11.4动能和势能 教学设计-2026-2027学年沪粤版九年级物理上册

该初中物理教学设计聚焦动能、势能（重力势能、弹性势能）及机械能转化核心知识，通过弓射箭、跳板弹人等实例导入“能”的概念，衔接前节“功”的内容，为后续内能、电能学习搭建知识支架。 以“斜面撞木块”“重物落沙”实验落实控制变量与转换法，培养科学探究与科学思维，结合希沃白板慢放录像、动画辅助理解，联系限速标志、返回舱实例渗透科学态度与责任，助学生建立能量观念，为教师提供完整教学流程与评价工具。

第十一章　功与机械能 11.4　动能和势能 教学设计 一、基本信息 课题 11.4　动能和势能 节次 第十一章第 4 节，第 1、2 课时 来源 义务教育教科书《物理》九年级上册（上海科学技术出版社·广东教育出版社，2025 年 8 月第 1 版） 课型 新授课（概念规律课 + 分组实验） 课时 2 课时（共 80 分钟） 授课对象 九年级学生 二、目标确立依据 （一）课标分析 1．课标摘录 《义务教育物理课程标准（2022 年版）》“能量”主题“机械能”部分要求：知道动能、势能和机械能；通过实验，认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化；通过实验，探究动能、重力势能的大小与哪些因素有关。 2．课标分解 学什么：能量、动能、重力势能、弹性势能、机械能的概念；动能与质量、速度的关系，重力势能与质量、高度的关系，弹性势能与弹性形变的关系；动能与势能的相互转化。 学到什么程度：能说出动能、势能的大小与哪些因素有关；能解释摆球、过山车、蹦床等情境中动能与势能的转化；能说明有摩擦时机械能会减少。 怎么学：从“物体能够对外做功就具有能量”入手，用“斜面撞木块”实验探究动能的影响因素、用“重物落沙”实验探究重力势能的影响因素（均为控制变量法 + 转换法），再借摆球、蹦床等实例理解动能与势能的相互转化。 （二）教材分析 本节是第十一章的收尾，属于课标“能量”主题的核心内容。前面三节建立了“功”的概念，本节顺理成章地引出“能”——物体能够对外做功，就说它具有能量。动能、势能、机械能及其相互转化，把“功”与“能”两条线索接了起来，也为第十二章内能、第十五章电能以及后续“能量守恒”观念打下基础。 知识联系上，学生已在 11.1 学了功（物体对外做功的本领正是能量的体现），八年级学过运动和力，这些为理解“运动着的物体具有动能”“高处的物体具有重力势能”提供了支撑。 编排上，教材先用被拉开的弓、形变的跳板、下落的重锤、流动的水四幅图引出“能”，再分述动能、重力势能、弹性势能，每个概念都配一个探究活动（斜面撞木块、重物落沙），最后用摆球、过山车、蹦床讲解机械能的转化，并点明“有摩擦时机械能会减少”。整节内容多、跨度大，宜安排两个课时。 （三）学情分析 1．优势分析 学生对“能量”并不陌生，生活中常说“动能、势能”这些词，也有“高处掉下来的东西砸得疼”“车子开得越快越危险”等直观经验，容易与本节内容对接。 2．不足分析 学生对“物体能够对外做功就具有能量”这句话的理解常停留在字面，容易把“能”当成某种看得见的东西；在探究实验中，对“控制变量”和“转换显示”两种方法（木块被撞远近、木桩陷入深度）运用不熟练；对“动能、势能转化时机械能为什么减少”往往知其然不知其所以然。 3．重难点确定 教学重点：动能、势能的概念及其大小的影响因素；动能与势能的相互转化。 教学难点：探究实验中控制变量法与转换法的运用；理解有摩擦时机械能减少。 三、教学目标 （一）物理观念 知道能量、动能、重力势能、弹性势能、机械能的概念；知道动能与速度、质量有关，重力势能与高度、质量有关，弹性势能与弹性形变有关；知道动能和势能可以相互转化，有摩擦时机械能会减少。 （二）科学思维 学会用控制变量法设计实验，用“木块被撞远近”“木桩陷入深度”等可观察现象来显示不可直接比较的能量大小（转换法）。 （三）科学探究 完成“探究动能大小与速度、质量的关系”和“探究重力势能大小与高度、质量的关系”两个实验，规范记录并归纳结论。 （四）科学态度与责任 通过限速标志、轨道交通小坡、人造卫星等实例，体会机械能知识在生产生活与航天科技中的应用，理解“节能降耗”的道理。 四、教学方法 实验探究法：以“斜面撞木块”“重物落沙”两个实验落实控制变量与转换思想。 讨论法：围绕摆球、蹦床、卫星等情境讨论能量如何转化。 讲授法：讲清能量、动能、势能、机械能等概念的界定。 联系实际法：用限速标志、轨道交通、返回舱等真实问题串联知识。 五、教学过程 第 1 课时：能量、动能与势能（40 分钟） （一）导入新课（3 分钟） 展示四幅图：被拉开的弓能把箭射出去、形变的跳板能把运动员弹起来、下落的重锤能把铁桩打入土里、流动的水能推动水轮发电机发电。提问：这些物体为什么能“使别的物体动起来”？它们共同拥有一种什么“本领”？ 设计意图：用“弓、跳板、重锤、流水”四个直观例子，让学生体会到物体“能做功”这一共同本领，自然引出“能”的概念——物体能够对外做功，就说它具有能量。 （二）讲授新课（32 分钟） 任务一：认识能量与动能（15 分钟） 任务描述：先明确能量的定义——物体能够对别的物体做功，就说它具有能量，单位是焦耳（J）。再思考：运动的球、流动的水、流动的空气为什么能对其他物体做功？它们具有的能叫什么？动能的大小又与哪些因素有关？ 活动设计：① 给出能量概念，强调“能够做功”强调的是本领、能力，不是“正在做功”；② 给出动能概念——物体由于运动而具有的能；③ 探究动能大小的影响因素：让同一小球从斜面上不同高度滚下撞木块（比较速度不同时木块被撞的远近），再让不同质量的小球从同一高度滚下撞木块（比较质量不同时木块被撞的远近）；④ 归纳：动能与速度和质量有关，速度越大、质量越大，动能越大。 图 1　探究动能大小与速度、质量的关系（控制变量法 + 转换法） 评价维度 优秀（4—5 分） 良好（3 分） 需改进（1—2 分） 控制变量 能准确说出“谁不变、谁改变”及理由 能大致说出控制变量，但理由不清 不会设计控制变量 转换显示 能说出用“木块被撞远近”显示动能大小 能理解转换法但表达模糊 不理解为什么要看木块 结论归纳 能独立归纳动能与速度、质量的关系 能说出结论但不够完整 得不出结论 技术应用：希沃白板慢放小球撞木块的录像，逐帧观察木块被撞的远近差异。 预期效果：学生能说出“木块被撞得越远，说明小球的动能越大”，并归纳动能与速度、质量的关系。 任务二：认识重力势能与弹性势能（15 分钟） 任务描述：被升高的重锤落下时能把木桩打入土中，被拉开的弓、形变的撑竿也能做功。它们分别具有什么能？重力势能、弹性势能的大小又与哪些因素有关？ 活动设计：① 给出概念——高处物体由于受重力作用而具有的能叫重力势能，物体发生弹性形变而具有的能叫弹性势能，二者统称势能；② 探究重力势能影响因素：让同一重物从不同高度下落打木桩（比较高度不同时木桩陷入深度），再让不同质量的重物从同一高度下落打木桩（比较质量不同时木桩陷入深度）；③ 归纳：重力势能与高度、质量有关，位置越高、质量越大，重力势能越大；弹性势能与弹性强弱、形变大小有关，形变越大，弹性势能越大。 评价维度 优秀（4—5 分） 良好（3 分） 需改进（1—2 分） 概念区分 能准确区分重力势能与弹性势能并举例 能区分但举例不贴切 两种势能混淆 探究设计 能独立设计控制变量的探究步骤 在提示下能完成设计 不会设计探究 结论归纳 能完整归纳重力势能、弹性势能的影响因素 能说出部分结论 得不出结论 技术应用：希沃白板展示“重物落沙”实验的对比照片，直观呈现木桩陷入深度的差异。 预期效果：学生能说出重力势能与高度、质量有关，弹性势能与形变大小有关，并理解“木桩陷入深度”作为能量大小的显示方式。 （三）课堂练习、小结与作业（5 分钟） 课堂练习：以同样速度行驶的大货车和小汽车，哪个动能大？为什么？（答案：大货车动能大，因为速度相同时，质量越大动能越大。） 课堂小结：能量、动能、重力势能、弹性势能的概念；动能与速度、质量有关，重力势能与高度、质量有关，弹性势能与形变大小有关；实验中的控制变量法与转换法。 布置作业：必做——教材“自我评价与作业”第 1 题（“弯弓射大雕”的能量转化）；预习机械能及其转化，观察家中或路上的摆钟、秋千等能量转化现象。 第 2 课时：机械能及其转化（40 分钟） （一）导入新课（3 分钟） 回顾上节：动能、重力势能、弹性势能分别是什么？再抛出问题：空中飞行的飞机，既有运动（有动能），又离地有一定高度（有重力势能），这两种能能不能相互转化？把一个摆球拉高再松手，它会怎样运动？ 设计意图：用“飞机既有动能又有势能”引出机械能概念，用摆球的悬念过渡到动能与势能的转化，衔接上节、开启本节。 （二）讲授新课（32 分钟） 任务三：认识机械能（5 分钟） 任务描述：什么叫机械能？动能和势能统称为机械能。判断：空中飞行的飞机、地面滚动的足球、被压缩的弹簧，各具有哪种（或哪几种）机械能？ 活动设计：① 给出机械能定义——物体的动能和势能统称为机械能；② 学生判断几个例子中物体具有的机械能成分，体会“动能 + 势能”的叠加。 预期效果：学生能说出某物体具有动能、势能还是二者皆有。 任务四：探究动能与势能的转化（20 分钟） 任务描述：① 摆球实验——把小球拉到 A 点由静止释放，观察它摆到 B 点再摆回，比较小球在 A、C、B 各点的动能与势能；② 分析过山车、蹦床两个情境中动能与势能怎样相互转化；③ 思考：摆球每次上升为什么都比前一次低一点？ 活动设计：① 演示摆球（或看动画），学生标出 A、C、B 三点速度与高度，归纳“最低点 C 动能最大、势能最小，最高点 A、B 势能最大、动能最小”，得出“动能与势能可以相互转化”；② 分析过山车下坡（重力势能转化为动能）与上坡（动能转化为重力势能）、蹦床“压到最低—弹到最高”（动能与弹性势能、重力势能的转化）；③ 讨论摆球越摆越低的原因——空气阻力使机械能减少，得出“有摩擦等阻力时，动能与势能转化中机械能会减少”的结论；④ 补充：水力发电是水的机械能转化为电能，电动机工作是电能转化为机械能，说明机械能可与其他形式的能相互转化。 图 2　摆球的动能与势能相互转化（A、C、B 三点） 图 3　玩蹦床：弹性势能、动能、重力势能的相互转化 评价维度 优秀（4—5 分） 良好（3 分） 需改进（1—2 分） 转化分析 能准确说出各点动能、势能大小及转化方向 能说转化方向但各点判断有误 说不清能量如何转化 阻力影响 能独立解释机械能减少的原因 知道机械能减少但原因模糊 认为机械能保持不变 联系实际 能举出动能势能转化的生活实例 能举一例但分析不完整 举不出实例 技术应用：希沃白板播放摆球、过山车、蹦床的动画，用颜色深浅标出各点动能、势能的大小。 预期效果：学生能解释摆球、过山车、蹦床中的能量转化，并说出“有摩擦时机械能减少”。 （三）课堂练习（5 分钟） 练习 1：我国“神舟十四号”返回舱反推发动机点火后减速下降。此过程中返回舱的势能、动能、机械能分别怎样变化？（答案：高度降低、速度减小，故势能变小、动能变小；克服空气阻力做功，机械能变小。） 练习 2：人造地球卫星沿椭圆轨道运行时，在近地点和远地点动能、势能分别达到什么情况？从远地点到近地点，什么能转化为什么能？（答案：近地点动能最大、势能最小；远地点相反。远地点→近地点，重力势能转化为动能。） 练习要求：独立完成、限时 5 分钟。反馈方式：同桌互批，教师点评练习 1，强调“机械能减少是因为克服阻力做功”。 （四）板书设计（2 分钟） 11.4　动能和势能 一、能：物体能够对外做功，就说它具有能量（单位 J） 二、动能——与速度、质量有关 　　重力势能——与高度、质量有关 　　弹性势能——与弹性形变大小有关 三、机械能 = 动能 + 势能 四、动能 ↔ 势能　可相互转化 　　有摩擦时：机械能减少 设计说明：板书用一条“能—动能/势能—机械能—转化”的主线，把两个课时的内容收拢，便于学生对照复习。 （五）课堂小结（3 分钟） ① 知识回顾：能量、动能、重力势能、弹性势能、机械能；动能、势能的影响因素；动能与势能的相互转化及机械能减少的条件。 ② 方法总结：控制变量法、转换法；分析能量转化时先“定对象、找起点终点”，再看是哪种能变哪种能。 ③ 激励评价：表扬在探究实验中控制变量到位、在转化分析中能说理清楚的学生。 （六）布置作业（2 分钟） 必做题：教材“自我评价与作业”第 4 题（返回舱能量变化）、第 5 题（卫星近地点、远地点）。 选做题：第 2 题（轨道交通车站进出站小坡对节能降耗的好处）、第 3 题（公路限速及不同车型不同限速的原因）。 作业要求：分析能量转化时写明“什么能转化为什么能”，说理完整。 六、整节课学习评价 过程性评价（60%）：课堂参与度 20%，任务完成质量 30%（参考各任务评价量表），小组合作表现 10%。 结果性评价（40%）：课堂练习正确率 20%，课后作业完成质量 20%。 等级 标准描述 优秀（90—100 分） 能独立完成探究并归纳结论，准确分析各种能量转化，说理清晰 良好（75—89 分） 能说出动能、势能影响因素，能量转化分析基本正确 合格（60—74 分） 在提示下能说出主要概念和影响因素，转化分析有困难 需改进（60 分以下） 能量概念不清，不会用控制变量法探究，转化分析明显错误 评价工具：课堂观察记录表、任务评价量表、实验记录表、练习与作业批改记录。 七、教学资源 教材：义务教育教科书《物理》九年级上册（上海科学技术出版社·广东教育出版社）。 教具：多媒体课件、希沃白板、斜面、小球（不同质量）、木块、重物、木桩、沙箱、摆球装置、蹦床/过山车动画。 数字化资源：国家中小学智慧教育平台“动能和势能”“机械能及其转化”相关微课与实验视频。 八、教学反思（课后填写） 1．教学目标达成情况：______________________________________________ 2．教学过程实施效果（环节与时间分配）：_____________________________ 3．学生学习反馈（典型误区与掌握情况）：_____________________________ 4．技术应用效果：__________________________________________________ 5．改进建议：______________________________________________________ 学科网（北京）股份有限公司 $