北师大版九年级全册一 机械能教学设计及反思

10.1 机械能

教学目标

【知识与技能】

1．知道什么是动能、重力势能、弹性势能、机械能。

2．知道动能、重力势能、弹性势能分别与哪些因素有关。

3．知道动能、重力势能、弹性势能可以相互转化。 

【过程与方法】

1.通过探究，知道动能的大小与物体的质量和运动速度有关，并能解释简单的现象。

2.通过探究，知道弹性势能和重力势能的概念和决定因素，并能解释简单的现象。

3.通过观察和实验，认识并理解动能和势能的转化过程，能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单物理现象。

【情感态度与价值观】

能够运用“控制变量法”进行实验设计，逐步养成在实验中认真观察、勤于思考的习惯。  

教学重点

建立动能和势能的概念，理解影响动能和势能大小的因素。

教学难点

解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单物理现象。

教学过程

一、引入新课

用多媒体展示下列问题，师生共同讨论。

1.高速公路上都有限制汽车速度的标志，想一想这样做的原因是什么？

2.“……忽然，它像一匹脱缰的野马，从轨道的最高端飞驰而下，如同一条蛟龙，时而上下翻腾，时而左摇右摆……乘坐过山车的我在万分紧张的气氛中紧闭双眼，经历如此惊心动魄、激动不已的旅程，当我感觉过山车似乎平稳时，睁开了双眼。哎呀！太可怕了……我正处于回环的最高处，而且还头朝下……太刺激了！”过山车速度为什么能够快慢不同的改变？过山车在最高点时，怎么会有平稳的感觉？想知道这里面的物理道理吗？通过本节内容的学习，聪明的你一定能找到答案。

3.置疑：你知道人为什么要吃饭吗？学生讨论。

人类生活、生产离不开能量。因此，我们很有必要学习并了解一些有关能量方面的知识。

问题：根据你的认识与了解，能说说能量有哪些形式吗？

学生讨论回答。那么，什么物体具有能呢？

指出：机械能是能量中最常见的一种形式。

到底什么是能呢？请观察下列实验。

二、新课教学

(一)什么是能

1．演示实验

(1)运动的小车推动木块运动。

(2)被举高的重物下落将小桌子压入沙中。

(3)被拉伸的弹簧拉动小车运动。

2．分析、讨论

(1)运动的小车对木块、被举高的重物对小桌、被拉伸的弹簧对小车有没有做功？你判断的依据是什么？

(2)运动的小车、被举高的重物、被拉伸的弹簧有什么共同特点？

在学生回答的基础上，引出“能量”的概念。

3．“能量”的概念

物体具有做功的本领，就说物体具有能。

4．如何去判断能的大小

举例讨论：四、五级风能够推动帆船“逆水行舟”；八、九级大风可以使大树“前仰后合”，而飓风能把大树连根拔起。

分析：哪种风具有的能量最大？你怎样判断能的大小？

总结：在物理学中，能量和做功有密切的联系，能量反映了物体做功的本领。一个物体能做的功越多，这个物体的能量就越大。

5．能的单位和功的单位相同，都是焦耳(J)。

典例解读　下面关于功和能的说法中，正确的是(　　)

A．一个没有做功的物体，一定没有能量

B．甲物体的能量比乙物体的能量大，则甲物体一定比乙物体做的功多

C．在空中飞行的子弹，因为它能够做功，所以它具有能量

D．静止的物体，没有机械能

【解析】做功是改变能量的一种途径，能量改变了多少，可以用做功的多少去度量。即功是描述物体在力的作用下取得的成效(移动的距离)，是一个过程，而能量是物体本身所具有的，是一个状态量，物体没有做功，不一定没有能量，主要是把握“能够做功”这个关键词，一个物体对别的物体能够做功，则说明它一定具有能量。

【答案】C

(二)机械能

问题：运动的小车、被举高的重物、被拉伸的弹簧都具有做功的本领，所以都具有能。它们具有能的原因是否相同呢？

回顾实验作答：

小车之所以具有能量，是因为其运动；

重物之所以具有能量，是因为其被举高；

弹簧之所以具有能量，是因为其发生了弹性形变。

为了区分它们，物理学中作了如下规定：

1．动能：物体由于运动而具有的能量。

2．重力势能：物体由于被举高而具有的能量。

3．弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量。

机械能

举例说明：日常生活中，哪些物体具有动能？哪些物体具有重力势能？哪些物体具有弹性势能？

典例解读　下面的物体中，只具有动能的是____；只具有势能的是______；既具有动能，又具有势能的是______。

A．停在地面上的汽车

B．在空中飞行的飞机

C．被起重机吊在空中静止的货物

D．弹簧

E．在水平铁轨上行驶的火车

【解析】A项，停在地面上的汽车没有运动，它不具有动能；因为其在地面上，它也没有势能。B项，正在空中飞行的飞机在运动着，它具有动能；它离地面有一定的高度，又具有重力势能。C项，在空中静止的货物，它没有动能，只有重力势能。D项，弹簧在没有发生弹性形变时，不具有弹性势能。E项，水平铁轨上行驶的火车，只有动能没有势能。所以，只有动能的是E，只有势能的是C，既有动能又有势能的是B。

【答案】E　C　B

(三)动能的大小跟哪些因素有关

1．探究动能的大小跟哪些因素有关

置疑：物体具有的动能大小可能跟什么因素有关？并说明猜想的依据。

学生猜想：(1)动能的大小可能跟物体的速度有关。

理由：用玩具手枪射出去的塑料子弹威力大，而用手扔出去威力小。

(2)动能的大小还可能跟物体的质量有关。

理由：在车祸中，电动自行车撞倒行人的后果不太严重，而以相同速度行驶的大卡车撞人的后果严重。

设计实验方案，思考：

(1)怎样让小球自己运动起来，获得动能？

(2)动能的大小可能跟两个因素有关，用什么方法进行实验？

(3)怎样改变小球运动的速度？又怎样控制小球运动的速度相同？

(4)怎样比较小球动能的大小？

分析现象、得出结论：

质量相同时，速度越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能越大；

速度相同时，质量越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能越大。

总结：物体的动能跟质量和速度有关，速度越大，质量越大，它具有的动能就越大。

2．练习

(1)一辆汽车突然加速行驶，它的动能________。为什么？

(2)洒水车在马路上匀速前进并不停地洒水，它的动能____________。为什么？

(3)交通部门为什么要对车辆进行限速？为什么同一路段不同车辆限速不同？

(四)势能的大小跟哪些因素有关

探究：重力势能的大小跟哪些因素有关？

置疑：物体具有的重力势能大小可能跟什么因素有关？并说明依据。

学生猜想：

设计实验方案，思考：

(1)如何利用所给器材，比较重物重力势能的大小？

(2)如何在实验中控制有关的变量？

学生根据设计方案探究后，汇报结果；

分析总结、得出结论：

物体被举得越高，质量越大，它具有的重力势能就越大。

关于弹性势能的大小与什么因素有关？让学生自己课后自行设计实验方案、并进行探究。

总结：物体的位置越高，质量越大，它具有的重力势能就越大；弹性物体的弹性越强，形变越大，它具有的弹性势能就越大。

(五)机械能的转化

1．说明

(1)动能和势能是机械能的两种表现形式。

(2)一个物体可以既有动能，又有势能，也可以只具有动能或者只具有势能。

2．练习：说明下列物体具有什么形式的机械能。

①在海上行驶的轮船。

②吊在天花板上的吊灯。

③被拉长的橡皮条。

④在空中飞行的子弹。

3．动能与势能的转化

通过实验、观察和分析，认识物体的动能和势能之间是可以相互转化的。

演示并分析课本P5观察与思考中设置的实验。

得出结论：物体具有的动能和势能是可以相互转化的。

典例解读　1.如图所示，铅球从出手到将要落地的过程中，下列说法正确的是(不计空气阻力)(　　)

A．铅球由a→b时，动能逐渐增大

B．铅球在b点的机械能大于a点的机械能

C．铅球由b→c时，机械能逐渐减小

D．铅球在c点时动能最大

【解析】机械能是动能和势能的总和，如果不计空气阻力，能量没有损失，机械能的总量不变。

【答案】D

2．如图所示，光滑水平面上放有一个左边连接有弹簧的物体B，物体A以一定的速度向右运动撞击弹簧，最后A与B一起向右运动，A刚接触弹簧到A、B以相同的速度向右运动这一过程中，下列关于弹簧的弹性势能的说法中正确的是(　　)

A．一直减小

B．一直增加

C．先增加后减小

D．先减小后增加

【解析】A刚接触弹簧，A开始压缩弹簧，压缩的弹簧会对B产生弹力使物体B向右运动起来。开始时B的速度比A的速度慢，A要继续压缩弹簧，直到A与B的速度相同时，弹簧不再被压缩，即此时弹簧被压缩到最大值，弹簧的形变最大，弹簧具有的弹性势能也达到最大。

【答案】B

[课堂小结]

1．动能、重力势能、弹性势能、机械能；

2．动能大小与物体质量及速度的关系；

3．重力势能大小与物体质量及高度的关系；

4．动能和势能是可以相互转化的。

板书设计

10.1 机械能

一、动能

1.定义：

2.影响因素：

二、势能

1.定义：

2.影响因素

三、机械能及其转化