10.1 机械能 学案 2026-2027学年北师大版九年级全一册物理

该初中物理学案聚焦机械能核心知识点，涵盖能量概念、动能与势能（重力势能、弹性势能）及其转化规律。通过高空抛物情境导入引发思考，以课前导学铺垫、课堂探究中填空与实验设计为支架，帮助学生从能量定义逐步过渡到影响动能和势能的因素，再到机械能转化的脉络构建。 该资料突出科学探究与科学思维，实验设计采用控制变量法和转换法分析动能、势能影响因素，结合实例分析能量转化培养能量观念。融入安全警示与《天工开物》水碓拓展，渗透科学态度与责任。习题分层设计，课堂练习与变式训练结合，助力学生巩固知识，提升应用能力。

10.1 机械能 学案 班级________ 姓名________ 学号________ 一、学习目标 1. 知道能量与做功的关系，知道能量的单位。 2. 知道动能和势能的概念，了解动能、重力势能的大小跟哪些因素有关。 3. 知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 4. 通过分析实例知道动能和势能之间可以相互转化，知道机械能是守恒的。 二、课前导学 【情境思考】高空抛物为何有如此威力？一个小小的物品从高楼落下，竟然能造成严重的伤害。请结合生活经验思考： (1) 物体从高处落下时，它的破坏力与什么因素有关？ (2) 你认为物体在什么情况下具有能量？ 三、课堂探究 知识点一：能量与动能 1. 能量 【填空】 (1) 定义：物体能够________，表示这个物体具有能量，用符号________表示。 (2) 一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量就________。 (3) 单位：________，简称________，符号________。 功与能的关系 1. 有能不一定做功；做功一定有能。 2. 一个物体能够做的功越多，它具有的能越大。 【易错提示】 有能量的物体不一定正在做功。例如静止在高处的物体具有重力势能（具有能量），但此刻并没有对外做功。 2. 动能 【填空】 定义：物体由于________而具有的能，叫做动能。________运动的物体都具有动能。 3. 探究影响动能大小的因素 【提出问题】动能的大小与哪些因素有关？ 【猜想】动能大小可能与________、________有关。 【实验方法】________法、________法。 【实验设计】让钢球A在斜面上滚下，观察钢球A在水平面上撞击木块B的运动距离。木块B被撞得越远，A对B做的功就________，A的动能就越________。（________法） 【实验一】研究动能大小可能与速度有关。 操作：________钢球A（________相同）从________高度由静止释放滚下。 现象：钢球从高处滚下，高度越________，速度越________，木块被撞得越________。 结论：质量相同时，速度越________，动能越________。 【实验二】研究动能大小可能与质量有关。 操作：改变钢球________，使钢球在________高度由静止开始滚下。 现象：速度相同时，质量越________的钢球将木块撞得越________。 结论：速度相同时，质量越________，动能越________。 实验结论 动能与物体的质量和运动速度有关： 1. 质量相同的物体，速度越大，动能越大。 2. 速度相同的物体，质量越大，动能也越大。 【思考】质量和速度相比，哪个对动能影响更大？ 答：_______________________________________________________________________ 一些运动物体的动能 知识点二：势能 1. 重力势能 【填空】 定义：物体由于受到________并处在一定________时所具有的能，叫做重力势能。 2. 探究影响重力势能大小的因素 【猜想】重力势能大小可能与________、________有关。 【实验方法】________法、________法。 【实验过程】 (1) 探究重力势能与________的关系（控制________不变，改变________）； (2) 探究重力势能与________的关系（控制________不变，改变________）。 实验结论 物体重力势能与质量和被举高的高度有关： (1) 高度一定，质量越大，重力势能越大； (2) 质量一定，被举得越高，重力势能越大。 【安全警示】 高空坠物非常危险，处于高空的物体具有很大的能量。在建筑工地等场所，必须佩戴安全帽，注意当心吊物、当心落物。 3. 弹性势能 【填空】 (1) 定义：物体由于发生________而具有的能，叫做弹性势能。 (2) 影响因素：________、________。 【总结】________和________统称为势能。 知识点三：机械能及其转化 1. 机械能 【填空】 (1) ________、________和________统称为机械能。 (2) 公式： 即：机械能 = ________ + ________。物体既可以有动能，也可以有势能。 2. 动能和势能的相互转化 【分析填空】请写出下列实例中的能量转化： (1) 苹果从树上落下：________能转化为________能。 (2) 篮球被抛向空中：________能转化为________能。 (3) 弯弓射箭：________能转化为________能。 (4) 蹦床运动（下压时）：________能转化为________能。 3. 实验演示 【观察与分析】 (1) 观察滚摆的运动：滚摆下降时，________能减小，________能增大；上升时，________能减小，________能增大。 (2) 分析小球在摆动过程中动能和势能的相互转化：小球从最高点向最低点运动时，________能转化为________能；从最低点向最高点运动时，________能转化为________能。 小结 1. 动能和势能能够相互转化。 2. 机械能守恒：当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。 4. 拓展：水碓 【阅读与分析】《天工开物》中记载了水碓，请分析其能量转化过程： 水碓（出自《天工开物》） (1) 水流带动石锤抬起，水的________能转化为石锤的________能； (2) 石锤落下，石锤的________能转化为石锤的________能； (3) 石锤对下面的米做功，石锤的________能转化为米的________能。 四、课堂练习 练习1 在空中盘旋的老鹰和刚出枪口的子弹，关于它们所具有的动能大小的说法正确的是（ ） A. 老鹰的动能一定大于子弹的动能 B. 子弹的动能一定大于老鹰的动能 C. 老鹰的动能不可能等于子弹的动能 D. 子弹的动能可能会大于老鹰的动能 练习2 无人机在林场上空某一高度喷洒农药时，水平匀速飞行。关于无人机的动能和势能变化（ ） A. 动能减小，势能减小 B. 动能减小，势能增大 C. 动能增大，势能减小 D. 动能不变，势能不变 练习3 很多同学都玩过荡秋千，下列说法正确的是（ ） A. 秋千荡到最低点时只有动能 B. 秋千荡到最高点时有重力势能和动能 C. 从最低点荡到最高点的过程中重力势能转化为动能 D. 从最高点荡到最低点的过程中动能增大，重力势能减小 五、变式训练 变式1 关于动能、重力势能和弹性势能，下列说法正确的是（ ） A. 静止在地面上的物体没有能量 B. 物体速度越大，动能一定越大 C. 弹簧被压缩得越短，弹性势能越大 D. 质量越大的物体重力势能一定越大 变式2 一辆汽车沿斜坡匀速下滑，在此过程中汽车的（ ） A. 动能不变，重力势能减小 B. 动能增大，重力势能减小 C. 动能减小，重力势能减小 D. 动能不变，重力势能不变 变式3 如图所示，将一个小球从a点竖直向上抛出，不计空气阻力，小球在上升过程中（ ） A. 动能增大，重力势能减小 B. 动能减小，重力势能增大 C. 动能不变，机械能增大 D. 动能减小，机械能减小 六、本节小结 物理概念 要点归纳 能量 物体能够对外做功 -> 具有能量。单位：焦耳(J) 动能 物体由于运动而具有的能。影响因素：质量、速度 重力势能 受重力并处在一定高度所具有的能。影响因素：质量、高度 弹性势能 发生弹性形变而具有的能。影响因素：形变程度、材料 势能 重力势能和弹性势能统称为势能 机械能 动能+势能=机械能。动能与势能可相互转化，机械能守恒 参考答案 课堂练习答案 练习1 1. 在空中盘旋的老鹰和刚出枪口的子弹，关于它们所具有的动能大小的说法正确的是 A. 老鹰的动能一定大于子弹的动能 B. 子弹的动能一定大于老鹰的动能 C. 老鹰的动能不可能等于子弹的动能 D. 子弹的动能可能会大于老鹰的动能 [答案] D [解析] 动能的大小与质量和速度有关。老鹰的质量大但速度小，子弹的质量小但速度极大。由于动能同时受质量和速度两个因素影响，不能简单地认为质量大的物体动能就大或速度大的物体动能就大。子弹速度极大，其动能可能会大于老鹰的动能。A、B说法过于绝对，C也是错误的，因为存在某种情况下两者动能可能相等。故选D。 练习2 2. 无人机在林场上空某一高度喷洒农药时，水平匀速飞行。关于无人机的动能和势能变化 A. 动能减小，势能减小 B. 动能减小，势能增大 C. 动能增大，势能减小 D. 动能不变，势能不变 [答案] A [解析] 无人机水平匀速飞行，速度不变，但其质量在不断减小（喷洒农药），因此动能减小。同时高度不变但质量减小，重力势能也减小。故选A。此题的关键是注意喷洒农药导致无人机总质量减小这一隐含条件。 练习3 3. 很多同学都玩过荡秋千，下列说法正确的是 A. 秋千荡到最低点时只有动能 B. 秋千荡到最高点时有重力势能和动能 C. 从最低点荡到最高点的过程中重力势能转化为动能 D. 从最高点荡到最低点的过程中动能增大，重力势能减小 [答案] D [解析] A错误，秋千在最低点时高度不为零（仍在地面以上），所以仍有重力势能，此时重力势能最小、动能最大。B错误，秋千在最高点时速度为零，动能为零，只有重力势能。C错误，从最低点到最高点，高度增大、速度减小，是动能转化为重力势能。D正确，从最高点到最低点，高度减小、速度增大，重力势能减小、动能增大，重力势能转化为动能。故选D。 变式训练答案 变式1 1. 关于动能、重力势能和弹性势能，下列说法正确的是 A. 静止在地面上的物体没有能量 B. 物体速度越大，动能一定越大 C. 弹簧被压缩得越短，弹性势能越大 D. 质量越大的物体重力势能一定越大 [答案] C [解析] A错误，静止在地面上的物体虽然动能为零，但如果发生了弹性形变则具有弹性势能。B错误，动能还与质量有关，仅速度大不能确定动能一定大。C正确，弹性势能与形变程度有关，弹簧被压缩得越短（形变越大），弹性势能越大。D错误，重力势能还与高度有关，质量大但高度为零则重力势能为零。故选C。 变式2 2. 一辆汽车沿斜坡匀速下滑，在此过程中汽车的 A. 动能不变，重力势能减小 B. 动能增大，重力势能减小 C. 动能减小，重力势能减小 D. 动能不变，重力势能不变 [答案] A [解析] 汽车匀速下滑，速度不变，质量不变，所以动能不变。高度降低，质量不变，所以重力势能减小。故选A。注意匀速是关键词，意味着速度不变，动能不变。 变式3 3. 将一个小球从a点竖直向上抛出，不计空气阻力，小球在上升过程中 A. 动能增大，重力势能减小 B. 动能减小，重力势能增大 C. 动能不变，机械能增大 D. 动能减小，机械能减小 [答案] B [解析] 小球上升过程中，速度逐渐减小，动能减小；高度逐渐增大，重力势能增大。不计空气阻力时，只有动能和重力势能相互转化，机械能守恒（总量不变）。故选B。A方向反了，C说动能不变错误，D说机械能减小错误（不计阻力时机械能守恒）。 课堂探究填空答案 知识点一 能量与动能 1. 能量：(1) 对外做功；E (2) 越大 (3) 焦耳；焦；J 2. 动能：运动；一切 3. 探究实验： 猜想：速度；质量 实验方法：控制变量；转换 实验设计：越多；大；转换 实验一：同一；质量；不同；高；大；远；大；大 实验二：质量；同一；大；远；大；大 思考：速度对动能影响更大（速度的平方与动能成正比） 知识点二 势能 1. 重力势能：重力；高度 2. 探究实验： 猜想：质量；高度 实验方法：控制变量；转换 (1) 质量；高度；质量 (2) 高度；质量；高度 3. 弹性势能：(1) 弹性形变 (2) 形变程度；材料 总结：重力势能；弹性势能 知识点三 机械能及其转化 1. 机械能：(1) 动能；重力势能；弹性势能 (2) 动能；势能 2. 能量转化： (1) 重力势；动 (2) 动；重力势 (3) 弹性势；动 (4) 动；弹性势 3. 实验演示： (1) 重力势；动；动；重力势 (2) 重力势；动；动；重力势 4. 水碓： (1) 动；重力势 (2) 重力势；动 (3) 动；内 学科网（北京）股份有限公司 $