第2节 机械能 第2课时（导学案）科学浙教版九年级上册

第2节 机械能 第2课时（导学案） 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。 1. 动能和势能的转化；机械能守恒（重点） 2. 动能和势能的转化；机械能守恒（难点） 1. 小球或滚摆向低处运动时，速度 ，向高处运动时，速度 。小球或滚摆向低处运动时，重力势能 ，动能 ， 转化为 ；向高处运动时，动能 ，重力势能 ， 转化为 。如果没有空气摩擦阻力，摆锤和滚摆每次都会上升到 。因为小球或滚摆受空气阻力等作用，故机械能逐渐 。 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。如果 ，机械能的总量就 ，或者说，机械能 。 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？ 能量是如何转化呢？ 那么，势能和动能在转化时遵循什么规律？ 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： 重力势能变化： 能量转化情况： ②摆锤由中点向上摆动过程： 动能变化： 重力势能变化： 能量转化情况： 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： 重力势能变化： 能量转化情况： ②滚摆向下运动C→B： 动能变化： 重力势能变化： 能量转化情况： 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 ，动能 ；h ，重力势能 ； 转化成 ； B→C：v ，动能 ；h ，重力势能 ； 转化成 ； C→B：v ，动能 ；h ，重力势能 ； 转化成 ； B→D：v ，动能 ；h ，重力势能 ； 转化成 。 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？ 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 ，机械能的总量就 ，或者说，机械能 。 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： 上升： 下落： 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 A：弹簧原长，F弹为0 A→B：G＞F弹，加速向下 B：G=F弹，v最大 B→C：G＜F弹，减速向下 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， 转化为 。 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， 转化为 。 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？ 课堂小结： 1. 无人机航拍成为旅游新时尚，如图所示。下列说法错误的是（　　） A．无人机匀速升空时，重力势能一直增大 B．无人机匀速升空时，机械能一直增大 C．无人机匀速下落时，动能保持不变 D．无人机匀速下落时，机械能保持不变 2．投篮时，篮球从A点经B、C点飞向D点，运动轨迹如图所示，若空气阻力不可忽略且大小恒定，则下列说法正确的是（ ） A．篮球在最高点时动能为零 B．篮球从A到B点的动能逐渐变小 C．篮球在B点的动能等于在C点的动能 D．篮球在整个过程中的机械能守恒 3．如图所示为蹦床运动员在空中展示的动作，下列有关运动员在蹦床上运动时的说法中正确的是（ ） ①运动员在最高点时，重力势能最大，动能最小 ②运动员在下肢刚接触蹦床时，动能最大 ③运动员在蹦床上下落至最低点时，蹦床的弹性势能最大 ④运动员在运动过程中机械能守恒 A．①④ B．①③ C．②③ D．②④ 4．图为运动员参加跳水比赛时的示意图。下列对运动员的分析正确的是（ ） A．运动员跳到最高位置时，机械能最大 B．上升时，运动员以自己为参照物，观众是静止的 C．当运动员运动到最高点时，她受到平衡力的作用 D．从最高点到入水前的过程中，运动员的惯性不变 5．如图是小徐所做的课外兴趣实验，她将两个质量相同的小球从同一个位置分别以相同的速度抛出，其中A球竖直向上抛出，B球斜向上抛出。若不计空气阻力，请回答： （1）小球A从抛出点到最高点的过程能量如何转化 。 （2）小球B从抛出点到最高点的过程中机械能 （填“守恒”或“不守恒”）。 （3）小球A和B到达的最高点分别为，则和大小关系？请说明理由： 。 6．蹦床运动有“空中芭蕾”之称，深受观众的喜爱。在2024年巴黎奥运会蹦床项目中，中国选手王梓赛、严浪宇分获银铜两枚奖牌。比赛时，运动员从蹦床反弹起来一定高度后，再完成空翻转体等技巧。如图所示，运动员从O处由静止开始下落到最低点C期间运动员用腿向下用力蹬蹦床，不考虑空气阻力及碰撞过程中能量损耗，他能反弹至比原先更高的位置。 O：运动员静止下落处 A：蹦床原位置 B：蹦床对运动员的弹力与运动员的重力大小相等处 C：运动员运动的最低点 （1）运动员从O点下落至A点过程中，运动员的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）； （2）运动员下落至 （选填“A”、“B”或“C”）点时其动能达到最大值； （3）某次运动员下落至A点时的动能大小为，后反弹至比原先更高的位置，在反弹过程中向上经过A点时的动能大小为，请比较 （选填“大于”、“小于”或“等于”）。 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2课时（导学案） 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。 1. 动能和势能的转化；机械能守恒（重点） 2. 动能和势能的转化；机械能守恒（难点） 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。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。 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？ 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 课堂小结： 1. 无人机航拍成为旅游新时尚，如图所示。下列说法错误的是（　　） A．无人机匀速升空时，重力势能一直增大 B．无人机匀速升空时，机械能一直增大 C．无人机匀速下落时，动能保持不变 D．无人机匀速下落时，机械能保持不变 【答案】D 【详解】A．无人机匀速升空时，质量不变，高度增大，重力势能增大，故A正确，不符合题意； B．无人机匀速升空时，质量不变，速度不变，故动能不变；同时高度增大，重力势能增大，所以机械能增大，故B正确，不符合题意； C．无人机匀速下落时，质量不变，速度不变，动能不变，故C正确，不符合题意； D．无人机匀速下落时，质量一定，高度减小，重力势能减小；质量一定，速度不变，故动能不变；动能和势能统称为机械能，机械能减小，故D错误，符合题意。 故选D。 2．投篮时，篮球从A点经B、C点飞向D点，运动轨迹如图所示，若空气阻力不可忽略且大小恒定，则下列说法正确的是（ ） A．篮球在最高点时动能为零 B．篮球从A到B点的动能逐渐变小 C．篮球在B点的动能等于在C点的动能 D．篮球在整个过程中的机械能守恒 【答案】B 【详解】A．篮球在最高点时，虽然竖直方向速度为零，但水平方向仍有速度，故速度不为零则动能不为零，故A错误； B．篮球从A到B点的过程中，高度增加，重力势能增大，同时空气阻力不可忽略且做负功，根据能量守恒，机械能减少，而重力势能增大，所以动能逐渐变小，故B正确； C．从B点到C点，篮球克服空气阻力做功，机械能减少，B、C两点高度相同，重力势能相同，那么C点的动能小于B点的动能，故C错误； D．因为空气阻力不可忽略，篮球在运动过程中要克服空气阻力做功，机械能不守恒，故D错误。 故选B。 3．如图所示为蹦床运动员在空中展示的动作，下列有关运动员在蹦床上运动时的说法中正确的是（ ） ①运动员在最高点时，重力势能最大，动能最小 ②运动员在下肢刚接触蹦床时，动能最大 ③运动员在蹦床上下落至最低点时，蹦床的弹性势能最大 ④运动员在运动过程中机械能守恒 A．①④ B．①③ C．②③ D．②④ 【答案】B 【详解】①运动员在最高点时，高度最高，质量不变，根据重力势能的影响因素可知重力势能最大；此时速度为0，质量不变，根据动能的影响因素可知动能最小，故①正确。 ②运动员在下肢刚接触蹦床时，还会继续向下运动，此时重力大于弹力，速度还会增大，此时动能不是最大，当蹦床的弹力等于运动员的重力时，速度最大，动能最大，故②错误。 ③运动员在蹦床上下落至最低点时，蹦床的弹性形变程度最大，根据弹性势能的影响因素可知蹦床的弹性势能最大，故③正确。 ④运动员在运动过程中，由于存在空气阻力以及蹦床的摩擦等，会有一部分机械能转化为内能等其他形式的能，在与蹦床接触时还会转化为蹦床的弹性势能，机械能不守恒，故④错误。 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 4．图为运动员参加跳水比赛时的示意图。下列对运动员的分析正确的是（ ） A．运动员跳到最高位置时，机械能最大 B．上升时，运动员以自己为参照物，观众是静止的 C．当运动员运动到最高点时，她受到平衡力的作用 D．从最高点到入水前的过程中，运动员的惯性不变 【答案】D 【详解】A．运动员跳到最高位置过程中需要克服阻力做功，机械能会减小，故A错误； B．上升时，观众和运动员之间有位置的变化，运动员以自己为参照物，观众是运动的，故B错误； C．从离开跳板到最高点的过程中，不计空气阻力，她只受到重力作用，因而受力不平衡，故C错误； D．惯性的大小只与质量有关，从最高点到入水前的过程中，质量大小不变，则惯性不变，故D正确。 故选D。 5．如图是小徐所做的课外兴趣实验，她将两个质量相同的小球从同一个位置分别以相同的速度抛出，其中A球竖直向上抛出，B球斜向上抛出。若不计空气阻力，请回答： （1）小球A从抛出点到最高点的过程能量如何转化 。 （2）小球B从抛出点到最高点的过程中机械能 （填“守恒”或“不守恒”）。 （3）小球A和B到达的最高点分别为，则和大小关系？请说明理由： 。 【答案】（1）动能转化为重力势能 （2）守恒 （3）见解析 【详解】（1）小球A从抛出点到最高点的过程中，质量不变，速度变小，高度变大，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。 （2）若不计空气阻力，小球B从抛出点到最高点的过程中机械能守恒。 （3）若不计空气阻力，整个过程中，小球的机械能相同；小球开始的机械能相同，A球竖直向上抛出，A球到达最高点时的速度为0，动能全部转化为重力势能；B球斜向上抛出，B球在最高点时有一定的速度，B球的动能没有全部转化为重力势能，所以A球的重力势能大，由于质量相同，所以A球的高度高，即hA＞hB。 6．蹦床运动有“空中芭蕾”之称，深受观众的喜爱。在2024年巴黎奥运会蹦床项目中，中国选手王梓赛、严浪宇分获银铜两枚奖牌。比赛时，运动员从蹦床反弹起来一定高度后，再完成空翻转体等技巧。如图所示，运动员从O处由静止开始下落到最低点C期间运动员用腿向下用力蹬蹦床，不考虑空气阻力及碰撞过程中能量损耗，他能反弹至比原先更高的位置。 O：运动员静止下落处 A：蹦床原位置 B：蹦床对运动员的弹力与运动员的重力大小相等处 C：运动员运动的最低点 （1）运动员从O点下落至A点过程中，运动员的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）； （2）运动员下落至 （选填“A”、“B”或“C”）点时其动能达到最大值； （3）某次运动员下落至A点时的动能大小为，后反弹至比原先更高的位置，在反弹过程中向上经过A点时的动能大小为，请比较 （选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【答案】（1）守恒 （2）B （3）小于 【详解】（1）O点到A点的过程中，运动员自由下落，其重力势能转化为动能，由于不计空气阻力，所以运动员的机械能守恒。 （2）由于B处是蹦床对运动员的弹力与运动员的重力大小相等处，所以运动员到达B点时速度达到最大值，然后逐渐减慢，直至到达最低点C，运动的过程中，运动员的质量不变，所以，下落至B点时，其动能达到最大值。 （3）根据题意知道“后反弹至比原先更高的位置”，说明反弹过程的机械能大于下落过程的机械能，由于在A位置时，重力势能相等，所以<。 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 $