11.4 课时2 机械能及其转化 导学案 2026-2027学年物理沪粤版九年级上册

该初中物理导学案围绕“机械能及其转化”展开，核心知识点涵盖机械能概念、动能与势能转化、守恒条件及应用。课前通过KWL预习法回顾动能、势能知识，课堂以滚摆、单摆实验为支架，结合记录表和归纳表构建新旧知识联系。 特色在于以科学探究为核心，通过实验观察、对比归纳培养科学思维，结合蹦极、跳高生活实例设计习题强化能量观念。自我评价表助力学生反思，实现物理观念、科学思维与科学探究的融合，提升学习效率与素养。

11.4 课时2 机械能及其转化 学案 班级：________ 姓名：________ 日期：________ 一、学习目标 1. 理解机械能的概念，知道机械能是动能、重力势能和弹性势能的总和。 2. 通过实例认识动能和势能可以相互转化，能解释动能和重力势能、动能和弹性势能相互转化的现象。 3. 了解机械能守恒的条件，知道只有动能和势能相互转化时机械能守恒，有摩擦等阻力时机械能会减少。 4. 了解人类对水能和风能的利用，知道水能发电和风能发电是将机械能转化为电能的过程。 二、课前预习（KWL预习法） K —— 我已经知道什么？（What I Know） 请回顾之前学过的知识，写出你已经知道的关于动能和势能的知识： （1）物体由于运动而具有的能叫做________能，它的大小与________和________有关。________ （2）物体由于被举高而具有的能叫做________能，它的大小与________和________有关。________ （3）物体由于发生弹性形变而具有的能叫做________能，它的大小与________有关。________ （4）根据你的生活经验，你认为动能和势能之间可以相互转化吗？________（可以/不可以）________ （5）你知道哪些利用水能或风能的实例？请写出至少一个：________________________________________ （6）你还知道哪些关于机械能的生活实例？请写在下面横线上。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ W —— 我想知道什么？（What I Want to know） 请写出你想通过本节课学习了解的问题（至少3个）： 1. ________________________________________________________________________ 2. ________________________________________________________________________ 3. ________________________________________________________________________ L —— 我学到了什么？（What I Learned） （课堂学习结束后填写，请见【课堂小结】部分） 预习中我最想了解的问题是：________________________________________ 三、课堂探究 探究一：机械能及其转化 （一）机械能的概念 1. 在物理学中，________、________和________统称为机械能。________ 2. 一个物体的机械能总量等于________与________之和。________ 3. 飞行中的飞机因为它在________而具有动能，又因为它处于________而具有重力势能，两个加在一起就得到总的机械能。________ 图1 飞行中的飞机——同时具有动能和重力势能 （二）实验记录表：滚摆实验和单摆实验 请根据课堂实验观察和分析，填写下表： 滚摆和单摆实验观察记录表 实验 运动阶段 高度变化 速度变化 重力势能变化 动能变化 能量转化 滚摆 下降 ________ ________ ________ ________ ________→________ 滚摆 上升 ________ ________ ________ ________ ________→________ 单摆 最高点→最低点 ________ ________ ________ ________ ________→________ 单摆 最低点→最高点 ________ ________ ________ ________ ________→________ 图2 滚摆实验（图甲）和单摆实验（图乙） 4. 滚摆在最低点时，转速最________，动能最________，重力势能最________。________ 5. 滚摆在最高点时，转速最________，动能最________，重力势能最________。________ 6. 单摆在最高点时，速度为________，动能为________，重力势能最________。________ 7. 单摆在最低点时，速度最________，动能最________，重力势能最________。________ 8. 滚摆和单摆实验共同说明：动能和________可以相互________。________ （三）对比归纳表：动能和势能转化实例 请根据课堂所学，完成下表： 动能和势能转化实例对比归纳表 实例 能量转化方向 判断依据 苹果从树上落下 ________能转化为________能 高度________，速度________ 篮球被抛向空中（上升） ________能转化为________能 高度________，速度________ 弯弓射箭（松手后） ________能转化为________能 弓恢复原状，箭获得________ 蹦床运动（运动员下落压床） ________能转化为________能 蹦床发生________形变 蹦床运动（运动员被弹起） ________能转化为________能 蹦床恢复原状，运动员________ 卫星远地点→近地点 ________能转化为________能 高度________，速度________ 卫星近地点→远地点 ________能转化为________能 高度________，速度________ 图3 苹果从树上落下——重力势能转化为动能 图4 篮球被抛向空中——动能转化为重力势能 图5 弯弓射箭——弹性势能转化为动能 图6 蹦床运动——动能和弹性势能相互转化 （四）机械能守恒的条件 9. 在只有________和________相互转化时（没有________等阻力），机械能守恒。________ 10. 有摩擦等阻力时，在动能和势能的相互转化中，________会减少，转化为________能。________ 11. 铁球摆回实验中，由于存在________，铁球的________减少，所以铁球摆回时不会打到下巴。________ 图8 铁球摆回实验——空气阻力导致机械能减少 （五）解题脚手架：机械能转化分析 请运用机械能转化的知识，分析以下情境，完成填空： 分析步骤提示：①判断物体质量、速度、高度、弹性形变的变化；②由变化推知动能、重力势能、弹性势能的变化；③确定能量转化方向。 12. 过山车从高处冲下：高度________，重力势能________；速度________，动能________。________能转化为________能。________ 13. 荡秋千从最高点荡到最低点：高度________，重力势能________；速度________，动能________。________能转化为________能。________ 14. 弹簧门被推开后自动关闭：弹簧的________能转化为门的________能。________ 15. 判断：在光滑斜面上下滑的物体，机械能________（守恒/不守恒）；在粗糙斜面上下滑的物体，机械能________（守恒/不守恒）。________ 探究二：机械能的应用 （一）水能的利用 16. 早在1900多年前，我们的祖先制造了________，用来汲水、磨粉、碾谷。________ 17. 水能发电站通过________带动发电机，将水的________能转化为________能。________ 18. 一定量的水，上、下水位差越________，水的重力势能越________，能发出的电就越________。________ 19. 水能发电的能量转化过程：水的________能→水的________能→水轮机的________能→________能。________ 图9 潮涨潮汐——海水的机械能 图10 江河奔流——流水的机械能 图11 三峡水电站——将水的机械能转化为电能 （二）风能的利用 20. 我国早在________多年前就开始利用风来驱动帆船航行，至少________多年前已开始利用风来推动风车做功。________ 21. 立轴式大风车是中国古代一项杰出的发明，主要用来带动龙骨水车等提取海水________或提水________水田。________ 22. 风力发电机将________的机械能转化为________能。多个风力发电机组成"________"，连在一起供电。________ 23. 风力发电的能量转化过程：风的________能→叶片的________能→________能。________ 图12 微风拂面——风的机械能 图13 狂风劲吹——风的机械能 图14 风力发电机——将风的机械能转化为电能 四、课堂练习 练习1（选择题） 图15 蹦极运动 如图所示为某次蹦极运动的精彩瞬间，若一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，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 你的答案：________________ 你的简要分析：________________________________________________________________________ 练习2（选择题） 图16 跳高运动员 2023年7月28日，第31届世界大学生夏季运动会在成都隆重开幕。如图是我国运动健儿在跳高比赛中的场景。关于跳高运动员的能量，下列结论正确的是（　　） A. 助跑过程中，动能保持不变 B. 助跑过程中，机械能总量保持不变 C. 起跳后的上升过程中，重力势能增大 D. 越过横杆后的下降过程中，动能保持不变 你的答案：________________ 你的简要分析：________________________________________________________________________ 练习3（选择题） 图17 荡秋千 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，重力势能减少 你的答案：________________ 你的简要分析：________________________________________________________________________ 练习4（填空题） 图18 空中加油机 如图所示，我国最先进的运20空中加油机正在以大小不变的速度给匀速水平飞行的战斗机加油。在加油的过程中，战斗机的动能_______，重力势能______，加油机的机械能_______。（均选填"增大""减小"或"不变"） 你的答案：战斗机的动能________，重力势能________，加油机的机械能________。________________________ 你的简要分析：________________________________________________________________________ 五、课堂小结（自我评价） L —— 我学到了什么？（What I Learned） 请根据本节课所学内容，完成以下知识梳理： 1. 机械能是________、________和________的总称。________ 2. 动能和重力势能可以相互转化：物体从高处向低处运动时，________能转化为________能；物体从低处向高处运动时，________能转化为________能。________ 3. 动能和弹性势能可以相互转化：弯弓射箭中，弓的________能转化为箭的________能；蹦床运动中，运动员的________能转化为蹦床的________能，再转化为运动员的________能。________ 4. 机械能守恒的条件：只有________和________相互转化时，没有________等阻力。________ 5. 有摩擦等阻力时，机械能会________，转化为________能。________ 6. 水能发电的能量转化：水的________能→水的________能→水轮机的________能→________能。________ 7. 风力发电的能量转化：风的________能→叶片的________能→________能。________ 8. 水位差越________，水的重力势能越________，能发出的电越________。________ 自我评价表 请在对应的方格中打[√]： 评价项目 完全掌握 基本掌握 还需努力 机械能的概念（动能+重力势能+弹性势能） 滚摆实验中的能量转化分析 单摆实验中的能量转化分析 动能和重力势能的相互转化实例 动能和弹性势能的相互转化实例 卫星近远地点能量转化 机械能守恒条件 铁球摆回实验的解释 水能的利用（古代水轮/水电站） 风能的利用（古代风车/风力发电） 本节课我最大的收获是：________________________________________________________________________ 我还不太理解的内容是：________________________________________________________________________ 我最感兴趣的知识点是：________________________________________________________________________ 六、课后作业 1. 完成教材课后练习题。 2. 列举生活中5个动能和重力势能相互转化的实例，并说明每个实例中能量转化的方向。 3. 列举生活中3个动能和弹性势能相互转化的实例，并说明能量转化过程。 4. 思考：为什么三峡水电站要建在长江三峡段？请从机械能转化的角度加以解释。 5. 查阅资料，了解我国风力发电的发展现状，写一段100字左右的介绍。 【参考答案】 二、课前预习（KWL预习法） K —— 我已经知道什么？ （1）动、质量、速度 （2）重力势、质量、高度 （3）弹性势、弹性形变的程度 （4）可以（合理即可） （5）（开放性答案，如：三峡水电站、风力发电、水车磨面等，合理即可） （6）（开放性答案，合理即可。如：过山车、荡秋千、投掷铅球等） 三、课堂探究 探究一：机械能及其转化 （一）机械能的概念 1. 动能、重力势能、弹性势能 2. 动能、势能 3. 运动、高空 （二）实验记录表：滚摆实验和单摆实验 滚摆下降：降低、增大、减小、增大、重力势能→动能 滚摆上升：升高、减小、增大、减小、动能→重力势能 单摆最高点→最低点：降低、增大、减小、增大、重力势能→动能 单摆最低点→最高点：升高、减小、增大、减小、动能→重力势能 4. 快（大）、大、小 5. 慢（小）、小、大 6. 零、零、大 7. 大、大、小 8. 重力势能、转化 （三）对比归纳表：动能和势能转化实例 苹果下落：重力势能→动能、降低、增大 篮球上抛：动能→重力势能、升高、减小 弯弓射箭：弹性势能→动能、速度 蹦床下压：动能→弹性势能、弹性 蹦床弹起：弹性势能→动能、向上运动 卫星远地点→近地点：重力势能→动能、减小、增大 卫星近地点→远地点：动能→重力势能、增大、减小 （四）机械能守恒的条件 9. 动能、势能、摩擦 10. 机械能、内 11. 空气阻力、机械能 （五）解题脚手架：机械能转化分析 12. 降低、减小、增大、增大、重力势、动 13. 降低、减小、增大、增大、重力势、动 14. 弹性势、动 15. 守恒、不守恒 探究二：机械能的应用 （一）水能的利用 16. 木质水轮 17. 水轮机、机械、电 18. 大、大、多 19. 重力势、动、机械（动）、电 （二）风能的利用 20. 2000、1700 21. 制盐、灌溉 22. 风、电、风车田 23. 动、机械（动）、电 四、课堂练习 练习1：B 解析：A错误——游客从下落到最低点，速度先增大后减小（安全绳拉直后减速），动能先增大后减小；B正确——高度一直减小，重力势能一直减小；C错误——有空气阻力，机械能不守恒，会减少；D错误——机械能减少而不是增大。 练习2：C 解析：A错误——助跑过程中运动员加速，动能增大；B错误——助跑过程中动能增大，机械能总量增大；C正确——起跳上升过程中，高度增大，重力势能增大（动能转化为重力势能）；D错误——下降过程中，高度减小，速度增大，重力势能转化为动能，动能增大。 练习3：D 解析：A错误——最低点时高度最低，重力势能最小但不一定为零，同时动能最大，并非"只有动能"；B错误——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，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，动能增大，重力势能减少。 练习4：增大、增大、减小 解析：战斗机在加油过程中质量不断增大，速度和高度不变，所以动能增大（质量增大、速度不变），重力势能增大（质量增大、高度不变）。加油机在加油过程中质量不断减小，速度和高度不变，所以动能减小、重力势能减小，机械能减小。 五、课堂小结（自我评价） 1. 动能、重力势能、弹性势能 2. 重力势、动、动、重力势 3. 弹性势、动、动、弹性势、动 4. 动能、势能、摩擦 5. 减少、内 6. 重力势、动、机械（动）、电 7. 动、机械（动）、电 8. 大、大、多 学科网（北京）股份有限公司 $