12.1 机械能--2025-2026学年物理九年级上册同步课堂教案与分层练习（苏科版2024新教材）

本文围绕机械能相关知识展开，涵盖动能、势能概念及影响因素、机械能转化等核心知识点。承接能量基础概念，为后续深入学习能量转化奠基。通过实验探究、例题分析等环节，培养学生物理观念、科学思维、科学探究等核心素养。 本教学设计亮点在于大量运用实验探究法，凸显学生主体地位。从学生层面看，能提升科学探究与批判性思维能力；从教师层面讲，提供了清晰授课路径；从课堂效果而言，增强了互动性，有效突破教学难点。

第十二章 机械能和内能 课时12.1 机械能 1. 知道动能、重力势能、弹性势能及机械能的概念； 2. 了解影响动能、重力势能、弹性势能大小的因素； 3. 掌握探究影响动能、重力势能大小的实验过程； 4. 了解机械能的转化。 题型汇总：动能和势能的概念、及其影响因素、探究影响物体动能/势能的影响因素、机械能的概念、动能和势能的转化与守恒、机械能守恒的条件。 · 能量 (1) 能量：一个物体能够对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量，简称能。做的功越多，就表明这个物体的能量越大。流动着的风、张开的弓、举高的重锤都可以对别的物体做功，说明它们都具有能。物体做功的过程实质是能量的转化过程。 (2) *判断一个物体是否具有能就是看它能否做功，“能够做功”并不等于正在做功，只要物体具有做功的本领，不论它是否正在做功，只要做功的本领始终存在，则该物体就具有能。 · 动能 (1) 定义：运动的物体能对其他物体做功，它就具有能量。这种由于运动而具有的能量叫作动能。物体的动能越大，它能对其它物体做的功就越多。 (2) 影响因素：物体动能的大小与物体的速度和质量有关，速度越大，质量越大，物体具有的动能就越大，它能对其他物体做的功就越多。 (3) *向前方抛物线方向上抛出的小球，在最高点时动能最小，但不为零，而竖直向上抛至最高点时的动能为零。荡秋千晃到最高点时，速度为零。 · 实验：控制变量法探究动能大小的影响因素 (1) 实验一：探究动能大小与质量的关系 应保证物体具有相同的速度。质量不等的小车（小球）从斜坡的同一高度释放，目的是为了到达水平面时初始速度大小相等。观察木块被撞击后运动的距离，从而比较动能的大小（转换法）； 结论：在速度一定时，物体的质量越大，动能越大。 (2) 实验二：探究动能大小与速度的关系 应控制物体的质量不变。同质量或同一小车（小球），分别从斜面的不同高度释放，撞击时速度不同。 结论：在质量一定时，物体的速度越大，动能越大。 · 势能Ep 定义：重力势能和弹性势能统称为势能。 (1) 弹性势能：发生弹性形变的物体能对其他物体做功，形变物体所具有的能量。 影响因素：弹性形变的大小和材料。同一材料的物体，在弹性限度内，发生弹性形变的程度越大，物体的弹性势能越大，不同物体还要看材料。 (2) 重力势能：物体由于被举高而具有的能。 影响因素：物体的重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，它具有的重力势能就越大。 · 实验：控制变量法探究重力势能大小的影响因素 1、探究重力势能大小与质量的关系时，保持高度不变； 2、探究重力势能大小与高度的关系时，保持物体质量不变。 通过观察陷入沙子的深度（或橡皮泥的凹陷程度）来反应重力势能的大小（转换法）。 · 动能和势能的比较 异同点 动能 重力势能 弹性势能 形成原因 物体由于运动 而具有的能量 物体由于被举高 而具有的能量 物体由于发生弹性形变而具有的能量 决定因素 质量和速度 质量和高度 弹性形变程度、材料 相同点 都是能量的一种具体形式，都具有做功的本领 · 动能和势能的转化 (1) 机械能：在物理学中，动能和势能统称为机械能。 (2) 机械能及其转化：一切物体可以同时具有动能和势能。例如，正被起重机吊起的重物，跳水过程中的运动员等等，大量的事实表明，动能和（重力 or 弹性）势能可以相互转化。 (3) 机械能守恒定律：只有动能与势能相互转化的过程中，机械能的总和保持不变。如忽略内能等损失时，即忽略摩擦力、不计空气阻力时，机械能守恒。 1. 动能 势能 机械能 例 江都城区的高层建筑越来越多，但高空抛物却存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的 (　B　) A.弹性势能 B.重力势能 C.体积　      D.阻力 变式1 下列物体一定具有弹性势能的是 （　B　） A．弹簧 B．吊着猴子的树枝 C．被压扁的橡皮泥 D．橡皮筋 变式2 如图所示，将一小球由A点释放，沿光滑的弧形轨道运动到B点时，小球所受外力突然全部消失，则小球将沿着图中的　　     轨迹运动；不计空气阻力，整个过程中，小球的机械能　 　    。(选填“增大”“减小”或“不变”) 答    c　不变 1. 动能、势能大小影响因素 例 如图所示，小明在游乐场乘坐匀速转动的“摩天轮”，在从最低点向最高点运动的过程中，小明的 （　B　） A．重力势能保持不变 B．动能保持不变 C．机械能保持不变 D．机械能减少 变式1 草原发生大面积蝗灾时，农业部门利用飞机喷洒农药消灭蝗虫，当飞机在某一高度水平匀速飞行喷洒农药时，它的 （　D　） A．动能不变，重力势能不变 B．动能减少，重力势能增加 C．动能增加，重力势能减少 D．动能减少，重力势能减少 变式2 北京世园会上，车身离地30cm高的电动无人扫地车在平直路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内，此过程中，扫地车整体的 （　D　） A．动能不变，重力势能不变 B．动能不变，重力势能变大 C．动能变大，重力势能不变 D．动能变大，重力势能变大 变式3 城市里尘土飞扬，空气中灰尘的运动 　    (是/不是)分子运动，如图是某城市新型除尘洒水车，洒水车在水平公路上一边向前匀速直线行驶一边向高空喷水雾，在此过程中，洒水车的机械能 　      (变大/变小/不变)。以洒水车为参照物，路边的树木是 　     (运动/静止)的。洒水车喷雾时后方常会出现彩虹，这是光的 　    现象，最早通过实验研究这一现象的科学家是 　    。 答　不是　变小　运动　色散(或折射)　牛顿 变式4 乘客随自动扶梯由底端匀速上升至顶端的过程中，乘客的重力势能　         ，机械能　         。为了节能，在扶梯底端前1.5 m处安装了图1所示红外系统：乘客通过时，红外传感开关被触发，扶梯启动，同时计时器开始计时，若在设定时间t内无乘客通过，扶梯将停止运行。已知扶梯长10 m，从启动到匀速运行的v-t图像如图2所示。若乘客步行速度在0.5~1.5 m/s之间，为确保安全，设定时间t应至少为　         s。 答　增大　增大　23 解题关键　在求时间时，为确保安全，要让速度最慢的人也能安全乘坐扶梯到达顶端。 1. 机械能的转化 例3 如图所示，用细线系住小球悬挂在O点，将小球拉至A点释放，从A点经过B点运动到C点的过程中，小球的重力势能先变小后　　　    ，动能先　　　    后　　　    。(选填“变大”“变小”或“不变”) 答　变大　变大　变小 变式1 如图是“天宫一号”飞行器运行轨道的示意图。若“天宫一号”飞行器沿椭圆轨道绕地球运行的过程中机械能守恒，则它从远地点向近地点运行的过程中动能　　    ，势能　　     (均选填“变大”“变小”或“不变”)，在近地点时速度最　　    。 答　 变大　变小　大 变式2 如图所示，将摆球从A点静止释放，摆球在A、C两点间来回摆动，B为最低点，不计空气阻力，下列说法正确的是 (　C　)   A.从A点到B点，摆球动能增大，机械能增大 B.从B点到C点，摆球动能减小，机械能减小 C.摆球在摆动过程中所经各点的机械能均相等 D.摆球在B点的机械能最大，在A、C两点的机械能最小 变式3 掷实心球是某市的中考体育加试项目之一。掷出去的实心球从a处出手后，在空中运动的轨迹如图所示，球最终停在水平地面e点处(不计空气阻力)。则实心球 (    C 　)   A.在a处重力势能最小 B.在b处动能为零 C.在a、b、c三处机械能相等 D.在d处动能为零 变式4 如图，一个小球在地面上弹跳，下列分析错误的是 (　D　)   A.小球从A处到B处重力势能增大 B.小球从B处到C处动能增大 C.小球在B处比D处重力势能大 D.小球在A、C、E三处机械能总量相等 变式5 质量为m的小环穿在固定的光滑曲杆上，从某点A静止释放后沿曲杆运动，如图所示，不计空气阻力，下列说法正确的是 (　D　)   A.只要A点高于D点，小环就能到达D点 B.若小环能到达D点，离开D点后将竖直向下运动 C.小环从A点到D点，重力势能一直减小，机械能不变 D.小环从A点到B点，动能一直增加，机械能不变 变式6 如图所示，小球在A点由静止开始释放，向右侧摆动。B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆到右侧的最高点，且A、C两点到B点的竖直距离hA>hC。则在小球从B点摆动到C点的过程中，下列说法正确的是 (　A　)   A.小球的机械能总量逐渐变小 B.小球运动状态保持不变 C.小球的动能全部转化为重力势能 D.绳的拉力对小球做了功 变式7 把篮球抛向空中，忽略空气阻力，如图所示四个选项图像中哪一个能正确反映球离手后至落回地面前机械能(E)与篮球离地高度(h)的关系 (　A　) 变式8 如甲图所示，小球从竖直放置的弹簧上方一定高度处由静止开始下落，从a处开始接触弹簧，压缩至c处时弹簧最短。从a至c处的过程中，小球的速度v和弹簧被压缩的长度Δl之间的关系如乙图所示。不计空气阻力，则从a至c处的过程中，小球的动能　　 　    (选填“一直变大”“先变大后变小”或“先变小后变大”)；从b到c的过程中，小球减小的机械能转化为弹簧的   。 答　先变大后变小　弹性势能 变式9 在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由落下时，能在纸上留下黑色圆斑A、B。在下落过程中(不计空气阻力)，球的　　     转化为动能，并且球从较高处落下所成的圆斑是其中的　     。(选“A”或“B”) 答　重力势能    B 1. 探究动能大小影响因素 例 在探究“动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让小车 A 从斜面的不同高度由静止开始滑下，撞击同一木块B，下列对实验说法中正确的是 (　B　)   A.本实验是探究动能与高度的关系 B.动能大小通过木块被撞击的距离来显示 C.没有木块本实验将不能完成 D.水平面可以选择光滑平面，让实验现象更明显 变式1 用如图所示的装置探究动能大小与速度的关系时，下列说法正确的是 （　D　） A．应让不同的小车从斜面的不同高度由静止滑下，观察木块被推开的远近 B．木块被撞击后，由于惯性会继续向前运动，此时小车已没有惯性 C．木块在滑行过程中，做减速运动，它受到的摩擦力会逐渐变小 D．若水平面绝对光滑，该实验装置将无法探究动能大小与速度的关系 变式2 在探究物体动能大小与质量的关系时，利用如图所示的装置，让不同质量的钢球，从同一斜面同一高度由静止滚下，撞击水平面上的木块。 (1)实验中，通过观察　　　　　　　　　　    比较小球动能的大小。 (2)通过观察甲、乙两图的实验现象，可得出结论：在　　　    相同时，物体的质量越大，动能越大。 (3)交通规则中“禁止超载”就是通过限制车辆装载货物的质量，减小车辆的惯性和　　　    ，防止造成重大伤害。 答　(1)木块移动的距离 (2)速度 (3)动能 变式3 在探究动能大小与质量关系的两次实验中，小球从同一高度由静止开始释放时的场景如图所示，木板固定在水平面上。该实验是通过比较木块在木板上滑行的　　         来比较小球动能大小的。图中错误的操作是　　　　　　　　　　　 　 　    。改正后进行实验，发现木块会从木板右侧滑出，则可以通过　　　    (选填“增大”或“减小”)木块的质量来加以改进。 答　距离　两次实验中未保持木块初始位置相同　增大 变式3 如图所示，在探究物体动能的大小与哪些因素有关时，让同一小车分别从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上同一木块。   (1)本实验探究的是　　　    (木块/小车/斜面)的动能与　　　    的关系，实验中是通过观察    　　　 　　　    来比较动能大小的； (2)第一次实验的情景如图甲所示，在进行第二次实验前，应先将撞出的木块　　　　　　        。 (3)若操作正确，第二次实验木块最终的位置如图乙所示，则此实验的结论是：　　　 　　　    　    。 答：(1)小车 速度 木块被撞击后移动的距离 (2)最终的位置标注出来 (3)在质量一定时，物体速度越大，动能越大 变式4 在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离。如图甲所示。请回答下列问题：   (1)从同一高度由静止释放的目的是　　　　　　　    ，该实验的目的是研究铁球的动能大小与　　　    (选填“质量”或“速度”)的关系。 (2)该实验是通过观察　　　　　　    的大小，来说明铁球对木块做功的多少。 (3)有同学将实验装置改进成图乙所示，利用质量相同的铁球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较。可以研究铁球的动能大小与　　　    (选填“质量”或“速度”)的关系。 (4)该同学还想用质量不同的铁球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，探究铁球的动能大小与质量的关系，这个设计方案是　　　    (选填“正确”或“错误”)的，原因是　　　　　　　　　　　　　    。 答　(1)控制铁球到水平面的速度相同　质量 (2)木块移动的距离 (3)速度 (4)错误　弹簧的压缩程度相同，铁球的动能相同，木块移动的距离相同 1. 探究重力势能大小影响因素 例 如图所示，探究重力势能的大小与哪些因素有关时，为了显示重力势能的大小，甲用橡皮泥代替沙子，乙用海绵代替沙子，你认为更合适的是　 　    (甲/乙)的方法，理由是　　　　　　　　　　　　　　　　    。 答　甲　“甲中橡皮泥形变能保持并记录” 变式1 如图所示，在“探究影响重力势能大小的因素”实验中，有三个实心的、大小相同的铁球A、铁球B和塑料球C。球A、C离沙地高度相同。 现让三个球同时由静止释放，球落到沙地上的状态如图中虚线球所示，   (1)根据　　　     可以判断出A球释放前的重力势能最大； (2)比较球A、C可得出影响重力势能大小的因素是　　　　    ； (3)球在空中下落时减少的重力势能主要转化为　　　　    。 答　(1)球陷入沙中的深度　(2)质量　(3)动能 变式2 小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想： 猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关 猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关 为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。 按上述方案进行实验，其实验数据如表所示。 实验序号 铁块 质量m/g 铁块距桌面 高度/cm 桌腿进入沙子的 深度h/cm ① 20 20 1.9 ② 20 30 2.9 ③ 20 40 3.8 ④ 30 20 2.9 ⑤ 40 20 4.1 (1)实验中通过比较　　 　    来判断物体重力势能的大小； (2)为了验证猜想一，需选择表中　　　    (填实验序号)三组数据进行分析； (3)分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 。 答 (1)桌腿进入沙子的深度　(2)①④⑤　(3)质量相同的物体，位置越高，具有的重力势能越大 1. 探究弹性势能大小影响因素 例 某兴趣小组将一张硬卡片对折，在开口的一边剪两个小豁口A和B，然后套上橡皮筋，做成了一个会跳的卡片(如图所示)。为了探究卡片跳起的高度与哪些因素有关，该兴趣小组提出了如下猜想：   A.与卡片的质量有关 B.与橡皮筋的形变量有关 C.与橡皮筋的条数有关 为了验证猜想，小组选用几根相同的橡皮筋和几张相同材料的卡片进行实验。 (1)小明将图中的卡片反过来，把它放在桌面上用手向下压，使橡皮筋伸长，迅速松开手，观察到的现象是　　　　　　　    ，这个现象说明：发生弹性形变的橡皮筋能对卡片　　　　　　    ， 因此它具有弹性势能。 (2)探究跳起高度与质量是否有关，应选择质量不同的卡片，控制其他实验条件相同。操作中将卡片反过来，每次把它在桌面上用手压平的目的是　　　　　　　　　　    。 (3)探究跳起高度与橡皮筋形变量是否有关，请你为该小组提供使橡皮筋的形变量不同的两种方法：①　　　　　 　 　　    ；②　　　　 　　　　    。 答　(1)卡片跳起　做功 (2)控制橡皮筋的形变量相同 (3)卡片向下压的程度不同　换用短一点的橡皮筋 第 1 页 共 11 页 学科网（北京）股份有限公司 $$