一、机械能（表格式教学设计）物理苏科版2024九年级上册

本文围绕九年级物理“机械能”展开，介绍动能、势能及机械能转化等核心知识。本课承接“力与机械”，为后续能量观念学习奠基。通过实验探究等环节，培养学生物理观念、科学思维、科学探究等核心素养。 该设计亮点在于以生活化场景导入，大量运用操作型实验。从学生层面看，能提升其科学探究能力；从教师层面看，提供了清晰授课路径；从课堂效果看，有效突破教学难点。

一、机械能（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 课时数 教师 课题 一、机械能（教学设计） 教学 目标 1．知道动能的概念；通过实验探究，知道动能的决定因素，并能解释与动能相关的一些简单现象。 2．了解弹性势能的概念；通过实验探究，了解弹性势能的决定因素，并能解释与弹性势能相关的一些简单现象。 3．知道重力势能的概念；通过实验探究，知道重力势能的决定因素，并能解释与重力势能相关的一些简单现象。 4．知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能，知道能量。 5．通过实验探究，了解机械能的转化，并能解释与机械能相关的一些现象。 教材 分析 本课是学生在学习“力与机械”后首次系统接触能量观念的奠基课，对后续学习功、功率、能量守恒、热学及电学中的能量观念起着承前启后的作用。教材以生活化场景导入，在动能、势能的学习中大量安排学生操作型实验和对比分析，为培养学生科学思维与科学探究能力提供了平台；在机械能转化部分实例加深对能量转化和守恒的理解，并渗透能源可持续发展观念。 教学重点 1．会判断物体是否具有动能或势能； 2．懂得分析动能与势能的相互转化； 3．知道利用控制变量法实验探究动能、重力势能的影响因素。 教学难点 1．机械能的相互转化的综合应用； 2．分析机械能转化过程中的损耗。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 为什么要规定汽车在公路上行驶的最大速度（图12-1）?脚踩滑板从高处滑下，为什么会越来越快（图12-2）? 学习新课 一、能量 【问题情境】观察下面图片，分析它们有哪些共同点？ 1．穿甲弹飞行速度越快，穿透钢板越多； 2．水的流速越大发出的电越多； 3．小鸟撞击飞机时速度越快，飞机损坏越严重。 打桩机工作时，高高举起的重锤落下时，可以把桩打入地里，重锤对桩做了功。这说明高处的重锤具有能量。 其他例子：高山上的石头、举高的铁锤、从高楼扔下的物体…… 1．能量 （1）定义：一个物体能对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量。 （2）一个物体能够做的功越多，这个物体的能量就越大。 （3）单位：在物理学中，能量与功的单位一样，也是焦耳，简称焦，符号是J。 知道能量的定义 初步认识功与能量的关系，知道能量的单位 学习新课 二、动能和势能 1．动能 【问题情境】呼啸的海浪有时会冲坏海堤、推倒房子；踢出去的足球能使静止的球网发生形变…… 这些都说明，运动的物体能对其他物体做功，具有能量。物体由于运动而具有的能量叫作动能。 物体的动能越大，它能对其他物体做的功就越多。 【思考与讨论】汽车速度越大，出事故时破坏就越严重；一辆汽车以同一速度运动，重载比空载时出事故更严重，那么动能与什么因素有关？ 活动 探究影响动能大小的因素 【思考与讨论】如下图所示，小车从斜面上滑下，在水平面上与木块相撞，两者共同滑行一段距离，运动的小车对木块做了功。小车动能的大小可能与哪些因素有关?怎样用该装置验证你的猜想? 【信息快递】在木块的碰撞面上粘贴海绵片，可使小车与木块在碰撞后一起运动。 【实验步骤】1．将同一小车分别从不同高度由静止开始下滑，撞击置于水平面上相同位置的同一木块，比较木块运动的距离。 高度越高，木块移动的距离越大。→质量相同时，速度越大，物体的动能越大。 2．在小车上放一些槽码，改变小车的质量，让不同质量的小车从同一高度由静止开始下滑，撞击置于水平面上相同位置的同一木块，比较木块移动的距离。 质量越大，木块移动的距离越大。→速度相同时，质量越大，物体的动能越大。 【信息快递】质量不等的小车从斜坡的同一高度由静止开始下滑，运动到水平面时的速度相等。 【实验结论】 结论 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，物体的动能越大。 【思考与讨论】为什么汽车在高速公路上要限速?为什么不同车型的限速标准不一样?你能解释其中的原因吗? 1．机动车的质量一定时，速度越大，机动车具有的动能越大，机动车的动能越大，它对其他物体做的功越大，发生交通事故时造成的损失就越大，所以对机动车的行驶速度要进行限制，也就是限制它动能的大小； 2．由于动能与质量和速度有关，对质量较小的车，其限制速度可大些，对质量较大的车，其限制速度就要小些。 2．势能——弹性势能 发生弹性形变的物体能对其他物体做功，表明它具有能量，这种能量叫作弹性势能。 如图所示，图（a）中橡皮筋的形变越大，“子弹”被弹射得越远；图（b）中发条上得越紧，钟表走的时间越 长；图（c）中弹簧的形变越大，小车被弹得越远.事实表明，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。 3．势能——重力势能 如图所示，强夯机的重锤落下时能将地基打实；从山上滚落的石头会摧毁山下的建筑物。 大量事实表明，处在一定高度的物体具有做功的本领，即具有能量。这种能量叫作重力势能。 探究重力势能大小的影响因素 【实验步骤】 1．将同一重物分别从不同的高度由静止落下，比较重物陷入沙中的深度，你能得到什么结论？ 结论：物体的重力势能与物体的 所处的高度 有关， 高度 越高，物体的重力势能越大。 2．将质量不同的重物分别从同一高度由静止落下，比 较重物陷入沙中的深度，你又能得到什么结论？ 结论：物体的重力势能与物体的 质量 有关， 质量 越大，物体的重力势能越大。 结论 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，重力势能越大。 比较动能和势能的异同 知道动能的定义以及影响因素 猜想动能的大小可能与物体的速度、质量等因素有关。 知道弹性势能的定义以及影响因素 知道重力势能的定义以及影响因素 学习新课 三、机械能及其转化 【问题情境】许多人都有荡秋千的经历。在秋千摆动的过程中，人距离地面的高度不断变化，同时速度也不断变化。也就是说，人的重力势能和动能都在不断变化。 1．机械能及其转化 活动12.3 观察摆球动能和重力势能的转化 【实验步骤】如图所示，将摆球从点A由静止释放，观察摆球的高度和速度是怎样变化的。 1．摆球从点A向下摆动的过程中，它的速度怎样变化?动能怎样变化?重力势能样变化? 速度增大，动能增大，重力势能减小。 2．摆球到达最低点O′时，它的动能是否达到最大?重力势能呢? 是（它的动能达到最大），重力势能达到最小。 3．摆球由点O'向点B运动的过程中，它的速度怎样变化?动能转化为什么能?当到达最高点B时，它的动能是否为零?重力势能是否为最大? 速度减小，动能转化为重力势能；当到达最高点B时，它的动能为零，重力势能最大。 4．根据前面的观察和分析，简要说明荡秋千过程中动能和重力势能转化的情况。 A→O′，速度越来越大，动能逐渐 增大 ，重力势能逐渐 减小 。到达最低点O′时，动能最 大 、重力势能最 小 。在此过程中，重力势能逐渐转化为 动 能。O′→B，速度越来越 小 ，动能逐渐转化为 重力势 能。当摆球到达最高处B点时，它的动能为 零 ，重力势能最 大 。 A→B:第一段（A→O′）重力势能转化为动能；第二段（O′→B）动能转化为重力势能。 【扩展】1．在上述活动中，若不考虑阻力的情况下，A、B两点的高度相同，即A、B两点的重力势能相同，且A→B、B→A，是一个循环过程。 2．在上述活动中，若考虑阻力的情况下，如右图，B点高度小于A点，A1点小于B点，以此类推，直至最后与OO′重合，即处于静止状态。这也是模拟真实的荡秋千过程。 【思考与讨论】观察下图，分析各情景中动能和势能的转化情况 在物理学中，动能和势能统称为机械能。一个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。大量事实说明，动能和势能可以相互转化。 【海洋中的机械能】海洋中有着丰富的机械能，它可以通过不同的形式表现出来，如海浪、海流、潮汐等。 海浪能 海洋中波涛汹涌，蕴藏着巨大能量。海浪能把几十吨的石头推走，能使万吨巨轮颠簸摇晃。海啸——一种灾难性的海浪，能把轮船冲上陆地，甚至能冲毁岸上的建筑物。据科学家估测，在1km2的海面上，海浪能的功率高达2.0×10⁵kW。如果能对其进行有效的开发和利用，将可以获得非常可观的能量。 海流能 海水受风力、海底地形等影响，沿一定方向大规模流动，这种现象称为海流。科学家们设想，可以利用海流的动力推动水轮发电机发电—海流发电。据估测，如果世界大洋中的海流都被用来发电，其发电功率可达5×10⁹kW。 潮汐能 由于太阳和月球的引力作用，海面会出现周期性涨落，这种现象称为海洋潮汐。海水一涨一落，水位的高度差可达十几米。为了利用潮汐的机械能，人们在海湾或河口建筑拦水堤坝，形成水库，并在坝下设置装有水轮机的泄水闸。当海面涨落时，海水流经泄水闸，带动发电机发电。位于浙江省温岭市的江厦潮汐电站，是我国最大的潮汐电站，也是世界第四大潮汐电站， 知道机械能的定义以及动能和势能可以相互转化 自主学习“海洋中的机械能” 课 堂 练 习 1．现有（1）被拉长的橡皮筋；（2）水平前进的火车；（3）正从高空下落的小石块；（4）从坡顶下滑的自行车；（5）放在阳台上的花盆。 在上述物体中只具有动能 （2） ，只具有重力势能的是 （5） ，只具有弹性势能的（1） ，既具有动能又具有势能的是 （3）（4） 。 2．下列关于机械能的说法正确的是（ C ） A．在空中飞行的飞机只具有动能 B．炮弹具有的机械能一定比子弹具有的机械能大 C．质量和速度都相同的物体具有的动能一样大 D．质量大的物体具有的重力势能一定大 3．一个人乘着电梯匀速上升，其（ D ） A．重力势能增加，动能减少 B．重力势能减少，动能不变 C．重力势能增加，动能增加 D．重力势能增加，动能不变 4．下列过程中，物体的动能转化为重力势能的是（ C ） A．篮球从高处落下 B．钟表里的发条带动指针转动 C．秋千从低处荡向高处 D．物块在斜面上由静止下滑 5．如图所示，青蛙从跳起到落地的过程中，下列说法中正确的是 （ C ） A．最高处时，动能为零 B．起跳过程中，重力势能减小 C．动能先减小后增大 D．重力势能先减小后增大 6．如图所示，“天和”核心舱绕地球沿椭圆轨道运动，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。不考虑空气阻力，则（ C ） A．在远地点的势能最大、动能为零 B．在近地点的动能最大、势能为零 C．从近地点向远地点运动过程中，势能增大、动能减小 D．从近地点向远地点运动过程中，质量减小、重力减小 7．如图所示，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点，A、B两点等高。下列说法中正确的是（ D ） A．从A点到B点的过程中，摆球的机械能先增大后减小 B．在B点时，摆球的动能最大 C．在O点时，摆球的重力势能最大 D．从A点到O点，摆球的动能增加 8．如图所示，光滑的半圆形轨道固定在水平桌面上，轨道上的A 点、C 点在同一高度，B点为最低点，小球从A 点由静止自由释放，不计空气阻力，则小球 （ C ） A．不能到达 C 点 B．到达 C 点时动能为 0 ，机械能也为 0 C．从A 点运动到B 点的过程中重力势能转化为动能，机械能守恒 D．从B 点运动到 C 点的过程中动能转化为重力势能，机械能减小 板 书 设 计 一、机械能 一、动能和势能 1．动能 （1）定义：物体由于运动而具有的能量叫作动能。 （2）物体的动能越大，它能对其他物体做的功就越多。 （3）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，物体的动能越大。 2．势能 （1）弹性势能 定义：发生弹性形变的物体能对其他物体做功，表明它具有能量，这种能量叫作弹性势能。 影响因素：弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。 （2）重力势能 定义：处在一定高度的物体具有做功的本领，即具有能量。这种能量叫作重力势能。 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，重力势能越大。 三、机械能及其转化 1．定义：在物理学中，动能和势能统称为机械能。 2．摆球实验 3．动能势能相互转化 课 堂 小 结 一、机械能 作业布置 1．下图是某轻轨车站的设计方案示意图。与站台连接的轨道有一定的坡度。请你从节能的角度分析这样设计的优点。 【解析】一般情况下，列车在进站过程中要减速，而出站时要加速。利用这个特点设计方案可以使列车在进站时上坡，速度减小，将动能转化成重力势能；出站时下坡，速度增大，将重力势能转化成动能，从而节约了能源。 2．做一个能自动回转的“魔罐”。如下图所示，在金属罐的盖子和罐底各开两个小孔，用细线将一个钩码系在橡皮筋的中部，然后将橡皮筋穿过盖子和罐底的小孔并固定起来，这样，一个“魔罐”就做成了。试一试，当你将“魔罐”在水平地面上滚出后，它能自动滚回来吗?仔细观察“魔罐”的运动，想一想，在此过程中动能和势能是如何转化的? 【提示】本题是一个小制作，要动手。制作完成后，推动“魔罐”使之沿水平地面滚出，滚动一定距离后，它能自动折回……如此不断地来回滚动。在此过程中“魔罐”的动能与橡皮筋的弹性势能相互转化。 3．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下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，如下图所示。皮球从较高处下落形成的圆斑是图中的哪一个?你判断的依据是什么? 【解析】皮球从较高处下落形成的圆斑是课本图中的B。因为皮球在较高处具有较大的重力势能，下落过程中重力势能转化成动能，皮球在接触地面前具有较大的动能，在和地面接触过程中动能转化成的弹性势能较大，所以皮球的形变量较大，在地面上形成的圆斑也就较大。 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$