第2节 机械能 第1课时（导学案）科学浙教版九年级上册

第2节 机械能 第1课时（导学案） 科学观念：了解机械能的概念；知道动能的概念及影响因素；知道势能的概念及影响因素。 科学思维：通过对实验现象的观察和分析，培养观察、分析、归纳、概括等能力；能利用动能、势能的初步知识理解、分析简单的实际问题。 探究实践：能设计简单的实验方案探究动能、重力势能的大小各与什么因素有关；通过设计实验并进行实验，培养实验设计能力和动手操作能力。 态度责任：树立科学的探究品质和创新精神，有将知识应用于生活的意识；通过基本的科学探究过程，形成尊重事实、探索真理的科学态度。 1. 动能、势能的影响因素（重点） 2. 动能、势能的影响因素（难点） 1. 动能的概念和影响因素是什么？ 物体由于运动而具有的能量叫做动能。 动能大小的影响因素：物体的质量和速度，质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大。运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大。 2. 重力势能的概念和影响因素是什么？ 物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。 重力势能大小的影响因素：质量和被举高的高度，物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。 3. 什么是弹性势能，影响因素是什么？ 物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 弹性势能的影响因素：形变量，物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。 游乐园中的过山车从高处滑下时，如图所示，它的运动速度不断增大，然后它又冲上另一个斜坡，速度就减小下来。 过山车运动的速度为什么会发生这样的变化？ 一、动能 轨道上的过山车为什么能发生运动呢？运动速度为什么发生改变呢？ 原来这是因为在轨道上运动的过山车具有能量，并且发生了改变。 今天我们来学习一下物体常见的能——动能和势能 动能 物体由于运动而具有的能量叫做动能。 流动的水、空气都能够推动发电机的叶轮转动。可见，流水、风也具有动能。 一切做机械运动的物体都具有动能。那么，物体的动能大小跟哪些因素有关呢？ 活动：探究动能大小的影响因素 【猜想与假设】 动能的大小可能跟物体的速度和质量有关。 【实验设计】 让钢球从斜面上滚下，推动停在水平面上的木块运动，通过木块被推动的距离来反映钢球的动能。 【实验步骤】 （1）让同一个小钢球从斜面上不同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，比较木块被小钢球推出的距离大小。 【实验现象】 从较高处滚下时，钢球把木块推得更远。 【实验结论】 质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大。 【实验步骤】 （2）让不同质量的小钢球从斜面上相同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，比较木块被小钢球推出的距离大小。 【实验现象】 质量大的钢球把木块推得更远。 【实验结论】 运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 物体的动能是由物体的质量和速度共同决定的 思考与讨论 分析本实验使用了哪些研究方法？具体是怎样设计的？ 实验方法1：控制变量 ①控制质量相同，速度不同（将小球从不同高度释放，到达水平面的速度不同，高度越高，速度越大） ②控制速度相同（将小球从相同高度释放），质量不同。 实验方法2：转换法 通过木块被碰撞后的滑动距离来反映钢球的动能大小。 思考与讨论 （1）图中的汽车和摩托车，哪一个动能大？ 速度相同，汽车的质量更大，故汽车的动能更大。 （2）在同一条高速公路上，为什么对小型客车、大型客车的限制速度是不同的？ 大型客车、载货汽车质量大，所以其惯性大，在相同速度的情况下，其动能也大，因此，一旦发生紧急情况，此类车辆不容易改变运动状态，造成的伤害也会更严重。因此，在相同道路，大型客车、载货汽车最高行驶速度比小型客车最高行驶速度小。 二、势能 为什么过山车能够从轨道的最高处飞驰而下呢？ 这是因为机械装置把过山车拉到轨道最高处的过程中，给过山车储存了能量。就像荡秋千一样，我们必须将秋千抬高才能使它具有能量不断来回摆动。 重力势能 物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。 举高的书也储存了一定的重力势能，当它下落时会将重力势能释放出来。 那么，重力势能的大小跟哪些因素有关呢？ 活动：探究重力势能大小的影响因素 【实验猜想】 根据生活经验，重力势能可能与物体的质量和被举高高度有关 【实验设计】 金属小球的重力势能由被金属小球所撞出的沙坑的深度和大小来表示，撞出的沙坑越深越大，表明金属小球的重力势能越大。 【实验步骤】 （1）如图所示，制作一个沙盘。从不同的高度自由释放同一个金属小球，观察并记录小球所撞出的沙坑深度和大小。 【实验现象】 同一小球，下落高度越高，到达沙盘表面时获得的速度就越大，撞出的沙坑就越深越大。 【实验结论】 质量相同的物体，被举高的高度越高，重力势能越大。 【实验步骤】 （2）从相同高度自由释放相同体积不同质量的金属小球，观察并记录小球所撞出的沙坑深度和大小。 【实验现象】 不同质量的小球，从同一高度落下，到达沙盘表面时的速度相同，质量较大的小球撞出的沙坑较深较大。 【实验结论】 被举高高度相同的物体，质量越大，重力势能越大。 物体重力势能的大小与物体的质量和被举高的高度有关 思考与讨论 分析本实验使用了哪些研究方法？具体是怎样设计的？ 实验方法1：控制变量 ①控制质量相同，被举高的高度不同（将小球从不同高度释放） ②控制被举高的高度相同（将小球从相同高度释放），质量不同。 实验方法2：转换法 金属小球的重力势能由被金属小球所撞出的沙坑的深度和大小来表示。 射箭运动员把弓拉弯的过程中，给弓储存了能量。网球拍击打网球时，网球拍发生变形，从而储存了能量。当这些物体恢复原状时也会释放出能量。 弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 显然，射箭时手拉弓弦使弓的形变越大，箭就射得越远；球拍击打网球越用力，网球拍形变就越大，网球就会飞得越远。 由此可见，弹性势能的大小与什么因素有关呢？ 弹性势能大小跟物体形变的大小有关，弹性形变越大，弹性势能就越大 弹弓上的石子静止不动，弹弓发生弹性形变，弹弓具有弹性势能，不是石子具有弹性势能。 注意：一定要分清弹性势能对应的是发生弹性形变的物体！！！ 天体的运行、河水的流淌、候鸟的飞翔、人类的行走、蒲公英种子的飞行等，都属于机械运动。这些做机械运动的物体都具有机械能。那么机械能、动能、势能是什么关系呢？ 课堂小结： 1. 如图，为了探究动能的大小与哪些因素有关，某同学设计了“小球撞物块”的实验，将静止的木质小球释放，观察物块被推动的距离，关于该实验的说法中，不正确的是（　　） A．该实验的设计思路是采用转换法，用物块移动的距离来表示动能的大小 B．小球在下落的过程中，重力势能减小，动能增大 C．将木球换成同样大小的铁球，重复实验，发现物块被推动距离增大，说明质量越大，动能越大 D．将木球从不同高度释放，比较物块被推动的距离，是为了探究动能与高度之间的关系 【答案】D 【详解】AC．实验中通过观察物块在同一水平面上被推动的距离来比较小球的动能大小，采用了转换；动能大小与物体的质量和速度大小有关，研究动能大小与其中一个因素的关系时，要控制另外一个因素不变，将木球换成同样大小的铁球（因铁的密度大于木块的密度，根据可知，铁球的质量大于木球的质量），重复实验（铁球运动到最低处速度相同），发现物块被推动距离增大，说明质量越大，动能越大，故AC正确，不符合题意； B．小球在下落的过程中，高度减小，重力势能减小；速度增大，动能增大，故B正确，不符合题意； D．将木球（质量不变）从不同高度释放，木球运动到最位置是速度不同，比较物块被推动的距离，是为了探究动能与速度之间的关系，故D错误，符合题意。 故选D。 2．科技的发展，使农业机械化水平越来越高，一架飞机在某一高度水平匀速直线飞行给小麦喷洒农药，喷洒农药的过程中，飞机的动能和重力势能变化情况为（　　） 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 【答案】D 【详解】飞机在某一高度水平匀速飞行喷洒农药的过程中，飞机的质量变小，速度不变，所以动能减小；飞机质量减小，高度不变，所以重力势能减小。故D正确，ABC错误。 故选D。 3．图为羽毛球运动常见的基本球路，线段表示羽毛球的运动轨迹，箭头表示运动的方向。请判断，在杀球，挑球，高远球和放小球的四种基本球路运动过程中，羽毛球相对于地面的重力势能一直减少的是（　　） A．杀球 B．挑球 C．高远球 D．放小球 【答案】A 【详解】羽毛球的质量不变，由图知道，羽毛球在杀球阶段，高度一直变小，重力势能一直减少；在挑球、高远球、放小球阶段，高度先变大后变小，重力势能先变大后变小，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 4．拉升的橡皮筋具有 能。如图甲为“会跳的卡片”，A为卡片外侧，B为卡片内侧，实验时应把 （选填“A”或“B”）面朝下紧贴桌面，压平后松手，卡片会跳起来。现将两张相同的卡片剪开相同深度的豁口，将橡皮筋固定在卡片上，如图乙、丙所示，实验时分别将它们在桌面上压平之后松开手，小明认为乙卡片一定弹跳得更高一些，你 （选填“赞成”或“不赞成”）他的观点，理由是 。 【答案】 势/弹性势 B 赞成 乙卡片皮筋弹性形变的程度更大一些，其弹性势能更大一些，所以它能够转化的动能更多，跳的更高 【详解】[1]位于高处的物体具有能量，发生形变的物体也具有能量，这是一种“储存”起来的能量，只有在释放后才能显现，这种能量叫作势能。拉长的橡皮筋具有由于其形变而储存的能量，这种能量叫做势能。 [2]由图知道，要利用橡皮筋的弹性势能，只有把橡皮筋拉开才会有弹性势能，所以要把卡片B面按平后放在水平面上然后松开，松开后，橡皮筋的弹性势能转化为纸片的动能，所以卡片能跳起来。 [3][4]由于弹性势能的大小与物体发生弹性形变的程度有关，乙卡片皮筋弹性形变的程度更大一些，其弹性势能更大一些，所以它能够转化的动能更多，跳的更高。 5．跳远运动员运动的几个阶段如图所示，则运动员（　　） A．助跑阶段动能不变 B．起跳时动能为零 C．经过最高点时动能为零 D．经过最高点时重力势能最大 【答案】D 【详解】A．助跑阶段，运动员的速度越来越快，质量不变，动能变大。故A不符合题意； B．起跳时运动员具有一定的速度，故动能不为0。故B不符合题意； C．经过最高点时，运动员仍有向前的速度，故动能不为0。故C不符合题意； D．重力势能与物体的质量和高度有关，经过最高点时，运动员距离地面的高度最大，故重力势能最大。故D符合题意。 故选D。 6．物体动能的大小与哪些因素有关呢？为探究此问题，小金用相同的斜面、长木板、木块和两个不同质量的小球，设计了如图所示的甲、乙两次实验。 （1）以上两次实验能得到的结论是 。 （2）小金根据上述结论推出：质量不同的小球，放在斜面同一高度的地方未释放，质量大的小球的具有的动能大。小金的推断是否正确并说明理由： 。 （3）小金对实验过程中“质量不同的钢球从同一斜面、同一高度由静止沿斜面滚下，刚到达底部时的速度大小相等”有疑惑。为此，小金又设计了如下实验（图丙）：让质量不同的钢球A、B同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若B球相对于A球相对静止，就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。丙老师在肯定了小金的实验方案后，对实验又提出了两个建议： 建议一：因为钢球在斜面上滚下的时间很短，不利于观察和比较钢球的运动情况。不改变钢球在斜面上的位置，不改变球与斜面的粗糙程度，为了延长钢球在斜面上滚下的时间，可采用的方法是 。 建议二：为确保钢球滚下时不偏离斜面，可在斜面上增设两个相同的光滑小凹槽（如图乙所示）。两个小凹槽的间距L应 （填“大”或“小”）一些，这样有利于观察和比较两球的相对运动情况。 【答案】（1）运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大 （2）不正确，小球“未释放”时并未运动，速度为零，动能等于零，与质量无关。 （3） 减小斜面的倾斜角度 小 【详解】（1）两次实验中小球从相同斜面的相同高度静止释放，到达斜面底端的速度相同，小球质量不同，乙中小球质量大，水平面木板被小球撞击后，运动的距离大（反应了小球撞击时的动能大），可得到结论：运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 （2）小金的推断不正确。理由是：小球“未释放”时并未运动，速度为零，动能等于零，与质量无关。 （3）[1]不改变钢球在斜面上的位置，不改变球与斜面的粗糙程度，斜面倾角越小，小球滚动越慢，所以为了延长钢球在斜面上滚下的时间，可以增加路程，故可采用的方法是减小斜面的倾斜角度。 [2]为确保钢球滚下时不偏离斜面，可在斜面上增设两个相同的光滑小凹槽，从有利于观察和比较两球的相对运动情况的角度考虑，图中两个小凹槽的间距L应适当减小。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 机械能 第1课时（导学案） 科学观念：了解机械能的概念；知道动能的概念及影响因素；知道势能的概念及影响因素。 科学思维：通过对实验现象的观察和分析，培养观察、分析、归纳、概括等能力；能利用动能、势能的初步知识理解、分析简单的实际问题。 探究实践：能设计简单的实验方案探究动能、重力势能的大小各与什么因素有关；通过设计实验并进行实验，培养实验设计能力和动手操作能力。 态度责任：树立科学的探究品质和创新精神，有将知识应用于生活的意识；通过基本的科学探究过程，形成尊重事实、探索真理的科学态度。 1. 动能、势能的影响因素（重点） 2. 动能、势能的影响因素（难点） 1. 动能的概念和影响因素是什么？ 2. 重力势能的概念和影响因素是什么？ 3. 什么是弹性势能，影响因素是什么？ 游乐园中的过山车从高处滑下时，如图所示，它的运动速度不断增大，然后它又冲上另一个斜坡，速度就减小下来。 过山车运动的速度为什么会发生这样的变化？ 一、动能 轨道上的过山车为什么能发生运动呢？运动速度为什么发生改变呢？ 原来这是因为在轨道上运动的过山车具有能量，并且发生了改变。 今天我们来学习一下物体常见的能——动能和势能 动能 物体由于运动而具有的能量叫做动能。 流动的水、空气都能够推动发电机的叶轮转动。可见，流水、风也具有动能。 一切做机械运动的物体都具有动能。那么，物体的动能大小跟哪些因素有关呢？ 活动：探究动能大小的影响因素 【猜想与假设】 动能的大小可能跟物体的 和 有关。 【实验设计】 让钢球从斜面上滚下，推动停在水平面上的木块运动，通过木块被推动的距离来反映钢球的动能。 【实验步骤】 （1）让同一个小钢球从斜面上不同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，比较木块被小钢球推出的距离大小。 【实验现象】 【实验结论】 【实验步骤】 （2）让不同质量的小钢球从斜面上相同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，比较木块被小钢球推出的距离大小。 【实验现象】 【实验结论】 物体的动能是由物体的 和 共同决定的 思考与讨论 分析本实验使用了哪些研究方法？具体是怎样设计的？ 思考与讨论 （1）图中的汽车和摩托车，哪一个动能大？ （2）在同一条高速公路上，为什么对小型客车、大型客车的限制速度是不同的？ 二、势能 为什么过山车能够从轨道的最高处飞驰而下呢？ 这是因为机械装置把过山车拉到轨道最高处的过程中，给过山车储存了能量。就像荡秋千一样，我们必须将秋千抬高才能使它具有能量不断来回摆动。 重力势能 物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。 举高的书也储存了一定的重力势能，当它下落时会将重力势能释放出来。 那么，重力势能的大小跟哪些因素有关呢？ 活动：探究重力势能大小的影响因素 【实验猜想】 根据生活经验，重力势能可能与物体的 和 有关 【实验设计】 金属小球的重力势能由被金属小球所撞出的沙坑的深度和大小来表示，撞出的沙坑越深越大，表明金属小球的重力势能越大。 【实验步骤】 （1）如图所示，制作一个沙盘。从不同的高度自由释放同一个金属小球，观察并记录小球所撞出的沙坑深度和大小。 【实验现象】 【实验结论】 【实验步骤】 （2）从相同高度自由释放相同体积不同质量的金属小球，观察并记录小球所撞出的沙坑深度和大小。 【实验现象】 【实验结论】 物体重力势能的大小与物体的 和 有关 思考与讨论 分析本实验使用了哪些研究方法？具体是怎样设计的？ 射箭运动员把弓拉弯的过程中，给弓储存了能量。网球拍击打网球时，网球拍发生变形，从而储存了能量。当这些物体恢复原状时也会释放出能量。 弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 显然，射箭时手拉弓弦使弓的形变越大，箭就射得越远；球拍击打网球越用力，网球拍形变就越大，网球就会飞得越远。 由此可见，弹性势能的大小与什么因素有关呢？ 弹性势能大小跟物体 有关， 越大，弹性势能就 弹弓上的石子静止不动，弹弓发生弹性形变，弹弓具有弹性势能，不是石子具有弹性势能。 注意：一定要分清弹性势能对应的是发生弹性形变的物体！！！ 天体的运行、河水的流淌、候鸟的飞翔、人类的行走、蒲公英种子的飞行等，都属于机械运动。这些做机械运动的物体都具有机械能。那么机械能、动能、势能是什么关系呢？ 课堂小结： 1. 如图，为了探究动能的大小与哪些因素有关，某同学设计了“小球撞物块”的实验，将静止的木质小球释放，观察物块被推动的距离，关于该实验的说法中，不正确的是（　　） A．该实验的设计思路是采用转换法，用物块移动的距离来表示动能的大小 B．小球在下落的过程中，重力势能减小，动能增大 C．将木球换成同样大小的铁球，重复实验，发现物块被推动距离增大，说明质量越大，动能越大 D．将木球从不同高度释放，比较物块被推动的距离，是为了探究动能与高度之间的关系 2．科技的发展，使农业机械化水平越来越高，一架飞机在某一高度水平匀速直线飞行给小麦喷洒农药，喷洒农药的过程中，飞机的动能和重力势能变化情况为（　　） 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．图为羽毛球运动常见的基本球路，线段表示羽毛球的运动轨迹，箭头表示运动的方向。请判断，在杀球，挑球，高远球和放小球的四种基本球路运动过程中，羽毛球相对于地面的重力势能一直减少的是（　　） A．杀球 B．挑球 C．高远球 D．放小球 4．拉升的橡皮筋具有 能。如图甲为“会跳的卡片”，A为卡片外侧，B为卡片内侧，实验时应把 （选填“A”或“B”）面朝下紧贴桌面，压平后松手，卡片会跳起来。现将两张相同的卡片剪开相同深度的豁口，将橡皮筋固定在卡片上，如图乙、丙所示，实验时分别将它们在桌面上压平之后松开手，小明认为乙卡片一定弹跳得更高一些，你 （选填“赞成”或“不赞成”）他的观点，理由是 。 5．跳远运动员运动的几个阶段如图所示，则运动员（　　） A．助跑阶段动能不变 B．起跳时动能为零 C．经过最高点时动能为零 D．经过最高点时重力势能最大 6．物体动能的大小与哪些因素有关呢？为探究此问题，小金用相同的斜面、长木板、木块和两个不同质量的小球，设计了如图所示的甲、乙两次实验。 （1）以上两次实验能得到的结论是 。 （2）小金根据上述结论推出：质量不同的小球，放在斜面同一高度的地方未释放，质量大的小球的具有的动能大。小金的推断是否正确并说明理由： 。 （3）小金对实验过程中“质量不同的钢球从同一斜面、同一高度由静止沿斜面滚下，刚到达底部时的速度大小相等”有疑惑。为此，小金又设计了如下实验（图丙）：让质量不同的钢球A、B同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若B球相对于A球相对静止，就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。丙老师在肯定了小金的实验方案后，对实验又提出了两个建议： 建议一：因为钢球在斜面上滚下的时间很短，不利于观察和比较钢球的运动情况。不改变钢球在斜面上的位置，不改变球与斜面的粗糙程度，为了延长钢球在斜面上滚下的时间，可采用的方法是 。 建议二：为确保钢球滚下时不偏离斜面，可在斜面上增设两个相同的光滑小凹槽（如图乙所示）。两个小凹槽的间距L应 （填“大”或“小”）一些，这样有利于观察和比较两球的相对运动情况。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $