11.4 动能和势能（教学课件）物理沪粤版2024九年级上册

生活中许多美好的事物转瞬即逝，我们只有在慢镜头下才能发现它们的美。例如水气球破裂的瞬间，嘭的一下根本无法察觉，可当镜头放慢100倍后，我们再去观察，嘿，这水花四溅的美感真是让人眼前一亮。亦或是足球砸到脸的瞬间，速度快到难以捕捉。可是镜头一放慢，我们就能清楚的看见小哥的脸先是扭曲，随后脸上的肉直接从这边跳到了那边，画面看起来相当魔性。除此之外，老外还模拟了一番子弹穿过鸡蛋的瞬间，正常情况下只是蹦的一声迅速穿透，可经过超高清的镜头一放慢，让人惊呼的是这子弹经过鸡蛋时咻的一下直接命中目标，蛋清、蛋液一股脑全迸发开来，场面可谓是极度壮观。半把子弹穿过扑克牌的镜头放慢，随着砰的一声巨响，子弹便完美的击中了扑克牌，并将其一分为二撕碎了。乖乖，这要不是有慢镜头记录，估计很难发现慢镜头下会是如此景吧。果然生活中从不缺少美，只是缺少发现美的眼睛。好了，本期内容就到这里，视频最后一起玩个小游戏吧，评论区留下小7，你真美，我就送你个女朋友。 在探究动能的大小与哪些因素有关时，如图，让同一小车分别从斜面的不同高度由静止开始下滑，让其撞击水平面上的同一木块，看哪次木块被推得远。问个问题，让小车从不同的高度滑下是为了啥？我们知道物体动能的大小与物体的质量和速度有关，小车前后质量一样。根据控制变量法可知，本实验在探究动能大小与速度的关系。所以小车初始高度不同是为了让其到水平面上时具有不同的速度。再来一个问题，实验中是如何比较动能大小的？动能大小很难直接测量，因此实验采用了转换法，将动能大小转化为了木块被撞击后运动的距离，距离越远则表明小车动能越大。最后一个问题，如果要探究动能的大小与物体质量的关系，应该怎么改动？这个实验还是从控制变量法出发，要探究动能的大小与质量的关系，必须要保持速度不变。因此要选择质量不同的小车，把它放到斜面的同一高度，然后让其下滑，接着观察木块被撞击后运动的距离，距离越远则小车动能越大好了。总结一下影响动能大小的因素的实验有两个关键点，一是转化法，将动能大小转化为木块被撞击后运动的距离。二是控制变量法，要探究动能的大小与质量的关系，必须要保持速度不变。探究动能大小与速度的关系，必须要保持质量不变。你明白了吗？呵呵。 沪粤版 九年级上册 第十一章 功和机械能 11.4 动能和势能 学习目标 1．科学观念：形成动能、势能（重力势能、弹性势能 ）、机械能的概念，理解动能、势能大小的影响因素，掌握动能与势能相互转化的规律，构建机械能相关的物理观念体系，能运用这些观念解释生活中如过山车运动、蹦床弹跳等机械能转化的现象； 2．科学思维：通过探究动能、重力势能大小影响因素的实验，经历猜想、设计实验、进行实验、分析论证等过程，提升科学探究中的逻辑思维能力；在分析动能与势能转化实例时，培养归纳、推理能力，运用科学思维方法认识机械能转化的本质； 3．科学探究：经历 “探究动能的大小与哪些因素有关”“探究重力势能的大小与哪些因素有关” 等实验，学会控制变量法的运用，提升制定实验方案、收集和处理实验数据、分析论证的科学探究能力； 4．科学态度与责任：通过对生活中机械能现象的探究，激发对物理学科的兴趣，养成尊重事实、严谨认真的科学态度；认识机械能转化在生活和科技中的应用（如水力发电 ），体会物理知识对社会发展的作用，增强社会责任感 。 重点难点 教学重点： 1．理解动能、重力势能、弹性势能的概念，能准确判断物体具有何种形式的能； 2．掌握动能、重力势能大小的影响因素，通过实验探究并总结出 “质量越大、速度越大，动能越大；质量越大、高度越高，重力势能越大” 等结论； 3．理解动能与势能（重力势能、弹性势能 ）相互转化的过程，能分析生活中如摆球摆动、过山车运动等典型实例的能量转化情况 。 1．探究实验中，如何精准控制变量（如让小球从同一高度滚下保证速度相同，选用不同质量小球改变质量等 ），以及如何通过木块被推动的距离、木桩被打入的深度等间接反映动能、重力势能大小（转换法的理解与运用 ）； 2．全面、动态地分析复杂情境中动能与势能的相互转化，如蹦床运动中，小孩下落、接触蹦床、弹起等多个阶段，动能、重力势能、弹性势能的连续转化过程，准确把握每个阶段能量的变化及转化关系； 3．理解有摩擦等阻力时，机械能转化过程中机械能总量减少这一规律，能解释摆球摆动高度逐渐降低等现象，并区分理想情况与实际情况中机械能转化的差异 。 教学难点： 同学们，运动员拉满弓瞬间射箭，箭 “嗖” 地飞出去；蹦床运动员落下又弹起，像欢快的精灵。还有流动的水推动水轮机，重锤下落能打木桩。这些物体为啥能做功？蕴含着怎样的能量奥秘？今天咱们就走进 “动能和势能” 的世界，一探究竟！ 情景引入 01 CONTENTS 动能 探究新知 02 势能 03 机械能的转化 PART ONE 动能 观察思考 被拉开的弓、形变跳板、下落重锤、流动水，“这些物体能对其他物体做功吗？” 能量的概念 能量定义 —— 物体能够对外做功，就具有能量，简称能，单位焦耳（J） 观察思考 运动的球撞击其他物体时，能把别的物体撞动，也就是对其做功；流动的水冲击水轮机，能让水轮机转动，同样在做功 。像这样，运动着的物体，凭借自身的运动状态，就能够对其他物体施加力并产生运动，实现做功。 动能的定义 动能：物体由于运动具有的能量叫动能。（一切运动的物体都具有动能） 实验操作 探究动能大小与哪些因素有关 同一小球从斜面不同高度（A、B 处）滚下的实验装置图 。实验：先让小球从不同高度滚下，比较平面上速度；再让小球滚下碰木块，看谁推木块远 。 结论：质量相同时，速度越大，动能越大 。 实验操作 探究动能大小与哪些因素有关 不同质量小球从斜面同一高度滚下的实验装置图 。实验：不同质量小球从同一高度滚下，比较速度；再碰木块看谁推得远 。 结论：速度相同时，质量越大，动能越大 。 归纳总结 动能结论总结 1、实验目的：探究动能大小与什么因素有关 2、实验方法：1）控制变量法 2）转换法 3、实验器材及作用 1）带斜面的长木板：让小球从不同高度滚下获得不同速度， 控制速度变量；保证实验可重复，便于操作 2）质量不同、大小相同的两个小球：改变质量变量，控制速度等其他因素相同，探究质量对动能的影响 3）纸盒或轻质的木块：通过被推动的距离间接反映小球动能大小，轻质材质使实验现象更明显 归纳总结 动能结论总结 实验结论：       物体的动能大小与物体的质量和运动速度都有关。       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 动能公式：     “想一想”：同速大货车和小汽车，大货车质量大，动能大，行驶时大货车危险性更高，因动能大，难刹车、碰撞危害大 。 PART TWO 势能 观察思考 高高举起的重锤，当松开手后，它会迅速下落并将木桩打入地下。重锤能够对木桩做功，是因为它处于高处，在重力的作用下拥有一种潜在的能量，这就是重力势能 —— 高处物体因重力而具有的能。 势能的分类（重力势能、弹性势能） 观察思考 撑竿跳高运动员将撑竿压弯，发生形变的撑竿能把运动员高高弹起。此时，撑竿储存了能量，在恢复原状的过程中对运动员做功，这种能量来自于物体的弹性形变，叫做弹性势能 —— 发生弹性形变的物体具有的能。无论是高处重锤蕴含的重力势能，还是变形撑竿具备的弹性势能，它们都有一个共同的名字 —— 势能。 势能的分类（重力势能、弹性势能） 实验操作 探究重力势能大小与哪些因素有关 我们固定使用同一个重物，将它提升到不同的高度后，再让它自由下落撞击木桩。 选择不同质量的重物，把它们都提升到相同的高度，然后让它们下落撞击木桩。 仔细观察现，重物被举高，下落撞击木桩后，木桩陷入地面的深度。 结论：位置越高、质量越大，重力势能越大。 实验操作 弹性势能大小的影响因素 现象： 弹性物体的弹性越强，形变越大，它具有的弹性势能就越大。 总结势能 归纳总结 大量事实和实验硏究表明: 物体的位置越高，质量越大，它具有的重力势能就越大 弹性物体的弹性越强，形变越大，它具有的弹性势能就越大。 重力势能： 弹性势能： 注意： 重力势能具有相对性，h相对不同的参考平面有不同的值     功的计算公式及单位 阅读感悟 功＝力×距离 W = Fs 公 式 1.功等于力和物体在力的方向上通过的距离的乘积。 已知做功多少和物体在力的方向上移动的距离，可求出力的大小。 已知做功多少和力的大小，可求出物体在力的方向上移动的距离。 PART THREE 机械能的转化 研究动能与势能的转化（一）—— 摆球实验 将小球拉到 A 处释放，A 处小球位置高、速度为 0，重力势能大、动能几乎为 0。下摆到 B 点过程中，高度降、速度增，重力势能转动能，B 点时重力势能最小、动能最大。从 B 向 C 摆动，高度升、速度减，动能又转重力势能，C 点速度为 0，动能几乎全转化为重力势能。由此可见，整个摆动过程中，动能和势能不断相互转化。 A→C 重力势能→动能 C→B 动能→重力势能 B→C 重力势能→动能 C→A 动能→重力势能 研究动能与势能的转化（二）—— 应用实例 过山车运动 —— 高处重力势能大，下滑时重力势能转化为动能；上升时动能转化为重力势能。 小孩玩蹦床 —— 下落时重力势能转动能，接触蹦床后动能转弹性势能，弹起时弹性势能转动能、重力势能。 机械能转化的损耗 有摩擦等阻力时，动能与势能转化中机械能减少；机械能也可与其他形式能转化（如水力发电：水的机械能转电能；电动机：电能转机械能 ） 摩擦等阻力会使机械能在转化过程中逐渐减少，这是实际现象与理想情况（无阻力时机械能守恒）的差异所在。 机械能 动能 势能 重力势能 弹性势能 机械能=动能+势能 课堂小结 布置作业 1．同学们在体育课进行实心球投掷训练，如图所示A→B表示实心球离开手之前的运动轨迹，B→C→D表示实心球离开手之后的运动轨迹，空气阻力忽略不计。下列分析正确的是（　　）   A．实心球在B→C过程中，动能逐渐增加 B．实心球在B→C→D过程中，人没有对球做功 C．实心球到达最高点C时，它处于平衡状态 D．实心球在A→B过程中，说明力可以改变物体的形状 【答案】B 【答案】弹性势能 重力势能 2．动能、重力势能和______统称机械能；人们修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底通过水轮机带动电动机发电，一定量的水，上、下游水位差越大，水的______越大，发电量越多。 3．如图所示是某球员传球时足球的一段运动轨迹，其中A点的重力势能___________B点的重力势能（选填“大于”、“小于”或“等于”）。若不计空气阻力，足球在下落的过程中，重力势能转化为___________能。 【答案】小于 动 4．图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点。图乙是过山车在B、C，D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则过山车的动能在___________点最大，B点重力势能的大小___________E点动能的大小。在这个过程中，过山车的机械能是___________（选填“变化”或“不变”）的。 【答案】 C 等于 变化 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.29.100 [i:qR2QYB7jbbXL] Lavf58.13.102 Lavf58.13.102 $$海啸是世界上最为常见的自然灾难之一，目前形成海啸的方式主要有三种，地壳的运动，也就是地震。大量的海水填充的缝隙或者被抬高，这时候海水就会剧烈的运动形成波浪。刚开始的时候也许只有30厘米高，但是越靠近海岸，海水越浅，海浪也就会越高。同时因为真空效应，海啸会将海水从海岸线拉回来，形成退潮的现象。接着，高达几十米的海啸就会撞上海岸，摧毁一切靠近海岸的物体。山体的滑坡在火山爆发、地震或者暴雨的情况下，很容易出现山体滑坡让大量的岩石和土壤从高处滚落到海洋里，携带的动能会引发大规模的海啸。陨石的撞击，当陨石突破地球的大气层撞击到海洋的时候，这种碰撞的力量能够掀起足够的海水，造成巨大的海啸。当海啸刚开始的时候，可能只有30厘米高，但是能量的扩散很快就会增长到1米，并且越靠近浅水区，海啸增高的速度也就越快，在靠近海岸的时候甚至可以达到几十米。比如智利大海啸就有二十多米高，而1958年因为阿拉斯加利图亚湾发生山体滑坡，形成了有史以来最高的海啸之一，当时的海啸高达五百多米。那么，假如我们遇见了海啸，该如何求生呢？又会遇到什么危险？在海啸来临前，你会听到来自海洋的咆哮，海水也会迅速退潮。如果听到海啸警报响起，不要犹豫，马上远离海岸，有可能的话，至少要远离海岸3公里，或者找到海拔30米高的山坡。如果来不及，那就寻找附近最高的建筑，越坚固的越好，因为海啸一般都伴随着地震，然后爬到屋顶，这种时候就不要考虑其他的事情，身体的负重越轻越好。如果你被卷进海啸中，那么只有一种办法能够活下来，尽快的爬到高处，最好是能够爬到门板或者是木板上，如果没有也要抓到其他漂浮的物品。因为随着海啸不断的向内陆冲刷，会卷走成千上万吨的各种碎片，这些碎片在急速的水流中是非常危险的，能够勾挂衣服，让你沉入水底，有些锋利的碎片甚至能够致命，而一些沉重的漂流物可以直接把人撞晕过去，在汹涌的海浪中晕过去会有什么样的后果，我想你也明白，所以在这种时刻，一定要尽快的离开水流，爬上水面。最后还有一点，海啸的波浪不是一次就结束的，而是分成很多次，甚至是几十次，越往后海啸的威力就越大，每一波的海啸都比前一次的要高，这个过程可能会持续几个小时，所以在没有得到确切消息前不要离开安全区。最重要的一点还是要消退后不要站在水中或者靠近房屋以及一些建筑，因为可能会有电线漏电，而一些房屋也有可能在海啸的冲击下变得随时都会倒塌。我是脑洞大世界，陪你一起探索宇宙。 人类的发展越来越快，飞机也成为了我们出行的重要交通工具。在我们看来天空就是一个没有限制的空间，飞机可以自由的穿梭。但实际上并非如此，能够影响飞机飞行的因素有很多，比如一只小鸟，是的，你没听错，那么你知道一只1000克的小鸟能对上百吨的飞机造成多大伤害吗？我们从网络数据中了解到，2010年仅一年时间里，大陆地区就发生了970一起的鸟撞飞机事件，这直接造成了1亿4430万元的经济损失。而美国空军发生的鸟撞飞机事件，平均每年会有2300起，位居世界第一。国际航空联合会直接把鸟撞飞机的危害列为A类航空灾，是不是听上去很离谱？毕竟在我们的认知中，一只鸟小的只有拳头，大小大的也不过几千克而已，它怎么会对几百吨重的飞机造成致命伤害呢？可事实上，鸟撞飞机事件的确可以摧毁一架高速飞行的飞机。初中物理知识我们就学过，力的作用是相互的。从这个原理出发就能得知，飞行中的鸟儿和迎面飞来的飞机相撞所产生的作用力是非常大的。比如一只500克左右重的小鸟撞上一架时速80公里的飞机，所产生的作用力至少在1500牛顿。那么如果是一架时速高达960公里的飞机，作用力将达到21万牛顿之多。也就是说，1只7公斤左右的大雁如果和时速960公里的飞机相撞，会造成144吨的冲击力。这也就是为什么飞行员担心鸟撞飞机的问题，会把一只小鸟形容成炮弹的原因。但其实你会发现，很多鸟撞飞机事件都不会发生在高空，为什么呢？因为大部分的普通鸟都没办法飞太高，所以一般都是发生在飞机起飞后的六分钟以及着陆时的七分钟之内，国际上把这两个时间段称之为可怕的13分钟。好在这两个时间段内飞机的速度并不是很快。鸟儿若是撞在飞机头部或者是机翼这样坚硬的地方，并不会造成太大的影响，及时备降就好。但如果鸟儿撞进飞机的发动机引擎部位，那就不好说了，因为这个阶段发动机是一直处于运作状态，即便发动机的叶片十分坚硬，但是却非常薄，在高速运转时突然闯进外来物体很容易被破坏，叶片损坏后，发动机就会失去基本的动力，这就只能依靠其他部位的发动机支撑飞机返航。1996年，美国空军的一架E3A预警机就在起飞的过程中撞上了一个加拿大鹅群。飞机的两台发动机瞬间失火，飞机仿佛在眨眼间就失去控制，坠落在机场附近的空地上，机上24名人员全部遇难。同样在2009年全美航空1549号航班起飞后的短短一分钟时间内，两侧的引擎因为撞上小鸟而同时失去动力。好在机长具备很高的心理素质，结合当时的情况，最终把飞机紧急迫降在哈德逊河，这一举动成功挽救了飞机上所有人的生命，这次事件也被称之为哈德逊河奇迹。说到这儿就会有好奇的朋友问了，为什么不在飞机发动机前加一个罩子呢？不就能够避免小鸟被卷发动机了吗？现在民航机的发动机推力主要是依靠推动大量空气产生反向的一个作用力，从而来推动飞机向前，如果在发动机前面加一个罩子，缝隙太大，起不到防鸟的作用，毕竟小鸟体积跟飞机相比就像是蚂蚁一样，依然能被卷进去。但如果缝隙小一些的话，就必然会对发动机的性能产生影响，在发动机全功率运转时，产生的吸力非常大，不夸张的说，能把正前方几米之外的人吸进去，你想想想，能产生推动几百吨飞机的推力，吸力必然小不了。另外，就算是可以这样加一个罩子，一定是非常结实的材料制作而成，否则一旦发生破损，对飞行中的飞机来说是更大的安全隐患。除了发动机动机之外，装在飞机其他位置也一样危险，比如驾驶舱的玻璃上不仅会影响机长的视线，而巨大的撞击力也有可能撞碎玻璃，这样的话，保护罩就不是单单一个发动机部位问题了，其他地方很多也都要保护起来，有些多此一举。既然鸟撞飞机事件如此可怕，到底应该怎么避免呢？其实航空公司想了很多办法驱赶小鸟，比如专门的驱鸟员利用驱鸟弹、警报灯等不同方式进行驱赶，尤其是飞机的起降点进行终端看守，此外还有煤气泡、定向声波驱鸟器、拦鸟网以及模型英等方式。但不管投入怎样的人力物力，还是不能完全避免鸟撞飞机的事件发生。所以提升飞机自身的质量性能就是最直接的出发点。现在很多飞机在正式飞行之前都要进行鸟撞飞机的模拟实验，所以大家在坐飞机时也不必有过多的担心发生鸟撞飞机事件的发生毕竟是极小概率。好了，今天的视频就到这里，我是你们上课不听讲，下课找班长的小班长，喜欢记得点赞加关注，下课。 在探究影响重力势能大小的因素实验中，如图，其中一二两个物块质量相等，物块三质量最大。问题来了，既然是探究重力势能的大小，那在这个实验中重力势能的大小是如何判断的？重力势能不能直接比较，在本实验中让物块自由下落，撞击木桩，再来一个，还有一个，然后观察木桩陷入沙中的深度，这是应用转化法将重力势能的大小转化为木桩陷入沙子中的深度来比较。木桩陷得越深则说明物体重力势能越大。那通过一二两幅图可以得出什么结论呢？我们知道重力势能与物体的高度和质量有关，一二两个物块质量相等而高度不一样，这是利用控制变量法保持物体质量不变，观察重力势能与高度之间的关系。从图中可以看出，二图中的物块初始位置较高，而其木桩陷落较深，这表明在质量相同时，物体越高所具有的重力势能就越大。那比较哪两幅图可以探究重力势能与物体质量之间的关系？既然重力势能影响因素有两个，在探究其与质量之间的关系时要保持物体举高高度不变，所以应该选择高度一样但质量不一样的13 2幅图。好了，总结一下影响重力势能大小的因素的实验有两个关键点，一是转化法，将重力势能的大小转化为木桩被撞击后下陷的深度。二是控制变量法，要探究重力势能大小与质量的关系，必须要保持高度不变。要探究重力势能大小与高度的关系，必须要保持质量不变。你明白了吗？呵呵。 决定运动物体动能大小的因素有哪些？物体运动的速度有大小不同物体的质量一般不同，物体的动能大小可能与速度和质量有关。下面我们用控制变量法通过实验来探究。我们先来探究质量，一定时物体动能与速度的关系。这是一个斜面，这是一个与斜面平滑衔接的水平面。这是一个小球，质量一定。当把它从斜面上不同高度处释放时，它到达水平面速度大小不同。释放时的高度越大，到达水平面速度越大。这是一个小木块，我们把它放在水平面上。我让这个小球从斜面上这个高度开始滚下。小球到达水平面推动木块做功，小球和木块移动一段距离后停止，说明小球的动能全部用于推动木块做功。现在我让小球从斜面上更高处开始滚下。我们看到这次木块移动的距离更大些。两次实验中，小球的质量、木块和水平面都是相同的。第二次实验中，小球推动木块运动的距离更大，说明小球对木块做功更多，因而小球的动能更大。而第二次小球与木块接触前的速度比第一次更大，这说明物体动能的大小与它的速度大小有关，物体的速度越大，动能越大。现在我们来探究速度一定时，物体动能与质量的关系。这是两个不同质量的小球，让这两个小球先后从斜面的同一高度处滚下去，它们到达斜面末端时，速度大小是相同的。先让质量小的小球碰撞小木块。记下小木块运动的距离。再让质量大的小球从斜面相同高度处释放。让其碰撞小木块。再次记下小模块移动的距离。两小球与木块接触前的速度相同。而两球碰撞时，小木块移动的距离大小不同，质量大的小球推动木块运动的距离大，这说明动能的大小还与物体的质量有关，速度相同时，物体的质量越大，动能越大。综合以上实验结果得出结论，物体的动能与物体的质量和运动速度有关。物体的质量越大，运动速度越大，动能就越大。