第4节 机械能及其转化（教学课件） 物理新教材人教版八年级下册

第十一章 功和机械能 第4节 机械能及其转化 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定义，并能解释常见物体具有的机械能形式。 02 科学思维 能通过实例分析动能和势能之间的相互转化，理解机械能守恒的条件，会判断机械能是否发生变化。 03 科学探究 能设计实验探究动能和重力势能、动能和弹性势能的相互转化过程，能分析实验现象得出结论。 04 科学态度与责任 了解风能和水能在生活中的应用，认识到能源与人类生活的密切关系，树立节约能源和保护环境的意识。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 动能和势能之间的相互转化规律； 2. 机械能守恒的条件及机械能是否变化的判断。 1. 分析不同情境下动能、势能变化的复杂过程，特别是涉及多种能量同时转化时，准确判断机械能是否守恒； 2. 结合实际问题，对动能和势能转化过程中的细节分析及机械能变化的定量判断。 把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到你的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。 你认为铁锁摆回时会打到你的鼻子吗？ 课堂引入 知识点1 机械能及其转化 知识点1 机械能及其转化 探究新知 1. 实验观察：铁锁摆回时会打到鼻子吗？ 【现象观察】 松手后，铁锁离你而去，且速度的大小不断变化， 到达左侧最高点后，铁锁又向你运动，接近你的鼻子之后，又会离你而去，循环往复。铁锁不会碰到鼻子。 【原因分析】 在这个过程中，铁锁的运动快慢在变化，说明动能在发生变化。同时，铁锁的高度也在变化，说明铁锁的重力势能也在发生变化。 思考：铁锁并不会碰到你的鼻子，这是什么原因呢？ 知识点1 机械能及其转化 探究新知 2. 机械能 （1）概念：在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称机械能。机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。其单位是焦耳（J）。 （2）机械能的理解 一个物体既可以只有动能，也可以只有势能，还可以同时有动能和势能，都称物体具有机械能。 机械能等于动能和势能（重力势能+弹性势能）之和。 铁球在运动过程中，具有动能和势能，我们把这两种能统称机械能。 知识点1 机械能及其转化 探究新知 3. 动能和势能的转化 知识点1 机械能及其转化 探究新知 下落的苹果 苹果的重力势能转化成了它的动能 弯弓射箭 箭被射出时，弓的弹性势能转化成了箭的动能 人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。 人从滑梯下滑 从高处落下 ②蹦床运动员在蹦床过程动能和势能的转化 蹦床运动员从高处落下，在与蹦床面将要接触时，具有动能，与蹦床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。 动能 蹦床的弹性势能 上升 蹦床的弹性势能 动能 蹦床在发生弹性形变时，蹦床的弹性势能转化为运动员的动能，运动员被弹起，从而上升。 知识点1 机械能及其转化 探究新知 ① ③ ② 动能 弹性势能（跳杆） 重力势能 动能 ① ② ③ 撑杆跳高 知识点1 机械能及其转化 探究新知 (1)滚摆实验 滚摆下降的过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能。上升过程，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。 轻质细线 带固定重心的重圆盘 捻动滚摆的轴,使滚摆上升至一定高度后松开,滚摆开始旋转下降,转速越来越大,到最低点后，开始缠绕悬线上升,转速逐渐变小,再次上升到原来的高度,之后再次下降,不断重复 现象观察 现象分析 【视频欣赏：滚摆实验】 知识点1 机械能及其转化 探究新知 想想做做 运动阶段 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 下降 上升 升高 增大 减小 减小 滚摆上升和下降过程中的动能和重力势能的相互转化 动能转化为重力势能 降低 减小 增大 增大 重力势能转化为动能 答：受到空气的阻力作用 思考：滚摆为什么不能回到原来的高度？ 知识点1 机械能及其转化 探究新知 (2)单摆实验 单摆下降的过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能。上升过程，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。 将小球拉至A点静止释放,小球加速摆至C点,由于惯性再减速摆至B点,到B点速度为零,之后再经过 C 点回到A点，不断往复。 现象观察 现象分析 B C A 知识点1 机械能及其转化 探究新知 想想做做 单摆上升和下降过程中的动能和重力势能的相互转化 h B C A 运动阶段 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 下降: A→C;B→C 上升： C→B;C→A 升高 增大 减小 减小 动能转化为重力势能 降低 减小 增大 增大 重力势能转化为动能 答：受到空气的阻力作用 思考：单摆为什么不能回到原来的高度？ 知识点1 机械能及其转化 探究新知 归纳结论 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 动能和势能可以相互转化 动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自变化，而且一定是此增彼减。 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。 动能和势能的相互转化的条件： 知识点1 机械能及其转化 探究新知 大量的实验表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变。或者说，机械能是守恒的。 4. 机械能守恒 节前“问题”栏目中，在运动过程中铁锁的动能和重力势能相互转化，但它们的总和不变（忽略空气阻力）。所以，铁锁在摆回时，不会打到鼻子。 知识点1 机械能及其转化 探究新知 5. 一些机械能不守恒的事例 人骑自行车爬坡 跳伞运动员匀速下落 升空的航天器 知识点1 机械能及其转化 探究新知 6. 人造地球卫星的机械能转化 卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时，势能减小，动能增大，速度也增大。 当卫星从近地点向远地点运动时，它的动能减小，势能增大，速度也减小。 许多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。 人造地球卫星的轨道示意图 知识点1 机械能及其转化 探究新知 只有动能和势能的相互转化，而没有机械能与其他形式的能的相互转化。【即忽略摩擦力造成的能量损失，所以机械能守恒也是一种理想化的物理模型】 【特别提示】在物理学中常常出现“光滑的表面”、“不计空气阻力” 、“不计摩擦”等文字描述，表示没有摩擦阻力，机械能是守恒的。 知识点1 机械能及其转化 探究新知 7. 机械能守恒条件的进一步理解 知识点1 机械能及其转化 探究新知 【典例1】（多选）如图是许多小朋友喜欢的蹦床，小朋友在蹦床上蹦跳时，下列分析正确的是（ ） A．从高处下落到刚接触蹦床前，小朋友的动能不断增大 B．从刚接触蹦床到蹦床被压至最低点，小朋友的重力势 能不断增大 C．蹦床被压至最低点时，蹦床的弹性势能最大 D．被蹦床弹起后上升的过程中，小朋友的重力势能转化为动能 AC 【典例2】如图所示，小红在游乐园玩“套圈”游戏，在套圈从点运动到点的过程中（不计空气阻力），下列说法错误的是（　　） A．套圈在b点的重力势能最大 B．套圈在c点的机械能等于在a点的机械能 C．套圈由b点到c点的过程中，重力势能转化为动能 D．套圈运动到b点时若所受的力全部消失，它将保持静止状态 知识点1 机械能及其转化 探究新知 D 知识点2 风能和水能的利用 地球上，海水潮汐涨落，江河日夜奔腾；有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看，自然界的流水和风都具有大量机械能的天然来源。 水能和风能都是机械能 知识点2 风能和水能的利用 探究新知 1. 水能 早在1900多年前，我们的祖先就制造了木质水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。 水磨 水车 水碓：利用水的动能舂米 流动的水具有动能，高处的水具有重力势能，水具有的机械能成为水能。 知识点2 风能和水能的利用 探究新知 立轴式大风车，是中国古代一项杰出的发明，主要应用于我国沿海地区及长江流域，用来带动龙骨水车等提取海水制盐或提水灌溉水田。 2. 风能 我国早在2000多年前就开始利用风来驱动帆船航行。至少1700多年前已开始利用风来推动风车做功。 立轴式大风车（模型） 利用风能的帆船 风是流动的空气，风具有的机械能叫风能。 知识点2 风能和水能的利用 探究新知 3. 水能和风能的利用   水能 风能 本质 机械能 特点 无污染、蕴藏量大、可循环利用 资源丰富、无污染、不稳定、不便于储存 利用 （1）早期，人们利用水流冲击水轮机转动来汲水、磨粉、碾谷； （2）到18世纪，人们利用大功率水轮机来带动纺织机、冶金鼓风机工作； （3）近代，利用水轮机带动发电机发电 （1）利用风能来驱动帆船航行； （2）利用风能来推动风车做功； （3）利用风能来发电 知识点2 风能和水能的利用 探究新知 知识点2 风能和水能的利用 探究新知 【典例3】如图是水电站剖面图。其工作原理是：水从上游流下时带动水轮发电机转动，水的_____能转化为____能。一定质量的水，上、下游水位差越_______，能发出的电越多。 机械 电 大 课堂小结 机械能 及其转化 水能和风 能的利用 ① 、 能和 能统称为机械能. 水能发电. ③机械能守恒： 如果只有 能和 能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的 不变. ②动能和势能之间可以相互 . 风能发电. 机械能 及其转化 动能 动 总和 重力势 弹性势 转化 势 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·上海浦东新·期末）下列关于机械能的说法中，正确的是（ ） A．动能和势能统称为机械能 B．动能与速度成正比 C．势能与高度成正比 D．机械能的大小与质量无关 A 课堂练习 探究新知 2．（24-25九年级上·广东肇庆·月考）以下说法正确的是（　　） A．运动的物体具有的能都是动能 B．一切运动的物体都具有动能 C．只有势能的物体没有机械能 D．质量大的物体具有的重力势能多 B 课堂练习 探究新知 3．如图所示，光滑水平桌面上的弹性小球被弹出后，经过A点和B点后落到地面，又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。下列有关小球的运动，描述正确的是（ ） A．小球从A点运动到B点的过程中 机械能不断减少 B．小球反弹经过D点时动能为零 C．若将弹性小球表面涂黑，则会在C、F两点留下等大的黑色圆斑 D．小球经过E点的机械能大于经过G点的机械能 D 课堂练习 探究新知 4．（24-25八年级下·重庆·期末）北京时间2025年4月24日17时17分，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，火箭在加速升空过程中，火箭上载人飞船的（　　） A．动能增大，重力势能增大，机械能增大 B．动能增大，重力势能减小，机械能不变 C．动能减小，重力势能增大，机械能不变 D．动能减小，重力势能减小，机械能减小 A 课堂练习 探究新知 5．（24-25八年级下·辽宁大连·月考）在水平桌面上滑行的木块，运动得越来越慢，最后静止。在此过程中（ ） A．木块的动能转化为重力势能 B．木块的惯性逐渐变小直至为零 C．木块受到的摩擦力逐渐增大 D．木块克服阻力做功动能减小 D 课堂练习 探究新知 6．（24-25八年级下·湖北武汉·月考）如图所示，将铁锁用绳子悬挂起来，拉到自己的鼻子附近，松手后铁锁来回摆动。若不计空气阻力、则下列说法正确的是（ ） A．铁锁摆动到最高点时，动能最大 B．铁锁摆动到最低点时，重力势能最大 C．铁锁从最低点向最高点摆动时，动能转化为重力势能 D．铁锁从最高点向最低点摆动时，动能转化为重力势能 C 课堂练习 探究新知 7．（25-26九年级上·吉林·开学考试）蹦床是一项传统的奥运比赛项目。如图所示，在一次比赛中，运动员从高处下落到蹦床上又被弹起。在这个过程中，下列说法不正确的是（　　） A．运动员上升到最高点时的重力势能最大 B．运动员在下落的过程中（未接触蹦床前） 重力势能转化为动能 C．运动员下落到最低点时的动能最大 D．运动员下落到最低点时蹦床的弹性势能最大 C 课堂练习 探究新知 8．（24-25八年级下·甘肃天水·月考）如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中，下列说法正确的是（　　） A．卫星从远地点向近地点运动时， 动能减小 B．卫星从远地点向近地点运动时， 重力势能转化为动能 C．卫星从近地点向远地点运动时，动能不变，重力势能减小 D．卫星从近地点向远地点运动时，卫星的速度一直在减小 D 课堂练习 探究新知 9．（25-26九年级上·江苏常州·期中）如图所示，忽略空气阻力，小球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，到达P点时离开轨道，继续上升至最高点N后再下落经过Q点，O、P、Q三点在同一水平高度。 (1)小球在O、P两点的速度分别为和，则____ （）； (2)小球在P点的机械能___________（大于/等于/小于）Q点的机械能。 课堂练习 探究新知 B 10．如题图甲为乒乓球发球机，在同一高度以相同的初速度朝不同方向依次发出a、b、c三个质量相同的乒乓球，运动轨迹如图乙所示。若不计空气阻力，当乒乓球分别运动到A、B、C处时，动能最大的是____（选填“A”“B”或“C”）；在a乒乓球在上升过程中，_______能增大；三个乒乓球到达水平球台的速度_______（选填“相同”或“不相同”）。 重力势 相同 课堂练习 探究新知 11．为了探究“弹性势能的大小与物体的弹性形变大小的关系”，小明用图示装置进行实验，处为弹簧的原长位置。在水平桌面上，压缩弹簧后由静止释放小球，使小球撞击同一纸盒，并与纸盒一起向右滑行。撞击前纸盒均位于点右侧同一位置； 不同 (1)小明每次应将弹簧压缩_______（选填“相同”或“不同”）的长度，再释放小球，通过比较各次实验中纸盒的__________，从而判断弹簧弹性势能的大小； 移动距离 课堂练习 探究新知 AB之间 (2)实验中，将小球自处由静止释放，最终小球和纸盒一起静止于处。此过程中小球动能最大的位置在_______（选填“AB之间”“点”或“BC之间”）。 (3)小明根据实验现象认为：小球推动木块移动一段距离后都要停下来，所以弹簧、小球和木块所具有的机械能最终都消失了。你认为小明的观点是_______（选填“正确”或“错误”）的，理由是_____________________________________________________。 错误 木块克服摩擦做功，机械能转化为其他形式的能 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 $