10.1 机械能（教学课件）物理新教材北师大版九年级全一册

该初中物理课件围绕“机械能”展开，涵盖动能、势能（重力势能、弹性势能）及机械能转化与守恒等核心知识点。课堂导入通过游乐园过山车、跳楼机的能量问题引发兴趣，以能量概念为起点，经实验探究动能（质量、速度影响）、势能（质量、高度及弹性形变影响），最终落脚于机械能转化规律，辅以典例分析和课堂练习构建完整学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，动能实验用控制变量法和转换法（通过木盒移动距离反映动能），重力势能实验观察沙坑下陷深度，培养科学思维。结合机动车限速、高空抛物等实例强化科学态度与责任，课堂小结结构化梳理知识要点。学生能提升探究能力和解决实际问题的能力，教师可获得系统教学资源，提高教学效率。

（本课件包含PPT67张；图片：56张；动图：23个；教学视频：8个） 物理九年级全一册 •北师大版 第1节 机械能 第十章 机械能、内能及其转化 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 知道动能、势能和机械能的概念；掌握动能、势能的影响因素；理解动能和势能可以相互转化，知道机械能守恒的条件。 02 科学思维 通过实验，培养逻辑推理与归纳能力；从动能势能转化实例中，提升分析物理过程的能力。 03 科学探究 经历探究动能、重力势能影响因素的实验，提升观察、操作与分析能力；通过交流讨论动能势能转化实例，提高归纳总结能力。 04 科学态度与责任 养成实事求是的实验态度，认识机械能知识在生活和古代科技中的应用价值，增强对物理的探索兴趣。 教学重难点 教学难点 教学重点 通过实验观察，理解影响动能大小的因素和影响势能大小的因素。 分析动能和势能相互转化过程及理解机械能守恒。 课堂引入 在游乐园里，过山车从最高点俯冲而下时，速度越来越快；而跳楼机从高空坠落时，会让人感受到强烈的冲击力。这些惊险刺激的游乐设施背后，都隐藏着怎样的能量秘密？ 本节课我们将一起来探究这个问题！ 知识点1 动能 知识点1：动能 流动的空气可推动帆船前进而做功；高处的桩锤下落可冲击桩头而做功；张开的弓可使箭射出而做功。 1.能量： （1）概念：物理学中，如果一个物体能够对其他物体做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。 知识点1：动能 1.能量： （2）能量的实质： 物体做功的过程就是能的转化过程。 物体做的功越多，说明某种能转化为别的形式的能就越多，就表示这个物体的能量越大。即能是表示物体做功本领的物理量。 （3）能量的单位： 能与功的单位相同，都是焦耳（J）。 知识点1：动能 看一看 想一想：运动的物体是否具有能？ 分析以下事例，看看运动的物体能否做功。 台风刮跑物体 行驶的汽车 火箭升空 现象分析：台风、汽车、火箭都在运动，都能够做功，所以具有能量。 探究发现：运动的物体具有能量。 知识点1：动能 2.动能： 物体由于运动而具有的能量叫做动能。 物体的动能越大，它能对其他物体做的功就越多。 一切运动的物体都具有动能。 例如，空中飞行的飞机、地上行驶的汽车、流动的河水等。 知识点1：动能 运动的水，都具有动能，但做功情况为什么不同？ 那么动能的大小与哪些因素有关呢？ 知识点1：动能 3.实验：探究影响动能大小的因素 （1）猜想与假设： 动能大小可能与物体的运动速度有关。理由 ； 动能大小可能与物体的质量有关。理由 。 你还有其它猜想吗？ （2）实验器材： 两个不同质量的钢球、斜面、小木盒等。 知识点1：动能 3.实验：探究影响动能大小的因素 （3）实验方法： ①转换法：通过小木盒被撞击后移动的距离反映钢球动能大小。 ②控制变量法： 在研究动能与速度的关系时，控制钢球质量不变； 在研究动能与质量的关系时，控制钢球速度不变。 ③如何控制小球的速度相同或不同？ 让钢球从斜面上相同高度或不同高度静止滚下。 知识点1：动能 3.实验：探究影响动能大小的因素 （4）实验过程： 探究一：探究动能大小与速度的关系。 操作：让同一小球沿从斜面上不同高度由静止释放,观察并比较小球到达水平面时的速度以及小木盒被推动的距离。 知识点1：动能 3.实验：探究影响动能大小的因素 （4）实验过程： 探究一：探究动能大小与速度的关系。 分析论证：在质量相同时，钢球下落的高度越高，钢球达到斜面底端的速度越大，小木盒被撞击滑行的距离越远。 实验结论：钢球动能与速度有关，质量相同时，速度越大，动能越大。 知识点1：动能 知识点1：动能 3.实验：探究影响动能大小的因素 （4）实验过程： 探究二：探究动能大小与质量的关系。 操作：让质量不同的小球沿从斜面上 相同高度由静止释放,观察并比较小球到 达水平面时的速度以及小木盒被推动的 距离。 知识点1：动能 3.实验：探究影响动能大小的因素 （4）实验过程： 探究二：探究动能大小与质量的关系。 分析论证：不同钢球从同一高度滚下， 达到斜面底端时的速度相同，钢球质量越 大，小木盒被撞击滑行的距离越远。 实验结论：钢球的动能与质量有关，速 度相同时，质量越大，动能越大。 知识点1：动能 知识点1：动能 3.实验：探究影响动能大小的因素 （4）实验结论： 大量实验研究表明： 物体的动能与物体的质量和速度有关。质量相同时，速度越大的物体具有的动能越大。速度相同时，质量越大的物体具有的动能越大。 知识点1：动能 知识点1：动能 4.一些物体的动能大小： 交流讨论： （1）为什么要对机动车的行驶速度进行限制？ 质量一定时，物体速度越大,动能就大,出事故时更严重。 （2）在同样的道路上，为什么不同车型的限制车速不一样？ 大客车及货车质量大，动能就大，所以限速要比小汽车的低。 典例分析 例1 下列关于功和能的关系的说法中，正确的是（　　） A．一个物体没有做功，它一定不具有能量 B．一个物体能够做的功越多，其动能一定越大 C．一个物体具有能量，说明它正在做功 D．一个物体能够做功，说明它具有能量。 【答案】D 【解析】A．一个物体没有做功，可能具有能量，例如：静止在高处的苹果具有重力势能，故A错误；   B．物体能够做功，表示这个物体具有能量，能够做功越多，说明该物体具有的能量就越大，并不一定是动能越大，也有可能是重力势能，或其他形式的能，故B错误；   C．一个物体具有能量，说明它具有做功本领，但物体不一定做功，故C错误；   D．一个物体能够做功，具有做功的本领，说明它一定具有能，故D正确。  故选D。 典例分析 例2 如图所示，农民赶着牛拉着铧犁在田里劳动，它们以相同速度向前行进，则其动能（　　） A．农民最大 B．铧犁最大 C．牛最大 D．一样大 【答案】C 【解析】动能的大小和物体的质量以及物体的速度有关，由于农民赶着牛拉着铧犁在田里劳动，它们以相同速度向前行进，即三者速度大小相等，但由于牛的质量最大，所以，牛的动能最大，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 典例分析 例3 在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中。让同一小车从斜面的不同高度由静止释放，撞击斜面底端的木块，比较木块移动的距离，这是为了探究 对动能的影响；实验中若 木块质量较大，可能会导致 ，为了解决此问题，从实验操作方面提出一种改进的方 法 。如图是某同学实验时的情景，请指出他操作中的错误是 。 【答案】 速度 实验现象不明显 增大小车下滑的高度 没有控制木块的位置相同 【详解】[1]让同一小车从斜面的不同高度由静止释放，小车到达水平面时的初速度不同，所以探究的是速度对动能的影响。 [2]若木块的质量较大，对水平面的压力较大，滑动摩擦力较大，木块在水平面上移动的距离较小，实验现象不明显。 [3]为了解决此问题，可以让小车从更高的位置滑下或者增大小车的质量，使小车具有更大的动能，增大小车对木块做的功，使木块获得更大的机械能，延长在水平面上移动的距离；也可以通过减小水平面的粗糙程度，减小木块与水平面间的摩擦力，从而延长在木块水平面上移动的距离。 [4]由图可知，两图中木块的位置不同，没有控制变量，所以操作错误之处是：没有控制木块的位置相同。 知识点2 势能 知识点2：势能 看一看 想一想：夯式打桩机的重锤由高处落下时能将下面放置的物体打入地里;高空坠物会对地面的车辆造成损害，长江三峡大坝使上游的水位比下游高出一百多米，从高处流下的江水可以冲击水轮机发电。 归纳总结： 重锤、高空坠物和江水都做功，都具有能量。 知识点2：势能 1.重力势能： 物体由于处于一定的高度所具有的能叫做重力势能。 物体的重力势能越大，它能对其他物体做的功就越多。 在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时，都具有重力势能。例如，空中的飞机、小鸟；教室内的电灯、电扇等。 山顶的巨石 举高的重锤 知识点2：势能 2.实验：探究影响重力势能大小的因素 （1）猜想与假设： 重力势能大小可能与物体的运动速度有关。理由 ； 重力势能大小可能与物体的质量有关。理由 。 你还有其它猜想吗？ （2）实验器材： 两个不同质量的物体、细沙、小桌等。 知识点2：势能 2.实验：探究影响重力势能大小的因素 （3）设计实验： 探究一：探究重力势能的大小与高度的关系 让同一物体分别从不同的高度由静止下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 知识点2：势能 2.实验：探究影响重力势能大小的因素 现象：同一物体从不同高度的位置下落时，桌腿在沙坑下陷的深度不同；高度越高，桌腿在沙坑下陷的深度越大。 结论：质量相等的物体，位置越高，重力势能越大。 知识点2：势能 2.实验：探究影响重力势能大小的因素 （3）设计实验： 探究二：探究重力势能的大小与质量的关系 让质量不同的物体分别从同一高度由静止下落，观察桌腿在沙坑下陷的深度。 知识点2：势能 2.实验：探究影响重力势能大小的因素 现象：质量不同的物体从同一高度下落时，质量越大，桌腿在沙坑下陷的深度越大。 结论：高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。 知识点2：势能 2.实验：探究影响重力势能大小的因素 （4）实验结论： 大量实验研究表明： 物体的重力势能与物体的质量和它所在位置的高度有关。质量相同时，越高的物体具有的重力势能越大。高度相同时，质量越大的物体具有的重力势能越大。 知识点2：势能 2.实验：探究影响重力势能大小的因素 （5）学以致用： 想一想：小小的鸡蛋为什么能够把人击伤？为什么严禁高空抛物？在建筑工地上，为什么要挂起这些安全警示牌？ 知识点2：势能 看一看 想一想：运动员在参加射箭比赛时，拉弯的弓为什么能将箭射出？蹦床比赛中，运动员为什么可以 “跳” 这么高？ 归纳总结： 发生弹性形变的物体能对其他物体做功，表明它具有能量。 知识点2：势能 3.弹性势能： （1）概念：物体因发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。 （2）影响弹性势能的因素： 在射箭时，弓张得越满，放手后，箭就射得越远；玩弹弓时，橡皮筋的弹性形变越大，“子弹”被弹射得越远。 这表明，物体的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大；另外弹性势能大小还与物体的材料有关 知识点2：势能 4.势能： （1）概念： 人们将重力势能、弹性势能这类能统称为势能。 （2）单位： 动能、势能等各种能的单位与功的单位相同。在国际单位制中，功的单位是焦（J），能的单位也是焦（J）。 知识点2：势能 典例分析 例1 近年来高空抛物造成伤人事故较多，如图所示，从物理的角 度分析可知：停在高空中的物体具有 ，下落到地面上的物 体 （填“能”或“不能”）做功。    【答案】 重力势能 能 【详解】[1][2]停在高空中的物体，由于被举高而具有重力势能；下落时，重力势能会转化为动能，对地面上的物体能做功，从而造成伤害。 典例分析 例2 下列物体中不具有弹性势能的是（　　） A．形变的蹦床 B．拉开的弓 C．压弯的撑杆 D．自然长度的弹簧 【答案】D 【详解】A．形变的蹦床发生了弹性形变，所以具有弹性势能，故A不符合题意； B．拉开的弓发生弹性形变，具有弹性势能，故B不符合题意； C．被撑杆跳运动员压弯的撑杆发生了弹性形变，所以具有弹性势能，故C不符合题意； D．被压紧或拉伸的弹簧发生了弹性形变，才具有弹性势能；自然长度的弹簧没有发生弹性形变，不具有弹性势能，故D符合题意。 故选 D。 典例分析 例3 在“探究影响压力作用效果因素”与“探究影响重力势能大小因素”两个实验中， 均可通过如图所示器材完成实验。以下关于两个实验的四个判断中错误的是（　　） A．都选用大小不同的木块是为了改变相同的物理量 B．都需要观察小桌陷入沙中的深度 C．前者实验不需要将木块从小桌正上方一定高度自由释放 D．后者实验中小桌不需要倒放 【答案】A 【详解】A．在“探究影响压力作用效果因素”实验中，选用大小不同的木块是为了改变压力大小；在“探究影响重力势能大小因素”实验中，选用大小不同的木块是为了改变质量大小，所以两个使用改变的物理量不同，故A错误，符合题意； B．两个实验都运用了转换法，前者实验通过观察小桌陷入沙中的深度，判断压强大小；后者实验通过观察小桌陷入沙中的深度，判断重力势能的大小，故B正确，不符合题意； C．前者实验探究压力大小对压力作用效果的影响，不需要将木块从小桌正上方一定高度自由释放，故C正确，不符合题意； D．后者实验探究质量大小对重力势能大小的影响，小桌不需要倒放，只需要观察，小桌陷入沙中的深度，故D正确，不符合题意。 典例分析 例4 如图小明玩弹弓的情景。经验表明，在一定范围内，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越 ，橡皮筋对“子弹”做的功越 ，由此说明橡皮筋的弹性势能与 有关。 【答案】 远 多 弹性形变程度 【详解】[1][2]在一定范围内，橡皮筋拉得越长，橡皮筋的弹性形变量越大，将同样的“子弹”射得越远，橡皮筋对“子弹”做的功越多。 [3]由此可见，橡皮筋拉得越长，橡皮筋对“子弹”做的功越多，说明橡皮筋的弹性势能越大；进而可以说明橡皮筋的弹性势能与弹性形变程度有关。 知识点3 机械能及其转化 知识点3：机械能及其转化 1.机械能： （1）概念： 动能和势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能。 （2）单位：焦耳（J）。 （3）大小：机械能等于动能、势能之和。 例如：一个空中飞行的物体具有100J的动能，若它的重力势能为50J，则它的机械能就为________J。 知识点3：机械能及其转化 看一看 想一想：自由上升的篮球速度越来越慢，它减小的动能去哪了？下落的物体高度越来越低，它减小的重力势能去哪了？弯弓射箭，松手后弓弦恢复原状，它的弹性势能去哪了？ 原来，物体的动能和势能会相互转化。下面我们通过实验，来探究动能和势能的转化规律。 A B C 将用细线悬挂的小球从A点由静止释放,小球经过最低点B后上升至C点。动能和重力势能是怎样变化的呢? 2.动能和势能的转化：单摆实验 A点 B点 C点 重力势能减小，动能增大 重力势能增大，动能减小 知识点3：机械能及其转化 知识点3：机械能及其转化 2.动能和势能的转化：单摆实验 实验结论： 物体的动能和重力势能之间是可以相互转化的。 知识点3：机械能及其转化 3.动能和弹性势能的转化： 如图是一个木球从高处滚到水平面上，撞到弹簧 上的情景。请你分析这一过程中能量转化的情况。 分析论证： 球的速度 球的动能 弹簧形变程度 弹簧弹性势能 能的转化 钢球压缩弹簧 减小 减小 变大 增大 动能转化为弹性势能 弹簧把钢球弹回 增大 增大 变小 减小 弹性势能转化为动能 实验结论： 动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。 知识点3：机械能及其转化 4.机械能守恒： （1）规律： 物体的动能和势能是可以相互转化的。如果只有动能和势能相互转化，则机械能的总和不变，即机械能是守恒的。 （2）机械能守恒的条件： 只有动能和势能的相互转化，而没有其他形式的能参与。 在物理学中常常出现“光滑的表面”、“不计空气阻力” 、“不计摩擦”等文字描述，表示没有摩擦阻力，机械能是守恒的。 知识点3：机械能及其转化 4.机械能守恒： （3）用机械能守恒解释现象： 人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。卫星在大气层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。 A.卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向 近地点运动时，势能减小，动能增大，速度也增大。 B.当卫星从近地点向远地点运动时，动能减小，势能增大，速度也减小。 知识点3：机械能及其转化 5.机械能转化的应用： （1）水力舂米机械--水碓： 它主要由大轮及安装在大轮轴上的彼此错开的 拨板、若干根碓杆及其前端的石锤组成。工作时， 水流推动大轮转动，带动轴上的拨板依次不断向下 挤压碓杆，从而使石锤抬起，水的动能转化为石锤 的重力势能，然后石锤落下，石锤的重力势能又转 化为石锤的动能，石锤再对下面的米做功。 知识点3：机械能及其转化 5.机械能转化的应用： （2）抛掷装置： 把皮筋挂在离轴最远的挂钩上，皮筋弹性形变量最大，产生的弹性势能最大。当松开手指，皮筋的弹性势能减小，弹性势能转化为重物的动能，重物的动能增加，速度增大，会被抛得更远。 典例分析 例1 雨滴在高空下落过程中，开始下落的一段时间速度越来越大，落到地面前一段时间匀速下落。若雨滴的质量不变，则它在空中下落的整个过程中（　　） A．动能先增大后不变，重力势能保持不变 B．动能先增大后不变，重力势能一直减小 C．动能一直增大，但重力势能保持不变 D．动能一直增大，重力势能一直减小 【答案】B 【详解】根据题意，雨滴质量不变，雨滴的速度先增加后不变，则动能先增加后不变；雨滴下落过程中，高度一直降低，则重力势能一直减小，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 典例分析 例2 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，其中正确的是（　　） 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 【答案】D 【详解】A．向下按笔的过程中，弹簧的弹性形变程度变大，故其具有的弹性势能变大，故A错误； B．由于重力势能与质量、高度有关，所以向下按笔的过程中，笔的高度减小，故其重力势能减小，故B错误； C．笔向上弹起的过程中，笔的质量不变，速度先增大后减小，故笔的动能先增大后减小，故C错误； D．笔向上弹起的过程中，笔的质量不变，高度增加，故笔的重力势能增大，故D正确。 故选D。 典例分析 例3 如图所示，小球从竖直光滑轨道最高点A由静止下滑，经过某一点B，到达轨道最低点C，再 沿轨道上升并飞出，到达空中最高点D（D点未画出）后落地。下列说法错误的是（　　） A．若考虑空气阻力，小球运动过程中机械能一直减小 B．若考虑空气阻力，D点可能比B点高 C．小球从A点运动到D点的过程中，重力一直对小球做功 D．若不存在一切阻力，D点与A点等高 【答案】D 【详解】AB．若考虑空气阻力，小球运动过程中会克服空气阻力做功，部分机械能会转化为内能，因此小球的机械能会减小，D点位置一定比A点要低，但可能比B点高，故AB正确，不符合题意； C．小球从A点运动到D点的过程中，小球一直受到重力的作用，且在重力方向上有位移，所以重力一直对小球做功，故C正确，不符合题意； D．由于不存在阻力，小球在D点的机械能与A点相等，但小球在D点会有水平方向的运动速度，具有动能，所以小球在D点的重力势能比A点小，所以D点不可能与A点等高，故D错误，符合题意。 故选D。 课堂小结 课堂小结 机械能及 其转化 运动，与质量速度有关 动能及影响因素 被举高，与质量高度有关 重力势能及影响因素 弹性形变、与弹性形变程度和材料有关 弹性势能 能够做功，做功本领大小 能量 若没有其它能量参与，机械能总量保持不变 机械能守恒 动能和势能可以相互转化 机械能及其转化 01 02 03 04 05 06 课堂小结 课堂练习 课堂练习 1.被压缩的弹簧具有 ，被举高的杠铃具有 ，在水平地面滚动的足球具有 ，在空中飞行的小鸟具有 （选填“动能”、“重力势能”、“弹性势能”或“机械能”）。 课堂练习 2.关于机械能的说法正确的是（　　） A．机械能包含化学能和内能 B．动能和势能无法相互转化 C．在没有摩擦阻力时，物体的动能和势能在相互转化过程中，总量不变 D．一物体从高处自由下落，动能和势能都在变小 课堂练习 3.在水平地面上铺一张白纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，如图所示。下列说法中正确的是（   ） A．皮球下落过程中动能转化为重力势能 B．形成圆斑B时皮球是从较低处下落的 C．形成圆斑A时皮球接触地面后形变程度更小 D．皮球落地发生形变的过程中重力势能转化为弹性势能 课堂练习 4.如图所示是一个乒乓球抛出后的部分运动轨迹，其中a、b、c为轨迹中的三个位置，a、b在同一高度，则下列说法中正确的是（　　） A．乒乓球在b点时的动能为零 B．乒乓球在b、c两点时的重力势能相等 C．乒乓球在a点的机械能一定大于在b点的机械能 D．在整个运动过程中，由于机械能守恒，所以a、b、c三点的机械能都相等 课堂练习 5.如图所示，质量为m的小球从静止下落，落在与A点等高处、竖直放置静止的轻弹簧上，到达与B点等高处时小球重力与弹簧的弹力大小相等，图中与C点等高处是小球到达的最低点（不计空气阻力）。下列说法正确的是（    ） A．到达A点时，小球的动能最大 B．从A到B，小球减少的重力势能等于增加的动能 C．下落过程中，小球重力势能一直减小、动能先增大后减小 D．到达C点时，小球的动能为零，受到的重力与弹簧的弹力是一对平衡力 课堂练习 6.小明为了探究动能的大小与哪些因素有关，他设计了如图所示的实验： （1）让质量相同的两个小球沿同一光滑斜面分别从A处和B处开始向下运动，然后与水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如图甲所示。 （2）让不同质量的两个小球沿同一光滑斜面分别从B处开始向下运动，然后 与水平上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如图乙所示。 在上述甲、乙两组实验中： ①判断小球动能大小的依据是 ； ②要探究动能大小与物体运动速度的关系应选用 图； ③乙图中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是 ； ④从甲组实验可以得出的结论是 。 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“自我检测” 自主安排 完成“拓展阅读” 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf59.27.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $