的隕石，就是真正從天而降的石頭，這個石頭有多大呢？只有我們房間這么大。這么小一顆隕石能砸出來這么大一個坑是什么原1、由一些典型的案例對能量的轉化有更深一步的認識2、此部分可做簡化故事可以二選一。因呢？想必同學們都已經(jīng)知道了。就是因為隕石從天而降，太高啦，所有具有很大的重力勢能，下落到地球表面時重力勢能轉化而來的動能就非常非常大了，以至于砸出一個巨大的坑。【隨堂小測試】其實生活里除了重力勢能、動能之外，還有很多其他的能量，比如聲音的聲能、光的光能，電的電能，它們之間可以進行能量的轉化嗎？老師先來說幾個例子，你們說說看，是什么能量轉化成什么能量了。【提問根據(jù)PPT提問“小燈發(fā)光（電能轉化為光能“超聲波振汽水（聲音的能量轉化為動能“人登車發(fā)電（動能轉化為電能。你們還知道哪些能量之間的轉換呢？（學生自由回答）認識其他形式的能量轉化【第5步】認識牛頓擺【對應PPT“牛頓擺秘密”部分【時長】5min【銜接話術】現(xiàn)在我們認識了很多能量，尤其是動能和重力勢能，還知道了能量可以相互傳遞，不同的能量之間還可以相互轉化，接下來我們看一下牛頓擺里的能量又是怎么變化的。大家知道牛頓擺是誰發(fā)明的嗎？牛頓擺并不是牛頓發(fā)明的，而是人們?yōu)榱思o念他，給這個裝置取的名字?！居螒?實驗展示牛頓擺老師演示操作一下讓學生總結一下牛頓擺中能量轉換【講解】小球下落時，重力勢能轉化為動能，接下來幾個小球把動能進行了傳遞，到最后一個小球，最后一個小球向高處運動，又把動能轉化為重力勢能，然后往復運動。如果拿起兩個球，那么小球傳遞的能量就足夠把對面的兩個小球彈起來，兩邊數(shù)量永遠都是對稱的?！咎釂枴看蠹矣^察一下牛頓擺的特點，比如小球的材料、大小、位置有什么特點？（學生總結小球是鋼球、大小一樣，高度也一樣）【探討】那我能不能把小球變成大小不一樣的球呢？還能這么穩(wěn)定的傳遞能量嗎？以家庭作業(yè)的形式布置給學生【第6步】動手制作牛頓擺【對應PPT“開始手制作啦”部分【視頻輔導】此時可以播放/暫停組裝說明視頻作為指導。【時長】50-0in①指導學生打開包裝盒，將零件分類擺放整齊在自己前方桌面上。②帶領學生完成組裝注意：牛頓擺的線不好固定，建議年紀小的同學可以分成兩人一組，互幫互助，以小組競賽的形式完成?！镜?步】課程總結【對應PPT“今天學到了什么？”部分老師根據(jù)pt里的知圖譜回顧本節(jié)課學習過的知識要點然后帶領學生完成課后習題【時長】10in【第8步】課堂結束【對應PPT】謝謝頁面給爸爸媽媽演示一下你的牛頓擺吧。試一試，如果把小鋼球換成大小不同的（幾個球排成一排再用一個球去撞擊它們還能達到這樣的效果嗎？想一想為什么？1、由于不對稱就不會像現(xiàn)在這樣有規(guī)律的傳遞能量了。2此部分作了解以免家長詢問（如果家長問可以這么解釋，當幾個小球一樣時，小球碰撞過程中發(fā)生完全彈性碰撞根據(jù)動量守恒和動能守恒，第一個小球把大部分動能（損耗了一小部分）傳遞給第二個小球，并且自己停止運動。但是如果小球大小不同，根據(jù)動量守恒，小球質量小，在撞擊大球時會由于反作用力被大球反彈回來，能量就沒有辦法完全向下傳遞，而大球在撞擊小球時會使小球以更大的速度向前移動，或者使兩個小球甚至更多具有動能，那么整個牛頓擺的能量傳遞就不再規(guī)律了）附一：課后習題及解析1.一顆隕石在下落過程中，能量發(fā)生了什么變化？（）A.重