第4节 机械能及其转化（第2课时）（导学案）物理新教材沪科版（五四学制）八年级下册

第4节 机械能及其转化（第2课时）（导学案） 1. 能通过生活实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。知道机械能，能解释与机械能转化有关的现象。 2. 通过分析生活现象和实验中的动能和势能相互转化情况，发展科学推理、科学论证、质疑创新等思维能力。 3. 经历动能和势能相互转化的探究过程，用科学方法进行分析，基于证据得出结论，并对探究过程和结果进行交流，提升科学探究能力。 1. 动能和势能之间的转化（重点）。 2. 动能和弹性势能之间的转化（难点）。 1. 动能的概念 物体由于运动而具有的能量叫做动能。物体的速度越大，质量越大，动能就越大。 2. 重力势能的概念 物体由于受重力作用而具有的与高度有关的能量。物体的质量越大、位置越高，重力势能越大。 3. 弹性势能的概念： 物体由于发生弹性形变而具有的能量。弹性形变越大，具有的弹性势能就越大。 探究一、动能和势能的转化 1. 动能和重力势能的转化 【活动】分析单摆和滚摆在摆动过程中动能和重力势能的转化情况。 【分析归纳】 （1）单摆实验 如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时最低，所以摆球的运动可分为下降段和上升段。其能量转化情况见下表。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 A→B 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 B→C 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 C→B 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 B→A 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 【结论】单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 （2）滚摆实验 如图所示，将滚摆挂起来，捻动滚摆，使悬线缠绕在轴上，当滚摆上升到最高点后，放开手，滚摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 下降 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 上升 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 【结论】滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 2. 动能和弹性势能的转化 【活动】如图所示，让一个木球从斜面上滚下来，撞到水平面的一根弹簧上。分析该过程中能量转化的情况。 【分析归纳】 研究的 过程 球的速度 球的动能 弹簧的 形变程度 弹簧的 弹性势能 能的转化 甲 木球 刚接触弹簧 最大 最大 未发生形变 为0 未发生转化 乙 木球 压缩弹簧 逐渐减小 直至为0 逐渐减小 直至为0 由小变大 逐渐增大 动能转化为弹性势能 丙 弹簧把木球弹回 由0逐渐 增大 由0逐渐 增大 由大变小 逐渐减小直至为0 弹性势能 转化为动能 【结论】动能和弹性势能可以相互转化。 3. 动能和势能可以相互转化 动能和重力势能可以相互转化，动能和弹性势能可以相互转化。 注意：判断动能和势能的相互转化的方法 ①动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且一定是此增彼减。 ②动能的增减变化要以速度的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面高度的变化来判断；弹性势能的增减要根据形变大小的变化来判断。 4. 动能和势能相互转化的实例 【活动】列举动能和势能相互转化的实例。 【分析归纳】 （1）人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。 （2）拉弓射箭时，拉开的弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。 （3）撑杆跳高时，能量的转化情况： 起跳瞬间‌：运动员的动能转化为撑竿的弹性势能。 ‌上升过程‌：撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能。 ‌下落过程‌：重力势能转化为动能‌。 【例题1】如图所示的单摆，摆球在摆动过程中，下列说法正确的是（　A　） A．a到O过程中，重力势能转化为动能 B．a到O过程中，动能转化为重力势能 C．O到b过程中，重力势能转化为动能 D．b到a过程中，动能先变小后变大 【详解】AB．a到O过程中，小球的质量不变，高度减小，重力势能减小，速度变大，动能变大，重力势能转化为动能，故A正确，B错误； C．O到b过程中，小球的质量不变，速度减小，动能减小，高度增加，重力势能变大，动能转化为重力势能，故C错误； D．b到a过程中，小球的质量不变，速度先变大后变小，动能先变大后变小，故D错误。 故选A。 【例题2】运动员在自由式滑雪空中技巧比赛中的运动轨迹如图中虚线所示。若不计摩擦和空气阻力，下列说法中正确的是（ B    ） A．从A到B运动的过程中，运动员的动能减小 B．运动员在B点时的速度比在C点时更大些 C．运动员在C点时动能为零 D．从C到D运动的过程中，运动员的动能转化为重力势能 【详解】A．机械能等于动能与势能之和，A到B运动的过程中，不计摩擦和空气阻力，质量不变，高度降低，速度变大，重力势能转化为动能，因此动能增大，故A错误； B．由于运动员的机械能是守恒的，C点的高度高于B点的高度，即运动员在C点的重力势能大于B点的重力势能，运动员在C点的动能小于在B点的动能，则运动员在B点时的速度比在C点时更大些，故B正确； C．运动员在C点做抛物线运动，仍具有水平方向的速度，仍具有动能，故C错误； D．运动员从C到D运动的过程中，质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增加，动能增加，因此是重力势能转化为动能，故D错误。 故选B。 本节的主要内容和行文逻辑是： 1. 通过节首图所展示的风力发电情境，引发学生思考流动的空气为什么可以产生电能。 2. 通过实例，从做功的角度描述能量，了解能量与做功的关系。 3. 通过更多实例，定性地给出动能的概念；通过自主活动，了解动能与哪些因素有关。 4. 通过重力和弹力做功的实例，定性地给出重力势能、弹性势能的概念；通过自主活动，了解势能与哪些因素有关。 5. 直接给出机械能的概念，通过实例分析了解动能和势能的相互转化。 1. 2025年12月14日，我国单板滑雪运动员在2025~2026国际雪联单板滑雪大跳台世界杯中荣获赛季总冠军。如图所示，运动员在空中加速下落过程中，运动员的（　　） A．动能增大，重力势能减小 B．动能不变，重力势能增大 C．动能不变，重力势能减小 D．动能减小，重力势能不变 【答案】A 【详解】动能的大小与质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能越大；重力势能的大小与质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大；运动员在空中加速下落过程中，质量不变，速度增大，所以动能增大；高度降低，所以重力势能减小，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 2. 如图所示的情境中，势能转化为动能的是（　　） A．  运动员离开蹦床继续上升 B．  拉满的弓把箭射出去 C．  滚摆从最低处向上运动 D．  摆球从B处向C处运动 【答案】B 【详解】A．运动员离开蹦床继续上升，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，是动能转化为重力势能，故A不符合题意； B．拉满的弓具有弹性势能，把箭射出去转化为动能，故B符合题意； C．滚摆从最低处向上运动，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，是动能转化为重力势能，故C不符合题意； D．摆球从B处向C处运动，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，是动能转化为重力势能，故D不符合题意。 故选B。 3. 蹦床是一项运动员利用弹性蹦床的反弹在空中表现杂技技巧的竞技运动。如图是一位运动员在蹦床比赛中的示意图，某时刻他从A点自由下落，与水平床面在B点接触，他能到达的最低点为C点。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．运动员在B点时的重力势能最小 B．运动员在C点时，蹦床的弹性势能最大 C．运动员从A点到B点的过程中，运动员的动能转化为蹦床的弹性势能 D．运动员从B点到C点的过程中，运动员的动能逐渐减小 【答案】B 【详解】A．运动员的重力势能取决于运动员所处的高度，高度越低重力势能越小，所以运动员在C点重力势能最小，故A错误； B．运动员在C点时，蹦床的形变程度最大，弹性势能最大，故B正确； C．运动员在从A点到B点的过程中没有与蹦床接触，蹦床没有发生形变，所以该过程运动员的动能没有转化为蹦床的弹性势能，故C错误； D．运动员从B点接触蹦床到最低点C的过程中，一开始运动员受到的重力大于弹力，速度还会继续增大，当重力等于弹力时，速度达到最大，此时动能最大，当重力小于弹力时，动能转化为蹦床的弹性势能，速度减小，动能减小，所以运动员从B点到C点过程中，动能先增大后减小，故D错误。 故选B。 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。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动，OA=OB。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断正确的是（　　） A．小球运动到O点时的动能最大 B．小球的动能转化为弹簧的弹性势能 C．小球在O点时，弹簧的弹性势能最大 D．小球在B点时，弹簧的弹性势能最小 【答案】A 【详解】A．如图所示，小球从A运动到O的过程中，弹簧处于压缩状态，小球受到的弹力与运动方向相同，速度一直增大，而从O运动到B的过程中，弹簧处于伸长状态，小球受到的弹力与运动方向相反，速度减小，所以可知小球运动到O点时，速度最大，动能最大，故A正确； B．由图可知，小球从A运动到O的过程中，小球速度增大，动能变大，弹簧的形变量减小，弹性势能变小，这一阶段是弹簧的弹性势能转化为小球的动能，而从O运动到B的过程中，小球速度减小，动能减小，弹簧的形变量变大，弹性势能变大，这一阶段是小球的动能转化为弹簧的弹性势能，故B错误； C．小球在O点时，弹簧处于原长状态，形变量为0，弹性势能为0，是弹性势能最小的状态，故C错误； D．小球在B点时，弹簧的形变量最大，弹簧的弹性势能最大，故D错误。 故选A。 5. 如图，某兴趣小组将一张硬卡片对折，在开口的一边剪两个小豁口，然后套上橡皮筋，做成会跳的卡片。 （1）把卡片放在桌面上，A面朝 （选“上”或“下”）压平，使橡皮筋伸长， （选“迅速”或“缓慢”）松开手，观察卡片跳起。 （2）这个现象说明：橡皮筋对卡片做功，具有 能。 （3）为了增加卡片跳起的高度，可以 （选“增大”或“减小”）卡片的豁口深度。 【答案】（1）下，迅速；（2）弹性势；（3）减小 【详解】（1）把卡片放在桌面上，要使橡皮筋伸长，应将卡片向下压平，这样才能让橡皮筋具有弹性势能，故应将A面朝下。 由于橡皮筋恢复原状的力是瞬间作用的，所以迅速松开手时，卡片会立刻被弹起。 （2）当橡皮筋被拉伸后松手，卡片跳起的现象表明发生弹性形变的橡皮筋释放了弹性势能并转化为动能，因此橡皮筋具有弹性势能。 （3）想让卡片跳得更高，就要使橡皮筋有更大的弹性势能，橡皮筋的弹性势能的大小与橡皮筋的被拉伸的长度有关，被拉伸的越长，弹性势能越大，故应减小AB两个豁口的深度。 6. 6. 在水平地面上铺一张纸将两个弹性相同，质量分别为mA和mB的皮球A和B表面涂黑，让它们从相同高度由静止下落，在纸上留下黑色圆斑如图所示，分析图中两个圆斑大小，可推断mA mB（选填“大于”、“小于”或“等于”），皮球获得的最大弹性势能 （选填“相等”、“不相等”）。皮球落地后反弹高度比原来下落时高度低，由此判断，皮球的机械能总量 （选填“不变”、“减少”或“增大”）。 【答案】 小于 不相等 减少 【详解】[1]皮球从相同高度由静止下落，由于高度相同，质量越大，初始重力势能越大。皮球与地面碰撞时，重力势能转化为弹性势能，弹性形变越大（留下的圆斑越大），说明转化的弹性势能越多，即初始重力势能越大。图中B的圆斑更大，说明B初始重力势能更大，因此mA小于mB。 [2]圆斑大小不同，说明皮球的形变量不同，而弹性势能与形变量有关（弹性相同），所以皮球获得的最大弹性势能不相等。 [3]皮球落地后反弹高度比原来下落时高度低，说明有一部分机械能转化为了其他形式的能，所以皮球的机械能总量减少。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 机械能及其转化（第2课时）（导学案） 1. 能通过生活实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。知道机械能，能解释与机械能转化有关的现象。 2. 通过分析生活现象和实验中的动能和势能相互转化情况，发展科学推理、科学论证、质疑创新等思维能力。 3. 经历动能和势能相互转化的探究过程，用科学方法进行分析，基于证据得出结论，并对探究过程和结果进行交流，提升科学探究能力。 1. 动能和势能之间的转化（重点）。 2. 动能和弹性势能之间的转化（难点）。 1. 动能的概念 物体由于 而具有的能量叫做动能。物体的 越大， 越大，动能就越大。 2. 重力势能的概念 物体由于受重力作用而具有的与 有关的能量。物体的 越大、 越高，重力势能越大。 3. 弹性势能的概念： 物体由于发生 而具有的能量。 越大，具有的弹性势能就越大。 探究一、动能和势能的转化 1. 动能和重力势能的转化 【活动】分析单摆和滚摆在摆动过程中动能和重力势能的转化情况。 【分析归纳】 （1）单摆实验 如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时最低，所以摆球的运动可分为下降段和上升段。其能量转化情况见下表。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 A→B 降低 变大 能转化为 能 B→C 升高 变小 能转化为 能 C→B 降低 变大 能转化为 能 B→A 升高 变小 能转化为 能 【结论】单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 （2）滚摆实验 如图所示，将滚摆挂起来，捻动滚摆，使悬线缠绕在轴上，当滚摆上升到最高点后，放开手，滚摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 下降 降低 变大 能转化为 能 上升 升高 变小 能转化为 能 【结论】滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 2. 动能和弹性势能的转化 【活动】如图所示，让一个木球从斜面上滚下来，撞到水平面的一根弹簧上。分析该过程中能量转化的情况。 【分析归纳】 研究的 过程 球的速度 球的动能 弹簧的 形变程度 弹簧的 弹性势能 能的转化 甲 木球 刚接触弹簧 最大 最大 未发生形变 为0 未发生转化 乙 木球 压缩弹簧 逐渐减小 直至为0 逐渐减小 直至为0 由小变大 逐渐增大 能转化为 能 丙 弹簧把木球弹回 由0逐渐 增大 由0逐渐 增大 由大变小 逐渐减小直至为0 能 转化为 能 【结论】动能和弹性势能可以相互转化。 3. 动能和势能可以相互转化 动能和重力势能可以相互转化，动能和弹性势能可以相互转化。 注意：判断动能和势能的相互转化的方法 ①动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且一定是此增彼减。 ②动能的增减变化要以 的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面 的变化来判断；弹性势能的增减要根据 大小的变化来判断。 4. 动能和势能相互转化的实例 【活动】列举动能和势能相互转化的实例。 【分析归纳】 （1）人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。 （2）拉弓射箭时，拉开的弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。 （3）撑杆跳高时，能量的转化情况： 起跳瞬间‌：运动员的动能转化为撑竿的弹性势能。 ‌上升过程‌：撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能。 ‌下落过程‌：重力势能转化为动能‌。 【例题1】如图所示的单摆，摆球在摆动过程中，下列说法正确的是（ 　） A．a到O过程中，重力势能转化为动能 B．a到O过程中，动能转化为重力势能 C．O到b过程中，重力势能转化为动能 D．b到a过程中，动能先变小后变大 【例题2】运动员在自由式滑雪空中技巧比赛中的运动轨迹如图中虚线所示。若不计摩擦和空气阻力，下列说法中正确的是（    ） A．从A到B运动的过程中，运动员的动能减小 B．运动员在B点时的速度比在C点时更大些 C．运动员在C点时动能为零 D．从C到D运动的过程中，运动员的动能转化为重力势能 本节的主要内容和行文逻辑是： 1. 通过节首图所展示的风力发电情境，引发学生思考流动的空气为什么可以产生电能。 2. 通过实例，从做功的角度描述能量，了解能量与做功的关系。 3. 通过更多实例，定性地给出动能的概念；通过自主活动，了解动能与哪些因素有关。 4. 通过重力和弹力做功的实例，定性地给出重力势能、弹性势能的概念；通过自主活动，了解势能与哪些因素有关。 5. 直接给出机械能的概念，通过实例分析了解动能和势能的相互转化。 1. 2025年12月14日，我国单板滑雪运动员在2025~2026国际雪联单板滑雪大跳台世界杯中荣获赛季总冠军。如图所示，运动员在空中加速下落过程中，运动员的（　　） A．动能增大，重力势能减小 B．动能不变，重力势能增大 C．动能不变，重力势能减小 D．动能减小，重力势能不变 2. 如图所示的情境中，势能转化为动能的是（　　） A．  运动员离开蹦床继续上升 B．  拉满的弓把箭射出去 C．  滚摆从最低处向上运动 D．  摆球从B处向C处运动 3. 蹦床是一项运动员利用弹性蹦床的反弹在空中表现杂技技巧的竞技运动。如图是一位运动员在蹦床比赛中的示意图，某时刻他从A点自由下落，与水平床面在B点接触，他能到达的最低点为C点。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．运动员在B点时的重力势能最小 B．运动员在C点时，蹦床的弹性势能最大 C．运动员从A点到B点的过程中，运动员的动能转化为蹦床的弹性势能 D．运动员从B点到C点的过程中，运动员的动能逐渐减小 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。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动，OA=OB。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断正确的是（　　） A．小球运动到O点时的动能最大 B．小球的动能转化为弹簧的弹性势能 C．小球在O点时，弹簧的弹性势能最大 D．小球在B点时，弹簧的弹性势能最小 5. 如图，某兴趣小组将一张硬卡片对折，在开口的一边剪两个小豁口，然后套上橡皮筋，做成会跳的卡片。 （1）把卡片放在桌面上，A面朝 （选“上”或“下”）压平，使橡皮筋伸长， （选“迅速”或“缓慢”）松开手，观察卡片跳起。 （2）这个现象说明：橡皮筋对卡片做功，具有 能。 （3）为了增加卡片跳起的高度，可以 （选“增大”或“减小”）卡片的豁口深度。 6. 6. 在水平地面上铺一张纸将两个弹性相同，质量分别为mA和mB的皮球A和B表面涂黑，让它们从相同高度由静止下落，在纸上留下黑色圆斑如图所示，分析图中两个圆斑大小，可推断mA mB（选填“大于”、“小于”或“等于”），皮球获得的最大弹性势能 （选填“相等”、“不相等”）。皮球落地后反弹高度比原来下落时高度低，由此判断，皮球的机械能总量 （选填“不变”、“减少”或“增大”）。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $