12.1 机械能（教学课件）物理新教材苏科版九年级上册

该初中物理课件围绕动能、势能及机械能转化展开，通过汽车限速、滑板下滑等情景问题导入，结合交通标志引出能量概念，再以流水推动水车等实例分析能量，逐步探究动能和势能的影响因素，最终构建机械能转化的知识支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过小车撞木块、重物陷沙等实验运用控制变量法和转换法培养科学思维，结合限速、潮汐能等生活实例落实物理观念，课堂小结结构化呈现知识要点。学生能提升探究能力和联系实际的能力，教师可借助清晰流程突出重难点。

物理九年级上册 •苏科版 第12章 机械能和内能 第1节 机械能 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 理解动能、势能、机械能的概念；知道决定动能、势能大小的相关因素。 02 科学思维 通过实验探究影响动能和势能大小的因素，培养学生的科学探究能力和逻辑思维能力。 03 科学探究 经历探究影响动能和势能大小因素的实验过程，学会科学探究方法。在实验过程中，培养学生的合作意识和团队精神。 04 科学态度与责任 了解动能和势能在生活中的应用，认识到物理知识对社会发展的重要作用，培养学生学习物理的兴趣和责任感。 教学重难点 教学难点 教学重点 1.会判断物体是否具有动能或势能； 2.懂得分析动能与势能的相互转化； 3.知道利用控制变量法实验探究动能、重力势能的影响因素。 1.机械能的相互转化的综合应用； 2.分析含阻力的摆球模型在生活中应用； 课堂引入 情景引入 为什么要规定汽车在公路上行驶的最大速度？脚踩滑板从高处滑下，为什么会越来越快？ 知识点一 能量 探索新知 湍急的流水能推动水车 拉开的弓能将箭射出 分析：流动的水对水车做了功；飞行的子弹对苹果做了功；拉开的弓对箭做了功。 探究归纳：上述实例的共同特点是物体对外做了功。 飞行的子弹能射穿鸡蛋 探索新知 能量 （1）概念 一个物体能对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量。 （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。即能量是表示物体做功本领的物理量。 （3）能量的单位 物体做功的过程就是能的转化过程，因此能的单位与功的单位相同，都是焦耳（J）。 知识点二 动能 探索新知 呼啸的海浪有时会冲坏海堤、推到房子；踢出去的足球能使静止的球球网发生形变…… 这些都说明，运动的物体能对其他物体做功，具有能量。物体由于运动而具有的能量叫作动能。 足球入网 海啸“吞噬”海堤 探索新知 湍急的流水能推动水车，对水车做功，具有动能。 风吹动船帆使船航行，对船帆做功，具有动能。 飞行的子弹能穿透鸡蛋，对鸡蛋做功，具有动能。 猜想与假设：动能的大小可能与物体的速度、质量等因素有关。 提出问题：汽车速度越大，出事故时破坏就越严重；一辆汽车以同一速度运动，重载比空载时出事故更严重，那么动能与什么因素有关？ 物体的动能越大，它能对其他物体做的功就越多。 探索新知 如图12-4所示，小车从斜面上滑 下，在水平面上与木块相撞，两者共同滑行一段距离，运动的小车对木块做了功。小车动能的大小可能与哪些因素有关?怎样用该装置验证你的猜想? 想一想 图12-4 探究影响动能大小的因素 信息快递：在木块的碰撞面上粘贴海绵片，可使小车与木块在碰撞后一起运动。 探索新知 （1）实验方法：转换法与控制变量法 如下图所示，钢球A从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰到木块B后，能将B撞出一段距离s。在同一水平面上，木块B被撞得越远，钢球A对B做的功就越多，A的动能越大。 ①转换法：通过被撞物体运动的距离s来反映动能的大小。 制定计划 探索新知 ②控制变量法 在探究动能大小可能与物体运动速度、物体质量有关时，每次实验这两个变量只能变化一个。 速度 v1=v2 质量 m1＞m2 控制速度不变，改变质量的方法： 质量不等的小球从同一高度滚下。 质量 m1=m2 速度 v1＞v2 控制质量不变，改变速度的方法： 同一小球从不同高度滚下。 探索新知 典例分析 做一做 1.将同一小车分别从不同高度由静止开始下滑，撞击置于水平面上相同位置的同一木块，比较木块运动的距离。 2.在小车上放一些槽码，改变小车的质量，让不同质量的小车从同一高度由静止开始下滑，撞击置于水平面上相同位置的同一木块，比较木块移动的距离。 信息快递：质量不等的小车从斜坡的同一高度由静止开始下滑，运动到水平面时的速度相等。 质量相同时，速度越大，物体的动能越大。 速度相同时，质量越大，物体的动能越大。 高度越高，木块移动的距离越大。 质量越大，木块移动的距离越大。 探索新知 通过上述实验，你能得出什么结论? 研究表明： 物体动能的大小与物体的速度和质量有关，速度越大、质量越大，物体的动能越大。 为什么汽车在高速公路上要限速? 为什么不同车型的限速标准不一 样?你能解释其中的原因吗? 1. 机动车的质量一定时，速度越大，机动车具有的动能越大，机动车的动能越大，它对其他物体做的功越大，发生交通事故时造成的损失就越大，所以对机动车的行驶速度要进行限制，也就是限制它动能的大小； 2.由于动能与质量和速度有关，对质量较小的车，其限制速度可大些，对质量较大的车，其限制速度就要小些。 思考 知识点三 势能 探索新知 有一种玩具车，只要用手按住它往后拉一下，松手后它就能往前运动。 它运动的能量来自哪里? 势能-弹性势能 这种玩具小车内部有一个类似弹簧的装置。在向后拉的过程中，该装置发生弹性形变；松手后，这个装置在恢复形变的过程中对小车做功，使小车运动。 探索新知 如图所示，图(a)中橡皮筋的形变越大，“子弹”被弹射得越远；图(b)中发条上得越紧，钟表走的时间越长；图(c)中弹簧的形变越大，小车被弹得越远.事实表明，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大. （a） 用弹弓弹射“子弹” （b） 发条带动钟表的 齿轮和指针转动 （c）压缩的弹簧弹开小车 探索新知 势能-重力势能 如图12-6所示，强夯机的重锤落下时能将地基打实；从山上滚落的石头会摧毁山下的建筑物。 大量事实表明，处在一定高度的物体具有做功的本领， 即具有能量。这种能量叫作重力势能。 (a) (b) 图12-6 高处的物体具有重力势能 探索新知 如左图所示，让高处的重物自由下落，观察重物陷入沙中的深度。 1. 将同一重物分别从不同的高度由静止落下，比较重物陷入沙中的深度，你能得到什么结论？ 结论： 物体的重力势能与物体的 有关， 越高，物体的重力势能越大。 所处的高度 高度 探索新知 2. 将质量不同的重物分别从同一高度由静止落下，比较重物陷入沙中的深度，你又能得到什么结论？ 结论： 物体的重力势能与物体的 有关， 越大，物体的重力势能越大。 质量 质量 研究表明， 物体的重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大。 探索新知 知识点四 机械能及其转化 探索新知 活动12.3 观察摆球动能和重力势能的转化 图12-9 摆球动能和重力势能的转化 如图12-9所示，将摆球从点A 由静止释放，观察摆球的高度和速度是怎样变化的。 做一做 1. 摆球从点A 向下摆动的过程中，它的速度怎样变化?动能怎样变化?重力势能样变化? 说一说 速度增大，动能增大，重力势能减小。 探索新知 2. 摆球到达最低点O′ 时，它的动能是否达到最大?重力势能呢? 3.摆球由点O '向点B运动的过程中，它的速度怎样变化?动能转化为什么能?当到达最高点B时，它的动能是否为零?重力势能是否为最大? 图12-9 摆球动能和重力势能的转化 是（它的动能达到最大），重力势能达到最小。 速度减小，动能转化为重力势能； 当到达最高点B时，它的动能为零，重力势能最大。 探索新知 4. 根据前面的观察和分析，简要说明荡秋千过程中动能和重力势能转化的情况。 A→ O ′，速度越来越大，动能逐渐                 ， 重力势能逐渐                  . 到达最低点 O ′时，动能最              、重力势能最               . 在此过程中，重力势能逐渐转化为               能. O ′→B ，速度越来越              ，动能逐渐转化为                 能.  当摆球到达最高处B点时，它的动能为                ，重力势能最                  . 增大 减小 大 小 动 小 重力势 零 大 A→ B:第一段（A→ O ′）重力势能转化为动能； 第二段（O ′→B ）动能转化为重力势能。 探索新知 (a) 游乐场的过山车 (b) 落地后又弹起的皮球 (c) 撑竿跳高的运动员 图12-10动能和势能的转化 观察图12-10,分析各情景中动能和势能的转化情况。 在物理学中，动能和势能统称为机械能 。一个物体可以同时具有动能和势能。例如，正被起重机吊起的重物，跳水过程中 的运动员，等等。 大量事实说明，动能和势能可以相互转化。 探索新知 海洋中有着丰富的机械能，它可以通过不同的形式表现出来，如海浪、海流、潮汐等。 海浪能 海洋中波涛汹涌，蕴藏着巨大能量。海浪能把几十吨的石头推走，能使万吨巨轮颠簸摇晃。海啸——一种灾难性的海浪，能把轮 船冲上陆地，甚至能冲毁岸上的建筑物。据科学家估测，在1 km² 的海面上，海浪能的功率高达2.0×10⁵kW 。 如果能对其进行有效的开发和利用，将可以获得非常可观的能量。 海流能 海水受风力、海底地形等影响，沿一定方向大规模流动，这种现象称为海流。科学家们设想，可以利用海流的动力推动水轮发电机发电—海流发电。据估测，如果世界大洋中的海流都被用来发电，其发电功率可达5×10⁹kW。 生活•物理•社会 海洋中的机械能 探索新知 潮汐能 由于太阳和月球的引力作用，海面会出现周期性涨落，这种现象称为海洋潮汐。海水一涨一落，水位的高度差可达十几米。为了利用潮汐的机械能，人们在海湾或河口建筑拦水堤坝，形成水库， 并在坝下设置装有水轮机的泄水闸。当海面涨落时，海水流经泄水闸，带动发电机发电(图12-11)。位于浙江省温岭市的江厦潮汐电站，是我国最大的潮汐电站，也是世界第四大潮汐电站，如图12-12所示。 请查阅相关资料，了解海洋中的航标灯是利用何种能源发光的。 图12-11 潮汐发电示意 图12-12 江厦潮汐电站 课堂小结 课堂小结 课堂练习 课堂练习 1. 通常，载重汽车造成的车祸比小轿车造成的车祸严重得多，这是为什么？但也有例外，这又是为什么? 由于载重汽车的质量要比小轿车大得多，在运动速度相差不大的情况下，载重汽车的动能要比小轿车的动能大，因此造成的车祸也更严重一些。但是，如果小轿车的速度比载重汽车大很多，那么小轿车造成的车祸会更严重。 课堂练习 2. 下列物体中: ①卷紧的钟表发条；②扔在空中的橡皮；③被适当拉伸的弹簧；④充满气的气球。 具有弹性势能的是 （ ） A. ①②③④　　　　     B. ①③④ C. 只有①　　　　     D. 只有①③ 机械钟表内的发条被卷紧后，其发生了弹性形变，故①具有弹性势能；扔在空中的橡皮，没有发生弹性形变，故②不具有弹性势能；被适当拉伸的弹簧，发生了弹性形变，故③具有弹性势能；充满气的气球，发生了弹性形变，故④具有弹性势能。故B选项正确。 B 课堂练习 3. 如图所示，舰载机在“山东舰”航母上起飞，其在加速上升过程中（　　） A．动能减小，重力势能增大 B．动能增大，重力势能减小 C．动能增大，重力势能增大 D．动能减小，重力势能减小 舰载机在“山东舰”航母上起飞，其在加速上升过程中，质量不变，速度和高度都变大，所以其动能和重力势能都增大，故ABD不符合题意，C符合题意。 C 所以选C。 课堂练习 4．如图所示，在跳板跳水比赛中，运动员总是尽可能把跳板向下压弯一点，然后再高高腾起。不计空气阻力，下列分析正确的是（ ） A．向下压弯跳板的过程中，跳板的弹性势能变小 B．离开跳板向上腾起的过程中，运动员的动能变大 C．向下压弯跳板的过程中，跳板的弹性势能变大 D．尽可能把跳板向下压弯点，为了增大运动员惯性 C AC．向下压弯跳板的过程中，跳板的弹性形变变大，弹性势能变大，故A错误，C正确； B．离开跳板向上腾起的过程中，运动员的质量不变，速度变小，动能变小，故B错误； D．尽可能把跳板向下压弯点，为了增大跳板的弹性势能，从而使运动员获得较大的动能，运动员的惯性不变，故D错误。 课堂练习 由于载重汽车的质量要比小轿车大得多，在运动速度相差不大的情况下，载重汽车的动能要比小轿车的动能大，因此造成的车祸也更严重一些。但是，如果小轿车的速度比载重汽车大很多，那么小轿车造成的车祸会更严重。 5．为了研究物体动能与质量的关系，应让不同质量的小球从斜面_____ 高度由静止滚下，观察比较木块被撞后移动的距离。对比如图甲、乙，可以得出结论：速度相同的物体，质量_____ ，动能就越大。由此，可以解释汽车_____ （选填“超载”或“超速”）行驶时危险性大的原因。 研究物体动能与质量的关系时，要控制小球到达水平面的初速度相同，所以应让不同质量的小球从斜面相同高度由静止释放。 由图可知，乙中小球的质量更大，木块被撞击后移动的距离更远，故可得：速度一定时，质量越大，动能越大。 汽车超载时质量较大，动能较大，所以行驶时危险性大。 课堂练习 由于载重汽车的质量要比小轿车大得多，在运动速度相差不大的情况下，载重汽车的动能要比小轿车的动能大，因此造成的车祸也更严重一些。但是，如果小轿车的速度比载重汽车大很多，那么小轿车造成的车祸会更严重。 6. 小明学做家乡特色菜“贴饽饽熬鱼”时，一个不小心让饮料瓶落到了松软的玉米面团上，在面团上留下较深的痕迹。于是他灵机一动，想利用玉米面团和装有水的饮料瓶探究影响重力势能的因素。随后他依次做了如图所示的实验。 （1）通过面团的凹陷程度可以确定水瓶下落前__________的大小； （2）利用实验①、②可探究重力势能大小与物体的______是否有关； （3）要研究物体的重力势能是否与物体所在高度有关，应对比实验 _________（选填实验序号）的结果； （4）高空抛物是一种危害公共安全的 行为，请阐述不能高空抛物的原因： ________ 。 见解析　 重力势能 质量 ②③ 课堂练习 由于载重汽车的质量要比小轿车大得多，在运动速度相差不大的情况下，载重汽车的动能要比小轿车的动能大，因此造成的车祸也更严重一些。但是，如果小轿车的速度比载重汽车大很多，那么小轿车造成的车祸会更严重。 （1）根据转换法的知识可知，通过面团的凹陷程度可以确定水瓶下落前重力势能的大小。 （2）实验①、②可知，物体下落的高度不变，改变了物体的质量，所以，可以探究重力势能大小与物体的质量是否有关。 （3）要研究物体的重力势能是否与物体所在高度有关，应控制物体的质量不变，改变物体的高度，符合这个条件的是②③两次实验。 （4）物体的质量相同，物体落下的高度不同，高度越高，物体下陷的深度越深，具有的重力势能越大，所以，在质量一定时，高度越高，重力势能越大，因此，即使质量很小的高空坠物也因高度具有较大的机械能，砸中人或物品会造成严重后果，所以一定要禁止。 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $