人教版物理八年级下第十一章第4节机械能及其转化 教学详案
文档属性
| 名称 | 人教版物理八年级下第十一章第4节机械能及其转化 教学详案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 294.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-02-21 18:56:07 | ||
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文档简介
第十一章 功和机械能
第4节 机械能及其转化
设计说明：
本节内容由“机械能及其转化”“水能和风能的利用”两部分组成，教学重点是动能和势能之间的转化，为了能够从转化和守恒的观点将动能和势能联系起来，在教学中，以渗透机械能守恒的思想为前提，利用动画、视频等让学生分析、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，判断物体机械能如何变化。在教学中物体运动速度和高度的变化有时不易判断，因此粗略估测即可。
对于风能和水能的利用，可以采用阅读教材，查找相关资料以及讨论相结合的方式进行学习，也可结合我国水能、风能开发的成就对学生进行思想教育。
教学目标
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相关的现象。
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相互转化。通过水能和风能的利用知道人类如何利用机械能的转化和守恒解决实际问题。提高运用机械能转化和守恒观点分析力学问题的意识。
教学重点难点
1.重点：动能和势能之间的转化。
2.难点：分析和解释实例，说明动能和势能的转化过程、机械能守恒的意义。
教具
学生用：每组准备单摆一组。
教师用：滚摆、单摆、小铁球、皮球、斜槽、溜溜球等，另有电化教学器材、教学光盘。
教学过程
回顾思考
1.物体由于________而具有的能叫做动能；物体由于受到重力并处在一定________时所具有的能叫做重力势能；物体由于发生________而具有的能叫做弹性势能。
2.动能与________和________有关；重力势能与________和________有关；弹性势能与________的大小和材料有关。
导入新课
1.小魔术导入
将如图所示的“罐子”沿不太陡的斜面滚下。会有什么意想不到的现象发生呢？
问：你看到了什么？
设疑：铁罐在滚下来后，为什么会再沿斜面滚上去呢？
师：秘密就在罐子里面，想知道吗？
生：想——
师：只有认真学完这节课的知识，罐子里面的秘密你就会知道了。
2.多媒体导入
视频：过山车的三维动画。
游乐场中惊险刺激的过山车，能让你尖叫，但你是否想过在你尖叫的背后，它是怎样运行起来的呢？
师生一块分析过山车的动能和势能：过山车在高台上只有重力势能，但是到了轨道的底端却有了动能，而重力势能变小了，可见动能和势能是可以相互转化的，我们这节课就来学习《机械能及其转化》。
3.操作溜溜球导入
老师操作溜溜球，吸引学生注意力，提出有关溜溜球是否具有能量，及能量的转化问题，引起学生思考，引入课题。
进行新课
探究点一 机械能
引导学生阅读教材第71页第一段，回答：
1.机械能包括：____ ____。
2.机械能的计算：若知道物体的动能和势能的大小，就可以根据机械能的特点计算一个物体的机械能了。即机械能=动能+势能。其单位与功的单位相同，都是焦耳。
注意：一个物体只有动能，或者只有势能，或者既具有动能又具有势能，此时都可以说物体具有机械能，因为机械能是动能和势能的总和。
探究点二 动能和重力势能之间的转化
1.出示滚摆，并简单介绍滚摆的构造及实验的做法。事先告诉学生在摆轮的侧面某处涂有鲜明的颜色标志，可通过观察标志，判断摆轮转动快慢。教师演示实验：滚摆上下运动（如图所示）。
注意分析的问题：
（1）在下降过程中，滚摆的高度、速度各有什么变化？这说明了什么？
下降过程中，滚摆的高度降低，速度越来越大，说明其动能越来越大，重力势能越来越小。
（2）在上升过程中，滚摆的高度、速度各有什么变化？这说明了什么？
上升过程中，滚摆的高度升高，速度越来越小，说明其动能越来越小，重力势能越来越大。
（3）在最高点时，滚摆的高度、速度各有什么特点？这说明了什么？
当滚摆升到最高点时，其高度最高，运动速度最小为零，此时的滚摆只具有重力势能且最大，没有动能，说明动能转化为了重力势能。
（4）在最低点时，滚摆的高度、速度各有什么特点？这说明了什么？
当滚摆下降到最低点时，其高度最低，运动速度最大，此时滚摆的重力势能最小，动能最大，说明重力势能转化为了动能。
2.学生实验：单摆左右摆动（如图）。
将单摆的摆球置于A处，放手后观察摆球在各个阶段（A→B、B→C）的运动速度和高度的变化情况。将实验结果记录在下表中。
高度 重力势能 运动速度 动能
A→B
B→C
引导归纳：单摆下降过程中的能量变化与滚摆下降时的能量变化相同；单摆上升过程中的能量变化与滚摆上升时的能量变化也相同。
综上所述：滚摆下降时重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能。因此可以得出结论：动能和重力势能之间可以相互转化。
3.人造地球卫星的机械能转化
同学们阅读教材第73页“科学世界”部分。
问题：卫星由远地点向近地点运动的过程中，速度怎样变化？能量怎样转化？
（引导学生回答：卫星由远地点到近地点，势能减小了，减小的势能转化为动能，故速度增大。再让学生回答卫星由近地点向远地点运动时能量的转化情况）
归纳总结：人造卫星在远地点，势能最大，在近地点，势能最小。从远地点向近地点运动的过程中，势能转化为动能；从近地点向远地点运动的过程中，动能转化为势能。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例1 小明骑自行车上学，途中正好遇到一段上坡路（如图所示）。在上坡过程中，当不踩脚踏板时会发现自行车越来越慢，其原因是在上坡的过程中人和自行车的________能逐渐转化为________能，使人和自行车的速度越来越慢。
解析：骑自行车上坡，上坡时高度增加，重力势能越来越大，动能转化为人和自行车的重力势能，所以若不踩脚踏板，人和自行车的速度会越来越慢。
答案：动 重力势
例2 （2019·广东中考）如图所示，用细线系住小球悬挂在O点，将小球拉至A点释放，从A点经过B点运动到C点的过程中，小球的重力势能先变小后________，动能先________后________。（均选填“变大”“变小”或“不变”）
解析：重力势能的大小与质量和高度有关，由图知，小球由A点运动到B点再到C点的过程中，小球质量不变，高度先变小后变大，所以重力势能先变小后变大；而动能的影响因素是质量和速度，小球由A点运动到B点再到C点过程中，小球质量不变，速度先变大后变小，所以小球的动能先变大后变小。
答案：变大 变大 变小
探究点三 动能和弹性势能之间的转化
问题：既然动能和重力势能之间可以相互转化，那么动能和弹性势能之间可以相互转化吗？
播放视频1：观看弹簧门开启、自动关闭时的全过程。
（视频中，一种装有弹簧合页的门开启后，弹簧合页发生形变，弹性势能增大；弹簧合页在恢复原状的过程中，使门获得动能而自动关闭）
播放视频2：观看蹦床运动员的表演过程。（用慢镜头播放）
（运动员在最高点时重力势能最大，当与蹦床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，运动员的动能和重力势能转化成蹦床的弹性势能，当床面发生最大形变时弹性势能最大。床面在恢复原状的过程中，弹性势能转化为运动员的动能和重力势能。运动员在上升过程中，动能转化为重力势能）
实验：在水平槽里竖立一个弹簧片，它的下端固定，让小球从斜槽滚入水平槽，撞击弹簧片，观察小球与弹簧片的碰撞过程，并思考其中能的转化。
甲 乙 丙
引导学生分析：由甲到乙的过程，小球的动能转化为弹簧的弹性势能；由乙到丙的过程，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。
教师归纳：在一定的条件下，动能和弹性势能之间可以相互转化。
拓展引申：运动员在拉弓射箭的过程中弓和箭的能量是如何转化的？你能举出一些其他例子吗？
（在被拉弯的弓将箭水平射出的过程中，不涉及重力势能问题，所以比较容易得出动能和弹性势能之间的转化关系）
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例3 如图所示，小邦在玩蹦极，不考虑空气阻力，关于他在下降过程中的能量分析，下列说法正确的是（ ）
A.弹性绳绷直前，重力势能增大，动能减小
B.弹性绳绷直前，重力势能减小，动能不变
C.下降到最低点，动能最小，弹性势能最大
D.下降到最低点，重力势能最大，弹性势能最小
解析：弹性绳绷直前，小邦在重力作用下加速下落，重力势能减小，动能增大，A、B错误；绳绷直后，小邦继续下落，弹性绳的伸长量逐渐增大，对小邦向上的拉力逐渐增大，下降到最低点，小邦的速度为零，此时小邦的重力势能最小，动能为零，弹性绳的弹性势能最大，C正确，D错误。
答案：C
例4 如图所示是学生科学实验竞赛时用的弹力小车，依靠橡皮筋提供动力。比赛时卷紧橡皮筋后由静止释放小车，橡皮筋则牵动车上齿轮带动车轮使小车前进，这个过程中能量的转化情况是：________能转化为________能。当橡皮筋释放完能量后与齿轮脱离，小车由于________继续前进，最终小车停下来，运动距离远者得分高。
解析：比赛时卷紧橡皮筋后由静止释放小车时，卷紧的橡皮筋具有弹性势能，当小车前进时，橡皮筋的弹性势能减小，小车的动能增加，因此将弹性势能转化为了动能，橡皮筋释放完能量后与齿轮脱离，小车由于惯性继续前进。
答案：弹性势 动 惯性
探究点四 机械能守恒
情景分析：在滚摆实验和单摆实验及教师演示的斜槽小球实验中，运动的物体虽然其动能、重力势能及弹性势能都可能发生了变化，但是物体最终处于什么状态呢？
（静止）
为什么物体会最终停下来？
（根据学生的回答，及时予以肯定，不要对内能等其他形式的能量做深入讲解，只要回答出有其他形式的能存在就可以）
若要使滚摆、单摆等物体运动时永远不停止，需要满足什么要求？
（所有的动能都转化成重力势能，所有的重力势能也都转化成动能）
引导归纳：如果只有动能和势能相互转化，尽管动能和势能的大小会变化，但机械能的总和保持不变，或者说，机械能是守恒的。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例5 （2019·黑龙江龙东中考）2019年3月10日凌晨，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将“中星6C”卫星发射升空，在卫星加速升空的过程中，关于卫星的能量分析，下列说法正确的是（ ）
A.动能增加，势能不变 B.动能不变，势能增加
C.机械能总量不变 D.机械能总量增加
解析：在卫星加速升空的过程中，其质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，势能增大；卫星在升空过程中没有发生弹性形变，因为机械能等于动能和势能之和，所以卫星的机械能总量增加。故选D。
答案：D
点拨：人造地球卫星的机械能
卫星在大气层外运行，不受空气阻力，机械能守恒。在近地点时，高度小，速度大，即重力势能小，动能大；在远地点时，高度大，速度小，即重力势能大，动能小。
探究点五 水能和风能的利用
指导学生阅读教材第72页“水能和风能的利用”部分。
1.水能的利用：根据阅读的情况，总结和回答以下几个问题：
（1）我国古代人们是怎样利用水能的？
（2）随着科学技术的发展，现在的人们又是怎样利用水能的？水电站在利用水来发电的过程中实现了怎样的能量转化？
（3）拦河坝提高水位有何意义？
2.风能的利用：根据阅读的情况，总结和回答以下几个问题：
（1）对风能的利用主要是用来做什么的？
（2）在风力发电的过程中实现了怎样的能量转化？
课堂小结
本节课我们主要学习了“机械能及其转化”和“水能和风能的利用”两大部分内容，其中动能和势能之间的转化是本节课的重点，大家要学会分析。请完成“当堂达标”测试题，巩固今天所学的知识。
当堂达标
1. （2019·湖南湘西中考）跳伞运动员在空中匀速下落的过程中（ ）
A.重力势能减小
B.动能增加
C.机械能增加
D.机械能不变
2.（2019·安徽中考）如图所示，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定，右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AO=OB）。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断正确的是（ ）
A.小球的动能不断增加
B.弹簧的弹性势能不断减少
C.小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
D.在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
3.（2019·长沙中考）下列有关机械能及其转化的说法正确的是（ ）
A.弯弓射箭，箭的动能转化为弓的弹性势能
B.拦河大坝使上游的水位升高，提高了水的重力势能
C.蹦床运动员从高处落下，其动能转化为重力势能
D.人造卫星从近地点飞向远地点时势能减小，动能增大
4.（2019·广州中考）如图所示的摆件，正常运行时，小轮在支架上来回滚动，每次到达的最大高度相同。小明发现摆件上有一电源，关掉电源后，小轮逐渐停下来（ ）
A.小轮滚动过程中没有力对其做功
B.正常运行时，小轮的速度一直不变
C.断电后小轮会停下，说明能量守恒定律不一定成立
D.正常运行时，小轮往返一次，摆件一定需要消耗电能
5.（2019·湖北荆州中考）如图，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，弹簧左端固定。小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中（空气阻力忽略不计），下列说法正确的是（ ）
A.在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能
B.小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒
C.小木块P在斜面上向上运动时，动能减小，重力势能增加
D.小木块P运动到最高点时处于平衡状态
6.（2019·江苏苏州中考）将皮球从离地某一高度O点处水平抛出，球落地后又弹起。它的部分运动轨迹如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 皮球经过同一高度的A、B两点时动能相等
B. 皮球第一次反弹后到达最高点P点时速度为零
C. 皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能
D.若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两点留下两个大小相等的黑色圆斑
7.（2020·河北中考）蹦极是一种运动游戏。图中A点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，B点是游戏者所能到达的最低点。当游戏者离开跳台向A点运动的过程中（忽略空气阻力），其重力势能逐渐转化为________能；游戏者从A点到B点的过程中，绳子具有的________能逐渐增加；到达B点时游戏者受到的弹力大于重力，所以游戏者在B点时________（选填“是”或“不是”）处于平衡状态。
布置作业
教材第74页“动手动脑学物理”第1至4题。
板书设计
一、机械能 1.动能、重力势能和弹性势能统称为机械能； 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。
参考答案
1. A 解析：跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，质量不变，匀速下落，所以动能不变；高度减小，重力势能减小，因此机械能减小。故选A。
2. D 解析：小球从A位置运动到B位置的过程中，质量不变，速度先增大后减小，小球的动能先增加后减少，A错误；小球从A位置运动到B位置，形变量先减小后增大，所以弹簧的弹性势能先减少后增加，B错误；小球运动到O点时，动能最大，但此时弹簧恢复到原长，形变量为0，弹性势能为0，所以动能和弹性势能不相等，C错误；由于水平台面光滑，小球和弹簧都不受摩擦力，对小球和弹簧组成的系统而言，只有弹力做功，只有小球的动能和弹簧的弹性势能发生转化，所以系统机械能守恒，所以在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变，D正确。
3. B 解析：弯弓射箭，是弓的弹性势能转化为箭的动能，A错误；拦河大坝使上游的水位升高，高度增加，所以水的重力势能增加，B正确；蹦床运动员从高处落下，其重力势能转化为动能，C错误；人造卫星从近地点飞向远地点时，高度增大，势能增大，速度减小，动能减小，D错误。
4. D 解析：小轮在滚动过程中需要克服摩擦力做功，故A错误；正常运行时，小轮存在重力势能与动能之间的转化，所以其速度是不断变化的，故B错误；断电后小轮会停下，说明小轮的机械能转化成其他形式的能，在转化过程中总的能量保持不变，所以能量守恒定律一定是成立的，故C错误；小轮在往返过程中需要克服摩擦力做功，从而使机械能减少，但为了使小轮每次到达的最大高度相同，就要使小轮的机械能保持不变，则需要另外一种能量来补充减少的机械能，而这个另外的能量正是由电源提供的，因此小轮往返一次，摆件一定需要消耗电能，故应选D。
5. C 解析：在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小。木块的速度变大，动能变大，同时因为水平面AB粗糙，木块需要克服摩擦力做功，内能变大，故弹簧的弹性势能一部分转化为小木块P的动能，一部分转化为内能，故A错误。小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以机械能减小，故B错误。小木块P在斜面上向上运动时，高度增加，重力势能变大，因为斜面BC光滑，且空气阻力忽略不计，所以机械能守恒，故动能减小，故C正确。因为斜面BC光滑，故木块不受摩擦力作用，空气阻力忽略不计，小木块P运动到最高点时受到垂直于斜面向上的支持力和竖直向下的重力作用，这两个力不在一条直线上，不属于平衡力，所以木块处于非平衡状态，故D错误。
6. C 解析：由图可知，每次皮球反弹后达到的最高点都比上一次的最高点要低，说明皮球受到空气阻力，机械能逐渐变小，A点的机械能大于B点的机械能；机械能是物体动能与势能的总和，A、B两点高度相同则重力势能相同，所以A点的动能大于B点的动能，故A错误。从轨迹来看，皮球既有水平方向的速度又有竖直方向的速度。皮球在最高点时，竖直方向速度为零，但是仍然能往右运动，说明皮球还具有水平方向速度，故B错误。每次皮球反弹后达到的最高点都比上一次的最高点要低，说明皮球受到空气阻力，机械能逐渐变小，C点在D点之前，故皮球在D点的机械能小于在C点的机械能，故C正确。弹性势能大小与弹性形变程度有关，黑色圆斑的大小能反映皮球弹性形变程度，圆斑越大，形变越大。在M点与N点皮球的动能与重力势能都为零，又因为皮球在M点机械能大于N点机械能，故皮球在M点的弹性势能在大于N点的弹性势能，故在M点的圆斑要大于在N点的圆斑，故D错误。故选C。
7.动 弹性势 不是 解析：A点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，在游戏者离开跳台向A点运动的过程中，弹性绳不会发生弹性形变，游戏者的高度逐渐减小，重力势能减小，速度逐渐增大，动能增大，因此是重力势能转化为动能；从A点到B点的过程，弹性绳的形变量逐渐增大，弹性绳具有的弹性势能逐渐增加；从A点到B点的过程中，高度逐渐降低，故重力势能逐渐减小；从A点到B点的过程中，弹性绳的弹力逐渐增大，方向向上，重力方向向下，开始阶段，重力大于弹力，合力方向向下，游戏者速度增大，当弹力增大到等于重力时，此时游戏者速度最大，之后弹性绳弹力继续增大，弹力大于重力，合力方向向上，游戏者速度减小，当速度减小到零时，游戏者运动到B点，故此过程中动能先增大后减小。由以上分析可知，到达B点时游戏者受到的弹力大于重力，合力不为零，所以在B点不是处于平衡状态。
教学反思
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第4节 机械能及其转化
设计说明：
本节内容由“机械能及其转化”“水能和风能的利用”两部分组成，教学重点是动能和势能之间的转化，为了能够从转化和守恒的观点将动能和势能联系起来，在教学中，以渗透机械能守恒的思想为前提，利用动画、视频等让学生分析、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，判断物体机械能如何变化。在教学中物体运动速度和高度的变化有时不易判断，因此粗略估测即可。
对于风能和水能的利用，可以采用阅读教材，查找相关资料以及讨论相结合的方式进行学习，也可结合我国水能、风能开发的成就对学生进行思想教育。
教学目标
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相关的现象。
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相互转化。通过水能和风能的利用知道人类如何利用机械能的转化和守恒解决实际问题。提高运用机械能转化和守恒观点分析力学问题的意识。
教学重点难点
1.重点：动能和势能之间的转化。
2.难点：分析和解释实例，说明动能和势能的转化过程、机械能守恒的意义。
教具
学生用：每组准备单摆一组。
教师用：滚摆、单摆、小铁球、皮球、斜槽、溜溜球等，另有电化教学器材、教学光盘。
教学过程
回顾思考
1.物体由于________而具有的能叫做动能；物体由于受到重力并处在一定________时所具有的能叫做重力势能；物体由于发生________而具有的能叫做弹性势能。
2.动能与________和________有关；重力势能与________和________有关；弹性势能与________的大小和材料有关。
导入新课
1.小魔术导入
将如图所示的“罐子”沿不太陡的斜面滚下。会有什么意想不到的现象发生呢？
问：你看到了什么？
设疑：铁罐在滚下来后，为什么会再沿斜面滚上去呢？
师：秘密就在罐子里面，想知道吗？
生：想——
师：只有认真学完这节课的知识，罐子里面的秘密你就会知道了。
2.多媒体导入
视频：过山车的三维动画。
游乐场中惊险刺激的过山车，能让你尖叫，但你是否想过在你尖叫的背后，它是怎样运行起来的呢？
师生一块分析过山车的动能和势能：过山车在高台上只有重力势能，但是到了轨道的底端却有了动能，而重力势能变小了，可见动能和势能是可以相互转化的，我们这节课就来学习《机械能及其转化》。
3.操作溜溜球导入
老师操作溜溜球，吸引学生注意力，提出有关溜溜球是否具有能量，及能量的转化问题，引起学生思考，引入课题。
进行新课
探究点一 机械能
引导学生阅读教材第71页第一段，回答：
1.机械能包括：____ ____。
2.机械能的计算：若知道物体的动能和势能的大小，就可以根据机械能的特点计算一个物体的机械能了。即机械能=动能+势能。其单位与功的单位相同，都是焦耳。
注意：一个物体只有动能，或者只有势能，或者既具有动能又具有势能，此时都可以说物体具有机械能，因为机械能是动能和势能的总和。
探究点二 动能和重力势能之间的转化
1.出示滚摆，并简单介绍滚摆的构造及实验的做法。事先告诉学生在摆轮的侧面某处涂有鲜明的颜色标志，可通过观察标志，判断摆轮转动快慢。教师演示实验：滚摆上下运动（如图所示）。
注意分析的问题：
（1）在下降过程中，滚摆的高度、速度各有什么变化？这说明了什么？
下降过程中，滚摆的高度降低，速度越来越大，说明其动能越来越大，重力势能越来越小。
（2）在上升过程中，滚摆的高度、速度各有什么变化？这说明了什么？
上升过程中，滚摆的高度升高，速度越来越小，说明其动能越来越小，重力势能越来越大。
（3）在最高点时，滚摆的高度、速度各有什么特点？这说明了什么？
当滚摆升到最高点时，其高度最高，运动速度最小为零，此时的滚摆只具有重力势能且最大，没有动能，说明动能转化为了重力势能。
（4）在最低点时，滚摆的高度、速度各有什么特点？这说明了什么？
当滚摆下降到最低点时，其高度最低，运动速度最大，此时滚摆的重力势能最小，动能最大，说明重力势能转化为了动能。
2.学生实验：单摆左右摆动（如图）。
将单摆的摆球置于A处，放手后观察摆球在各个阶段（A→B、B→C）的运动速度和高度的变化情况。将实验结果记录在下表中。
高度 重力势能 运动速度 动能
A→B
B→C
引导归纳：单摆下降过程中的能量变化与滚摆下降时的能量变化相同；单摆上升过程中的能量变化与滚摆上升时的能量变化也相同。
综上所述：滚摆下降时重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能。因此可以得出结论：动能和重力势能之间可以相互转化。
3.人造地球卫星的机械能转化
同学们阅读教材第73页“科学世界”部分。
问题：卫星由远地点向近地点运动的过程中，速度怎样变化？能量怎样转化？
（引导学生回答：卫星由远地点到近地点，势能减小了，减小的势能转化为动能，故速度增大。再让学生回答卫星由近地点向远地点运动时能量的转化情况）
归纳总结：人造卫星在远地点，势能最大，在近地点，势能最小。从远地点向近地点运动的过程中，势能转化为动能；从近地点向远地点运动的过程中，动能转化为势能。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例1 小明骑自行车上学，途中正好遇到一段上坡路（如图所示）。在上坡过程中，当不踩脚踏板时会发现自行车越来越慢，其原因是在上坡的过程中人和自行车的________能逐渐转化为________能，使人和自行车的速度越来越慢。
解析：骑自行车上坡，上坡时高度增加，重力势能越来越大，动能转化为人和自行车的重力势能，所以若不踩脚踏板，人和自行车的速度会越来越慢。
答案：动 重力势
例2 （2019·广东中考）如图所示，用细线系住小球悬挂在O点，将小球拉至A点释放，从A点经过B点运动到C点的过程中，小球的重力势能先变小后________，动能先________后________。（均选填“变大”“变小”或“不变”）
解析：重力势能的大小与质量和高度有关，由图知，小球由A点运动到B点再到C点的过程中，小球质量不变，高度先变小后变大，所以重力势能先变小后变大；而动能的影响因素是质量和速度，小球由A点运动到B点再到C点过程中，小球质量不变，速度先变大后变小，所以小球的动能先变大后变小。
答案：变大 变大 变小
探究点三 动能和弹性势能之间的转化
问题：既然动能和重力势能之间可以相互转化，那么动能和弹性势能之间可以相互转化吗？
播放视频1：观看弹簧门开启、自动关闭时的全过程。
（视频中，一种装有弹簧合页的门开启后，弹簧合页发生形变，弹性势能增大；弹簧合页在恢复原状的过程中，使门获得动能而自动关闭）
播放视频2：观看蹦床运动员的表演过程。（用慢镜头播放）
（运动员在最高点时重力势能最大，当与蹦床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，运动员的动能和重力势能转化成蹦床的弹性势能，当床面发生最大形变时弹性势能最大。床面在恢复原状的过程中，弹性势能转化为运动员的动能和重力势能。运动员在上升过程中，动能转化为重力势能）
实验：在水平槽里竖立一个弹簧片，它的下端固定，让小球从斜槽滚入水平槽，撞击弹簧片，观察小球与弹簧片的碰撞过程，并思考其中能的转化。
甲 乙 丙
引导学生分析：由甲到乙的过程，小球的动能转化为弹簧的弹性势能；由乙到丙的过程，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。
教师归纳：在一定的条件下，动能和弹性势能之间可以相互转化。
拓展引申：运动员在拉弓射箭的过程中弓和箭的能量是如何转化的？你能举出一些其他例子吗？
（在被拉弯的弓将箭水平射出的过程中，不涉及重力势能问题，所以比较容易得出动能和弹性势能之间的转化关系）
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例3 如图所示，小邦在玩蹦极，不考虑空气阻力，关于他在下降过程中的能量分析，下列说法正确的是（ ）
A.弹性绳绷直前，重力势能增大，动能减小
B.弹性绳绷直前，重力势能减小，动能不变
C.下降到最低点，动能最小，弹性势能最大
D.下降到最低点，重力势能最大，弹性势能最小
解析：弹性绳绷直前，小邦在重力作用下加速下落，重力势能减小，动能增大，A、B错误；绳绷直后，小邦继续下落，弹性绳的伸长量逐渐增大，对小邦向上的拉力逐渐增大，下降到最低点，小邦的速度为零，此时小邦的重力势能最小，动能为零，弹性绳的弹性势能最大，C正确，D错误。
答案：C
例4 如图所示是学生科学实验竞赛时用的弹力小车，依靠橡皮筋提供动力。比赛时卷紧橡皮筋后由静止释放小车，橡皮筋则牵动车上齿轮带动车轮使小车前进，这个过程中能量的转化情况是：________能转化为________能。当橡皮筋释放完能量后与齿轮脱离，小车由于________继续前进，最终小车停下来，运动距离远者得分高。
解析：比赛时卷紧橡皮筋后由静止释放小车时，卷紧的橡皮筋具有弹性势能，当小车前进时，橡皮筋的弹性势能减小，小车的动能增加，因此将弹性势能转化为了动能，橡皮筋释放完能量后与齿轮脱离，小车由于惯性继续前进。
答案：弹性势 动 惯性
探究点四 机械能守恒
情景分析：在滚摆实验和单摆实验及教师演示的斜槽小球实验中，运动的物体虽然其动能、重力势能及弹性势能都可能发生了变化，但是物体最终处于什么状态呢？
（静止）
为什么物体会最终停下来？
（根据学生的回答，及时予以肯定，不要对内能等其他形式的能量做深入讲解，只要回答出有其他形式的能存在就可以）
若要使滚摆、单摆等物体运动时永远不停止，需要满足什么要求？
（所有的动能都转化成重力势能，所有的重力势能也都转化成动能）
引导归纳：如果只有动能和势能相互转化，尽管动能和势能的大小会变化，但机械能的总和保持不变，或者说，机械能是守恒的。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例5 （2019·黑龙江龙东中考）2019年3月10日凌晨，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将“中星6C”卫星发射升空，在卫星加速升空的过程中，关于卫星的能量分析，下列说法正确的是（ ）
A.动能增加，势能不变 B.动能不变，势能增加
C.机械能总量不变 D.机械能总量增加
解析：在卫星加速升空的过程中，其质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，势能增大；卫星在升空过程中没有发生弹性形变，因为机械能等于动能和势能之和，所以卫星的机械能总量增加。故选D。
答案：D
点拨：人造地球卫星的机械能
卫星在大气层外运行，不受空气阻力，机械能守恒。在近地点时，高度小，速度大，即重力势能小，动能大；在远地点时，高度大，速度小，即重力势能大，动能小。
探究点五 水能和风能的利用
指导学生阅读教材第72页“水能和风能的利用”部分。
1.水能的利用：根据阅读的情况，总结和回答以下几个问题：
（1）我国古代人们是怎样利用水能的？
（2）随着科学技术的发展，现在的人们又是怎样利用水能的？水电站在利用水来发电的过程中实现了怎样的能量转化？
（3）拦河坝提高水位有何意义？
2.风能的利用：根据阅读的情况，总结和回答以下几个问题：
（1）对风能的利用主要是用来做什么的？
（2）在风力发电的过程中实现了怎样的能量转化？
课堂小结
本节课我们主要学习了“机械能及其转化”和“水能和风能的利用”两大部分内容，其中动能和势能之间的转化是本节课的重点，大家要学会分析。请完成“当堂达标”测试题，巩固今天所学的知识。
当堂达标
1. （2019·湖南湘西中考）跳伞运动员在空中匀速下落的过程中（ ）
A.重力势能减小
B.动能增加
C.机械能增加
D.机械能不变
2.（2019·安徽中考）如图所示，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定，右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AO=OB）。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断正确的是（ ）
A.小球的动能不断增加
B.弹簧的弹性势能不断减少
C.小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
D.在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
3.（2019·长沙中考）下列有关机械能及其转化的说法正确的是（ ）
A.弯弓射箭，箭的动能转化为弓的弹性势能
B.拦河大坝使上游的水位升高，提高了水的重力势能
C.蹦床运动员从高处落下，其动能转化为重力势能
D.人造卫星从近地点飞向远地点时势能减小，动能增大
4.（2019·广州中考）如图所示的摆件，正常运行时，小轮在支架上来回滚动，每次到达的最大高度相同。小明发现摆件上有一电源，关掉电源后，小轮逐渐停下来（ ）
A.小轮滚动过程中没有力对其做功
B.正常运行时，小轮的速度一直不变
C.断电后小轮会停下，说明能量守恒定律不一定成立
D.正常运行时，小轮往返一次，摆件一定需要消耗电能
5.（2019·湖北荆州中考）如图，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，弹簧左端固定。小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中（空气阻力忽略不计），下列说法正确的是（ ）
A.在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能
B.小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒
C.小木块P在斜面上向上运动时，动能减小，重力势能增加
D.小木块P运动到最高点时处于平衡状态
6.（2019·江苏苏州中考）将皮球从离地某一高度O点处水平抛出，球落地后又弹起。它的部分运动轨迹如图所示。下列说法正确的是（ ）
A. 皮球经过同一高度的A、B两点时动能相等
B. 皮球第一次反弹后到达最高点P点时速度为零
C. 皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能
D.若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两点留下两个大小相等的黑色圆斑
7.（2020·河北中考）蹦极是一种运动游戏。图中A点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，B点是游戏者所能到达的最低点。当游戏者离开跳台向A点运动的过程中（忽略空气阻力），其重力势能逐渐转化为________能；游戏者从A点到B点的过程中，绳子具有的________能逐渐增加；到达B点时游戏者受到的弹力大于重力，所以游戏者在B点时________（选填“是”或“不是”）处于平衡状态。
布置作业
教材第74页“动手动脑学物理”第1至4题。
板书设计
一、机械能 1.动能、重力势能和弹性势能统称为机械能； 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。
参考答案
1. A 解析：跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，质量不变，匀速下落，所以动能不变；高度减小，重力势能减小，因此机械能减小。故选A。
2. D 解析：小球从A位置运动到B位置的过程中，质量不变，速度先增大后减小，小球的动能先增加后减少，A错误；小球从A位置运动到B位置，形变量先减小后增大，所以弹簧的弹性势能先减少后增加，B错误；小球运动到O点时，动能最大，但此时弹簧恢复到原长，形变量为0，弹性势能为0，所以动能和弹性势能不相等，C错误；由于水平台面光滑，小球和弹簧都不受摩擦力，对小球和弹簧组成的系统而言，只有弹力做功，只有小球的动能和弹簧的弹性势能发生转化，所以系统机械能守恒，所以在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变，D正确。
3. B 解析：弯弓射箭，是弓的弹性势能转化为箭的动能，A错误；拦河大坝使上游的水位升高，高度增加，所以水的重力势能增加，B正确；蹦床运动员从高处落下，其重力势能转化为动能，C错误；人造卫星从近地点飞向远地点时，高度增大，势能增大，速度减小，动能减小，D错误。
4. D 解析：小轮在滚动过程中需要克服摩擦力做功，故A错误；正常运行时，小轮存在重力势能与动能之间的转化，所以其速度是不断变化的，故B错误；断电后小轮会停下，说明小轮的机械能转化成其他形式的能，在转化过程中总的能量保持不变，所以能量守恒定律一定是成立的，故C错误；小轮在往返过程中需要克服摩擦力做功，从而使机械能减少，但为了使小轮每次到达的最大高度相同，就要使小轮的机械能保持不变，则需要另外一种能量来补充减少的机械能，而这个另外的能量正是由电源提供的，因此小轮往返一次，摆件一定需要消耗电能，故应选D。
5. C 解析：在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小。木块的速度变大，动能变大，同时因为水平面AB粗糙，木块需要克服摩擦力做功，内能变大，故弹簧的弹性势能一部分转化为小木块P的动能，一部分转化为内能，故A错误。小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以机械能减小，故B错误。小木块P在斜面上向上运动时，高度增加，重力势能变大，因为斜面BC光滑，且空气阻力忽略不计，所以机械能守恒，故动能减小，故C正确。因为斜面BC光滑，故木块不受摩擦力作用，空气阻力忽略不计，小木块P运动到最高点时受到垂直于斜面向上的支持力和竖直向下的重力作用，这两个力不在一条直线上，不属于平衡力，所以木块处于非平衡状态，故D错误。
6. C 解析：由图可知，每次皮球反弹后达到的最高点都比上一次的最高点要低，说明皮球受到空气阻力，机械能逐渐变小，A点的机械能大于B点的机械能；机械能是物体动能与势能的总和，A、B两点高度相同则重力势能相同，所以A点的动能大于B点的动能，故A错误。从轨迹来看，皮球既有水平方向的速度又有竖直方向的速度。皮球在最高点时，竖直方向速度为零，但是仍然能往右运动，说明皮球还具有水平方向速度，故B错误。每次皮球反弹后达到的最高点都比上一次的最高点要低，说明皮球受到空气阻力，机械能逐渐变小，C点在D点之前，故皮球在D点的机械能小于在C点的机械能，故C正确。弹性势能大小与弹性形变程度有关，黑色圆斑的大小能反映皮球弹性形变程度，圆斑越大，形变越大。在M点与N点皮球的动能与重力势能都为零，又因为皮球在M点机械能大于N点机械能，故皮球在M点的弹性势能在大于N点的弹性势能，故在M点的圆斑要大于在N点的圆斑，故D错误。故选C。
7.动 弹性势 不是 解析：A点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，在游戏者离开跳台向A点运动的过程中，弹性绳不会发生弹性形变，游戏者的高度逐渐减小，重力势能减小，速度逐渐增大，动能增大，因此是重力势能转化为动能；从A点到B点的过程，弹性绳的形变量逐渐增大，弹性绳具有的弹性势能逐渐增加；从A点到B点的过程中，高度逐渐降低，故重力势能逐渐减小；从A点到B点的过程中，弹性绳的弹力逐渐增大，方向向上，重力方向向下，开始阶段，重力大于弹力，合力方向向下，游戏者速度增大，当弹力增大到等于重力时，此时游戏者速度最大，之后弹性绳弹力继续增大，弹力大于重力，合力方向向上，游戏者速度减小，当速度减小到零时，游戏者运动到B点，故此过程中动能先增大后减小。由以上分析可知，到达B点时游戏者受到的弹力大于重力，合力不为零，所以在B点不是处于平衡状态。
教学反思
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