初中物理人教版八下11.4机械能及其转化教案
文档属性
| 名称 | 初中物理人教版八下11.4机械能及其转化教案 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-01-08 19:42:53 | ||
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文档简介
11.4机械能及其转化
【学习目标】
1．知道机械能包括动能和势能。
2．理解机械能的转化。
3．能解释动能、重力势能、弹力势能间相互转化的简单物理现象。
4．初步了解机械能守恒的含义。
5．通过观察和实验的方法探究动能和势能相互转化的规律。
【教学重难点】
重点：动能和势能的相互转化。
难点：能解释有关动能和势能相互转化的简单物理现象。
【教学方法】
启发诱导法、实验探究法、讨论法、观察对比法。
【教学过程】
新课导入：
多媒体展示：陈峰同学的家到学校本是一条在水平面上的直路，爱动脑筋的陈峰做了这样一个设想：要是将从家到学校的路挖成一个“U”字形，如图所示，只要从家骑上自行车后，不用刹车也不用踩车，等车停下来就可以到达学校了。
陈峰同学的设想到底能不能实现，这节课我们就为同学们揭开此谜。进而导入新课。
新课讲授：
探究点一、机械能及其转化
活动1：观察并思考
行中的飞机具有动能和重力势能 此时的跳水运动员具有动能和重力势能
归纳总结：动能、势能统称为机械能。机械能的单位是焦耳，简称焦，用字母J表示。
物体具有机械能的总量等于动能、势能两种能量之和。
活动2：观察并思考
弓的弹性势能哪里去了？
举高的球释放后，重力势能减小，是不是能量消失了？
蹦床运动员从高处落下,能量哪里去了？
减小的能量是消失了吗？增大的能量是创生出来的吗？动能和势能可以统称为什么能？
学生猜想，进行交流，阐明观点。猜想认为是减小的能量转化为增大的能量。
教师根据学生的回答，逐步引导出动能和势能的转化，得出第一个知识点。
总结归纳：
弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成箭的动能；球从高处下落，球的重力势能转化成了它的动能；蹦床运动员从高处落下，在与蹦床面将要接触时，具有一定的动能，与蹦床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。可见，动能和势能可以相互转化。
活动3：想想做做，观看动画演示实验视频----滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。
最高点时，势能最大，动能最小；
下降时，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；
上升时，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能；
最低点时，重力势能最小，动能最大。
动能的变化量等于势能的变化量。
仿照滚摆下降过程的分析，得出滚摆上升过程中，滚摆的动能逐渐转化为重力势能。
活动4：演示单摆实验：让学生根据滚摆实验的描述，再分析单摆实验的现象及能量转化情况。
A―→B过程中具有的能量是势能和动能，其中能量的变化是重力势能减小，动能增大；
B―→C过程中具有的能量是动能和势能，其中能量的变化是重力势能增大，动能减小。
大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。(机械能＝动能＋势能)
活动5：观察这幅图：
并思考讨论：把悬挂的单摆锁拉近自己的鼻子处静止，松开手后，摆锁向前摆去，接着又反向摆回来，你原地不动，锁会打到你的鼻子吗？自己实际试一下，想一想这是为什么？
学生交流总结：不能打到，因为有空气阻力。如果没有摩擦等阻力，只有势能和动能的相互转化，机械能的总量保持不变，机械能是守恒的。
老师总结学生发言：空气中有阻力，所以机械能将改变。
教师让学生分析，在我们的日常生活中，你是否留意观察过哪些现象中存在能量转化的例子？生活中的哪些方面利用了动能和势能之间的转化？让学生走进物理的生活，体验一下。
学生结合生活的经历，讨论交流利用动能和势能转化的实例。
探究点二、水能和风能的利用
活动1：地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔腾；有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。我们的祖先很早就开始利用水能和风能了。让水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉；船靠风力鼓起帆来推动它们航行。到19世纪，人类开始利用水能发电。
活动2：了解水力发电
人们修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机，发电机装在水轮机的上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。
活动3：了解风力发电
风能也可以用来发电，风吹动风车，可以带动发电机发电。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”，联在一起供电。
活动4：科学世界
人造地球卫星的机械能转化
人造地球卫星在大气层外环绕地球运行。它的速度很快，一天内可以绕地球飞行几圈到十几圈。人造地球卫星广泛用于全球通信、军事侦察、气象观测、资源普查、环境监测、大地测量等方面。
许多人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点, 最远的一点叫远地点。卫星在运行过程中不受空气阻力，只有动能和势能的转化。因此，机械能守恒。卫星在远地点时势能最大，当卫星从远地点向近地点运动时，它的势能减小、动能增大，速度也就增大。当卫星从近地点向远地点运动时，它的势能增大，动能就会减小，速度也减小。
课堂练习：
1．羽毛球比赛中，空中飞行的羽毛球先后经过、两点时的重力势能相等，相比点，羽毛球在点时
A．机械能较小，动能较大 B．机械能较大，动能较大
C．机械能较小，动能较小 D．机械能较大，动能较小
【答案】C
【解析】空中飞行的羽毛球需要克服空气阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，所以点的机械能小于点的机械能；
动能和势能统称为机械能，物体先后经过、两点时的重力势能相等，点的机械能又小于点的机械能，故相比点，羽毛球在点时的动能较小，故错误，正确。
故选：。
2．以相同速度水平匀速飞行的鸽子和小燕子，如果它们具有相同的机械能，则
A．鸽子飞得较高 B．它们飞得一样高
C．小燕子飞得较高 D．无法判断
【答案】C
【解析】机械能等于重力势能和动能之和；以相同速度水平匀速飞行的鸽子和小燕子，速度相同，鸽子的质量大，动能大；如果它们具有相同的机械能，则说明小燕子的重力势能大，而小燕子质量较小，小燕子飞行的高度必然高。
故选：。
3．如图所示，小球由静止开始沿着粗糙的曲面从点向点运动，其中和两点在同一水平高度。下列说法中正确的是
A．小球从点运动到点，重力势能全部转化为动能
B．小球在点的机械能大于在点的机械能
C．小球在点的动能等于在点的动能
D．小球从点运动到点的过程中，机械能一定全部转化为内能
【答案】B
【解析】
．从点到点过程中，小球的质量不变，高度变小，则重力势能变小，同时速度变大，动能变大，重力势能会转化为动能，由于小球在滚动的过程中受摩擦力的作用，小球克服摩擦力做功，所以一部分重力势能会转化为内能，故错误；
．因小球在滚动过程中要克服摩擦力做功，机械能会逐渐减小，所以小球在点的机械能大于在点的机械能，故正确；
．小球从运动到的过程中，有一部分机械能会转化为内能，故小球在点的机械能大于在点的机械能；
已知和两点在同一水平高度，即两位置小球的重力势能相同，根据“机械能动能势能”可知，小球在点的动能大于在点的动能，故错误；
．小球运动到点时具有一定的高度，有一定的机械能，所以，小球从到的过程中，机械能不是全部转化为内能，故错误。
故选：。
4．如图，轻质弹簧竖直放置如图所示，轻质弹簧竖直放置，下端与水平地面相连，让小球从距离弹簧上端一定高度自由下落，直至到弹簧被压缩到最大的整个下落过程中（弹簧始终在弹性限度内），下列说法正确的是 （不计空气阻力）
A．小球的机械能守恒
B．小球、弹簧组成的系统机械能守恒
C．小球的动能一直增大
D．小球的机械能一直减小
【答案】B
【解析】．对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的高度不断减小，重力势能不断减小；小球的速度最终变为零，动能变为零，故小球的机械能不守恒，故错误；
．不计空气阻力，小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能这三种形式的能量相互转化，没有与其他形式的能发生交换，也就说小球、弹簧组成的系统机械能守恒，故正确；
．小球在接触弹簧前，不计空气阻力，其机械能是不变的，只有当接触弹簧后，小球的机械能才开始转化为弹簧的弹性势能，故错误。
故选：。
5．下列过程中，将内能转化为机械能的是
A．水蒸气顶起水壶盖的过程 B．汽油机的压缩冲程
C．流星在大气层中穿行的过程 D．小孩沿滑梯下滑的过程
【答案】A
【解析】．水蒸气顶起水壶盖，是水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，故符合题意；
．汽油机的压缩冲程，是机械能转化为汽油和空气的内能，故不符合题意；
．流星在大气层中穿行的过程中与空气摩擦，是摩擦生热，是机械能转化为内能，故不符合题意；
．小孩沿滑梯下滑的过程，需克服摩擦做功，机械能转化为内能，故不符合题意。
故选：。
课堂小结：
一、机械能
1．动能、势能统称为机械能；
2．物体具有机械能的总量等于动能、势能两种能量之和。
二、机械能的转化及守恒
1．动能和势能能够相互转化；
2．机械能守恒，当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。
三、水能和风能的利用
1．水能和风能是机械能；
2．在水（风）力发电站，将水（风）的机械能转化为电能。
作业布置：
完成配套课后练习。
【板书设计】
11.4机械能及其转化
一、动能和重力势能可以相互转化
二、动能和弹性势能可以相互转化
三、机械能
1．定义
2．机械能守恒
四、水能和风能的利用
【课后反思】
本节课主要采用以课件设疑来调动学生的好奇心，然后以问题为切入点展开讨论，让学生在情境问题中来感悟物理知识，起到乐中求学，学中求乐，不知不觉中总结出动能和势能之间可以转化的知识点。为了加深学生对动能、势能的相互转化的印象，再进一步举出生活事例进行分析。由于现象皆从身边来，故讨论时都踊跃发言，经过一定的“争吵”讨论出的结果正确性更高而且深刻。经过这样热烈的讨论，学到的知识一定印象深刻，从枯燥无味的课堂中感受到学习物理的乐趣。
飞行中的飞机
【学习目标】
1．知道机械能包括动能和势能。
2．理解机械能的转化。
3．能解释动能、重力势能、弹力势能间相互转化的简单物理现象。
4．初步了解机械能守恒的含义。
5．通过观察和实验的方法探究动能和势能相互转化的规律。
【教学重难点】
重点：动能和势能的相互转化。
难点：能解释有关动能和势能相互转化的简单物理现象。
【教学方法】
启发诱导法、实验探究法、讨论法、观察对比法。
【教学过程】
新课导入：
多媒体展示：陈峰同学的家到学校本是一条在水平面上的直路，爱动脑筋的陈峰做了这样一个设想：要是将从家到学校的路挖成一个“U”字形，如图所示，只要从家骑上自行车后，不用刹车也不用踩车，等车停下来就可以到达学校了。
陈峰同学的设想到底能不能实现，这节课我们就为同学们揭开此谜。进而导入新课。
新课讲授：
探究点一、机械能及其转化
活动1：观察并思考
行中的飞机具有动能和重力势能 此时的跳水运动员具有动能和重力势能
归纳总结：动能、势能统称为机械能。机械能的单位是焦耳，简称焦，用字母J表示。
物体具有机械能的总量等于动能、势能两种能量之和。
活动2：观察并思考
弓的弹性势能哪里去了？
举高的球释放后，重力势能减小，是不是能量消失了？
蹦床运动员从高处落下,能量哪里去了？
减小的能量是消失了吗？增大的能量是创生出来的吗？动能和势能可以统称为什么能？
学生猜想，进行交流，阐明观点。猜想认为是减小的能量转化为增大的能量。
教师根据学生的回答，逐步引导出动能和势能的转化，得出第一个知识点。
总结归纳：
弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成箭的动能；球从高处下落，球的重力势能转化成了它的动能；蹦床运动员从高处落下，在与蹦床面将要接触时，具有一定的动能，与蹦床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。可见，动能和势能可以相互转化。
活动3：想想做做，观看动画演示实验视频----滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。
最高点时，势能最大，动能最小；
下降时，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；
上升时，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能；
最低点时，重力势能最小，动能最大。
动能的变化量等于势能的变化量。
仿照滚摆下降过程的分析，得出滚摆上升过程中，滚摆的动能逐渐转化为重力势能。
活动4：演示单摆实验：让学生根据滚摆实验的描述，再分析单摆实验的现象及能量转化情况。
A―→B过程中具有的能量是势能和动能，其中能量的变化是重力势能减小，动能增大；
B―→C过程中具有的能量是动能和势能，其中能量的变化是重力势能增大，动能减小。
大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。(机械能＝动能＋势能)
活动5：观察这幅图：
并思考讨论：把悬挂的单摆锁拉近自己的鼻子处静止，松开手后，摆锁向前摆去，接着又反向摆回来，你原地不动，锁会打到你的鼻子吗？自己实际试一下，想一想这是为什么？
学生交流总结：不能打到，因为有空气阻力。如果没有摩擦等阻力，只有势能和动能的相互转化，机械能的总量保持不变，机械能是守恒的。
老师总结学生发言：空气中有阻力，所以机械能将改变。
教师让学生分析，在我们的日常生活中，你是否留意观察过哪些现象中存在能量转化的例子？生活中的哪些方面利用了动能和势能之间的转化？让学生走进物理的生活，体验一下。
学生结合生活的经历，讨论交流利用动能和势能转化的实例。
探究点二、水能和风能的利用
活动1：地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔腾；有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。我们的祖先很早就开始利用水能和风能了。让水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉；船靠风力鼓起帆来推动它们航行。到19世纪，人类开始利用水能发电。
活动2：了解水力发电
人们修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机，发电机装在水轮机的上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。
活动3：了解风力发电
风能也可以用来发电，风吹动风车，可以带动发电机发电。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”，联在一起供电。
活动4：科学世界
人造地球卫星的机械能转化
人造地球卫星在大气层外环绕地球运行。它的速度很快，一天内可以绕地球飞行几圈到十几圈。人造地球卫星广泛用于全球通信、军事侦察、气象观测、资源普查、环境监测、大地测量等方面。
许多人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点, 最远的一点叫远地点。卫星在运行过程中不受空气阻力，只有动能和势能的转化。因此，机械能守恒。卫星在远地点时势能最大，当卫星从远地点向近地点运动时，它的势能减小、动能增大，速度也就增大。当卫星从近地点向远地点运动时，它的势能增大，动能就会减小，速度也减小。
课堂练习：
1．羽毛球比赛中，空中飞行的羽毛球先后经过、两点时的重力势能相等，相比点，羽毛球在点时
A．机械能较小，动能较大 B．机械能较大，动能较大
C．机械能较小，动能较小 D．机械能较大，动能较小
【答案】C
【解析】空中飞行的羽毛球需要克服空气阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，所以点的机械能小于点的机械能；
动能和势能统称为机械能，物体先后经过、两点时的重力势能相等，点的机械能又小于点的机械能，故相比点，羽毛球在点时的动能较小，故错误，正确。
故选：。
2．以相同速度水平匀速飞行的鸽子和小燕子，如果它们具有相同的机械能，则
A．鸽子飞得较高 B．它们飞得一样高
C．小燕子飞得较高 D．无法判断
【答案】C
【解析】机械能等于重力势能和动能之和；以相同速度水平匀速飞行的鸽子和小燕子，速度相同，鸽子的质量大，动能大；如果它们具有相同的机械能，则说明小燕子的重力势能大，而小燕子质量较小，小燕子飞行的高度必然高。
故选：。
3．如图所示，小球由静止开始沿着粗糙的曲面从点向点运动，其中和两点在同一水平高度。下列说法中正确的是
A．小球从点运动到点，重力势能全部转化为动能
B．小球在点的机械能大于在点的机械能
C．小球在点的动能等于在点的动能
D．小球从点运动到点的过程中，机械能一定全部转化为内能
【答案】B
【解析】
．从点到点过程中，小球的质量不变，高度变小，则重力势能变小，同时速度变大，动能变大，重力势能会转化为动能，由于小球在滚动的过程中受摩擦力的作用，小球克服摩擦力做功，所以一部分重力势能会转化为内能，故错误；
．因小球在滚动过程中要克服摩擦力做功，机械能会逐渐减小，所以小球在点的机械能大于在点的机械能，故正确；
．小球从运动到的过程中，有一部分机械能会转化为内能，故小球在点的机械能大于在点的机械能；
已知和两点在同一水平高度，即两位置小球的重力势能相同，根据“机械能动能势能”可知，小球在点的动能大于在点的动能，故错误；
．小球运动到点时具有一定的高度，有一定的机械能，所以，小球从到的过程中，机械能不是全部转化为内能，故错误。
故选：。
4．如图，轻质弹簧竖直放置如图所示，轻质弹簧竖直放置，下端与水平地面相连，让小球从距离弹簧上端一定高度自由下落，直至到弹簧被压缩到最大的整个下落过程中（弹簧始终在弹性限度内），下列说法正确的是 （不计空气阻力）
A．小球的机械能守恒
B．小球、弹簧组成的系统机械能守恒
C．小球的动能一直增大
D．小球的机械能一直减小
【答案】B
【解析】．对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的高度不断减小，重力势能不断减小；小球的速度最终变为零，动能变为零，故小球的机械能不守恒，故错误；
．不计空气阻力，小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能这三种形式的能量相互转化，没有与其他形式的能发生交换，也就说小球、弹簧组成的系统机械能守恒，故正确；
．小球在接触弹簧前，不计空气阻力，其机械能是不变的，只有当接触弹簧后，小球的机械能才开始转化为弹簧的弹性势能，故错误。
故选：。
5．下列过程中，将内能转化为机械能的是
A．水蒸气顶起水壶盖的过程 B．汽油机的压缩冲程
C．流星在大气层中穿行的过程 D．小孩沿滑梯下滑的过程
【答案】A
【解析】．水蒸气顶起水壶盖，是水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，故符合题意；
．汽油机的压缩冲程，是机械能转化为汽油和空气的内能，故不符合题意；
．流星在大气层中穿行的过程中与空气摩擦，是摩擦生热，是机械能转化为内能，故不符合题意；
．小孩沿滑梯下滑的过程，需克服摩擦做功，机械能转化为内能，故不符合题意。
故选：。
课堂小结：
一、机械能
1．动能、势能统称为机械能；
2．物体具有机械能的总量等于动能、势能两种能量之和。
二、机械能的转化及守恒
1．动能和势能能够相互转化；
2．机械能守恒，当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。
三、水能和风能的利用
1．水能和风能是机械能；
2．在水（风）力发电站，将水（风）的机械能转化为电能。
作业布置：
完成配套课后练习。
【板书设计】
11.4机械能及其转化
一、动能和重力势能可以相互转化
二、动能和弹性势能可以相互转化
三、机械能
1．定义
2．机械能守恒
四、水能和风能的利用
【课后反思】
本节课主要采用以课件设疑来调动学生的好奇心，然后以问题为切入点展开讨论，让学生在情境问题中来感悟物理知识，起到乐中求学，学中求乐，不知不觉中总结出动能和势能之间可以转化的知识点。为了加深学生对动能、势能的相互转化的印象，再进一步举出生活事例进行分析。由于现象皆从身边来，故讨论时都踊跃发言，经过一定的“争吵”讨论出的结果正确性更高而且深刻。经过这样热烈的讨论，学到的知识一定印象深刻，从枯燥无味的课堂中感受到学习物理的乐趣。
飞行中的飞机