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第五章 功和简单机械
华师大版九年级上册
第4节 机械能（1）
－－－动能和势能
教学目标
科学观念：建立能量的初步概念；理解动能、重力势能的概念
及影响它们大小的因素；能用实例说明物体的动能和势能；
知道弹性势能；知道机械能及其单位。
科学思维：通过实验培养学生的观察、实验能力和分析概括能
力。培养学生用能量观点分析问题的能力和意识。
探究实践：体验利用控制变量法来设计实验过程。
态度责任：结合我国航天事业的发展，对学生进行爱国主义教育。
新知导入
我们知道，一个力作用在物体中，物体沿着力的方向移动一段距离，我们就说这个力对这个物体做了功。
在科学中，如果一个物体能够对其他物体做功，这个物体就具有能量。例如，风是水平流动的空气，风具有能量，能推动风车做功；流动的水具有能量，能推动水轮机工作；运动的汽车、飞行的子弹、被拉伸的弹簧等都能具能量，都能对其他物体做功。
我们可用做功的多少来度量能量的改变。所以功和能的单位是统一的，都是焦耳（J）。
新知讲解
一、能量
1、能量（能）：
物体能够做功，就具有能量。一个物体能够做功越多，表示这个物体的能量越大。
2、能量的形式：
能量的形式多样：电能、太阳辐射能、机械能（动能、势能）、热能、光能、核能、风能……等。
注意：
能够做功不表示物体一定要正在做功，将要做功或可以做功而现在没有做功的物体也具有能量。
新知讲解
二、动能
1、动能：
运动的物体具有的能，称为动能。
2、 物体动能的大小可以表现为它对其他物体所能做的功的大小。
物体动能越大，它能够对其他物体做的功就越大；动能越小，它能够对其他物体做的功就越小。
活动
运动的物体具有动能，具有动能的物体能做功。以公路上行驶的汽车撞上障碍物为例，说一说动能大小与什么因素有关？
（1）同一辆汽车，以相同的速度行驶在同一路段，满载货物与空载时撞上障碍物，结果破坏程度的不一样的， 时，破坏程度更大些。说明： 。
（2）同一辆空载的汽车，速度不同时撞上障碍物，结果破坏程度是不一样的， 时，破坏程度更大些。说明：
。
满载（质量较大）
速度相同时，质量越大，其动能越大。
速度较大
质量相同时，速度越大，其动能越大。
新知讲解
3、影响动能大小的因素：
影响物体动能大小的因素有物体的运动速度和质量。
（1）质量相同时，速度越大，物体的动能越大；
（2）速度相同时，质量越大，物体的动能越大。
质量越大，速度越大，物体的动能就越大。
讨论交流
从能量的角度，说一说，交通规则中，为什么要规定“车辆严禁超载超速行驶”？
行驶的车辆具有较大的动能，动能大小与其质量及运动速度有关。速度越大、质量越大，其所具有的动能就越大，同时汽车的惯性也大，从而使汽车存在较大安全隐患。一旦发生交通事故，后果会很严重。
实验探究
借助如图所示的仪器设备，议一议，如何设计实验来验证“动能大小与质量、速度的关系”？
（1）使球从斜面上某一高度由静止滚下，球到达水平面时具有一定的 ，这时球进入盒中并推动盒子向前运动，这时盒子获得了 而运动起来。盒子被球推着运动的距离越大，说明：
；
（2）实验中，通过观察 来推断球具有动能大小。这里所采用的方法是 法。
（点击图片可播放）
速度
动能
球对盒子做功，盒子运动的距离越大，说明球具有的动能越大
盒子运动的距离大小
转换
活动设计
A、验证“动能大小与质量有关”：
（1）应该控制相同的量是 ；改变的量是 ；
（2）使 的球从斜面上 高度由静止滚下，记录盒子被球推着运动的距离；从而比较球的动能大小。
（3）这里使用的研究方法为 法、 法。
速度
质量
质量不同
相同
转换 控制变量
活动设计
B、验证“动能大小与速度有关”：
（1）应该控制相同的量是 ；改变的量是 ；
（2）使 的球从斜面上 高度由静止滚下，记录盒子被球推着运动的距离；从而比较球的动能大小。
注意：
以上两个实验中，若盒子被推出轨道外而无法继续实验时，可以采用
等方法来解决。
质量 速度
质量相同 不同
换用质量较小的球、将球的下滑高度降低一些
视频辅助
影响动能大小的因素
（点击图片播放）
新知讲解
三、势能
1、势能包括重力势能和弹性势能。
2、动能和势能在国际单位制中的单位都是焦耳，简称焦（符号J）。
3、弹性势能：
当物体被拉伸、压缩或弯曲发生弹性形变时所具有的能叫做弹性势能。
弹性势能的大小与物体的弹性形变程度有关。
张开的弓具有弹性势能，可以对箭做功，
弓发生的形变越大，它具有的弹性势能就越大。
新知讲解
4、重力势能：
因被举高而能够做功的物体所具有的能量，叫做重力势能。
一个物体放在离地面有一定高度的位置，释放后在下落过程中就能够对其他物体做功，例如打桩机举到高处的重锤，下落时能把水泥桩柱打进地里。
活动
探究：物体重力势能的大小与质量的关系
材料：质量不同的重物A、B、C，用铁钉做脚的小方桌，一盒沙子。
材料使用说明：
把小方凳正放在细砂上，用手压凳面，压力越大，
铁钉陷入细砂越深，说明手对它做的功就越 。
将重物在一定高度落下撞击小方桌，铁钉陷入沙子中，说明
重物对桌子 ，同时说明重物具有 。
大
做功
重力势能
实验探究
第1步：
如图，依次将质量重物A、B、C，由高度为h处由静止释放，观察并比较它们撞击小桌子后铁钉插入沙子中的各自的深度；
结论： 。
小
浅
较大
较深
最大
最深
高度相同时，质量越大，物体的重力势能越大
（点击图片播放）
实验探究
第2步：
如图，依次将重物B，由高度为h处由静止释放，观察并比较它们撞击小桌子后铁钉插入沙子中的各自的深度；
结论： 。
小
浅
较高
较深
最高
最深
质量相同时，高度越大，物体的重力势能越大
（点击图片播放）
新知讲解
5、影响重力势能大小的因素：
物体的重力势能跟物体的质量和所处的高度有关。
物体的质量越大，被举得越高，重力势能就越大。
应用：
打桩机打桩时，常常使用很重的重锤，并且高高举起，使其获得较大的重力势能。
新知讲解
四、机械能：
1、一个物体可以既有动能，又有势能。
例如，起重机吊起重物过程中，重物因运动而具有动能，又因离地面有一定高度而又有重力势能。
2、动能和势能统称为机械能。
动能和势能是机械能的两种表面形式。
机械能是最常见的一种能量。
3、一个物体具有的动能或势能是可以
变化的，所以它们在一定条件下可以
相互转化。
课堂练习
1、高空坠物伤人事件时有发生，新颁布的《民法典》规定：“禁止从建筑物中抛掷物品”，因为高处的物体具有较大的（ ）
A．势能 B．速度 C．重力 D．动能
A
课堂练习
2、草原发生大面积蝗灾时，农业部门利用飞机喷洒农药消灭蝗虫。当飞机在某一高度水平匀速飞行喷洒农药时，它的（ ）
A．动能不变，势能不变 B．动能减小，势能增加
C．动能增加，势能减小 D．动能减小，势能减小
D
课堂练习
3、下列现象中物体动能和重力势能都发生变化的是（ ）
A．水平轨道上正在进站的列车
B．站在观光电梯上匀速下降的游客
C．站在商场自动扶梯上匀速上升的顾客
D．体育考试时，抛出的实心球从高处下落的过程
D
课堂练习
4、质量相等、半径相同的铅球、铁球和铝球，放在同一水平桌面上，它们具有的势能是( )
A．铅球最大 B．铁球最大
C．一样大 D．铝球最大
C
课堂练习
5、下列关于势能的说法正确的是（ ）
A．把压缩的弹簧放松，它的长度增加，势能也增加
B．同一根橡皮筋拉得越长，它的势能也越大
C．树上的两个苹果，位置高的一定比位置低的势能大
D．正在下落的两个铅球，5千克的铅球一定比4千克的铅球势能大
B
课堂练习
6、2020年6月23日，我国最后一颗北斗三号卫星发射成功，即完成北斗导航卫星全球组网，这标志着我国乃至国外即可彻底摆脱依赖美国的GPS卫星定位系统。
（1）北斗三号卫星升空过程中重力势能 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。
（2）卫星沿轨道绕地球运行时，在近地点的速较大，在远地点的速度较小，则卫星从近地点运动到远地点的过程中动能会 （填“变大”或“变小”）
变大
变小
课堂练习
7、小华为了探究“弹性势能的大小可能与物体的弹性形变程度有关”，设计了如图甲实验：将一根弹簧和一个质量为1kg的金属球（球上有一小孔）套在铁架台的金属杆（金属杆足够长）AB上面，每次将小球放在被压缩弹簧的顶端后松手。
（1）实验时每次将弹簧压缩______（填“相同”或“不同”）的长度（弹簧被压缩后未超过其弹性限度）。分析比较 ，从而比较弹性势能的大小。
（2）某次实验时，他发现小球的高度随时间变化的情况如图乙，则在整个过程中小球在_____时动能最大（填“t1”“t2”或“t3”）。
不同
小球上升高度
t1
课堂总结
1、能量:物体能够做功，就具有能量；
2、动能:这种由于运动而具有的能叫做动能；
3、物体质量越大、速度越大，其动能就越大；
4、重力势能：因被举高而能够做功的物体所具有的能量；
6、物体质量越大，所处高度越大，则其重力势能越大。
5、发生弹性形变时所具有的能叫做弹性势能；
6、重力势能和弹性势能都属于势能，动能和势能统称为机械能；
7、功和能的单位都是焦耳。
板书设计
功 能
（单位：焦耳）
动能：运动时具有的能
质量大、速度大，动能大
重力势能：被举高时具有的能
势能 质量大、高度大，重力势能大
弹性势能：被拉伸、压缩、弯曲时具有的能
形变程度大，弹性势能大
机械能：动能和势能统称机械能。
作业布置
1、复习本课时主要内容；
2、完成作业本中相应练习；
3、完成学案中“课后巩固”；
4、预习“动能和势能的转化”。
谢谢
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