第3节 动能和势能（教学课件）（含交互式动画）物理新教材人教版八年级下册

第十一章 功和机械能 第3节 动能和势能 物理八年级下册 •人教版 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 能说出动能、重力势能和弹性势能的概念，知道影响动能、重力势能、弹性势能大小的因素。 02 科学思维 能通过实例分析动能和势能的转化，解释生活中与动能和势能相关的现象。 03 科学探究 经历探究影响动能、重力势能大小因素的实验过程，能运用控制变量法设计实验、分析数据得出结论。 04 科学态度与责任 认识到动能和势能的知识在生产生活中的广泛应用，体会物理知识与实际的联系，培养对物理学习的兴趣和严谨的科学态度。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 影响动能、重力势能大小因素的探究实验设计与分析。 2. 运用控制变量法探究影响动能、重力势能大小的因素； 3. 准确阐释生活中动能与势能相互转化的现象。 1. 运用控制变量法探究影响动能、重力势能大小的因素； 2. 准确分析生活中动能和势能相互转化的实例，并解释相关现象。 一辆车停在某高层住宅的楼下，车顶遭到损毁，警察在现场只看到了一些碎的西瓜皮。经过分析，原来“罪魁祸首”正是这些西瓜皮。 思考：坚固的车顶居然能被西瓜皮击坏，这是什么原因呢? 课堂引入 知识点1 能量 知识点1：能量 探究新知 1.现象探究：能做功的物体具有能量 高处的西瓜皮能够做功 压缩的弹簧能够做功 思考：为什么从高处落下的西瓜皮可以砸坏车顶，压缩的弹簧能将小球弹起，湍急的流水能推动小车？ 流水能够做功 高处的西瓜皮、压缩的弹簧和流水等，这些物体都能够对外做功或具备做功的本领。其原因是这些物体具有能量。 归纳总结 （1）物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。 （2）在国际单位制中，能量的单位与功的单位相同，也是焦耳（J）. 知识点1：能量 探究新知 2.能量的概念及单位 3.对能的理解 （1）能量表示的物体做功本领强弱的物理量。 （2）物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。 4.功和能的区别及联系 区别 功是过程量，能是状态量 功是描述力对物体做功过程中取得的的成效的物理量，是相对于一个过程而言；能是描述一个物体做功本领的物理量，是一个状态量 联系 具有能量的物体不一定做功，而正在做功的物体一定具有能量 功是能量变化的量度 知识点1：能量 探究新知 【典例1】下列关于能量的说法正确的是（    ） A．做功的物体具有能量，不做功的物体没有能量 B．做功多的物体能量就多 C．能够做功的物体具有能量 D．能量多的物体所做的功一定就多 C 知识点1：能量 探究新知 【详解】A.能量是物体 “能够做功” 的本领，不做功的物体也可能具有能量（如静止在高处的物体具有重力势能，只是未做功），故A错误； B.做功多的物体，可能是能量转化得多，但不能直接说明其本身能量多（例如一个能量少的物体持续做功，也可能累计做功较多），故B错误； C.能量的定义是 “物体能够做功的本领”，因此能够做功的物体具有能量，故C正确； D.能量多的物体不一定做功多（例如具有大量能量的物体未对外做功），做功多少还与能量转化的情况有关，故D错误。 知识点2 动能 知识点1：能量 探究新知 1.现象探究：运动的物体是否具有能量 实验演示 从斜面上运动下来的小球，遇到木块，木块被撞走。 现象观察 钢球运动过程中具有能量。 现象分析 观察以下运动的物体，思考它们是否具有能量？ 风吹着帆船移动 子弹射击靶子 河水冲走沙石 空气在流动的过程中对帆做功 水在流动的过程中对沙石做功 子弹在运动的过程中对靶子做功 空气、子弹和水都是由于运动而具有的能 归纳总结 风吹着帆船移动 子弹射击靶子 知识点2：动能 探究新知 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，空中飞行的小鸟、行驶的汽车、流动的水等。 知识点2：动能 探究新知 2.动能 3.实验：研究物体的动能跟哪些因素有关 （1）“十次车祸九次快”，猜想动能可能与物体运动的速度有关； （2）同样速度的自行车和汽车，碰到行人后造成的伤害不同，猜想动能可能与物体的质量有关。 猜想与假设 实验方案 ②实验原理：如下图所示，钢球A从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰到木块B后，能将B撞出一段距离s。在同一水平面上，木块B被撞得越远，钢球A对B做的功就越多，A的动能越大。 ①实验器材：质量不同的钢球A、木块B、斜面等。 知识点2：动能 探究新知 视频欣赏——《转换法》 ③实验方法：转换法、控制变量法。 转换法：通过被撞物体运动的距离s来反映动能的大小。 实验方案 知识点2：动能 探究新知 速度 v1=v2 控制速度不变，改变质量的方法：质量不等的小球从同一高度滚下。 速度 v1＞v2 控制质量不变，改变速度的方法：同一小球从不同高度滚下。 控制变量法： 在探究动能大小可能与物体运动速度、物体质量有关时，每次实验这两个变量只改变其中一个。 知识点2：动能 探究新知 ①探究动能大小与速度的关系 让同一钢球A分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块B。 控制钢球的质量m不变。 观察并测量木块被撞出的距离s。 次数 质量m/kg 高度h/cm 推动木块的距离s/cm 1 0.1 10   2 0.1 15   3 0.1 20   进行实验 知识点2：动能 探究新知 ②探究动能大小与质量的关系 控制速度不变，即固定钢球在滑槽上的释放位置的高度h。 改变钢球的质量m。 观察并测量木块被撞出的距离s。 次数 质量m/kg 高度h/cm 推动木块的距离s/cm 1 0.1 10   2 0.2 10   3 0.3 10   进行实验 知识点2：动能 探究新知 探究1中：当钢球质量相同时，钢球达到斜面底端速度越大，木块被撞击滑行的距离越远，说明： 钢球的动能大小与速度有关，速度越大，动能越大。 视频演示—— 《动能大小与速度的关系》 分析论证 知识点2：动能 探究新知 探究2中：当钢球达到斜面底端速度相同时，钢球质量越大，木块被撞击滑行的距离越远，说明： 钢球的动能大小与质量有关，质量越大，动能越大。 视频演示—— 《动能大小与质量的关系》 分析论证 知识点2：动能 探究新知 实验结论 物体动能的大小跟速度、质量有关，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，它的动能也越大。 知识点2：动能 探究新知 （1）使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放（重力势能转化为动能）。 （2）将质量不同的钢球放在斜面上同一高度处静止释放的目的：控制钢球达到斜面底端时具有相同的初速度（钢球的速度与质量无关）。 （3）将质量相同的钢球由斜面上不同位置静止释放的目的：改变钢球达到斜面底端时的初速度。 （4）水平面绝对光滑时对实验的影响：钢球撞击木块后木块移动的距离无法确定，钢球动能的大小无法比较。 交流与讨论 知识点2：动能 探究新知 （5）实验改进： ①木块被撞后滑出木板的解决办法：换质量更大的木块，换质量更小的钢球，换更长的木板。 ②木块质量较大，确保实验现象较明显：增大钢球滚下的高度。 ③不用木块的实验改进：在桌上铺一条毛巾，钢球在毛巾上表面滚动的距离来反映动能的大小。 （6）实验结论的应用：生活中超载、超速问题（超速：速度大，超载：质量大，则动能大，危险性大）。 知识点2：动能 探究新知 视频演示——《探究物体的动能跟哪些因素有关》 知识点2：动能 探究新知 4. 理解动能大小时应注意的问题 知识点2：动能 探究新知 一切运动的物体都具有动能,物体的动能由物体的质量和运动的速度决定,在讨论物体动能大小时,必须同时分析两个因素。 例如,一颗子弹的速度大于火车的速度,但子弹的动能不一定比火车的动能大,因为子弹的质量比火车的质量小得多；也不能因为火车的质量比子弹的质量大得多,就认为火车的动能一定比子弹的动能大,例如当火车的速度为零时,动能也为零,其动能一定比飞行的子弹小。 物体 动能/J 物体 动能/J 抛出去的篮球 约30 跑百米的运动员 约3×103 行走的牛 约60 飞行的步枪子弹 约5×103 从10 m高处落下的砖块 约2.5×103 行驶的小轿车 约2×105 5.小资料——《一些物体的动能》 知识点2：动能 探究新知 知识点2：动能 探究新知 6.想想议议 某段道路的标志牌显示:小型客车最高行驶速度不得超过100km/h;大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过80 km/h(如右图)。 请你用物理知识解释，为什么要对机动车的最高行驶速度进行限制?为什么在同样的道路上，对不同车型会设定不一样的最高行驶速度? 提示：车型不同，车的质量往往也不同。如果车的行驶速度相同，质量大的车，动能大，行驶时危险性就大。因此，在同样的道路上，交通管理部门会对不同车型设定:不同的最高行驶速度。 知识点2：动能 探究新知 【典例2】同一辆汽车，行驶的速度增大时，动能       （选填“增大”“减小”或“不变”）。若小轿车和大货车均满载，且以相同的速度行驶，则动能较大的是       。 【详解】[1]物体的动能与质量和速度有关，同一辆汽车，故质量不变，行驶的速度增大时，汽车的动能增大。 [2]小轿车和大货车均满载，大货车质量大，以相同的速度行驶时，质量大的动能大，所以大货车动能较大。 增大 大货车 知识点3 重力势能 那么被举高的重锤具有什么能呢？ 被举高的重锤具有对桩做功的本领， 故被举高的重锤应具有 ； 能量 做功 如图所示，观察打桩机打桩的过程：打桩机在工作时，先把“重锤”高高举起，“重锤”落下，可以把桩打入地里。 重锤对桩做功了吗？ 重锤 知识点3：重力势能 探究新知 1. 重力势能 天空落下的陨石、举高的重锤是否能够对外做功？是否具有能量？对比动能产生的原因，这种能量又是怎么产生的？ 在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫做重力势能。 分析：天空落下的陨石、被举高的重锤都能对外做功，具有能量。这种能量是由物体受到重力产生的。 天空落下的陨石 被举高的重锤 知识点3：重力势能 探究新知 （1）生活中手机从几厘米高处跌落一般不会损坏，但从几米高处跌落，一般会造成较严重的损坏，由此猜想，重力势能的大小可能与高度有关； （2）下冰雹时，重冰雹比轻冰雹造成的危害大得多，由此猜想，重力势能的大小可能与物体的质量有关。 物体重力势能的大小跟哪些因素有关？ 2. 影响重力势能大小的因素 提出问题 猜想与假设 知识点3：重力势能 探究新知 ②实验原理： 如图所示，让物体由某一高度从静止下落到小桌面上，观察桌腿在沙坑下陷的深度。深度越大，物体做功越多，重力势能就越大。 ①实验器材：水槽（内盛细沙）、桌腿尖的小桌、不同质量的重物。 设计并进行实验 知识点3：重力势能 探究新知 ③实验方法：转换法、控制变量法。 转换法：通过桌腿在沙坑下陷的深度反映重力势能的大小。 控制变量法： 探究重力势能的大小与物体高度的关系时，控制质量不变，改变高度； 探究重力势能的大小与物体质量的关系时，控制高度不变，改变质量。 知识点3：重力势能 探究新知 ①探究重力势能的大小与高度的关系 让同一物体分别从不同的高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 ②探究重力势能大小与质量的关系 让质量不同的物体分别从同一高度由静止开始下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 知识点3：重力势能 探究新知 探究①中：同一物体从不同高度的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度不同；高度越高，桌腿在沙坑下陷的深度越大。 说明： 质量相等的物体，高度越高，重力势能越大。 探究分析 知识点3：重力势能 探究新知 探究②中：质量不同的物体从同一高度下落时，质量越大，桌腿在沙坑下陷的深度越大. 说明： 高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。 探究分析 知识点3：重力势能 探究新知 物体重力势能的大小跟高度、质量有关。 质量相同的物体，高度越高，它的重力势能越大； 高度相同的物体，质量越大，它的重力势能也越大。 探究归纳 知识点3：重力势能 探究新知 在建筑工地上，常常看到以下的指示牌，你知道这些安全警示牌表示什么含义？其中包含的物理原理是什么？ 这些安全警示牌表示防止高空物体的下落。可见高空坠物非常危险，为什么？ 因为处于高空的物体具有很大的重力势能，一旦下落后，做的功也多，对人的伤害更大。 当心吊物　 当心落物 必须戴安全帽 知识点3：重力势能 探究新知 【典例3】用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量m1=m3<m2。实验时，让物体从木桩正上方的某一高度处自由下落，将木桩打入沙中，三次实验木桩进入沙中的深度如图所示。木桩进入沙中的深度越深，则物体对木桩做的功越 。比较A、B可知：物体重力势能的大小与物体的 有关；比较 可知：物体重力势能的大小与物体被举的高度有关。 知识点3：重力势能 探究新知 多 质量 A、C 知识点4 弹性势能 弹弓上被拉长的橡皮筋存储了能量，能把“子弹”射出，且橡皮筋的弹性形变越大，“子弹”被射出的距离越远； 被压缩的弹簧存储了能量，能把小车弹开，且弹簧形变量越大，小车被弹开的距离越远。 1. 现象探究：物体发生弹性形变与做功 归纳总结：发生弹性形变的物体在恢复形变时可以对外做功，即发生弹性形变的物体具有能量。 知识点4：弹性势能 探究新知 2. 弹性势能的定义：物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。 3. 决定弹性势能大小的因素：物体弹性势能的大小与物体的弹性形变程度和物体本身的材料有关。对同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大。 弹性势能概念的理解 一个物体是否具有弹性势能，关键看该物体是否发生了弹性形变。 若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能；若物体虽然发生了形变，但不是弹性形变，则没有弹性势能，如一捏就扁的的面团，就不具有弹性势能。 知识点4：弹性势能 探究新知 4. 弹性势能的应用 发条玩具 蹦极 射箭 知识点4：弹性势能 探究新知 知识点4：弹性势能 探究新知 【典例4】（24-25八年级下·江西赣州·期末）如图所示是小球刚接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程，这个过程中弹簧的弹性势能的变化情况是            ，要探究小球下落压缩弹簧时弹簧的最大压缩量与小球的质量的关系，需分别让质量不同的小球从             自由下落，压缩同一弹簧，并分别测出压缩量通过比较，从而得出结论。 变大 同一高度 【典例5】（24-25九年级上·江苏连云港·月考）如图所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将           （选填序号“A．质量较小的小泡沫块”或“B．质量较大的小金属块”）用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，做好后将它从不太陡的斜面滚下，观察到罐子在斜面和水平面上来回滚动，直至停下来。当罐子在水平面上继续滚出去时，罐子的           能转化为橡皮筋的            能。 知识点4：弹性势能 探究新知 B 动 弹性势 课堂小结 动能 势能 定义：物体由于 而具有的能叫做动能. 物体由于发生 而具有的能. 物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能 重力势能 弹性势能 影响因素：物体的运动 和 . 影响因素：物体的 和所在的 . 影响因素：物体的 . 动能和势能 运动 速度 质量 质量 高度 弹性形变 弹性形变程度 课堂小结 探究新知 异同点 动能 势能 重力势能 弹性势能 形成原因 相同点 决定因素 　 物体由于运动 而具有的能量 物体由于受到重力 并处在一定高度时 所具有的能 物体由于发生弹性 形变而具有的能量 质量和速度 质量和高度　 弹性形变程度、材料 都是能量的一种具体形式，都具有做功的本领 动能和势能的比较 课堂小结 探究新知 课堂练习 课堂练习 探究新知 1．（25-26九年级上·陕西汉中·月考）下列关于功和能的叙述中，正确的是（　　） A．一个物体没有做功，它一定不具有能量 B．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多 C．运动的物体具有能，静止的物体没有能 D．物体具有的能越多，它能做的功就越多 D 课堂练习 探究新知 2．《中华人民共和国民法典》规定：禁止从建筑物中抛掷物品。高空抛物危害性大的原因是高处的物体具有较大的（　　） A．重力势能 B．弹性势能 C．动能 D．惯性 A 课堂练习 探究新知 3．（24-25八年级下·福建·月考）汽车爬坡时，驾驶员的操作是：加大油门，同时将变速器换成低速挡。加大油门是使发动机发挥最大的功率，换用低速挡是为了减速。那么，在爬坡时，减少汽车的速度是为了（　　） A．增大动能 B．获取更大的动力 C．省距离 D．增大惯性 B 课堂练习 探究新知 4．（24-25九年级上·江苏常州·期末）正在飞行的A、B两架飞机具有相同的重力势能，且mA>mB，则（　　） A．A飞机飞得快 B．A飞机飞得慢 C．A飞机飞得高 D．A飞机飞得低 D 课堂练习 探究新知 5．（25-26九年级上·江苏盐城·期中）大课间我们训练立定跳远时，蹬地起跳，当脚离开地面后，人在上升过程中（    ） A．动能变大，重力势能变大 B．动能变小，重力势能变小 C．动能变小，重力势能变大 D．动能变大，重力势能变小 C 课堂练习 探究新知 6．（25-26九年级上·陕西渭南·期中）下列情境没有利用弹性势能的是（　　） C 课堂练习 探究新知 7．（24-25八年级下·福建泉州·月考）2024年4月25日，中国长征二号F运载火箭在酒泉卫星发射中心载人航天发射场点火起飞，将神舟十八号载人飞船发射升空。飞船在加速上升的时间内，它的动能 （选填“增加”，“减少”或“不变”），重力势能______ （选填“增加”，“减少”或“不变”） 增加 增加 课堂练习 探究新知 8．（25-26九年级上·江苏苏州·月考）科技的发展使农业机械化水平越来越高，如图所示，这是一架飞机在水平方向匀速直线飞行给小麦喷洒农药时的情景。喷洒农药的过程中，飞机的动能______ （增大/减小/不变），重力势能________（增大/减小/不变）。 减小 减小 课堂练习 探究新知 9．如图所示是挑战者进行蹦极运动的情景，弹性橡皮绳一端系住人的腰部，另一端系于跳台上，当人下落至图中Q点时，橡皮绳刚好被拉直，从Q点继续下落到最低点的过程中，弹性势能 ，重力势能 。（均选填“增大”“减小”或“不变”） 增大 减小 课堂练习 探究新知 10．（24-25八年级下·吉林长春·期中）说出下列物体各具有什么形式的机械能。 (1)在平直公路上行驶的汽车具有 。 (2)山顶上静止的石块具有 。 (3)正在降落的跳伞运动员具有 。 (4)被压缩的弹簧具有 。 动能 重力势能 动能和重力势能 弹性势能 课堂练习 探究新知 11．如图所示是“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验，将小钢球从同一斜面上由静止释放，推动水平长木板上的小木块在水平方向上向右移动一段距离s后停下。先后完成甲、乙、丙所示的三次实验。 A (1)实验中探究的动能是指______； A．碰撞时小球的动能    B．碰撞后小球的动能    C．碰撞后木块的动能 课堂练习 探究新知 (2)实验过程中动能大小是通过        来反映的； (3)利用图示器材       （可以/不可以）探究重力势能与高度的关系； (4)实验时，小球经常不容易推动木块一起向前运动，而是撞击木块后，从长木板两侧滚落。对此，你有什么改进实验的建议：_____________         ； (5)分析场景甲和丙的实验现象，可推理得出结论：________________ _________________；生活中可以用该结论来说明汽车行驶在高速公路上不能       （选填“超速”或“超载”）。 木块移动的距离 可以 在斜面和水平面上刻上凹形的滑槽，使小球沿滑槽运动，同时适当增加木块质量 速度相同时，质量越大，动能越大 超载 12．沈仔细同学在研究“影响重力势能大小的因素”时，提出了如下猜想： 猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关； 猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关； 猜想三：重力势能的大小可能与物体的体积有关； 课堂练习 探究新知 他为了验证猜想，准备了如下实验器材：花泥（易产生塑性形变）若干块，体积相同、质量为m的小球3个和质量为2m、3m的小球各一个；体积不同的小球3个。将它们分别从不同位置由静止释放，小球陷入花泥里的深度情况如图所示；请你完成下列内容。 课堂练习 探究新知 （1）本实验中，小球的重力势能大小是通过观察              来反映的； （2）分析A、B、C球的实验现象，可得出结论：          __________________ _____________________________； （3）为了验证猜想二，他应分析           （填写字母）三球的实验现象； （4）为了验证猜想三，沈仔细同学正确操作，G球和H球的质量应分别为           、           ；实验后发现小球陷入花泥的深度相同，由此可知物体重力势能的大小与物体的体积        （选填“有关”或“无关”）。 小球陷入花泥的深度 当物体所在高度和物体体积相同时，物体质量越大重力势能越大 2m 2m 无关 课堂练习 探究新知 13．如图所示，在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想： 猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关； 猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关； 猜想三：弹性势能的大小与弹簧的长度有关； 猜想四：弹性势能的大小与弹簧的粗细有关。 (1)为验证猜想一，他设计了如图所示实验，实验时将同一弹簧压缩       不同（相同/不同）的长度（弹簧被压缩后未超过其弹性限度），将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分析比较       ，从而比较弹性势能的大小； 不同 木块移动的距离 课堂练习 探究新知 (2)为验证猜想二，需选用长度和粗细相同，        不同的两根弹簧，实验时将两根弹簧压缩       （相同/不同）的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，对数据进行比较分析时，若       ，则说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关； (3)若水平面绝对光滑，本实验将       （能/不能）达到探究目的。 材料 相同 木块移动的距离不相等 不能 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 物理八年级下册 •人教版 $