11.4 机械能及其转化 导学案 2025-2026学年人教版物理八年级下册

该初中物理导学案围绕“机械能及其转化”展开，引导学生理解机械能概念、动能与势能转化及守恒条件。课前通过过山车、单摆等实例提问，建立新旧知识联系，课中结合“想想做做”实验和蹦床分析活动，搭建观察推理的学习支架。 资料突出科学探究，通过单摆实验让学生经历观察分析过程，培养科学思维与推理能力。典型例题结合易错点总结，帮助突破难点，同时融入水能和风能利用内容，渗透科学态度与责任，便于学生自主学习和教师教学评估，附本课知识结构图辅助理解。

《11.4 机械能及其转化》导学案 【学习目标】 核心素养维度 学习目标 物理观念 理解机械能的概念，知道动能和势能可以相互转化，了解机械能守恒的条件。 科学思维 能通过实例分析机械能的转化过程，运用守恒思想解决简单问题。 科学探究 经历“想想做做”实验，观察并分析机械能转化规律，培养观察和推理能力。 科学态度与责任 关注水能和风能的利用，了解能源与可持续发展的关系。 学习重点： 机械能的转化；机械能守恒的理解。 学习难点： 分析蹦床、单摆等过程中动能和势能的相互转化；理解机械能守恒的条件。 【课前预习案】 阅读教材第96页“问题”及内容，思考并回答： 1. 过山车从高处滑下时，速度越来越快，说明它的重力势能如何变化？动能如何变化？ 2. 单摆的小球从最高点摆向最低点的过程中，重力势能和动能是怎样转化的？ 3. 你还能举出生活中动能和势能相互转化的例子吗？ 【我的疑惑】__________________________ 【课中探究案】 【我的任务】 一、机械能 定义： ______ 、______ 和 ______ 统称为机械能。机械能的单位是 ______ 。 【活动一】观察教材图11.4-1，分析铁锁在摆动过程中的能量变化。 铁锁从最高处向下摆时： 在A处，__ 最大，动能为零；到O点时， 最大，重力势能最 ；由A到O过程中，重力势能 ___ ___ ，动能 ____ __ ，是____ __ 能转化为 _____ 能。 铁锁从最低处向上摆时：在O处，______最大，重力势能最小；到B点 时， 最大， 能最小 ；由O到B过程中，重力势能 _增大_____ ，动能 ______ ，是__ __ 能转化为 _____ 能。 学生思考：苹果从高处落下和弯弓射箭时的能量转化 二、动能和势能的相互转化 【活动二】想想做做——单摆实验（结合教材96页） 将摆球拉至A点由静止释放，观察其运动情况。 1. 摆球从A点运动到最低点C的过程中，重力势能变 ______ ，动能变 ______ ，______ 转化为 ______ 。 2. 摆球从C点运动到最高点B的过程中，动能变 _____ ，重力势能变 _____ ，_____ 转化为 ______ 。 3. 摆球在 ______ 点速度最大，动能最大；在 _____ 点高度最大，重力势能最大。 4. 若忽略空气阻力，摆球每次上升的高度 ______ （选填“相同”或“不同”），说明机械能总量 ______ 。 5. 若考虑空气阻力，摆球最终会停下来，机械能总量 ______ （选填“守恒”或“不守恒”）。 【活动三】分析蹦床运动员的能量转化过程。 请根据下图描述蹦床运动员从接触蹦床到被弹起的过程中，动能、重力势能和弹性势能的变化： （1）运动员从高处下落：重力势能 ______ ，动能 ______ 。 （2）运动员从接触蹦床继续下压至最低点：速度  ，动能   （3）蹦床恢复形变，将运动员弹起从最低点至离开蹦床：弹性势能 ，运动员的动能 ， 转化为 。 （4）运动员上升过程中：动能 ______ ，重力势能 ______ ，______ 转化为 ______ 。 总结： 动能和势能（包括重力势能和弹性势能）可以相互转化。 三、机械能守恒 内容： 如果只有动能和势能相互转化，尽管 ______ 、_____ 的大小会变化，但机械能的总量保持 ___ __ 。 条件： 只有动能和势能（重力势能、弹性势能）相互转化，没有摩擦力、空气阻力等外力做功 四、水能和风能的利用 【活动四】阅读教材，了解水能和风能。 1. 水能： 流动的水具有 ______ 能，高处的水具有 ______ 能。水电站利用水从高处流下时 ______ 能转化为 _____ 能，推动水轮机发电。 2. 风能： 空气流动具有 ______ 能。风力发电将 _____ 能转化为 _____ 能。 3. 优点： 水能和风能都是 ______ （选填“可再生”或“不可再生”）能源，清洁无污染。 【典型例题】 例1 下列过程中，动能转化为重力势能的是（      ） A. 跳伞运动员匀速下落 B. 竖直上抛的篮球上升过程 C. 骑自行车加速下坡 D. 单摆的摆球从最高点向最低点运动 【解析】 A中匀速下落，动能不变，重力势能减小；B中上升过程速度减小，高度增加，动能转化为重力势能；C骑自行车加速下坡，高度减小，重力势能转化为动能；D中重力势能转化为动能。选B。 【易错提醒】 匀速运动时动能不变，不要误认为有转化。 对应练习1： 下列过程中，弹性势能转化为动能的是（      ） A. 蹦床运动员从高处落下 B. 弹簧将小球弹开 C. 滚摆上升 D. 卫星从近地点向远地点运动 例2 (多选)如图所示，小球从光滑斜面顶端自由滑下，不计空气阻力。下列说法正确的是（      ） A. 小球在顶端时重力势能最大，动能最小 B. 小球在下滑过程中，重力势能全部转化为动能 C. 小球在底端时重力势能为零，动能最大 D. 小球在下滑过程中，机械能越来越小 【解析】 光滑斜面意味着无摩擦，只有重力做功，机械能守恒。A正确，顶端高度最大，重力势能最大，速度为零，动能为零；B正确，重力势能不断转化为动能；C正确，以底端为零势能面，重力势能为零，动能最大；D错误。故答案为ABC。 【针对性练习】 1. 下列物体中，只具有动能的是（      ） A. 水平路面上匀速行驶的汽车 B. 空中飞行的足球 C. 被压缩的弹簧 D. 被举高的重锤 2. 不计空气阻力，运动员在蹦床上被弹起上升的过程中（离开蹦床后），下列说法正确的是（    ） A.动能增大 B.重力势能减小 C.动能转化为重力势能 D.机械能守恒" 【典例分析与易错点】 题型：机械能转化分析 例3 一蹦床运动员从高处自由下落，与蹦床接触后继续下压，直至最低点。请分析此过程中运动员的动能、重力势能和蹦床的弹性势能的变化情况。 【解析】 接触蹦床前，重力势能转化为动能；接触后至最低点：重力势能继续减小，动能先增大后减小（当弹力等于重力时动能最大），弹性势能一直增大。整个过程机械能守恒（忽略空气阻力）。 【易错点总结】 易错点1：误认为只有动能和重力势能可以相互转化，忽略弹性势能 在蹦床、弹簧等场景中，弹性势能也参与转化。 易错点2：忽略机械能守恒的条件 只有在只有动能和势能相互转化（无摩擦、无阻力）时，机械能才守恒。 易错点3：错误分析蹦床过程中动能最大的位置 在蹦床中，当弹力等于重力时，速度最大，动能最大，而不是最低点。 易错点4：认为单摆每次上升高度相同是必然的 有空气阻力时高度会降低，机械能减少。 【课堂检测】 1. 动能和势能统称为 ______ 。 2. 下列过程中，重力势能转化为动能的是（    ） A.苹果从树上落下 B.汽车匀速上坡 C.拉开的弓将箭射出 D.跳高运动员向上跃起3. 蹦床运动员从高处下落过程中，______ 能转化为 ______ 能；与蹦床接触后到下降至最低点的过程中，蹦床的弹性势能______，运动员的动能______。。 4. 水电站工作时，将水能转化为电能，其中水能属于（      ） A. 动能 B. 重力势能 C. 机械能 D. 以上都是 5. （多选）下列关于机械能的说法，正确的是（      ） A. 物体具有的动能和势能统称为机械能 B. 物体的机械能一定保持不变 C. 机械能守恒的条件是没有摩擦力等外力做功 D. 只有重力做功时，物体的机械能守恒 6. 在单摆实验中，摆球从最高点摆到最低点的过程中，它的（      ） A. 动能减少，重力势能增加 B. 动能增加，重力势能减少 C. 动能不变，重力势能减少 D. 动能减少，重力势能减少 7. 跳伞运动员在空中匀速下降过程中，他的机械能（      ） A. 不变 B. 增大 C. 减小 D. 无法判断 8. 滚摆从最高点释放，下降过程中，______ 能转化为 ______ 能；上升过程中，______ 能转化为 ______ 能。若滚摆每次上升的最大高度逐渐减小，原因是 ___ 。 9. 如图所示，小球从光滑斜面顶端由静止滑下，不计空气阻力，则小球在 ______ 点重力势能最大，在 ______ 点动能最大，下滑过程中机械能 ______（选填“守恒”或“不守恒”）。 10. 关于水能和风能，下列说法错误的是（      ） A. 水能和风能都是可再生能源 B. 水电站将水的机械能转化为电能 C. 风力发电将空气的动能转化为电能 D. 水能和风能是取之不尽、用之不竭的 11. 质量为2kg的物体从5m高处自由下落，不计空气阻力，落地时的动能为 ______ J，此时机械能为 ______ J。（g=10N/kg，以地面为零势能面） 12. 如图甲所示，蹦床运动是一种深受青年人喜爱的运动。由空中落回的运动员从空中最高点下落到接触蹦床将蹦床压缩到最低点的过程中，此运动过程的简化示意图如图乙。O点是运动员自由下落的最高点，A点处接触蹦床，B点是运动员受到的重力与弹力相等的点，C点是蹦床运动员到达的最低点（忽略空气阻力），下列说法正确的是（　　） A．从O点到A点运动员的机械能一直增大  B．从O点到C点运动员的机械能先不变后变小 C．A点时运动员的动能最大 D．从O点到C点运动员减小的机械能小于蹦床增加的弹性势能 13. 一个小球从A点静止释放，沿光滑弧形轨道运动，经过B、C点后到达另一侧最高点D，如图所示。请回答： (1) 小球在A点的机械能 ______ （选填“大于”“小于”或“等于”）在D点的机械能； (2) 若轨道粗糙，小球从A点释放后，能达到的最高点将比A点 ______ （选填“高”或“低”），原因是 _________ 。 【本课知识结构图 · 思维导图】 · ⚙️ · 第 1 页 共 12 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 《11.4 机械能及其转化》导学案 【学习目标】 核心素养维度 学习目标 物理观念 理解机械能的概念，知道动能和势能可以相互转化，了解机械能守恒的条件。 科学思维 能通过实例分析机械能的转化过程，运用守恒思想解决简单问题。 科学探究 经历“想想做做”实验，观察并分析机械能转化规律，培养观察和推理能力。 科学态度与责任 关注水能和风能的利用，了解能源与可持续发展的关系。 学习重点： 机械能的转化；机械能守恒的理解。 学习难点： 分析蹦床、单摆等过程中动能和势能的相互转化；理解机械能守恒的条件。 【课前预习案】 阅读教材第96页“问题”及内容，思考并回答： 1. 过山车从高处滑下时，速度越来越快，说明它的重力势能如何变化？动能如何变化？ 2. 单摆的小球从最高点摆向最低点的过程中，重力势能和动能是怎样转化的？ 3. 你还能举出生活中动能和势能相互转化的例子吗？ 【我的疑惑】__________________________ 【课中探究案】 【我的任务】 一、机械能 定义： __动能____ 、___重力势能___ 和 ___弹性势能___ 统称为机械能。机械能的单位是 ___焦耳___ 。 【活动一】观察教材图11.4-1，分析铁锁在摆动过程中的能量变化。 铁锁从最高处向下摆时： 在A处，___重力势能 最大，动能为零；到O点时， 动能 最大，重力势能最 小 ；由A到O过程中，重力势能 ___ 减小 ___ ，动能 ____ 增大 __ ，是____重力势 __ 能转化为 ____动__ 能。 铁锁从最低处向上摆时：在O处，___动能___最大，重力势能最小；到B点 时， 重力势能 最大， 动 能最小 ；由O到B过程中，重力势能 _增大_____ ，动能 ____减小__ ，是__ 动 __ 能转化为 ___重力势___ 能。 学生思考：苹果从高处落下和弯弓射箭时的能量转化 二、动能和势能的相互转化 【活动二】想想做做——单摆实验（结合教材96页） 将摆球拉至A点由静止释放，观察其运动情况。 1. 摆球从A点运动到最低点C的过程中，重力势能变 ___小___ ，动能变 ____大__ ，____重力势能__ 转化为 __动能____ 。 2. 摆球从C点运动到最高点B的过程中，动能变 ___小___ ，重力势能变 ___大___ ，___动能___ 转化为 ____重力势能__ 。 3. 摆球在 ____C__ 点速度最大，动能最大；在 ___A__ 点高度最大，重力势能最大。 4. 若忽略空气阻力，摆球每次上升的高度 ___相同___ （选填“相同”或“不同”），说明机械能总量 ___不变___ 。 5. 若考虑空气阻力，摆球最终会停下来，机械能总量 __不守恒____ （选填“守恒”或“不守恒”）。 【活动三】分析蹦床运动员的能量转化过程。 请根据下图描述蹦床运动员从接触蹦床到被弹起的过程中，动能、重力势能和弹性势能的变化： （1）运动员从高处下落：重力势能 ____减小__ ，动能 ___增大___ 。 （2）运动员从接触蹦床继续下压至最低点：速度 先增大后减小，动能 先增大后减小 （3）蹦床恢复形变，将运动员弹起从最低点至离开蹦床：弹性势能 减小，运动员的动能 增大 ， 弹性势能 转化为 动能 。。 （4）运动员上升过程中：动能 ___减小___ ，重力势能 ___增大___ ，___动能___ 转化为 __重力势能____ 。 总结： 动能和势能（包括重力势能和弹性势能）可以相互转化。 三、机械能守恒 内容： 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，但机械能的总量保持 __不变____ 。 条件： 只有动能和势能（重力势能、弹性势能）相互转化，没有摩擦力、空气阻力等外力做功 四、水能和风能的利用 【活动四】阅读教材，了解水能和风能。 1. 水能： 流动的水具有 ___动___ 能，高处的水具有 ___重力势___ 能。水电站利用水从高处流下时 ___重力势___ 能转化为 ____动__ 能，推动水轮机发电。 2. 风能： 空气流动具有 __动____ 能。风力发电将 ___动___ 能转化为 ___电___ 能。 3. 优点： 水能和风能都是 ___可再生___ （选填“可再生”或“不可再生”）能源，清洁无污染。 【典型例题】 例1 下列过程中，动能转化为重力势能的是（      ） A. 跳伞运动员匀速下落 B. 竖直上抛的篮球上升过程 C. 骑自行车加速下坡 D. 单摆的摆球从最高点向最低点运动 【解析】 A中匀速下落，动能不变，重力势能减小；B中上升过程速度减小，高度增加，动能转化为重力势能；C骑自行车加速下坡，高度减小，重力势能转化为动能；D中重力势能转化为动能。选B。 【易错提醒】 匀速运动时动能不变，不要误认为有转化。 对应练习1： 下列过程中，弹性势能转化为动能的是（   B   ） A. 蹦床运动员从高处落下 B. 弹簧将小球弹开 C. 滚摆上升 D. 卫星从近地点向远地点运动 【解析】弹簧将小球弹开时，弹簧的弹性势能减小，小球的动能增大，属于弹性势能转化为动能 例2 (多选)如图所示，小球从光滑斜面顶端自由滑下，不计空气阻力。下列说法正确的是（      ） A. 小球在顶端时重力势能最大，动能最小 B. 小球在下滑过程中，重力势能全部转化为动能 C. 小球在底端时重力势能为零，动能最大 D. 小球在下滑过程中，机械能越来越小 【解析】 光滑斜面意味着无摩擦，只有重力做功，机械能守恒。A正确，顶端高度最大，重力势能最大，速度为零，动能为零；B正确，重力势能不断转化为动能；C正确，以底端为零势能面，重力势能为零，动能最大；D错误。故答案为ABC。 【针对性练习】 1. 下列物体中，只具有动能的是（   A   ） A. 水平路面上匀速行驶的汽车 B. 空中飞行的足球 C. 被压缩的弹簧 D. 被举高的重锤 解析： A只有动能；B有动能和重力势能；C有弹性势能；D有重力势能。 2. 不计空气阻力，运动员在蹦床上被弹起上升的过程中（离开蹦床后），下列说法正确的是（  CD  ） A.动能增大 B.重力势能减小 C.动能转化为重力势能 D.机械能守恒" 解析： 运动员离开蹦床后上升过程中，只受重力作用，速度减小，高度增加，因此动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。忽略空气阻力时机械能守恒。故选CD。 【典例分析与易错点】 题型：机械能转化分析 例3 一蹦床运动员从高处自由下落，与蹦床接触后继续下压，直至最低点。请分析此过程中运动员的动能、重力势能和蹦床的弹性势能的变化情况。 【解析】 接触蹦床前，重力势能转化为动能；接触后至最低点：重力势能继续减小，动能先增大后减小（当弹力等于重力时动能最大），弹性势能一直增大。整个过程机械能守恒（忽略空气阻力）。 【易错点总结】 易错点1：误认为只有动能和重力势能可以相互转化，忽略弹性势能 在蹦床、弹簧等场景中，弹性势能也参与转化。 易错点2：忽略机械能守恒的条件 只有在只有动能和势能相互转化（无摩擦、无阻力）时，机械能才守恒。 易错点3：错误分析蹦床过程中动能最大的位置 在蹦床中，当弹力等于重力时，速度最大，动能最大，而不是最低点。 易错点4：认为单摆每次上升高度相同是必然的 有空气阻力时高度会降低，机械能减少。 【课堂检测】 1. 动能和势能统称为 ___机械能___ 。 2. 下列过程中，重力势能转化为动能的是（ A   ） A.苹果从树上落下 B.汽车匀速上坡 C.拉开的弓将箭射出 D.跳高运动员向上跃起 解析：苹果从树上落下，高度降低、速度增大，重力势能转化为动能。B项汽车匀速上坡，动能不变，重力势能增加，能量来自发动机，不属于动能与重力势能的转化；C项拉开的弓将箭射出，是弹性势能转化为动能；D项跳高运动员向上跃起，是动能转化为重力势能。故只有A符合。 3. 蹦床运动员从高处下落过程中，__重力势____ 能转化为 ___动___ 能；与蹦床接触后到下降至最低点的过程中，蹦床的弹性势能__增大____，运动员的动能___先增大后减小___。。 4. 水电站工作时，将水能转化为电能，其中水能属于（  D    ） A. 动能 B. 重力势能 C. 机械能 D. 以上都是 解析： 水能包含动能和重力势能，统称机械能。 5. （多选）下列关于机械能的说法，正确的是（   A、C、D   ） A. 物体具有的动能和势能统称为机械能 B. 物体的机械能一定保持不变 C. 机械能守恒的条件是没有摩擦力等外力做功 D. 只有重力做功时，物体的机械能守恒 解析： B错误，机械能可能变化；C、D正确，A是定义。 6. 在单摆实验中，摆球从最高点摆到最低点的过程中，它的（   B   ） A. 动能减少，重力势能增加 B. 动能增加，重力势能减少 C. 动能不变，重力势能减少 D. 动能减少，重力势能减少 解析： 摆球从最高点摆到最低点，高度降低，速度增大，重力势能转化为动能。 7. 跳伞运动员在空中匀速下降过程中，他的机械能（   C   ） A. 不变 B. 增大 C. 减小 D. 无法判断 解析： 匀速下降说明速度不变，动能不变；同时高度降低，重力势能减小。因此机械能（动能+势能）减小。 8. 滚摆从最高点释放，下降过程中，___重力势___ 能转化为 ___动___ 能；上升过程中，____动__ 能转化为 ___重力势___ 能。若滚摆每次上升的最大高度逐渐减小，原因是 ___克服摩擦做功，机械能转化为内能 。 9. 如图所示，小球从光滑斜面顶端由静止滑下，不计空气阻力，则小球在 ___顶端___ 点重力势能最大，在 ___底端___ 点动能最大，下滑过程中机械能 ____守恒__（选填“守恒”或“不守恒”）。 10. 关于水能和风能，下列说法错误的是（   D   ） A. 水能和风能都是可再生能源 B. 水电站将水的机械能转化为电能 C. 风力发电将空气的动能转化为电能 D. 水能和风能是取之不尽、用之不竭的 解析： 水能和风能虽可再生，但并非取之不尽，受自然条件限制。 11. 质量为2kg的物体从5m高处自由下落，不计空气阻力，落地时的动能为 ___100___ J，此时机械能为 ___100___ J。（g=10N/kg，以地面为零势能面） 解析：不计空气阻力，机械能守恒。落地动能=初始重力势能=mgh=2kg×10N/kg×5m=100J。以地面为零势能面，落地时重力势能为0，机械能=动能+重力势能=100J+0=100J。 12. 如图甲所示，蹦床运动是一种深受青年人喜爱的运动。由空中落回的运动员从空中最高点下落到接触蹦床将蹦床压缩到最低点的过程中，此运动过程的简化示意图如图乙。O点是运动员自由下落的最高点，A点处接触蹦床，B点是运动员受到的重力与弹力相等的点，C点是蹦床运动员到达的最低点（忽略空气阻力），下列说法正确的是（　B　） A．从O点到A点运动员的机械能一直增大  B．从O点到C点运动员的机械能先不变后变小 C．A点时运动员的动能最大 D．从O点到C点运动员减小的机械能小于蹦床增加的弹性势能 【详解】AB.从O点到A点，忽略空气阻力，运动员的机械能守恒，保持不变；从A点到C点，运动员的一部分机械能转化为弹性势能，所以机械能会减 小，所以从O点到C点运动员的机械能先不变后变小，故A错误，B正确； C.A点时刚接触蹦床，此时蹦床的弹力为0，小于重力，运动员继续做加速运动，所以此时运动员的动能不是最大，运动运动到B点时，受到的 弹力等于重力，速度达到最大值，故C错误； D.从O点到C点运动员减小的机械能转化为蹦床的弹性势能，所以从O点到C点运动员减小的机械能等于蹦床增加的弹性势能，故D错误。故选B。 13. 一个小球从A点静止释放，沿光滑弧形轨道运动，经过B、C点后到达另一侧最高点D，如图所示。请回答： (1) 小球在A点的机械能 ___等于___ （选填“大于”“小于”或“等于”）在D点的机械能； (2) 若轨道粗糙，小球从A点释放后，能达到的最高点将比A点 __低____ （选填“高”或“低”），原因是 ____克服摩擦做功，机械能减少_____ 。 【本课知识结构图 · 思维导图】 · ⚙️ · 第 1 页 共 12 页 学科网（北京）股份有限公司 $