第2节 机械能 第2课时（表格式教学设计）科学浙教版九年级上册

第2节 机械能（第2课时）（教学设计） 年级 九年级 授课时间 课题 第2节 机械能（第2课时） 学情 分析 本节内容选自浙教版九上第3章第2节，本节主要内容：动能；势能；动能和势能的转化。本节主要围绕机械能的概念、影响因素及其相互转化规律展开。教材通过过山车等生活实例引入概念，并设计多个探究活动，如小球撞击木块、沙坑实验、摆锤运动，引导学生自主发现动能与质量、速度的关系，以及重力势能与质量、高度的关系，其目的在于培养学生的科学探究能力。核心结论是：动能和势能可以相互转化，在只有机械能参与转化时，总机械能守恒。最后通过水力发电、卫星运动等实例，将理论与实际应用相结合，并引导学生思考机械能损耗的原因。 在知识基础与认知层面学生在小学科学和七年级、八年级的学习中，对“能量”一词已有初步的、生活化的认识，如知道食物有能量、运动需要能量。学生对“运动的物体具有能量”、“高处的物体落下会很疼”等有直观体验，但尚未建立起严格的物理概念。他们对影响动能和势能大小的因素存在一些前概念，可能认为速度越大动能越大，但往往忽略了质量的因素；认为高度越高势能越大，但对质量的影响认识不足。学生已经掌握了控制变量法这一核心科学探究方法，为本节课通过实验探究影响动能和势能大小的因素提供了必要的能力基础。九年级学生正处于从形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期。他们能够理解“转化”和“守恒”的观点，但“机械能守恒”是一个理想化的、抽象的模型，学生理解其成立条件存在一定困难，容易与现实中机械能减少的现象相混淆。学生具备基本的观察、记录和简单分析能力。但对于如何将“木块被推开的距离”、“沙坑的深度”这种直观现象转化为“能量大小”的定量比较，仍需教师引导。设计实验方案、精准控制变量仍是教学难点。对于“机械能转化与守恒”这一难点，应采用类比、动画演示、分段分析等方法，化抽象为具体，重点强调守恒的​​条件​​，并通过讨论“机械能减少的原因”来巩固对能量转化的理解。 本节内容拟用2课时完成。 教学 目标 ​​科学观念：理解动能与重力势能、弹性势能之间相互转化的典型案例；掌握机械能守恒定律的内容及适用条件。 科学思维：通过分析摆锤、滚摆运动中的能量变化，构建能量转化过程的动态模型；通过解释“机械能减少”现象，培养批判性思维和误差分析能力。 探究实践：能通过摆锤摆动、滚摆升降等实验观察并记录动能与势能转化现象，验证机械能守恒的近似条件。 态度责任：通过水力发电案例理解机械能转化对社会能源供应的重要性，树立可持续发展观念；关注航天科技中能量守恒原理的应用，激发对国家科技发展的认同感。 教学 重难点 重点：动能和势能的转化；机械能守恒 难点：动能和势能的转化；机械能守恒 教学 准备 课件、课本、视频、活动器材等 教学过程 教师活动 学生活动 新 课 导 入 过山车从高处飞驰而下，你知道从最高点（A点）到最低点（B点）动能和重力势能的变化情况吗？ 速度增大 → 动能增大 高度降低 → 重力势能减小 能量是如何转化呢？ 重力势能 → 动能 那么，势能和动能在转化时遵循什么规律？ 观察图片，分析动能、重力势能的变化，能量的转化情况 新 知 讲 授 一、动能和势能的转化 活动1：研究摆锤的摆动 如图所示，用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后释放。 在摆锤向下摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？ 在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？ 能量变化情况 ①摆锤向下摆动过程： 动能变化：v增大 → 动能增大 重力势能变化：h降低 → 重力势能减小 能量转化情况：动能→重力势能 ②摆锤由中点向上摆动过程： 动能变化：v减小 → 动能减小 重力势能变化：h增大 → 重力势能增大 能量转化情况：重力势能→动能 活动2．研究滚摆的运动 如图所示，把一个滚摆悬挂起来。用手捻动滚摆，使悬线缠在轴上，将滚摆升高到最高点，然后放手。在滚摆下降的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？当滚摆上升的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？ 能量变化情况 ①滚摆向下运动A→C： 动能变化：v增大 → 动能增大 重力势能变化：h降低 → 重力势能减小 能量转化情况：动能→重力势能 ②滚摆向下运动C→B： 动能变化： v减小 → 动能减小 重力势能变化：h增大 → 重力势能增大 能量转化情况：重力势能→动能 活动3．研究斜坡运动 如图所示，把金属小球放在A处，然后让它沿轨道滚下，观察小球的滚动过程。小球在A、B、C、D各点具有什么形式的能量？小球在滚动过程中能量如何转化？ 能量转化情况 A→B：v增大，动能增大；h降低，重力势能减小；重力势能转化成动能； B→C：v减小，动能减小；h增大，重力势能增大；动能转化成重力势能； C→B：v增大，动能增大；h降低，重力势能减小；重力势能转化成动能； B→D：v减小，动能减小；h增大，重力势能增大；动能转化成重力势能。 实验表明：物体的动能和重力势能可以相互转化 物体的动能和弹性势能也可以相互转化 当拉长橡皮筋时，橡皮筋就储存了弹性势能。放手后橡皮筋就会飞出去，橡皮筋的动能就是由绷紧的橡皮筋的弹性势能转化而来的。 弹性势能 → 动能 分析动能与势能相互转化的方法 ①明确研究对象和所要研究的过程； ②确定物体在起始位置所具有的动能、势能； ③分析在运动过程中，物体的高度、速度、弹性形变等是否变化以及如何变化，进而分析物体的重力势能、动能、弹性势能是否变化以及如何变化。 二、机械能守恒 思考与讨论 在上述活动中，摆锤和滚摆每次上升的高度都在减小，最后会停在最低点。那么，机械能为什么会减少呢？ 现实中物体会受到空气摩擦阻力的作用，物体需要消耗机械能去克服空气摩擦阻力，故物体的机械能逐渐减小，摆锤和滚摆会逐渐停止。 如果没有空气摩擦阻力，摆锤和滚摆每次都会上升到原来的高度，不断运动下去…… 机械能守恒的概念 机械能：动能和势能之和称为机械能。 大量事实表明，动能和势能可以相互转化。如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量就保持不变，或者说，机械能守恒。 怎样判断机械能是否守恒呢？机械能守恒的条件是什么呢？ 机械能守恒的条件 ​​①没有因摩擦或介质阻力造成的能量损耗​​ ​​②没有外部能量输入​​ 分析撑杆跳模型能量的变化 过程 能量转化情况 起跳： 运动员的动能→运动员的重力势能、撑竿的弹性势能 上升： 撑竿的弹性势能→运动员的重力势能 下落： 运动员的重力势能→运动员的动能 分析蹦极模型的能量转化情况 过程 能量转化情况 O→A：G作用下加速运动 重力势能↓→动能↑ A：弹簧原长，F弹为0 A→B：G＞F弹，加速向下 重力势能↓→动能↑、弹性势能↑ B：G=F弹，v最大 B→C：G＜F弹，减速向下 动能↓、重力势能↓→弹性势能↑ C：v=0 分析水力发电站能量转化 ①被大坝拦住的上游水积蓄了大量的势能。当这些水通过坝中的水管向低处流动时，势能转化为动能。 ②流动的水冲击水轮机的叶轮，又将动能传递给水轮机，进而带动发电机发电，动能转化为电能。 思考与讨论 如图为人造卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图。卫星离地球中心最近的点叫做近地点，离地球中心最远的点叫做远地点。卫星在近地点的速度较大，在远地点的速度较小，那么，卫星从近地点运动到远地点的过程中，它的动能和势能如何变化？ v减小，动能减小；h增大，势能增大 分析摆锤模型动能、重力势能变化及能量转化 分析滚摆运动过程中动能、重力势能变化及能量转化 分析小球运动过程中能量转化情况 了解动能和重力势能的转化 知道动能和弹性势能可以相互转化 总结分析动能和势能转化的方法过程 思考机械能为什么会减少 了解机械能守恒的概念和条件 分析常见物理模型能量转化情况 课 堂 小 结 1.动能和势能的转化 （1）小球或滚摆向低处运动时，速度变大，向高处运动时，速度变小。小球或滚摆向低处运动时，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；向高处运动时，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。如果没有空气摩擦阻力，摆锤和滚摆每次都会上升到原来的高度。因为小球或滚摆受空气阻力等作用，故机械能逐渐减小。 （2）物体的动能和重力势能可以相互转化。动能和势能之和称为机械能。 分析动能与势能相互转化的方法：确定研究对象和过程；确定物体在起始位置所具有的动能、势能；分析在运动过程中，物体的高度、速度、弹性形变等是否变化以及如何变化，进而分析物体的重力势能、动能、弹性势能是否变化以及如何变化。 2.机械能守恒 如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量就保持不变，或者说，机械能守恒。 机械能守恒的条件：不受空气阻力和摩擦。 板 书 设 计 作 业 设 计 （请老师按实际教学需求撰写。） 教学反思 本节课课堂氛围热烈，学生能积极通过摆锤和滚摆实验观察能量转化现象，并踊跃参与分析讨论，展现了良好的科学推理能力。但在分析机械能守恒条件时，学生对“仅有动能与势能相互转化”这一抽象前提理解不深，常与现实中机械能减少的现象混淆。原因是实验现象受空气阻力影响明显，理想化模型与直观体验存在冲突。建议增加“真空管中羽毛与铁片下落”或“气垫导轨”等对比演示，强化对守恒条件的理解，从而更好地培养学生的能量观念。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $