12.1+机械能+任务驱动型导学案--2026-2027学年苏科版物理九年级上学期

该初中物理导学案聚焦“机械能”核心内容，涵盖动能、重力势能、弹性势能的定义及影响因素，探究动能与势能转化规律及机械能守恒条件。通过过山车、滚摆等生活情境导入，衔接功的旧知，搭建从“功”到“能”的认知支架，引导学生逐步建立能量观念。 资料突出科学探究与实践，设计“影响动能大小的因素”实验，运用控制变量法和转换法，结合视频观察滚摆能量转化。设置情境问题、概念辨析及拓展阅读（风能、水能应用），培养科学思维与社会责任，分层习题助力自主学习，有效落实物理观念与科学探究素养。

自主学习 1. 本节预习需结合已有的功、运动和力的知识基础，通过对“能”概念的建立过程，理解动能、重力势能和弹性势能的定义及其影响因素，探究动能与势能的相互转化规律，初步认识机械能守恒的条件与意义。 2. 阅读课本第十二章第1节「机械能」内容，自主探究机械能的基础知识，并根据阅读内容完成本节预习任务，把握本课重难点。 任务一 | 知识回顾·基础梳理 旧知温故 1. 功的两个必要因素：一是_______________________；二是_______________________。 2. 功的计算公式：W = ______，其中F表示______，s表示________________。 3. 功的原理：使用任何机械都不省______。 4. 当你推购物车在超市行走时，你对购物车______（填“做了”或“没有做”）功，理由是________________________。 5. 一个物体能够对别的物体做功，我们就说这个物体具有______。物体能够做的功越多，它具有的______就越大。 新知填空 1. 一个物体________________________，我们就说这个物体具有能量，简称______。能量的单位与______的单位相同，都是______，简称______，符号是______。 2. 动能：物体由于______而具有的能叫做动能。一切______的物体都具有动能。 3. 物体动能的大小与______和______有关：质量相同的物体，运动的速度______，它的动能越______；运动速度相同的物体，质量______，它的动能越______。 4. 重力势能：物体由于被______而具有的能叫做重力势能。物体重力势能的大小与______和______有关：在高度相同时，物体的质量______，重力势能越______；在质量相同时，物体所处的高度______，重力势能越______。 5. 弹性势能：物体由于发生________________而具有的能叫做弹性势能。物体的弹性形变越______，它具有的弹性势能就越______。 6. 机械能：______和______统称为机械能，即机械能 = ______ + ______。机械能的单位是______（符号______）。 7. 动能和势能可以相互______。在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持______。这就是______守恒定律。 8. 如果物体在运动过程中还受到摩擦力或其他阻力的作用，一部分机械能会转化成______等其他形式的能，机械能的总量将______（填“增大”“不变”或“减小”）。 任务二 | 课堂探究·知识建构 【情境导入】 小明在游乐园乘坐过山车，过山车从最高点滑下来时速度越来越快，冲上第二个坡时速度又渐渐变慢，但如果不考虑摩擦和空气阻力，过山车依然能冲到原来的高度。生活中，滚摆上下往复运动、单摆左右摆动，都表现出类似的规律。这些现象中，物体的“能”发生了什么变化？为什么物体的“快慢”和“高低”在不断转换？ 思考交流： (1) 过山车从高处滑向低处时，速度为什么越来越大？能量如何转化？ (2) 过山车从低处冲向高处时，速度为什么越来越小？能量又如何转化？ (3) 如果没有摩擦和空气阻力，过山车从某一高度出发，能否回到原来的高度？这说明了什么？ 知识点1 能的概念 1. 能量的定义：________________________________________________。 2. 能量的单位：______，简称______，符号______。 3. 物体能够做的功越多，说明它具有的能量越______。注意：一个物体“具有能量”并不等于它“正在做功”——具有能量的物体只是具备做功的______。 4. 能量的形式是多种多样的，如机械能、______能、______能、______能等。本节重点学习______能。 【归纳总结】 【用一句话告诉同桌】能量的本质是物体 的本领，能量的单位是 。 能量是表示物体____________的物理量。能量的单位与______的单位相同。物理学中规定：__________________________________，就说这个物体具有能量。能量的大小由它能够对外做功的多少来衡量。 知识点2 动能 【用一句话告诉同桌】动能大小由 和 共同决定，实验中用 法比较动能大小。 1. 定义：物体由于______而具有的能叫做动能。一切______的物体都具有动能。 2. 动能的大小由物体的______和______共同决定： ① 质量相同时，物体运动的速度越______，动能越______。 ② 速度相同时，物体的质量越______，动能越______。 3. 探究动能大小影响因素的实验方法：采用______法和______法。 4. 实验中，通过观察________________________来比较动能的大小（转换法）。 【归纳总结】 动能是物体由于______而具有的能。决定动能大小的因素有两个：______和______。在道路限速标志上，对不同类型的车辆（如大货车和小轿车）有不同的限速要求，这体现了在______不同的情况下，为保证行驶安全需控制不同的______。 【实验探究：影响动能大小的因素】 情境问题：高速公路上，为什么对不同类型车辆有不同的限速要求？为什么大货车的限速比小轿车更低？同样的车，空载和满载时哪个刹车距离更长？这些现象背后隐藏着动能与哪些因素有关的物理规律。请你通过以下实验来探究。 一、实验器材 斜面、两个 （质量不同）的小车、一个 （被撞击物体）、 （测量距离）。 二、实验方法 (1) 本实验用什么方法反映小车动能的大小？ 答：通过观察 来比较小车动能的大小，这种方法叫做 法。 (2) 本实验采用什么方法分别研究动能与质量和速度的关系？ 答：采用 法。探究动能与质量的关系时，应控制小车 相同（即从斜面的 高度释放），改变小车的 ；探究动能与速度的关系时，应使用 小车，从斜面的 高度释放。 三、实验步骤（请补全不完整部分） (1) 将斜面固定在水平桌面上，在斜面底端水平面上放置 。 (2) 探究动能与质量的关系：让质量 的两个小车分别从斜面的 高度由静止滑下，记录木块被推动的距离 s。 (3) 探究动能与速度的关系：让 小车分别从斜面的 高度由静止滑下，记录木块被推动的距离 s。 四、实验数据记录（请将实验数据填入下表） 实验序号 小车质量 m 释放高度 h 木块移动距离 s/cm 探究因素 1 m h 动能与速度 2 m 2h 动能与速度 3 2m h 动能与质量 五、分析与论证（请根据实验数据回答） (1) 分析实验序号 和 的数据，可得出：当 相同时， 越大，小车动能越大。 (2) 分析实验序号 和 的数据，可得出：当 相同时， 越大，小车动能越大。 (3) 综合以上分析，你能得出什么结论？ 结论：物体的动能大小与物体的 和 有关。质量相同时，速度越 ，动能越 ；速度相同时，质量越 ，动能越 。 六、交流与评估 (1) 为什么小车要从斜面的同一高度由静止释放？ (2) 如果木块被撞击后滑出桌面，应如何改进实验？ (3) 如果不用木块被推动的距离来比较动能大小，你还能想到其他方法吗？ 知识点3 重力势能 【用一句话告诉同桌】重力势能大小由 和 共同决定，三峡大坝蓄水就是利用水的 能。 1. 定义：物体由于被______而具有的能叫做重力势能。 2. 重力势能的大小由______和______共同决定： ① 高度相同时，物体的质量越______，重力势能越______。 ② 质量相同时，物体所处的高度越______，重力势能越______。 3. 质量越大、举得越高的物体，重力势能就______，它能对其他物体做的功也就______。 知识点4 弹性势能 对比维度 动能 重力势能 弹性势能 定义 物体由于运动而具有的能 物体由于被举高而具有的能 物体由于发生弹性形变而具有的能 影响因素 质量、速度 质量、高度 弹性形变程度 决定关系 质量越大、速度越大，动能越大 质量越大、高度越高，重力势能越大 弹性形变越大，弹性势能越大 生活实例 行驶的汽车、飞行的子弹、流动的水 高处的重锤、水库蓄水、山顶的石头 拉开的弓、压紧的弹簧、变形的网球 共同点 都属于机械能，单位都是焦耳（J），都可以相互转化 1. 定义：物体由于发生________________而具有的能叫做弹性势能。 2. 弹性势能的大小与________________有关：在弹性限度内，物体的弹性形变越______，弹性势能就越______。 3. 举例：拉弯的弓、压紧的弹簧、拉长的橡皮筋等都具有______能。 【归纳总结】 重力势能和弹性势能统称为______能。重力势能的大小由______和______决定；弹性势能的大小由____________决定。从能量的角度看，打桩机工作时是将______能转化为______能；弓箭射箭时是将______能转化为______能。 知识点5 机械能的定义与守恒 1. 机械能的定义：______和______统称为机械能。 2. 机械能 = ______ + ______。 3. 机械能的大小等于______和______的______。 4. 物体的动能和势能是可以相互______的。 5. 机械能守恒的内容：在只有______和______相互转化的过程中，机械能的总量保持______。 6. 机械能守恒是有条件的：只有在没有______和______（即没有其他形式的能量转化）时，机械能才守恒。 【归纳总结】 机械能是______和______的总称。只有在没有______和______的条件下，动能和势能的相互转化过程中，机械能的总量才______。如果有摩擦力或空气阻力存在，部分机械能会转化成______，机械能的总量将______。 知识点6 动能与势能的相互转化 1. 滚摆实验：滚摆下降时，______能减小，______能增大，______能转化为______能；滚摆上升时，______能增大，______能减小，______能转化为______能。 2. 单摆实验：摆球从最高点摆向最低点时，______能减小，______能增大，______能转化为______能；摆球从最低点摆向最高点时，______能增大，______能减小，______能转化为______能。 3. 过山车：从高处滑向低处时，______能转化为______能；从低处冲向高处时，______能转化为______能。 4. 卫星绕地球运行（忽略空气阻力）：在近地点时______能最大，______能最小；在远地点时______能最大，______能最小。从近地点到远地点，______能转化为______能。 【演示实验观察记录：滚摆的能量转化】 观察滚摆实验（或观看滚摆视频），完成下表的记录和分析。 摆动次数 本次上升最大高度 与前一次相比高度变化 下降过程能量转化 上升过程能量转化 第1次 —（初始值） 第2次 第3次 趋势分析： (1) 滚摆每次上升的最大高度如何变化？ (2) 这一现象说明什么？ (3) 如果完全没有空气阻力，滚摆每次上升的高度会怎样？这说明了什么物理规律？ 答： 【想想议议】 (1) 从桌子上掉下的苹果，在下落过程中速度越来越快。此过程中苹果的动能和重力势能分别如何变化？能量是如何转化的？ (2) 竖直向上抛出的篮球，在上升过程中速度越来越慢。此过程中篮球的动能和重力势能分别如何变化？能量是如何转化的？ (3) 为什么滚摆每次上升的高度会越来越低？这说明机械能守恒需要什么条件？ (4) 小明认为：“物体的速度越大，动能一定越大。”小明的说法对吗？请举例说明。 (5) 小红认为：“只要没有外力作用，物体的机械能就一定守恒。”小红的说法对吗？为什么？ 达标练习 1. 下列关于能的说法中，正确的是（ ） A. 只有正在做功的物体才具有能量 B. 具有能量的物体一定正在做功 C. 能够做功的物体一定具有能量 D. 物体具有的能量越多，它做的功一定越多 2. 下列物体各具有哪种机械能？ （1）在水平路面上行驶的汽车：______ （2）被拉开的弹弓：______ （3）空中飞行的飞机：______ （4）被举在高处的重锤：______ 3. 一辆洒水车在马路上匀速行驶并洒水，洒水车的动能将（ ） A. 变大 B. 变小 C. 不变 D. 无法确定 4. 关于重力势能，下列说法正确的是（ ） A. 质量大的物体重力势能一定大 B. 位置高的物体重力势能一定大 C. 质量相等、高度相同的两个物体，重力势能一定相等 D. 在空中飞行的子弹只有动能，没有重力势能 5. 下列过程中，物体的重力势能转化为动能的是（ ） A. 跳伞运动员在空中匀速下落 B. 汽车在水平公路上加速行驶 C. 苹果从树上加速下落 D. 拉弓射箭时，箭被射出的过程 6. 某同学在体育课上投掷实心球，实心球的质量为2kg。请分析： 7. （实验数据分析）在"探究动能大小与速度的关系"实验中，小明用同一小车从斜面不同高度释放，测得木块被推动的距离如下表： 实验序号 释放高度/cm 木块移动距离/cm 1 5 8.2 2 10 16.5 3 15 24.8 (1) 分析表中数据，你能得出什么结论？ (2) 如果小明换用质量更大的小车从10cm高度释放，木块移动距离可能是（ ） A. 8.2cm B. 16.5cm C. 24.8cm D. 大于24.8cm 8. （实验方案补充）在"探究重力势能大小与哪些因素有关"的实验中，请你补全实验方案： (1) 实验器材： (2) 探究重力势能与质量的关系：应控制 相同，改变 ，观察 。 (3) 探究重力势能与高度的关系：应控制 相同，改变 ，观察 。 9. （概念辨析）下列关于机械能的说法中，正确的是（ ） A. 在空中飞行的飞机只具有动能 B. 拉长的橡皮筋只具有弹性势能 C. 在水平路面上匀速行驶的洒水车，动能保持不变 D. 从斜坡上加速滑下的滑板少年，重力势能转化为动能 10. （STS情境题）阅读材料，回答问题： 2022年北京冬奥会，中国选手谷爱凌在自由式滑雪女子大跳台决赛中，从50米高的大跳台顶端出发，经加速下滑后在起跳台腾空而起，在空中完成超高难度动作后稳稳落地。她在空中的最大高度距地面约62米。 (1) 谷爱凌从跳台顶端下滑过程中，能量如何转化？ (2) 起跳后在空中上升过程中，哪种能量在增大？哪种能量在减小？ (3) 如果考虑空气阻力，她落地时的速度与忽略空气阻力时相比如何？为什么？ 11. （开放性论述题）从能量的角度，解释为什么高速公路上要对大货车实行比小轿车更低的限速标准。 （提示：从动能影响因素、刹车距离、安全行驶等方面分析） 任务三 | 拓展提升·反思总结 拓展阅读：机械能与可再生能源 机械能是自然界中最常见的能量形式之一。风能、水能等可再生能源的利用，本质上都是将自然界中蕴含的机械能转化为电能供人类使用。 以风力发电为例：流动的空气（风）具有动能，风吹动风力发电机巨大的叶片，将风的动能转化为叶片的动能（机械能），再通过发电机转化为电能。一座大型风力发电机的叶片直径可达100米以上，单台装机容量可达数兆瓦。我国是世界上风电装机容量最大的国家，截至2024年底，风电累计装机容量已超过4亿千瓦。 三峡水电站则是利用水的重力势能发电的典范：上游蓄水使水具有巨大的重力势能，水流从高处冲下时，重力势能转化为动能，推动水轮发电机组旋转，最终将机械能转化为电能。三峡水电站总装机容量为2250万千瓦，年发电量约1000亿千瓦时，是世界上装机容量最大的水电站。 无论是风能还是水能，都是清洁、可再生的能源。在“碳达峰、碳中和”的背景下，大力发展风能、水能等可再生能源，提高能量转化效率，对实现绿色可持续发展具有重要意义。同学们在学习机械能知识的同时，也要培养节能环保的意识——节约每一度电，珍惜每一种能源！ 预习反思 把预习中发现的问题记录下来吧…… 我的疑问清单 答案与解析 任务一 知识回顾·基础梳理 旧知温故 1. 作用在物体上的力 物体在力的方向上移动了距离 2. W = Fs 力 物体在力的方向上移动的距离 3. 功 4. 做了 人对购物车施加了力且购物车在力的方向上移动了距离 5. 能量 能量 新知填空 1. 能够对外做功 能 功 焦耳 焦 J 2. 运动 运动 3. 质量 速度 越大 大 越大 大 4. 举高 质量 高度 越大 大 越大 大 5. 弹性形变 大 大 6. 动能 势能 动能 势能 焦耳 J 7. 转化 不变 机械能 8. 内能 减小 任务二 课堂探究·知识建构 【情境导入】 (1) 过山车从高处滑向低处时，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能，所以速度越来越大。 (2) 过山车从低处冲向高处时，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能，所以速度越来越小。 (3) 如果没有摩擦和空气阻力，过山车能回到原来的高度。这说明在只有动能和重力势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变（机械能守恒）。 知识点1 能的概念 1. 一个物体能够对外做功，就说这个物体具有能量 2. 焦耳 焦 J 3. 大 本领（能力） 4. 内 电 核 机械 【归纳总结】 做功本领 功 一个物体能够对外做功 知识点2 动能 1. 运动 运动 2. 质量 速度 ① 大 大 ② 大 大 3. 控制变量 转换 4. 被撞物体被推动的距离 【归纳总结】 运动 质量 速度 质量 速度 【实验探究】 一、实验器材：质量不同、木块、刻度尺 二、实验方法：(1) 木块被推动的距离；转换法 (2) 控制变量法；速度、同一、质量、同一、不同 三、实验步骤：(1) 木块 (2) 不同、同一 (3) 同一、不同 四、实验数据记录（参考答案，实际以实验为准）：实验1：s1（较小）；实验2：s2（较大，s2≈4s1）；实验3：s3（适中，s1<s3<s2） 五、分析与论证：(1) 1、2；质量、速度 (2) 1、3（或2、3中质量不同的组）；速度、质量 (3) 质量、速度；大、大；大、大 六、交流与评估：(1) 控制小车到达斜面底端时的速度相同（控制变量法） (2) 增大木块质量或在桌面边缘加挡板 (3) 可以改用小车撞击弹簧测力计，通过读数比较；或让木块撞入沙坑，测量陷入深度（合理即可） 知识点3 重力势能 1. 举高 2. 质量 高度 ① 大 大 ② 大 大 3. 越大 越多 知识点4 弹性势能 1. 弹性形变 2. 弹性形变量的大小 大 大 3. 弹性势 【归纳总结】 势 质量 高度 弹性形变量的大小 重力势 动 弹性势 动 知识点5 机械能的定义与守恒 1. 动能 势能 2. 动能 势能 3. 动能 势能 总和 4. 转化 5. 动能 势能 不变 6. 摩擦力 空气阻力 【归纳总结】 动能 势能 摩擦力 空气阻力 不变 内能 减小 知识点6 动能与势能的相互转化 1. 重力势 动 重力势 动 重力势 动 动 重力势 2. 重力势 动 重力势 动 重力势 动 动 重力势 3. 重力势 动 动 重力势 4. 动 重力势 重力势 动 动 重力势 【演示实验】 趋势分析：(1) 滚摆每次上升的最大高度逐渐降低（减小）。 (2) 说明滚摆在运动过程中受到空气阻力等作用，部分机械能转化为内能，机械能逐渐减小。 (3) 如果完全没有空气阻力，滚摆每次上升的高度将保持不变（等于初始高度）。这说明在只有动能和势能相互转化时，机械能守恒。 【想想议议】 (1) 下落过程中苹果的高度减小、速度增大，因此重力势能减小、动能增大，重力势能转化为动能。 (2) 上升过程中篮球的高度增大、速度减小，因此重力势能增大、动能减小，动能转化为重力势能。 (3) 因为滚摆在运动过程中受到空气阻力等的影响，一部分机械能转化为内能，所以机械能逐渐减小，上升的高度越来越低。这说明机械能守恒的条件是没有摩擦力和空气阻力等外力作用。 (4) 不对。动能的大小由质量和速度共同决定。例如，一只高速飞行的小虫质量非常小，它的动能可能远小于一辆低速行驶的卡车的动能。 (5) 不对。物体不受外力作用时，如果物体匀速直线运动，动能不变，但重力势能可以不变（如在水平面），机械能守恒；但如果物体被弹簧弹出且弹簧对物体做功，便有弹性势能与动能转化，仍属于机械能内部转化，机械能守恒。实际上，关键是看有没有机械能与其他形式能的转化。 达标练习 1. C 【解析】一个物体能够对外做功，就说这个物体具有能量。具有能量的物体不一定正在做功（如静止在高处的重锤），所以A、B错误。物体具有的能量多，表示它能做的功多，但如果条件不允许（如被固定住），它实际上不一定做更多的功，D错误。 2. （1）动能 （2）弹性势能 （3）动能和重力势能 （4）重力势能 【解析】（1）在水平路面上行驶的汽车有速度，具有动能。（2）被拉开的弹弓发生了弹性形变，具有弹性势能。（3）空中飞行的飞机既有速度又有高度，同时具有动能和重力势能。（4）被举在高处的重锤有高度，具有重力势能。 3. B 【解析】洒水车匀速行驶、速度不变，但在洒水过程中质量不断减小。动能由质量和速度共同决定，速度不变、质量减小，所以动能变小。 4. C 【解析】重力势能的大小由质量和高度共同决定，单独说质量大或位置高并不能确定重力势能大，A、B错误。质量相等、高度相同的两个物体，重力势能一定相等，C正确。空中飞行的子弹既有速度又有高度，所以同时具有动能和重力势能，D错误。 5. C 【解析】A为匀速下落，动能不变，重力势能减小，重力势能没有转化为动能（而是转化为内能）。B为水平加速，动能增大但重力势能不变，是内能转化为动能。C为加速下落，高度减小、速度增大，重力势能转化为动能，正确。D为拉弓射箭，是弹性势能转化为动能。 6. 答：（1）实心球上升过程中，高度增加、速度减小，因此重力势能增大、动能减小。 （2）实心球下落过程中，高度减小、速度增大，因此重力势能减小、动能增大。重力势能转化为动能。 （3）若考虑空气阻力，部分机械能转化为内能，机械能总量减小，实心球落地速度偏小。 7. （实验数据分析）(1) 当小车质量相同时，从斜面释放的高度越高（即到达底端的速度越大），木块被推动的距离越远，说明动能越大。结论：质量相同时，速度越大，动能越大。 (2) D（大于24.8cm）。解析：质量更大的小车从同一高度释放，到达底端速度相同，但质量更大，动能更大，推动木块的距离更远，超过了质量为m的小车在15cm高度释放时的24.8cm。 8. （实验方案补充） (1) 实验器材：质量不同的两个重物（如沙袋或砝码）、刻度尺、沙坑（或海绵、橡皮泥等可显示凹陷程度的物体）。 (2) 高度、质量、物体陷入沙坑的深度（或海绵凹陷程度）。 (3) 质量、高度、物体陷入沙坑的深度（或海绵凹陷程度）。 9.D 【解析】A错误：空中飞行的飞机既有速度又有高度，同时具有动能和重力势能。B错误：拉长的橡皮筋同时具有一定的重力势能（离地有一定高度）和弹性势能。C错误：洒水车匀速行驶但质量不断减小，动能减小。D正确：从斜坡上加速滑下，高度降低、速度增大，重力势能转化为动能。 10.答：(1) 谷爱凌从跳台顶端下滑过程中，高度降低、速度增大，重力势能转化为动能。 (2) 起跳后在空中上升过程中，重力势能在增大（高度增加），动能在减小（速度减小），动能转化为重力势能。 (3) 考虑空气阻力时，落地速度比忽略空气阻力时偏小。因为空气阻力做负功，一部分机械能转化为内能，机械能总量减小。 11. 答：动能的大小与质量和速度两个因素有关。大货车的质量远大于小轿车，在相同速度下大货车的动能远大于小轿车。因此紧急刹车时大货车需要更长的距离才能停下来（动能越大，克服阻力做功越多）。为了保证行车安全，防止因刹车距离不足引发交通事故，必须对大货车实行比小轿车更低的限速标准。此外，从安全角度考虑，大货车动能大，一旦发生碰撞造成的破坏也更严重，降低限速可以有效减小事故的危害程度。 1 学科网（北京）股份有限公司 $