【名师备课】人教版八下物理11.4《机械能及其转化》教学设计+同步测试

《机械能及其转化》教学设计
江苏省丰县初级中学　刘庆贺
一、教学目标
（一）知识与技能
1．知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
2．能通过实验或实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。能解释与机械能转化有关的现象。
3．通过实例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互相转化。
（二）过程与方法
1．通过观察和实验，认识动能和势能之间的相互转化的过程。
2．通过动手设计实验，勇于探索自然现象和身边的物理道理。
（三）情感态度与价值观
1．通过水能和风能的利用，知道人类如何利用机械能的转化与守恒解决实际问题。提高运用机械能转化与守恒观点分析力学问题的意识。
2．关心机械能与人们生活的联系，有将机械能应用于生活的意识。
二、教学重难点
本节内容由“机械能及其转化”“水能和风能 ( http: / / www.21cnjy.com )的利用”两部分构成，教学的重点是动能和势能之间的相互转化。为了能够从能量转化与守恒的观点将动能和势能联系起来，可以让学生分析、讨论生活现象，如荡秋千、跳蹦蹦床、拍皮球等过程中物体高度、速度的变化，进而讨论动能和势能的变化情况，引出动能和势能的转化规律。
三、教学策略
本节要求学生不仅要知道动能和势能之间可以相 ( http: / / www.21cnjy.com )互转化，而且要了解转化过程中遵从的规律。教学中，以渗透机械能的转化与守恒思想为前提，加强实验，并利用动画、视频激发学生的学习兴趣，使学生能够从影响物体动能、重力势能和弹性势能大小的因素的角度判断物体的机械能如何变化。
四、教学资源准备
多媒体课件、单摆、滚摆、弹簧、小球等。
五、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课（5分钟） 手持粉笔头高高举起。提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？学生回答提问后，再引导学生分析粉笔头下落的 ( http: / / www.21cnjy.com )过程。首先提出当粉笔头下落路过某—点时，粉笔头具有什么能量？（此时既有重力势能，又有动能）继而让学生比较在该位置和起始位置，粉笔头的重力势能和动能各有什么变化？（重力势能减少，动能增加）在粉笔头下落的过程，重力势能和动能都有变化，指出自然界中动能和势能变化的事例很多 学生思考并回答 从身边的实验出发，充分调动学生参与课堂教学的积极性
新课教学（30分钟） 一、机械能及其转化给出机械能的概念，重力势能 ( http: / / www.21cnjy.com )、弹性势能统称为势能，动能、势能统称为机械能。物体具有的机械能等于动能、势能两种能量之和。之所以把动能、势能统称为机械能，是因为动能和势能可以相互转化，滚摆和单摆是动能和势能可以相互转化的常见实例。下面通过实验分析实例中动能和势能如何相互转化的？1．探究活动一：如图1，将滚摆卷起后释放，让学生观察分析：①滚摆在最高处时具有什么能？②释放后观察滚摆的高度、速度、质量的变化。③分别分析滚摆下降和上升过程中动能、势能的变化情况。④动能和重力势能之间是否可以相互转化？图1 图22．探究活动二：如图2，将单摆的摆球置于A处，然后释放。摆球就可以在A、B、C之间来回摆动。①摆球在哪些位置高度最高？②摆球在哪些位置速度最大？③分析摆球从A～B运动过程中，动能、势能的变化情况。④分析摆球从B～C运动过程中，动能、势能的变化情况。总结：动能和重力势能可以相互转化。3．探究活动三：按下图3进行实验。1．手持着木球将弹簧片推弯，而后突然释放木球，观察到什么现象？在此过程中，涉及哪些能量的转化？2．让木球从斜槽上端滚下，观察木球碰击弹簧片的过程。分析图3中，木球从甲→乙图和乙→丙图能量转化的过程。图34．回顾滚摆实验后思考：①滚摆上下运动的过程中机械能总量有什么变化，为什么？②滚摆机械能总量减小的原因是什么？如果没有摩擦和空气阻力，机械能的总量还会不会变化？总结：在动能和势能相互转化的过程中，如果没有摩擦和空气阻力则机械能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。思考：乒乓球落地后又弹起来，为什么达不到原来的高度，能量是怎么转化的？介绍人造地球卫星在运行过程中发生的动能和势能的相互转化。思考：①卫星运行过程中机械能是否守恒？②卫星从远地点向近地点运动时重力势能、动能、速度分别怎么变化？③卫星在什么时候动能最大？什么时候重力势能最大？ 学生进行实验并回答问题：①重力势能。②下降时：质量不变、高度变小、速度变大、重力势能变小、动能变大，减小的重力势能变成了动能。③上升时：质量不变、高度变大、速度变小、重力势能变大、动能变小。减小的动能变成了重力势能。④动能和重力势能之间可以相互转化。 学生进行实验并回答问题：①摆球在A、C处位置最高，具有的重力势能最大。②摆球在B处速度最大，具有的动能最大。③摆球从A～B运动过程中，重力势能不断减小，动能不断变大，是重力势能不断转化为动能。④摆球从B～C运动过程中，重力势能不断增大，动能不断减小，是动能不断转化为重力势能。 学生进行实验并回答问题：1．观察到木球在弹簧片的作用下在水平槽内运动。在此过程中，弹簧的弹性势能转化为木球的动能。2．从甲→乙图中，木球的动能转化为弹簧的弹性势能。从乙→丙图中弹簧的弹性势能转化为木球的动能。这说明动能和弹性势能可以相互转化。 学生讨论回答：①滚摆上升的最大高度越来越小，说明滚摆具有的机械能总量不断减小。②滚摆机械能总量减小的原因是摩擦和空气阻力。如果没有摩擦和空气阻力，机械能的总量不会变化。③动能和弹性势能之间可以相互转化。 学生阅读并思考后回答：①守恒，因为卫星在太空运行，没有空气阻力，只有动能和势能之间的相互转化。②重力势能增大，动能减小，速度减小。③在近地点时动能最大，在远地点时重力势能最大。 改为学生实验，让他们参与实验探究。在试验中获取知识，增长本领。 通过精心设计的问题，激活学生的思维，提高学生参与课堂教学的积极性和有效性。 人造地球卫星涉及到机械能的转化和守恒，可以拓宽学生视野
二、水能和风能的利用请学生观看图片或者视频，认识自然界存在的机械能。指出：水能和风能是水或者空气因为运动或者位置高而具有的机械能。修筑拦河坝可以提高坝前上游的水位，水位 ( http: / / www.21cnjy.com )越高，水的重力势能就越大。这样水从坝上落下时转化成的动能就越大，水推动坝下方的水轮机转动，水轮机又带动发电机发电，水能最终转化为电能。利用风能做功主要是靠风车，也可以用风车的转动带动发电机发电。利用风能不会有环境污染，但风能不稳定，不像拦河坝那样能把“风能”储存起来。展示图片或者视频，表现自然界的机械能有利也有弊。在水（风）力发电站，将水（风）的机械能转化为电能 请学生观看图片或者视频，了解水电站是怎样使发电机转动的，风力发电是怎样的。 通过水能和风能的利用，知道人类如何利用机械能的转化与守恒解决实际问题。提高运用机械能转化与守恒观点分析力学问题的意识
课堂小结（5分钟） 通过今天的学习，同学们有哪些收获？在实验探究中又存在哪些问题？还有什么想探究的问题？ 学生可以个别回答，或相互交流，在交流的基础上进行学习小结。 促进知识的巩固掌握。提升学生的交流表达能力

《机械能及其转化》同步测试
江苏丰县初级中学　董慧玲
一、选择题
1．小明在超市乘坐扶梯匀速的从一楼到达二楼，在这一过程中（ ）
A．小明的动能不变，势能增加，机械能减少
B．小明的动能转化为重力势能
C．小明的重力势能转化为动能
D．小明的动能不变，势能增加，机械能增加
答案：D
解析：在扶梯匀速上升的过程中，小明 ( http: / / www.21cnjy.com )的质量不变，速度不变，所以动能不变；由于高度增大，所以重力势能增大。根据机械能=动能+势能，动能不变，重力势能增大，故机械能增大。
2．跳远运动的几个阶段如图1所示，则运动员（ ）
A．助跑阶段机械能不变 B．起跳时机械能为零
C．经过最高点时动能最大 D．经过最高点时重力势能最大
答案：D
解析：助跑阶段，运动员加速运动，速度越来越快，动能变大，机械能变大，A错；起跳时，由于惯性，速度不为零，动能不为零，所以机械能不为零，B错；从起跳到经过最高点时，动能逐渐转化为重力势能。经过最高点时动能最小，重力势能最大，C错，D正确。
3．（2013年荆门市中考题）一根细长绳的下端系一金属小球，上端固定，制成一个摆，把小球拉离竖直位置松手，让他摆动起来，如图2所示，可以观察到小球摆动过程中摆动的幅度会逐渐减小，最终停下来，对于小球在摆动过程中的能量转化情况，下列说法不正确的是（ ）
A．小球从高处向低处摆动过程中，势能部分转化为动能
B．小球从低处向高处摆动过程中，动能部分转化为势能
C．小球摆动过程中机械能守恒
D．小球依次经过最低点时，动能会逐渐减少
图2
答案：C
解析：A．小球从高处向低处摆动过程 ( http: / / www.21cnjy.com )中，质量不变，高度降低，重力势能减小；速度增大，动能增大，所以是重力势能转化为动能，A正确，但不符合要求。B．小球从低处向高处摆动过程中，质量不变，高度升高，重力势能增大；速度减小，动能减小，所以是动能转化为重力势能。B正确，但不符合要求；C．小球在摆动过程中，摆动的幅度会逐渐减小，最终停下来，所以机械能逐渐减小，机械能不守恒。C不正确，但符合要求。D．由于小球在摆动过程中，机械能越来越小，所以到达最低点的动能会逐渐减小。D正确，但不符合要求。
4．(2013年宜昌市中考题)人造卫星沿椭圆 ( http: / / www.21cnjy.com )轨道绕地球运行，图3所示为卫星从远地点向近地点运动的过程。针对该过程，以下说法正确的是（ ）
A．动能逐渐增大，机械能增大
B．势能逐渐减小，机械能减小
C．动能逐渐增大，势能逐渐减小，机械能不变
D．动能逐渐增大，势能逐渐减小，机械能减小
图3
答案：C
解析：由于太空是真空，没有 ( http: / / www.21cnjy.com )空气，当然不会有空气阻力。所以当卫星在太空中运行时，机械能保持不变。当卫星从远地点向近地点运动时，卫星质量不变，所处高度减小，重力势能减小；减小的重力势能全部转化为动能，所以动能增大。
5．（2013年菏泽市中考题）2013年4月20日，四川雅安发生7．0级地震，引发的次生灾害造成巨大损失。关于次生灾害，下列说法中错误的是（ ）
A．地震中心芦山的主要道路发生山体滑坡，泥石的势能转化为动能
B．芦山县玉溪河和金鸡峡已形成堰塞湖，水的势能增大
C．堰塞湖水面上的漂浮物受到的浮力大于重力
D．流动的洪水具有巨大的动能
答案：C
解析：A．山体滑坡时，泥 ( http: / / www.21cnjy.com )石的高度减小，速度增加，因此将泥石的重力势能转化为动能；故A正确。B．芦山县玉溪河和金鸡峡已形成堰塞湖时，水位升高，因此水的势能增大；故B正确。C．堰塞湖水面上的漂浮物受到的浮力等于重力，故C错误；D．因为流动的洪水具有速度，因此流动的洪水具有巨大的动能；故D正确。
6．中国跳水队被人们称为“梦之队”。如图4中是跳水运动员跳水时的情景，运动员在离开跳板到落入水的过程中（ ）
图4
A．运动员的动能一直增大，机械能不变
B．运动员的重力势能一直减小，机械能减小
C．运动员的动能先减小后增大，机械能不变
D．运动员的重力势能先减小后增大，机械能增大
答案：C
解析：运动员向下用力使跳板发生弹性形变 ( http: / / www.21cnjy.com )，跳板具有弹性势能，当跳板恢复原状时，弹性势能减小，把跳板的弹性势能转化为运动员的动能，运动员上升过程中质量不变，速度减小，动能减小；质量不变，高度增大，重力势能增大，达到最高点动能为零。在下降的过程中，质量不变，速度增大，高度减小，动能增大，重力势能减小。在整个过程中，不考虑空气的阻力，没有摩擦，机械能是守恒的。
7．（2013年雅安市中考题）如图5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)（ ）
图5
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
答案：D
解析：A．铅球由a→b时，动能转化为重 ( http: / / www.21cnjy.com )力势能，动能逐渐减小，重力势能不断增大，不符合题意。B．不计空气阻力，则机械能守恒，a、b、c三点的机械能相等，不符合题意。同样道理C也不符合题意。D．由a、b、c三点的机械能相等，机械能=动能+势能，c点铅球的重力势能最小，所以动能最大，符合题意。
8．掉在水平地面上的弹性小球会跳起 ( http: / / www.21cnjy.com )，而且弹跳的高度会越来越低。如图6所示是小球弹跳的频闪照片，小球在1、2位置的高度一样。下面说法正确的是（ ）
A．小球在1、2位置的动能相同，机械能也相同
B．小球在1、2位置的动能相同，2位置的机械能较小
C．小球在1、2位置的机械能相同，2位置的动能较小
D．小球在2位置的动能较小，机械能也较小
答案：D
解析：从图中看出小球弹跳的高度越来越低， ( http: / / www.21cnjy.com )说明小球具有的机械能越来越小。这可以从两个方面来判断。（1）小球在空中运动时要与空气摩擦，对空气做功；落地时要对地面做功。这都使小球的一部分机械能转化为内能，从而使它的总机械能减小。（2）机械能等于动能与势能之和。小球在最高点时，速度为零，动能为零。因而小球在最高点时具有的机械能就等于此时的重力势能。小球弹跳的高度越来越低，说明小球在最高点具有的重力势能越来越小，因此小球具有的机械能越来越小。这样看来，小球在位置1时具有的机械能应该比位置2时大。通过观察图1可知，位置1、2在同一高度，说明小球具有的重力势能相同。再根据机械能=动能+势能，所以小球在位置1具有的动能大于位置2。
9．（2013年嘉兴中考题）如图7是 ( http: / / www.21cnjy.com )杂技演员演出时的过程示意图。男演员从甲处用力向上起跳，落下后踩在翘翘板的a端，能把站在b端的女演员弹上乙处。由于存在阻力，故（ ）
图7
A．男演员的质量必须要大于女演员的质量
B．甲处男演员的势能一定要大于乙处女演员的势能
C．男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能
D．女演员弹起时的动能与她站在乙处时的机械能相等
答案：C
解析：A．男演员从甲处用力向上起跳时， ( http: / / www.21cnjy.com )同时具有动能和重力势能，女演员到达乙处静止不动时，只具有重力势能。由于乙处高于甲处，男演员的机械能一定大于女演员的机械能，所以男演员的质量不一定大于女演员质量。但如果男演员自由下落时，男演员的质量一定要大于女演员质量，不符合题意。同样B也不符合题意。C．整个过程中，男演员离开跳台时的机械能转化为女演员的机械能，由于存在阻力，转化过程中机械能的总量减小，所以男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能，符合题意。D．女演员弹起时动能转化为重力势能，由于存在阻力，动能不能全部转化为重力势能，所以女演员弹起时的动能大于她站在乙处时的机械能，不符合题意。
二、填空题
10．（2013年兰州市中考题）如图8所示，捻动滚摆的轴使它升高后释放，可以观察到滚摆沿着悬线向下运动，此过程中，它的 能减小， 能增加。滚摆到最低点后又上升，每次上升的高度逐渐减小，这说明滚摆具有的机械能 （填“减小”“增大”或“不变”）。
图8
答案：重力势能 动能 减小
解析：滚摆是重力势能和动能相互 ( http: / / www.21cnjy.com )转化的机械。滚摆升到最高点后，放开手，可以看到滚摆沿着悬线向下运动，越转越快。滚摆在最高点位置时重力势能最大，在最低点时动能最大。滚摆每次上升的最大高度逐渐减小，这说明滚摆具有的机械能逐渐减小，减小的原因是存在摩擦阻力。
11．甲站在0．5m/s匀速上行的自动 ( http: / / www.21cnjy.com )扶梯上，乙站在0．7m/s匀速下行的自动扶梯上。甲、乙两人质量相等，甲上行中动能　　　　　（选填“增加”、“不变”、“减少”）。某时刻他们的位置如图13所示，该时刻甲的重力势能　　　　　乙的重力势能，甲的机械能　　　　　乙的机械能。（选填“大于”、“等于”、“小于”）。
答案：不变 等于 小于
解析：动能的大小与质量和速度有关，甲匀速上 ( http: / / www.21cnjy.com )行时质量、速度都不变，所以动能不变。重力势能的大小与质量和高度有关，甲乙的质量相同，从图上看出他们所处的高度也相同，所以他们的重力势能相同。要比较他们的机械能，须知机械能等于动能与势能的和，而乙的速度大，质量相同时的动能大，重力势能相同时机械能大。
三、问答题
12．陈锋同学的家到学校本是 ( http: / / www.21cnjy.com )一条在同一水平面上的直路，爱动脑的陈锋做了这样的设想：要是将从家到学校的路挖成一个“V”字形(如图10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请你简要说明：
①陈锋同学设想的机械能的转化过程
②陈锋同学的设想在现实中可以实现吗？为什么？(请根据有关物理知识说明)
答案：①自行车的重力势能转化为动能，动能又转化为重力势能。
②不能实现，因为自行车运动过程中要受到（摩擦）阻力的作用，使部分机械能转化为内能，机械能减少，所以不能到达学校。
解析：题目生动、有趣，主要培养学生运用科学知识进行有根据地猜想的意识和能力。解答时要联系机械能守恒的条件──是否受到（摩擦）阻力的作用。