12.1机械能（2）---动能和势能的相互转化 教学设计（表格式）2025-2026学年 苏科版九年级上册物理

12.1机械能（2）---动能和势能的相互转化 教学设计 课题 12.1机械能（2）---动能和势能的相互转化 单元 12 学科 物理 年级 九上 教材分析 本节机械能是在此基础上的内容延伸，又是电能、热能等知识的基础，所以起到很重要的承上启下的作用。本课时通过单摆实验来理解动能和势能的相互转化，并用之解释生活、生产中的现象。 学习 目标 科学观念：知道动能和势能在一定条件下可以相互转化，能对生活中现象进行简单分析。 科学思维：建立能的概念，树立能量转化和守恒的概念，分析生活中实例，养成理论联系实际的习惯和能力。 探究实践：通过单摆与滚摆的活动，培养学生动手和观察能力； 态度责任：通过活动与视频片段激发学生学习兴趣，培养学生的探究能力，激发学生的学习兴趣。 重点 动能和势能一定条件下的转化规律 难点 动能和势能转化规律的理解、应用 教学环节 教师活动 设计意图 导 入 新 课 复习： 1、什么是动能？动能大小与什么因素有关？ 2、什么是重力势能？重力势能大小与什么因素有关？ 分析：一个物体从斜面上滑下，从能量的角度分析： 1）当这个物体静止于斜面最高处时，它具有的 能最大，而 动能 ； 2）当这个物体沿斜面向下滑动时，由于 ，它的重力势能 ； 而该物体的运动速度 ； 3）当该物体刚到达斜面底端时，该物体所具有的重力势能 ，动能 ； 4）猜想，该物体在下滑过程中减小的重力势能，除一部分转化成了热能外，还有一部分转化成了 能。 引入新课 让学生明白：动能与势能间是可以转化的 由此产生疑问：怎样转化？什么条件下转化？ 讲 授 新 课 活动探究： 观察小球的摆动过程中动能和重力势能间的转化规律。 1、如图，小球的一端用细绳系住，另一端固定； 2、将小球拉离平衡位置后释放；观察小球摆过程中高度、速度的变化情况。 现象： （小球由释放点开始下落，下落过程中小球的高度减小、速度越来越大；当系小球的绳子竖直时，小球的速度最大，此后向另一侧上升，上升过程中，小球的高度增加、速度减小，直至小球到达最高处，最高处不超过原来的高度；随后又下落……，如此重复，但每次上升高度都比上次低一些，最后停下，静止在最低点位置。） 注意，这里要提醒一下，小球的速度和高度变化是有大前提条件的：将小球拉离平衡位置释放。否则不会出现变化。 已知，A与B两点处于同一高度，C是小球自由下垂时的位置（细线无弹性），小球位于A点时由静止释放，此后自由摆动过程中： 1、将小球拉至A点时，小球的速度 ，动能 ；此时，小球的位置 ， 重力势能 。 2、小球由A点向C点运动过程中，小球的高度 ， 重力势能 ，小球的运动速度 ，动能 ；直到小球到达C处时，速度 ， 能最大，重力势能 。这个过程中，小球的 能转化为 。 3、小球由C点向B点运动过程中，小球的高度 ，重力势能 ，小球的运动速度 ，动能 ；直到小球到达B处时，速度 ， 能最小，重力势能 。这个过程中，小球的 能转化为 。 4、此后，小球由B点又开始下落，由B→C→A，再由A→C→B,若整个过程中，机械能没有转化为其他形式的能（如热能），则小球一直可以如此往复摆动……。但是，小球在运动过程中，受到的 是不可避免的，所以每次小球的运动高度都不如上一次。 （附整个过程的视频） 归纳： 一、动能和势能的转化 1、动能和势能可以相互转化。 注意： 1）动能是没有方向的，只有大小。且不能小于零。与功一致，可直接相加减。 2）重力势能是相对于某个参照物而言的。 如，一个箱子从一楼搬到五楼，它相对于原来的一楼来说升高了，因此它相对于一楼来说就具有了重力势能。 2、动能和势能的转化是有一定条件的 1）动能和重力势能间的转化，发生在重力作用下的运动过程中。 如，单摆小球被拉离平衡位置释放，才出现动能和重力势能间的转化；人造地球卫星沿椭圆转道绕地球转动，会出现动能和重力势能间的转化；游乐场的过山车忽高忽低运动时，会发生动能和重力势能间的转化，…… 2）动能和弹性势能间的转化，发生在物体发生弹性形变后恢复形状过程中。 如，弹弓发射石子时，由于弓弦被用力拉变而发生弹性形变，撤去外力后，弦恢复原状过程中，带动石子运动起来，此时弦的弹性势能转化为石子的动能…… 二、动能和势能转化的例子 1、滚摆运动： 滚摆上升的过程中，速度减小动能减小，但所处高度增大重力势能增大，动能转化为重力势能；滚摆下降的过程中，所处高度减小重力势能减小，但速度增大动能增大，重力势能转化为动能；滚摆上下滚动过程中，发生的能量转化是重力势能和动能间的相互转化。 2、自行车下坡： 骑自行车下坡时，自行车与人所处高度减小，重力势能减小；速度增加，动能增加，重力势能转化为动能。所以不用蹬车也可以加快速度。 3、乒乓球高处下落： 乒乓球在高处时，由于被举高而具有重力势能。释放后下落过程中，球的高度降低，速度增大，撞击地面产有，球的重力势能转化为动能；撞击地面的一瞬间，由于球发生形变，球的动能转化为球的弹性势能；球在恢复形变的过程中，弹性势能又转化为球的动能，使球球产生一个反方向的速度，向上跳起来。球上升过程中，动能又转化成重力势能，直到动能为零。到最高处时又下落……。 三、机械能守恒 1、机械能守恒定律： 如果没有空气阻力等，动能与势能发生转化过程中，总的机械能保持不变，即总的机械能守恒。这个规律称为机械能守恒定律。 实质上，机械能守恒时，机械能没有转化为其他形式的能。（注意，这是一种理想状态，生活中并不存在。） 3、对机械能守恒的理解： 1）机械能守恒的条件： 只有在重力（或弹簧弹力）做功的情形下，物体的重力势能（或弹性势能）和动能发生相互转化，这时机械能才保持不变，即机械能守恒； 2）注意，机械能守恒时，物体的其他能还可以会变化； 3）机械能守恒指的是系统的初、末状态机械能守恒； 2）机械能守恒时，系统的动能增加量等于势能减少量。 4、如何判断机械能守恒的常用方法举例： 1） 做功条件分析法： 当动能与重力势能转化时，只有重力做功；当发生动能与弹性势能的转化时，只有弹力做功，其他力均不做功，则系统的机械能守恒。 2）能量转换分析法： 若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转化成其他形式的能（如温度没升高），则系统的机械能守恒。 3）增减情况分析法： 若系统的动能与势能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒：若系统的动能或势能不变，而势能或动能却发生了变化，则系统的机械能不守恒：若系统内各个物体的机械能均增加或均减少，则系统的机械能也不守恒。拓展：5、功和能的关系： 1、功是描述物体状态改变过程的物理量，是能量变化的量度，功是一个过程量，描述为“物体做了功”。 2、做功可以实现能量转化或转移，做功使物体的能量发生了改变。所以用做功的多少来度量能量的改变。 3、各种形式的能量都可以在一定条件下相互转化。 4、能量是描述物质运动状态的物理量，能量是一个状态量，描述为“物体具有能量”。 由实验现象分析得出新知 通过每一步的运动过程中能量转化分析，得知动能与重力势能间是如何转化，为什么会转化的 摆事实讲道理 促进学生的理解 生活中有大量的动能与势能转化的实例 给学生提供模仿的实例 ，促进学法指导 便于学生举一反三，活学活用 拓展部分内容。目的是帮助学生理解 为后续学习打基础 课 堂 练 习 1、如图是荡秋千的简化模型。摆球在A点静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高，下列说法正确的是 (　C　) A．球在B，C两点的动能相等 B．球在A，D两点的机械能相等 C．球从B点到O点的过程中机械能减少 D．球从O点到C点的过程中重力势能减少 2、“轰-6N”国产新型远程战略轰炸机，可以在空中水平匀速直线飞行的过程中给战斗机进行空中加油。在加油过程中，“轰-6N”的动能和势能变化情况为(　D　) A．动能不变，重力势能不变 B．动能减少，重力势能增加 C．动能不变，重力势能增加 D．动能减少，重力势能减少 3、电梯匀速上升过程中，电梯的（　C　） A．重力势能保持不变 B．机械能保持不变 C．动能保持不变 D．动能转化为重力势能 4、如图所示，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定，右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置.开始时通过小球压缩弹簧到A位置（已知AO=OB），释放小球，研究小球在水平方向上的受力和运动情况，则（　D　） A．小球在运动过程中所受弹力的方向保持不变 B．小球运动到B点时动能不为零 C．小球从O运动到B的过程中所受弹力方向向右、动能不断减小 D．小球从A运动到O的过程中所受弹力方向向右、动能不断增大 5、如图，小球从左侧的斜坡滚下，到达底端后又沿着右侧斜坡向上滚到最高处， 则下列图像能正确代表小球重力势能与运动时间t之间对应关系的是（　B） 6、如图是雨滴在空中下落过程中速度与时间的关系图。雨滴在t1～t3三个时刻中具有的动能分别是E1、E2、E3，不考虑下落过程中雨滴的质量变化，则动能的大小关系是（　C　） A．E1<E2<E3 B．E1>E2>E3 C．E1<E2=E3 D．E1=E2<E3 (第6题图) （第7题图） 7、一只氢气球下方用细线吊着一只小皮球，当小皮球随氢气球匀速竖直上升到距地面高度为H的位置时细线突然断了，小皮球落到水平地面上反弹后上升(绳子断裂后假设小皮球的机械能守恒)，以下分析正确的是（A　　） A．小皮球反弹后能上升的最大高度大于H B．绳子断裂后到小皮球落地前，小皮球的动能不断增大 C．小皮球反弹后上升过程中，重力势能增大的越来越快 D．绳子断裂后，小皮球的重力势能和动能之和始终保持不变 8、如图甲所示，小球先后以相同的速度按①②③④四个方向抛出。若某次小球在空中飞行到接近地面的过程中（不计空气阻力），其动能Ek随时间t变化的图像如图乙所示，则此次抛出小球的方向为（　A　） A．① B．② C．③ D．④ 第 课 堂 小 结 1、动能和势能在一定条件下可以相互转化； 2、动能和势能转化过程中，若没有空气阻力等存在，则机械能总量保持不变，即机械能守恒。 3、机械能守恒时，机械能没有转化为其他形式的能。 帮助学生掌握重点， 更加容易的学习。 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页） ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $