第一节 机械能 （表格式教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

第一节 机械能（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第一节 机械能 教学目标 物理观念 了解能量的概念，理解动能、势能及其相互转化。 科学思维 能通过实例从做功的角度描述能量；能运用动能和势能的概念解释相关现象。能从能量的角度分析物理问题。 科学探究 能够运用控制变量法来研究动能、势能的影响因素，并体会这样做的优势。 科学态度 与责任 体会能量转化在生活中的普遍存在，认识到合理利用能源的重要性，增强节能环保意识。 教材分析 本节内容围绕动能、势能及机械能守恒展开，是能量观形成的关键起点，衔接运动与力、功等前序知识，为后续能量转化与守恒定律奠定基础。知识体系以“现象—概念—实验探究—规律—应用”为主线，通过生活实例引出动能、重力势能和弹性势能的概念，再以控制变量法探究影响因素，最终归纳机械能相互转化与守恒。难点在于抽象能量概念的具象化及转化过程中能量守恒的理解。教学思路应从做功效果切入，借助斜面小球、落锤实验等直观演示，引导学生观察、比较、推理。采用探究式教学，设计对比实验活动，促进学生主动建构知识。学习逻辑遵循“感知—探究—归纳—迁移”，通过交流讨论滑梯、秋千等情境实现认知深化。目标定位为能识别动能与势能的影响因素，解释常见能量转化现象，达成通过实验证据支持结论、初步建立能量守恒观念的核心素养。 学情分析 学生此前已对功的概念有所了解。此阶段学生逻辑思维能力增强，对直观实验兴趣浓厚，但抽象思维仍待提升，知识储备能支持对物理现象初步探究。教材重难点在于理解动能、势能概念，掌握影响动能、重力势能大小的因素，以及动能和势能的相互转化及机械能守恒。要求学生通过实验探究理解知识，能运用其分析生活中相关物理现象，提升逻辑推理与知识应用能力。 教学重点 理解动能和势能的概念；探究影响动能和势能大小的因素。 教学难点 理解动能、重力势能、弹性势能的转化；机械能守恒定律的应用。 教学准备 质量不同的金属球、斜面、木块、质量不同的物体、小方桌、细沙、弹簧等。 教学过程 导入新课 看一看 想一想 体育比賽中，从枪管中射出的子弹在空中以較大的速度运动（图10.1-1），能击穿靶子；空中飞行的链球，下落时能将地面砸出一个凹玩；被拉开的弓能把箭发射出去。这些事实表明，子弹、链球、弓都具有一定的能量。它们具有的能量有什么异同？这些能量的大小又与什么因素有关呢？ 本节课将学习与机械能有关的内容。 学习新课 一、能量和动能 看一看：想一想： 流动的空气可推动帆船前进而做功；高处的桩锤下落可冲击桩头而做功；张开的弓可使箭射出而做功。 1.概念： 一个物体能对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量，简称能。 流动的空气、举高的重锤、张开的弓都可以对别的物体做功，说明它们都具有能。 特别强调：任何物体只要能够对外做功，则它就具有能量。 2.能量的实质： 物体做功的过程就是能的转化过程。 物体做的功越多，说明某种能转化为别的形式的能就越多，就表示这个物体的能量越大。即能量是表示物体做功本领的物理量。 3.能量的单位： 物体做功的过程就是能转化过程，因此能与功的单位相同，都是焦耳（J）。 4.动能： 运动的物体是否具有能？ 物体由于运动而具有的能量叫做动能。 一切运动的物体都具有动能。例如，空中飞行的飞机、地上行驶的汽车、流动的河水等。 5.实验：影响动能大小的因素 （1）猜想与假设： 动能大小可能与物体的运动速度有关。理由 ； 动能大小可能与物体的质量有关。理由 。 （2）实验器材： 两个不同质量的钢球、斜面、木块等。 （3）实验方法： ①转换法：通过木块被撞击后移动的距离反映钢球动能大小。 ②控制变量法：在研究动能与速度的关系时，控制钢球质量不变；在研究动能与质量的关系时，控制钢球速度不变。 ●加油站 从光滑斜面上由静止释放的小球，到达斜面底端的速度只与释放位置的高度有关，释放位置越高，到达底端的速度越大。 （4）实验步骤： ①从斜面的不同高度由静止释放同一钢球，比较平面上的木块被钢球撞击后运动的距离，你可得出什么结论？ ②从斜面的同一高度由静止释放质量不同的钢球，比较平面上的木块被钢球撞击后运动的距离，你可得出什么结论？ （5）分析论证： ①实验表明，同一钢球从斜面的不同高度由静止释放时，高度越高，钢球运动到底端时的速度越大，木块被推得越远，钢球对木块做的功越多，说明钢球具有的动能越大。 ②质量不同的钢球从斜面的同一高度由静止释放时，钢球质量越大，木块被推得越远，钢球对木块做的功越多，说明钢球具有的动能越大。 （6）实验结论：大量实验研究表明： 物体的动能与物体的质量和速度有关。质量相同时，速度越大的物体具有的动能越大。速度相同时，质量越大的物体具有的动能越大。 （7）反思交流： A.使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放。 B.改变钢球在斜面上下落高度的目的：改变钢球达到斜面底端时的速度（钢球的下落速度与钢球的质量无关）。 C.如果木块被撞后滑出木板，应该怎么办？可以换用质量更大的木块、换质量较小的钢球或者换用长度较长的同样木板。 课堂练习一 1．下列关于能的叙述中，都正确的一组是（　　） ①一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能 ②一个物体没有做功，它一定不具有能量 ③一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多 ④运动的物体具有能，静止的物体没有能 ⑤物体具有的能量越多，做的功越多 ⑥物体具有的能越多，它能做的功就越多 A．①⑥ B．①②⑤ C．④⑤⑥ D．①③⑥ 【答案】A 【详解】①一个物体能够做功，即具有对外对做的本领，我们就说这个物体具有能，故①正确； ②一个物体没有做功，但是它可能具有对外做功的本领，它不一定不具有能量，故②不正确； ③一个物体已做过的功越多，说明没做功之前具有的能多，这个物体做功后具有的能不一定多，故③不正确； ④运动的物体具有能，静止的物体可能有势能，故④不正确； ⑤物体具有的能量越多，对外做功的本领越大，做的功不一定越多，故⑤不正确； ⑥物体具有的能越多，对外做功的本领越大，它能做的功就越多，故⑥正确。 故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．如图是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置。下列有关叙述正确的是（　　） A．使用甲、丙两图，是为了研究动能大小与高度的关系 B．通过乙、丙两图，可以探究动能大小与物体质量的关系 C．如图丁，若将质量相同的小球压缩同一弹簧到不同程度后由静止释放，撞击同一木块可探究小球的动能大小与速度的关系 D．如图丁，若将质量不同的小球压缩同一弹簧相同程度后由静止释放，撞击同一木块可探究小球的动能大小与质量的关系 【答案】C 【详解】A．甲、丙两图，小球质量相同，释放的高度不同，使得到达水平面的初始速度不同，所以研究的是动能大小与物体速度的关系，故A错误； B．乙、丙两图，小球的质量不同，释放的高度不同，使得到达水平面的初始速度也不同，没有控制变量，无法探究动能大小与物体质量的关系。故B错误； C．如图丁，若将质量相同的小球压缩同一弹簧到不同程度后由静止释放，则小球刚离开弹簧时具有的动能不相同，撞击同一木块移动的距离也不相同，可探究小球的动能大小与速度的关系，故C正确； D．如图丁，若将质量不同的小球压缩同一弹簧相同程度后由静止释放，则小球刚离开弹簧时具有的动能相同，撞击同一木块移动的距离也相同，不可探究小球的动能大小与质量的关系，故D错误。 故选C。 3．如图用钢球、木块和带有斜槽的长木板来探究物体的动能与哪些因素有关。 (1)如图甲，钢球在滚下斜槽的过程中，它的 能转化为动能，其动能大小是通过 来反映的。 (2)通过探究，小明得知动能的大小与物体的质量和速度都有关，他从课外书上看到如图乙所示的方案：用质量不同的两个钢球将同一弹簧压缩到相同程度，放手后将小球弹出去撞击放在同一位置的木块。想要验证钢球的动能与质量的关系，图乙方案的操作 （选填“能”或“不能”）控制钢球的速度不变。 (3)如图丙所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高 。 【答案】(1) 重力势 木块移动距离的大小 (2)不能 (3)速度 【详解】（1）[1]小钢球在滚下斜面的过程中，高度越来越低，小钢球运动的越来越快，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能。 [2]小钢球推动木块运动的越远，小钢球做的功越多，小钢球具有的动能越大，所以动能大小是通过木块移动距离的大小来反映的。 （2）钢球的动能是由弹簧的弹性势能转化而来的，钢球获得动能推动木块移动的距离与弹簧压缩程度有关，与钢球的质量无关，故无法控制质量不同的物体速度相同，所以不可以探究动能大小与物体质量的关系。 （3）不同车辆的质量不同，如果车辆行驶的速度相同，质量大的动能大，危险性更大，所以交通管理部门对不同车型设定的最高速度，质量大的最高速度小。 学习新课 二、势能 看一看： 下列物体是否具有能？ 分析以下事例，看它们（石头、撑杆、弹簧）能否做功？ 1.重力势能： 分析：打桩机上被举高的桩锤，在下落过程中能冲击桩头做功，表明它具有能量；高山上的石头下落时，能摧毁树木、车辆，表明它具有能量。 概念：物体由于处于一定的高度所具有的能叫做重力势能。 在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时，都具有重力势能。例如，空中的飞机、小鸟；教室内的电灯、电扇等。 2.实验：影响重力势能大小的因素 （1）猜想与假设： 重力势能大小可能与物体的运动速度有关。理由 ； 重力势能大小可能与物体的质量有关。理由 。 （2）实验器材： 不同质量的物体、小方桌、细沙等。 （3）实验方法： ①转换法：通过小方桌被撞击后下陷的深度反映物体重力势能大小。 ②控制变量法：在研究重力势能与质量的关系时，控制物体高度不变；在研究重力势能与高度的关系时，控制物体质量不变。 （4）实验步骤： ①同一重物从不同高度由静止释放（如图：甲乙，已知A、B质量相等），自由下落撞击沙箱中的小方桌。比较小方桌下陷的深度，你可得出什么结论？ ②质量不同的物体从相同高度由静止释放后（如图：甲丙，已知A的质量小于C的质量），自由下落撞击沙箱中的小方桌。比较小方桌下陷的深度，你又可得出什么结论？ （5）分析论证： 实验表明，重物质量越大或同一重物被举得越高，受到撞击的小方桌陷入沙中越深，重物对小方桌做的功就越多，重物具有的重力势能越大。 （6）实验结论： 物体的重力势能与物体的质量和它所在位置的高度有关。质量相同时，越高的物体具有的重力势能越大。高度相同时，质量越大的物体具有的重力势能越大。 3.弹性势能： 张开的弓可以使箭射出而对箭做功，表明张开的弓具有能量。网球拍击打网球时对其做功，将网球弹出，表明发生形变的网球拍也具有能量。 （1）概念：物体因发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。 原来，发生弹性形变的物体在恢复形变时可以做功，因此具有能量。 （2）影响弹性势能大小的因素： 生活现象：（1）在射箭时，弓张得越满，放手后，箭就射得越远。 （2）玩弹弓时，橡皮筋的弹性形变越大，“子弹”被弹射得越远； 这表明，物体的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大；另外弹性势能大小还与物体的材料有关。 课堂练习二 1．近年来高空抛物造成伤人事故较多，如图所示，从物理的角度分析可知：停在高空中的物体具有 能，下落到地面上的物体 （填“能”或“不能”）做功。    【答案】 重力势 能 【详解】[1][2]停在高空中的物体，由于被举高而具有重力势能；下落时，重力势能会转化为动能，对地面上的物体能做功，从而造成伤害。 2．如图所示是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越 ，这说明橡皮筋的弹性势能与其 有关；若橡皮筋被拉的长度相同，而用的“子弹”不同，质量大的“子弹”射出的 较小。在此过程中，橡皮筋对“子弹”做的功 （选填“相同”或“不相同”）。 【答案】 远 伸长的长度 距离 相同 【详解】[1][2]橡皮筋拉得越长，弹性形变越大，则子弹被射得越远。这是因为橡皮筋的弹性形变越大，弹性势能就越大，对子弹做功越多。这说明橡皮筋的弹性势能与橡皮筋伸长的长度有关。 [3][4]当“子弹”射出时，“子弹”具有的动能是橡皮筋的弹性势能转化来的，而射出不同“子弹”时，橡皮筋拉长的长度相同，即弹性形变程度相同，橡皮筋的弹性势能相同；则对子弹做的功相同， “子弹”获得的动能相同。根据动能的影响因素是质量和速度，“子弹”的质量越大，射出速度便越小，射出的距离越小。 3．小王在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物的质量关系为，木桩相同，木桩和重物位置如图甲所示，重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．重物下落时，重物的动能转化为重力势能 B．木桩打入沙中的深度可以反映重物重力势能的大小 C．比较A、C可知，重物下落的高度越高，重力势能越大 D．若B、C将木桩打入沙中的深度相同，则 【答案】B 【详解】A．重物下落时，重物的质量不变，高度降低，速度增大，重物的重力势能转化为动能，故A错误； B．根据转换法的思想，可以用木桩打入沙中的深度反映重物重力势能的大小，故B正确； C．根据控制变量法的思想，A、C的质量不同，下落的高度也不同，因此比较A、C不能得出重力势能与高度的关系，故C错误； D．若B、C将木桩打入沙中的深度相同，则B、C的重力势能相同，C下落的高度小，因此质量大，所以，故D错误。 故选B。 学习新课 三、机械能及其转化 1.机械能： （1）概念：动能和势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能。 （2）单位：焦耳（J）。 （3）大小：机械能等于动能、势能之和。 例如：一个空中飞行的物体具有100J的动能，若它的重力势能为50J，则它的机械能就为________J。 2.动能和势能的转化： （1）动能和重力势能的相互转化： 如图所示，将偏离了一定角度的摆球由静止释放，观察摆球速度随高度的变化情况，你可得出什么结论？ 实验结论：摆球下降的过程中，重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。摆球上升的过程中，动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能。 也就是，单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 （2）动能和弹性势能的相互转化： 如图，当钢球从高处滚下来，撞到弹簧上后会发生什么现象？这些过程中弹簧的能量是如何转化的？ 实验结论： 动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。 3.机械能守恒： 想一想：从鼻尖释放的铁锁，会再次打到鼻尖吗？ 不会； 因为铁锁除了受到重力和拉力外还受空气阻力。铁锁在运动过程中会克服摩擦力做功，从而消耗 机械能，把机械能转化为内能，从而使机械能越来越小。 如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能大小会变化，但机械能总和不变。 （1）机械能守恒： 大量实验研究表明：物体的动能和势能是可以相互转化的。如果只有动能和势能相互转化，则机械能的总和不变，即机械能是守恒的。 机械能守恒的条件： 忽略摩擦阻力造成的能量损失，并且只有动能和势能相互转化。 机械能守恒是一种理想化的物理模型） （2）人造地球卫星的机械能转化： 人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。卫星在大气层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。 课堂练习三 1．同一篮球以不同弧线从A点投向B点。空气阻力不可忽略且大小恒定，则下列说空正确的是（　　） A．从A点到B点，篮球重力势能的增加量弧线1大于弧线2 B．篮球在弧线1和弧线2的最高点的动能都为零 C．篮球沿着两条弧线运动，重力势能均一直增大 D．若篮球在B点的机械能相等，则在A点的机械能弧线1大于弧线2 【答案】D 【详解】A．重力势能与质量和高度有关，从A点到B点，弧线1与弧线2两种情况下，篮球的质量不变，增加的高度相同，所以篮球重力势能的增加量相等，故A错误； B．篮球在弧线1和弧线2的最高点时，虽然竖直方向的速度为零，但在水平方向上仍然有一个速度，因此动能都不为零，故B错误； C．篮球上升时，重力势能增加，篮球下落时重力势能减小，整个过程重力势能先增大后减小，故C错误； D．由图可知，篮球通过弧线1运动的路程较大，克服空气阻力做功消耗的机械能较多，若篮球在B点的机械能相等，则在A点的机械能弧线1大于弧线2，故D正确。 故选D。 2．如图甲所示，压力传感器能够测量出其表面受到的压力大小，与电脑连接后，放置在水平地面上，将一排球从正上方某一高度处由静止释放，落到传感器上后再竖直弹起上升，反复多次后静止在传感器上。传感器测得的弹力F的大小随时间t变化情况如图乙所示。A、B、C三点对应的时刻是t1、t2、t3，下列说法中正确的是（　　） A．t2时刻排球的重力势能最小 B．t2～t3时间内，排球的重力势能转化为动能 C．排球t1时刻的动能等于t3时刻的动能 D．整个过程中，排球的机械能守恒 【答案】A 【详解】A．t2时刻排球产生的弹力最大，则弹性形变程度最大，则重心最低，重力势能最小，故A正确； B．t2～t3时间内，弹力变小，则弹性形变程度变小，重心上升，重力势能变大，所以不是重力势能转化为动能，故B错误； CD．整个过程中，因为要克服阻力，机械能转化为内能，所以机械能减小；所以排球t1时刻的机械能大于t3时刻的机械能，t1时刻和t3时刻弹力相同，则弹性形变程度相同，则重心高度相同，则重力势能相同，所以排球t1时刻的动能不等于t3时刻的动能，故CD错误。 故选A。 3．去年2月，受其他地区的降雨及对流天气的影响，山西局部地区出现冰雹。当冰雹匀速下落时（　　） A．冰雹的机械能减小 B．冰雹的重力势能增加 C．重力对冰雹不做功 D．重力势能全部转化为动能 【答案】A 【详解】AB．当冰雹匀速下落时，冰雹的质量不变，速度不变，高度减小，所以冰雹的动能不变，重力势能减小，机械能减小，故A符合题意，B不符合题意； C．当冰雹匀速下落时，冰雹在重力的方向上移动了距离，重力对冰雹做功，故C不符合题意； D．冰雹下落过程中，克服阻力做功，且动能不变，重力势能减小，重力势能全部转化为内能，故D不符合题意。 故选A。 4．蹦极是一项刺激的极限运动，如图所示是蹦极过程示意图，其中O点为起跳点，A点为弹性绳下端没有人的时候自然下垂的位置，B点为弹性绳对人的拉力和人的重力相等时的位置，C点是下落的最低点，若空气阻力和弹性绳重力忽略不计，在从O到C的过程中下列判断正确的是（　　） A．从O到A的过程中，相同时间内人的重力做功大小相同 B．从O到A的过程中，人的机械能守恒 C．从A到C的过程中，人的机械能守恒 D．从A到C的过程中，人的动能一直变大 【答案】B 【详解】A．从O到A的过程中，人做加速运动，所以相同时间内人通过的路程越来越大，则重力做功也越来越多，故A错误； B．不考虑空气阻力，从O到A的过程中，只有人的重力做功，故人的机械能守恒，故B正确； C．从A到C的过程中，人的机械能转化为弹性绳的弹性势能，且弹性绳的形变量一直变大，所以弹性绳的弹性势能一直变大，故人的机械能一直变小，故C错误； D．A到B的过程中，绳的弹力小于人的重力，合力向下，人的动能逐渐增大，B到C的过程中，绳的弹力大于人的重力，合力向上，人的动能逐渐减小，故D错误。 故选B。 板 书 设 计 第一节 机械能 1.动能 · 定义：物体由于运动而具有的能 · 决定因素：质量越大、速度越大，动能越大 · 单位：焦耳(J) 2.重力势能 · 定义：被举高的物体具有的能 · 决定因素：质量越大、高度越高，重力势能越大 3.弹性势能 · 定义：发生弹性形变的物体具有的能 · 决定因素：形变越大，弹性势能越大 4.机械能 · 组成：动能、重力势能、弹性势能 · 转化规律：动能和势能可相互转化，机械能总量保持不变（机械能守恒） 课 堂 小 结 课 后 作 业 1.习题作业：完成课本“自我检测”1--4小题； 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $