11.4 机械能及其转化 导学案 2025-2026学年人教版八年级物理下册

该初中物理导学案围绕“机械能及其转化”展开，核心知识点包括机械能的概念、动能与势能的转化、机械能守恒条件及水能风能的利用。课堂以铁锁摆动实验导入，通过观察速度和高度变化，引导学生联系动能、势能旧知，搭建新知学习支架。 资料突出实验驱动特色，设计滚摆、单摆、弹簧木球等实验，通过科学探究和科学推理分析能量转化规律，结合水能风能利用实例培养社会责任。习题覆盖不同情境，助力学生形成能量观念，提升科学思维能力。

11.4 机械能及其转化导学案教师版 【学习目标】 1.理解机械能是动能与势能（重力势能、弹性势能）的统称‌。 2.知道在无摩擦、无能量损耗的理想情况下，机械能总量保持不变‌‌。 3.了解水能和风能的利用。 【学习过程】 动手做一做：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? 现象：铁锁并不会碰到鼻子。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。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。 提出问题：铁锁并不会碰到你的鼻子，这是什么原因呢? 1、 机械能及其转化 1. 机械能：在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 例：飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，一个物体可以既有动能，又有势能， 把这两种能量加在一起，就是它的机械能。 2.动能和势能的转化 （1）滚摆实验： 滚摆下降过程：滚摆速度变大，动能增大；高度降低，重力势能减小。重力势能转化为动能。 滚摆上升过程：滚摆速度变小，动能减小；高度升高，重力势能增大。动能转化为重力势能。 现象分析：滚摆每次上升的高度逐渐降低，原因是克服摩擦和空气阻力做功，机械能减少。 （2）单摆实验： 从A点到B点：重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。 从B点到C点：动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能。 现象分析：单摆每次上升的高度逐渐降低，原因是克服空气阻力做功，机械能减少。 结论：动能和重力势能可以相互转化。 （3）实验:一个木球以一定的速度v0撞到弹簧片上。 木球压弯弹簧片:球的速度不断减小，球的动能不断减小，弹簧片形变程度由小变大,弹簧片的弹性势能不断增大,动能转化为弹性势能。 弹簧片把木球弹回：球的速度不断增大，球的动能不断增大，弹簧片形变程度由大变小,弹簧片的弹性势能不断减小,弹性势能转化为动能。 现象分析：小球每次移动的距离逐渐减小，原因是克服摩擦和空气阻力做功，机械能减少。 结论：动能和弹性势能可以相互转化。 （4）典型实例分析 ①竖直上抛的小球：上升时动能转化为重力势能，下落时重力势能转化为动能。 ②荡秋千过程：从高处到低处重力势能转化为动能，从低处到高处动能转化为重力势能。 ③撑杆跳高时，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‌。 2. 机械能守恒 物理学家经过大量的实验研究与理论推导，得出了如下规律： 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，但动能和势能的总和不变。或者说，机械能是守恒的。 注：机械能守恒是指忽略摩擦力造成的能量损失，是一种理想化的物理模型。 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。实际在摆动过程中，由于克服空气阻力做功，每次上升的高度逐渐降低，机械能不守恒。 跟踪训练： 1.儿童从滑梯上滑下，在下滑的过程中（ A ） A.动能增加，势能减少 B.动能增加，势能增加 C.动能减少，势能增加 D.动能减少，势能减少 2..为缓解旱情,某地多次利用直升机进行人工降雨。直升机在某一高度匀速直线飞行时,不断向空中抛洒“干冰”(固态二氧化碳),此时直升机的动能和重力势能的变化情况是（D　　） A．动能不变、机械能不变 B．动能减小、机械能不变 C．动能不变、机械能减小 D．动能减小，机械能减小 3.如图所示,将一支内有弹簧的圆珠笔向下按压,放手后笔会向上弹起一定高度。下列关于该过程中能量变化的叙述,正确的是( D ) A.向下按笔的过程中,弹簧的弹性势能减小 B.向下按笔的过程中,笔的重力势能增大 C.笔向上弹起的过程中,笔的动能一直增大 D.笔向上弹起的过程中,笔的重力势能增大 4.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（　C　） A．从高处下落到蹦床被压至最低点时，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 5.2025年4月30日13时08分，神舟十九号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱在进入大气层一段时间后，由于受空气阻力作用会匀速下降，此过程中，动能 不变 ，势能 减小 ，机械能 减小 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 6.如图所示，人造地球卫星绕地球运行过程中，机械能 守恒 （选填“守恒”或“不守恒”），卫星从近地点向远地点运动时，速度 减小 ，重力势能 增大 （均选填“增大”“减小”或“不变”）。 2、 水能和风能的利用 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，即水能和风能都是机械能。 1. 水能及其利用 流动的水具有动能，高处的水具有重力势能，水所具有的机械能统称为水能。我们的祖先让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。到19世纪，人类开始利用水能发电。 修筑拦河坝提高上游水位，一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。 2. 风能及其利用 流动的空气所具有的机械能叫做风能。我国古代就开始利用风来驱动帆船航行；风能也可以用来发电，风吹动风车，带动发电机发电。 跟踪训练： 1.据史料记载，筒车（如下图所示）发明于隋而盛于唐，距今已有一千多年的历史。水流冲击筒车下部时，推动筒车转动，筒车获得一定的 动能 ；一部分水进入筒内，随着筒车转动被提升并注入引水槽，此过程中筒内的水的机械能 增大 。 3. 三峡水库修建大坝，提高了水位差。高处的水奔流而下时__重力势能___转化为__动能___。（选填“动能”或“重力势能”） 【百炼成钢】 1.下列事例中，动能和势能之间没有相互转化的是（ D   ） A．拦河大坝提高水位，以冲击水轮机发电 B．拉动弓弦将箭射出 C．利用举高的重锤夯击地面 D．匀速行驶的汽车 2.如图所示，水平桌面上的弹性小球从A点滚动到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。下列说法正确的是（　D　） A．小球反弹经过D点时动能为零 B．小球从A点运动到B点的过程中机械能不变 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点时的动能大于经过G点时的动能 3.如图所示的是某次蹦极运动的精彩瞬间。若一名游客绑上安全绳之后从平台上由静止开始下落，则从开始下落至第一次到达最低点的过程中，该游客的（ B   ） A．动能一直增大 B．重力势能一直减小 C．机械能保持不变 D．机械能一直增大 4.如图所示是撑杆跳高运动员的运动过程，以下说法不正确的是（D　　） A．撑杆跳高运动员提杆加速助跑是为了增大自身的动能 B．压弯的撑杆发生了弹性形变，所以具有弹性势能 C．运动员越过横杆后，运动员的重力势能转化为动能 D．整个过程中运动员的机械能不变 5.如图是某高铁车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度。从能量利用的角度看，这种设计的优点是：机车进站时的部分动能转化为__重力势能____，减少因刹车损耗的机械能；机车出站时储存的能量又转化为动能，___能___（选填“能”或“不能”）起到节能的作用。 6.掷实心球是中考体育抽测项目之一，如图是某同学投掷实心球的场景，若不计空气阻力，在上升过程中，实心球的重力势能___增大_____，在下降过程中，实心球的动能__增大______；从抛出到落地的过程中，实心球的机械能总量___不变______（以上三空均选填“增大”、“不变”或“减小”） 7.如图所示，将弹簧、小车置于水平木板面上，被压缩后的弹簧将小车弹出，这一过程中，弹簧的弹性势能转化为小车的 动 能。实验表明，弹簧被压缩得越短，小车被弹开的距离越远，这说明，弹簧的弹性形变越大，弹性势能越 大 。小车在水平木板上运动时，所受重力对小车 不做功 （选填“做功”或“不做功”）。 8.甲、乙是两个重均为2.7N且完全相同的排球。如图所示，排球在同一高度时，以相同的速度分别向下、向上飞行，此时空气阻力大小为0.5N，则甲排球受到的合力是__2.2___N；落地前的运动过程中，乙球的机械能___减小_______（填“增大”“不变”“减小”），两球刚到地面时的速度v甲___ ＞___v乙（填“＞”“＜”“＝”）。 学科网（北京）股份有限公司 $ 11.4 机械能及其转化导学案学生版 【学习目标】 1.理解机械能是动能与势能（重力势能、弹性势能）的统称‌。 2.知道在无摩擦、无能量损耗的理想情况下，机械能总量保持不变‌‌。 3.了解水能和风能的利用。 【学习过程】 动手做一做：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? 现象：铁锁并不会碰到鼻子。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。在这个过程中，铁锁的运动快慢在变化，说明______能在发生变化。同时，铁锁的高度也在变化，说明铁锁的______能也在发生变化。 提出问题：铁锁并不会碰到你的鼻子，这是什么原因呢? 1、 机械能及其转化 1. 机械能：在物理学中，把______能、______能和______能统称为机械能。 例：飞行中的飞机因为它在运动而具有______能，又因为它处于高空而具有______能，一个物体可以既有动能，又有势能， 把这两种能量加在一起，就是它的机械能。 2.动能和势能的转化 （1）滚摆实验： 滚摆下降过程：滚摆速度____，动能____；高度降低，重力势能___。____能转化为____能。 滚摆上升过程：滚摆速度____，动能____；高度升高，重力势能____。____能转化为___能。 现象分析：滚摆每次上升的高度逐渐降低，原因是克服摩擦和空气阻力做功，机械能减少。 （2）单摆实验： 从A点到B点：______能越来越小，______能越来越大，______能转化为______能。 从B点到C点：______能越来越小，______能越来越大，______能转化为______能。 现象分析：单摆每次上升的高度逐渐降低，原因是克服空气阻力做功，机械能减少。 结论：______能和______能可以相互转化。 （3）实验:一个木球以一定的速度v0撞到弹簧片上。 木球压弯弹簧片:球的速度不断______，球的动能不断______，弹簧片形变程度由小变大,弹簧片的弹性势能不断______,______能转化为______能。 弹簧片把木球弹回：球的速度不断______，球的动能不断______，弹簧片形变程度由大变小,弹簧片的弹性势能不断______,______能转化为______能。 现象分析：小球每次移动的距离逐渐减小，原因是克服摩擦和空气阻力做功，机械能减少。 结论：______能和______能可以相互转化。 （4）典型实例分析 ①竖直上抛的小球：上升时______能转化为______能，下落时______能转化为______能。 ②荡秋千过程：从高处到低处_____能转化为____能，从低处到高处_____能转化为_____能。 ③撑杆跳高时，起跳瞬间‌：运动员的动能转化为撑竿的______能；‌上升过程‌：撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和______能；‌下落过程‌：重力势能转化为______能‌。 2. 机械能守恒 物理学家经过大量的实验研究与理论推导，得出了如下规律： 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，但动能和势能的___不变。或者说，机械能是______的。 注：机械能守恒是指忽略摩擦力造成的能量损失，是一种理想化的物理模型。 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_____不变（忽略空气阻力）。所以，铁锁在摆回时，不会打到鼻子。实际在摆动过程中，由于克服空气阻力做功，每次上升的高度逐渐降低，机械能不守恒。 跟踪训练： 1.儿童从滑梯上滑下，在下滑的过程中（ ） A.动能增加，势能减少 B.动能增加，势能增加 C.动能减少，势能增加 D.动能减少，势能减少 2..为缓解旱情,某地多次利用直升机进行人工降雨。直升机在某一高度匀速直线飞行时,不断向空中抛洒“干冰”(固态二氧化碳),此时直升机的动能和重力势能的变化情况是（　　） A．动能不变、机械能不变 B．动能减小、机械能不变 C．动能不变、机械能减小 D．动能减小，机械能减小 3.如图所示,将一支内有弹簧的圆珠笔向下按压,放手后笔会向上弹起一定高度。下列关于该过程中能量变化的叙述,正确的是( ) A.向下按笔的过程中,弹簧的弹性势能减小 B.向下按笔的过程中,笔的重力势能增大 C.笔向上弹起的过程中,笔的动能一直增大 D.笔向上弹起的过程中,笔的重力势能增大 4.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．从高处下落到蹦床被压至最低点时，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 5.2025年4月30日13时08分，神舟十九号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱在进入大气层一段时间后，由于受空气阻力作用会匀速下降，此过程中，动能 ，势能 ，机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 6.如图所示，人造地球卫星绕地球运行过程中，机械能 （选填“守恒”或“不守恒”），卫星从近地点向远地点运动时，速度 ，重力势能 （均选填“增大”“减小”或“不变”）。 2、 水能和风能的利用 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，即水能和风能都是机械能。 1. 水能及其利用 流动的水具有 能，高处的水具有 能，水所具有的机械能统称为 能。我们的祖先让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。到19世纪，人类开始利用水能发电。 修筑拦河坝提高上游水位，一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。 2. 风能及其利用 流动的空气所具有的 能叫做风能。我国古代就开始利用风来驱动帆船航行；风能也可以用来发电，风吹动风车，带动发电机发电。 跟踪训练： 1.据史料记载，筒车（如下图所示）发明于隋而盛于唐，距今已有一千多年的历史。水流冲击筒车下部时，推动筒车转动，筒车获得一定的 ；一部分水进入筒内，随着筒车转动被提升并注入引水槽，此过程中筒内的水的机械能 。 3. 三峡水库修建大坝，提高了水位差。高处的水奔流而下时__ ___转化为_____。（选填“动能”或“重力势能”） 【百炼成钢】 1.下列事例中，动能和势能之间没有相互转化的是（     ） A．拦河大坝提高水位，以冲击水轮机发电 B．拉动弓弦将箭射出 C．利用举高的重锤夯击地面 D．匀速行驶的汽车 2.如图所示，水平桌面上的弹性小球从A点滚动到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。下列说法正确的是（　　） A．小球反弹经过D点时动能为零 B．小球从A点运动到B点的过程中机械能不变 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点时的动能大于经过G点时的动能 3.如图所示的是某次蹦极运动的精彩瞬间。若一名游客绑上安全绳之后从平台上由静止开始下落，则从开始下落至第一次到达最低点的过程中，该游客的（    ） A．动能一直增大 B．重力势能一直减小 C．机械能保持不变 D．机械能一直增大 4.如图所示是撑杆跳高运动员的运动过程，以下说法不正确的是（　　） A．撑杆跳高运动员提杆加速助跑是为了增大自身的动能 B．压弯的撑杆发生了弹性形变，所以具有弹性势能 C．运动员越过横杆后，运动员的重力势能转化为动能 D．整个过程中运动员的机械能不变 5.如图是某高铁车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度。从能量利用的角度看，这种设计的优点是：机车进站时的部分动能转化为__ ____，减少因刹车损耗的机械能；机车出站时储存的能量又转化为动能，______（选填“能”或“不能”）起到节能的作用。 6.掷实心球是中考体育抽测项目之一，如图是某同学投掷实心球的场景，若不计空气阻力，在上升过程中，实心球的重力势能________，在下降过程中，实心球的动能________；从抛出到落地的过程中，实心球的机械能总量_______（以上三空均选填“增大”、“不变”或“减小”） 7.如图所示，将弹簧、小车置于水平木板面上，被压缩后的弹簧将小车弹出，这一过程中，弹簧的弹性势能转化为小车的 能。实验表明，弹簧被压缩得越短，小车被弹开的距离越远，这说明，弹簧的弹性形变越大，弹性势能越 。小车在水平木板上运动时，所受重力对小车 （选填“做功”或“不做功”）。 8.甲、乙是两个重均为2.7N且完全相同的排球。如图所示，排球在同一高度时，以相同的速度分别向下、向上飞行，此时空气阻力大小为0.5N，则甲排球受到的合力是__2.2___N；落地前的运动过程中，乙球的机械能__________（填“增大”“不变”“减小”），两球刚到地面时的速度v甲______v乙（填“＞”“＜”“＝”）。 学科网（北京）股份有限公司 $