10.3 动能和势能 教学设计 2025-2026学年沪科版八年级全一册物理

第十章 功与机械能 · 第三节 动能和势能 沪科版八年级物理全一册 | 建议课时：1课时（45分钟） 一、教学目标 物理观念 了解能量的初步概念，知道能的单位；知道动能、重力势能、弹性势能的概念；初步理解动能、重力势能的大小与哪些因素有关。 科学思维 通过观察和归纳，建立动能和势能的物理模型；运用控制变量法设计实验探究影响动能、势能大小的因素，培养科学推理能力。 科学探究 经历探究动能和重力势能大小的实验过程，能运用转换法和控制变量法设计实验方案、分析数据、归纳结论。 科学态度与责任 通过理论与实际的联系，体会物理知识在生产生活中的广泛应用，形成能量意识；关注能源与可持续发展的关系，增强社会责任感。 二、教学重难点 教学重点 动能和势能的概念；探究影响动能、重力势能大小的因素。 教学难点 能量的概念的理解（“能做功”的含义）；运用控制变量法设计实验探究影响动能的因素；区分重力势能和弹性势能。 三、教学准备 教师器材： 多媒体课件（动能势能实例视频、动画演示）、斜面、钢球（大小各一）、木块、重物、沙箱、小方桌、弹簧、橡皮筋、刻度尺。 学生器材（每组）： 斜面、钢球（质量不同）、木块、刻度尺、重物、沙盘、小方桌。 四、教学过程 （一）新课引入（5分钟） 教师活动： 展示多媒体画面：流动的水推动水轮机转动、拉开的弓将箭射出、举高的重锤将木桩打入地下。提问：“同学们，你们观察到这些物体有什么共同特征？它们为什么能够做功？” 学生活动： 观察并思考，回答：因为这些物体具有能量。 教师追问： “究竟什么是能量？物体具有的能量大小与哪些因素有关？今天，我们就来学习这个问题。” 板书课题： 第十章 功与机械能——第三节 动能和势能 （二）新课教学（30分钟） 1. 能量——做功的本领（5分钟） （1）能量的概念 教师分析：流动的水推动水轮机转动，对水轮机做了功；拉开的弓对箭做了功，使箭射出；举高的重锤对木桩做了功，将木桩打入地下。这些物体能够对别的物体做功，我们就说它们具有能量。一个物体能够对别的物体做功，就说这个物体具有能量，简称能。能是物体做功本领的量度。 核心概念： · 能量：一个物体能够对别的物体做功，就说这个物体具有能量。 · 能的单位：焦耳（J），简称焦，符号J。 · 注意：正在做功的物体一定具有能量，但具有能量的物体不一定正在做功（如悬挂的重物静止时也有重力势能）。 常见误区：学生容易误认为只有正在做功的物体才具有能量。纠正：能量表示物体做功的本领，只要物体有做功的本领，它就具有能量，即使它此时没有做功。 2. 动能及其影响因素（12分钟） （1）动能的定义 教师提问：上面例子中，流动的水、奔跑的运动员、飞行的子弹有什么共同特征？（它们都在运动）运动物体具有的能量叫做动能。 动能：物体由于运动而具有的能。 （2）探究：影响动能大小的因素 探究准备： · 实验方法：控制变量法、转换法。 · 转换法：通过木块被撞后移动的距离来反映小球动能的大小——距离越远，动能越大。 · 控制变量法：探究动能与速度的关系时，控制小球质量相同，改变速度；探究动能与质量的关系时，控制小球速度相同，改变质量。 · 同一小球从斜面上由静止滚下，到达水平面的速度只与释放的高度有关——释放位置越高，到达底端的速度越大。 实验步骤： · ① 探究动能大小与速度的关系：让同一钢球从斜面的不同高度由静止滚下，撞击水平面上同一木块，测量木块被撞击后移动的距离。 · ② 探究动能大小与质量的关系：让质量不同的钢球从斜面的同一高度由静止滚下，撞击同一木块，测量木块被撞击后移动的距离。 实验现象记录表 实验内容 实验条件 观察现象 结论 探究动能与速度的关系 同一小球从不同高度滚下 高度越高，木块被撞得越远 质量相同时，速度越大，动能越大 探究动能与质量的关系 不同质量小球从同一高度滚下 质量越大，木块被撞得越远 速度相同时，质量越大，动能越大 实验结论： 物体的动能与物体的质量和速度有关。质量相同的物体，速度越大，动能越大；速度相同的物体，质量越大，动能越大。 实验注意事项及困难突破： · 确保小球从斜面上由静止释放，初速度为0。 · 木块要放在水平面的同一位置，木块的初始位置要固定。 · 木块最终停下来的原因是受到摩擦力的作用。 · 若木块被撞出太远超出刻度尺测量范围，可适当降低小球释放高度。 3. 势能及其影响因素（8分钟） （1）重力势能 教师展示：举高的重锤、山顶的巨石、树上的苹果。这些物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。 探究：影响重力势能大小的因素 · 探究方法：控制变量法、转换法（通过小方桌陷入沙坑的深度反映重力势能大小）。 · ① 探究重力势能与高度的关系：让同一物体从不同高度自由下落，撞击小方桌，测量小方桌陷入沙中的深度。 · ② 探究重力势能与质量的关系：让质量不同的物体从同一高度自由下落，撞击小方桌，测量小方桌陷入沙中的深度。 · 结论：物体重力势能的大小与物体的质量和所处高度有关。质量相同时，高度越大，重力势能越大；高度相同时，质量越大，重力势能越大。 （2）弹性势能 教师演示：拉长橡皮筋、压缩弹簧、拉开的弓。这些物体由于发生弹性形变而具有的能量，叫做弹性势能。 弹性势能的大小与弹性形变的程度有关：同一物体，弹性形变越大，弹性势能越大（如弓拉得越满，箭射得越远）。 （3）势能 重力势能和弹性势能统称为势能。势能是储存的能量。 4. 动能和势能的应用（5分钟） 教师展示生活中应用动能和势能的事例，引导学生分析： · 交通限速： 汽车速度越大，动能越大，发生事故时破坏力越强，因此不同路段有不同限速要求。 · 高空坠物： 高空坠物具有很大的重力势能，下落过程中转化为动能，容易造成伤害，因此严禁高空抛物。 · 撑竿跳高： 运动员助跑获得动能，撑竿弯曲将动能转化为弹性势能，撑竿恢复形变将弹性势能转化为运动员的重力势能，帮助运动员跃过高杆。 · 我国航天成就中的能量转化： 以2025年11月神舟二十号乘组返回为例，返回舱在加速下降过程中，重力势能逐渐变小，动能逐渐变大，体现了重力势能向动能的转化。[reference:3] （三）课堂小结（5分钟） 教师引导学生总结本节课核心内容： 1. 能量：物体能够对别的物体做功。 2. 动能：物体由于运动而具有的能量——与质量、速度有关。 3. 重力势能：物体由于被举高而具有的能量——与质量、高度有关。 4. 弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量——与形变程度有关。 5. 动能和势能统称为机械能。 （四）课堂练习（5分钟） 例题1： 下列物体各具有什么形式的机械能？ (1) 水平公路上行驶的汽车：______。 (2) 被拉长的弹簧：______。 (3) 从树上落下的苹果：______。 (4) 举高的重锤：______。 参考答案： (1)动能；(2)弹性势能；(3)动能和重力势能；(4)重力势能。 例题2： 在探究“动能大小与哪些因素有关”的实验中，让同一钢球从斜面的不同高度由静止滚下，这是为了探究动能与______的关系，这里运用的科学方法是______。 参考答案： 速度；控制变量法。 例题3： 2025年11月14日，神舟二十号乘组返回舱在加速下降过程中，重力势能逐渐______，动能逐渐______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 参考答案： 变小；变大。 解析： 返回舱加速下降，高度减小，重力势能减小；速度增大，动能增大。 五、分层作业 基础作业（全体） 1. 教材“课后作业”第1、2、3题。 2. 列举生活中三个具有动能的物体和三个具有重力势能的物体。 3. 解释：为什么在公路上行驶的不同车型往往有不同的最高限速？（大货车速度限制更低） 提高作业（选做） 1. 同一个钢球从斜面的不同高度滚下，撞击水平面上的同一木块。高度越高，木块被撞得越远，这说明什么？ 2. 设计一个小实验，证明重力势能的大小与物体的质量有关，写出实验步骤和预期现象。 实践作业（小组合作） 观察生活中利用动能或势能的实例（如过山车、水力发电站、打桩机等），了解其工作原理，写一篇200字左右的小短文，并思考如何将生活中浪费的机械能利用起来。 六、板书设计 第十章 功与机械能 · 第三节 动能和势能 一、能量（能） 定义：物体能够对别的物体做功 → 具有能量 单位：焦耳（J） 二、动能 定义：物体由于运动而具有的能量 影响因素：质量、速度 结论：质量相同时，速度越大，动能越大； 速度相同时，质量越大，动能越大。 三、势能 1. 重力势能：物体由于被举高而具有的能量 影响因素：质量、高度 结论：质量相同时，高度越大，重力势能越大； 高度相同时，质量越大，重力势能越大。 2. 弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量 影响因素：形变程度（形变越大，弹性势能越大） 动能和势能统称为机械能 七、教学反思 成功之处： 1. 从小车撞击木块的实验入手，直观形象，学生容易理解动能大小与速度、质量的关系，课堂气氛活跃。 2. 运用“转换法”和“控制变量法”贯穿实验探究过程，学生对科学方法的理解更加深刻。 3. 通过限速标志、高空抛物等生活实例，将物理知识与实际生活紧密联系，增强了学生的学习兴趣和安全意识。 4. 结合神舟二十号返回舱的实例，将航天最新成就融入课堂教学，激发了学生的民族自豪感。[reference:4] 存在问题及改进： 1. 部分学生对“能量”概念中的“做功的本领”理解不够透彻，容易与“正在做的功”混淆。下一届教学可设计一两个对比问答题，强化概念之间的区别。 2. 探究“影响动能大小的因素”实验中，个别小组木块被撞后的位置测量存在误差，改进措施：在水平木板上贴上刻度纸，提高读数的准确度。 3. 势能部分的教学时间稍紧，特别是弹性势能的实例可适当补充（如蹦床、弹弓等），让学生更直观感受。 再教设计： 增加一个“能量转化模拟”的小游戏——让学生扮演不同的能量形式，通过动作演示动能和势能相互转化的过程，增强课堂互动性和趣味性。 学科网（北京）股份有限公司 $