11.3动能和势能（教学设计）初中物理人教版（2024）八下

人教版八年级物理（下册）第十一章 功和机械能
第3节 动能和势能（教学设计）
课题 11.3 动能和势能
教材分析 本节内容由“动能”和“势能”两部分构成。 本节教学以课程基本理念为指导，通过大量自然现象及生活实例，让学生去想、去做、去表达、去领悟，让学生真实感受到能量的存在，理解动能和势能，是学生进一步理解能量的引路石，对整个初中关于能量的学习起着承前启后的作用。使学生始终处于积极参与探究活动的状态中，通过直观的实践、探究活动获得知识，解决问题，充分体现了教学活动以学生为主体和力求创新的教学思想。
教学目标 物理观念：能通过实例从做功的角度描述能量。能说出能量与做功的关系。记住能的单位。 物理思维：具有从能量的角度分析物理问题的意识。 科学探究：通过实验探究，了解动能、重力势能的大小各与什么因素有关，并能解释简单的现象；进一步体会控制变量法在研究物理问题中的作用。 科学态度与责任：通过能量的学习，进一步认识物理知识在实际生活中的作用，做到学以致用，增强学习物理的主动性。通过小组合作探究，养成交流合作的团队意识及人相处，合作的习惯。
教学重难点 教学重点：通过实例理解动能的初步概念，探究影响动能和重力势能大小的因素 教学难点：对能量的认识；势能的概念。
教学方法 实验法、讨论法、讲授法
教学准备 斜槽，钢球、木球，火柴盒，弹簧，橡皮筋等、多媒体课件
教学过程
教师活动 学生活动 设计意图
创设情境，导入新课 播放图片： 问题：这里所说的“能量”和我们物理学上的“能量”是一样的吗？ 合作探究，推进新课 学习任务一：能量 学生活动1：阅读课本67页：找出“能量”的概念。 回答问题：以下物体都具有能量吗？ 【师生共同分析】 【总结并板书】 1、能量：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。 2、能量的单位：焦耳（J）。 学习任务二：动能 播放图片： 问：它们能量的存在形式有什么共同特点？ 引导学生比较其共同特征（运动）得出动能的定义。 【小结并板书】 二、动能： 1、定义：物体由于运动而具有的能叫做动能。 【过渡】一切运动的物体都具有动能，动能的大小跟哪些因素有关呢？（引导学生用实例回答） 猜想：以同样速度行驶的电单车、汽车，它们的动能一样大吗？动能大小跟什么有关呢？ （在所举的事例中，继续利用动能所产生的现象或破坏力来比较判断做功是否一样，让学生总结体会到做功多少不同，说明动能不同，也就是能量是有大小的。） 引导学生通过生活中的现象猜想动能的大小可能跟哪些因素有关，如何证明自己猜想的？ 学生活动2：阅读课本67页“实验”部分内容，小组讨论并回答以下问题： ①实验时如何比较动能的大小？ ②动能的大小可能与两个或两个以上的因素有关，在实验中应如何具体操作？ ③如何控制质量不同的小球撞击物体时的速度相同？ ④如何控制质量相同的小球撞击物体的速度不同？ 【进行实验】指导学生按要求完成实验，并分析归纳得出结论：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 【小结】 2、动能的大小与物体的质量和速度有关。 学生活动3：阅读课本第69页小资料，了解一些物体的动能，讨论回答：你能看出质量和速度哪个对动能的影响大吗？ 【师生共同分析】根据分析牛和百米运动员的动能，可以得出，速度对动能的影响大。 学生活动4：讨论回答课本第67页“想想议议”： 为什么不允许车辆超载？ 为什么对机动车的行驶要限速？ 同一路段，小轿车和大卡车限速相同吗？为什么？ 【及时反馈1】 1．在探究物体的动能大小跟哪些因素有关的实验中。同学们设计了如图所示的实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由此沿斜面滑下。在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，碰撞后钢球反弹，木块沿水平方向向右运动直至停止，其中（不考虑空气阻力）。 （1）实验中是通过观察A来判断___________ （选填“钢球”或“木块”）的动能大小；用图甲和图___________ 的实验可以探究物体的动能与物体___________ 的关系； （2）实验中钢球碰撞木块后继续向前运动一段距离，则开始时钢球的重力势能___________木块克服摩擦力所做的功（选填“>”、“<”或“=”）；钢球碰后反弹至斜面的最大高度比开始下落时的高度___________ （选填“大”或“小”或“相等”）； （3）在实际操作的过程中，发现钢球从斜面上滚下时，运动的方向难控制，有时撞不到木块，有时撞歪了，请你为小明提供一种对斜面结构的改进方案：___________ 。 【答案】 钢球 乙 速度 > 小 将斜面换成斜槽 【详解】（1）[1]本实验的研究对象是钢球，所以实验中探究的是钢球的动能的影响因素。 [2][3]分析甲、乙实验可知，质量相同，高度不同，即小球到达平面的速度不相同，故可以探究物体的动能与速度之间的关系；在图甲、丙中，高度相同，即小球到达平面的速度相同，质量不同，故可以探究物体的动能与质量之间的关系。 （2）[4][5]钢球滚下时，钢球的重力势能转化为钢球的动能，钢球碰撞后继续运动，钢球的一部分动能转化为木块的动能，木块运动过程中，动能转化为内能，所以钢球的重力势能大于木块克服摩擦力所做的功；钢球碰后反弹时的动能小于碰撞前的动能，反弹后，钢球的动能转换为重力势能，钢球的重力势能比刚下滑时的重力势能小，因此，钢球碰后反弹至斜面的最大高度比开始下落时的高度小。 （3）[6]小球撞击木块后，小球偏离了原来的轨道，说明球在撞击木块时偏离了方向，要让球滑下时方向不偏可以让球在凹形槽中运动。 学习任务三：势能 小组合作学习：指导学生以小组合作方式阅读课本第69页有关内容，回答下列问题： （1）什么叫重力势能？ （2）重力势能的大小与什么因素有关？请设计一个实验来验证你的结论。 （3）举例说明哪些物体具有重力势能。 （4）什么叫弹性势能？ （5）弹性势能的大小与什么因素有关？请用实验验证你的结论。 （6）举例说明哪些物体具有弹性势能。 小组分享交流成果，教师总结归纳知识点。 【总结】 三、势能：重力势能和弹性势能是最常见的两种势能。 1、重力势能： （1）定义：物体由于高度而具有的能，叫做重力势能。 （2）大小：物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能越大。 2、弹性势能： （1）定义：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。 （2）大小：同一物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。 【及时反馈2】 2、请你判断下列物体具有哪种形式的能量： （1）在水平公路上行驶的汽车； （2）悬挂在天花板上的吊灯； （3）在空中飞行的飞机； （4）被拉开的弓。 答案：（1）动能 （2）重力势能 （3）动能、重力势能 （4）弹性势能 3．下列选项中，物体具有弹性势能的是（　　） A．被跳水运动员压弯的跳板 B．矗立在高山上的巨石 C．水平地面上行驶的汽车 D．空中上升的篮球 【答案】A 【详解】A．被跳水运动员压弯的跳板由于发生弹性形变具有弹性势能，故A符合题意； B．矗立在高山上的巨石具有重力势能，故B不符合题意； C．水平地面上行驶的汽车由于运动具有动能，故C不符合题意； D．空中上升的篮球具有动能和重力势能，故D不符合题意。 故选A。 4．如图所示是“探究影响重力势能大小因素”的实验，装置：由沙子，铁块，铁钉组成（mA＝mC＜mB，hA＝hB＜hC），下面是猜想： 猜想一：重力势能大小与物体质量有关 猜想二：重力势能大小与物体所处高度有关 猜想三：重力势能大小与物体密度有关 （1）物体重力势能大小通过_______反映。 （2）验证猜想一可选择_______两幅图，得出的结论是_______。 （3）实验室还提供了与A，C质量相同的铜块和铝块：通过实验得出的结论是_______。 【答案】 铁钉陷入沙子深度 ①② 见解析 见解析 【详解】（1）[1]根据转换法，通过铁钉陷入沙面的深度来反映重力势能的大小。 （2）[2][3]研究物体的重力势能大小与物体质量有关，要控制物体所处高度相同，而铁块的质量不同，可选择①②两幅图，因mA＜mB，且B铁钉陷入沙面的深度更大，故得出的结论是：当物体所处高度相同时，物体质量越大，重力势能越大。 （3）[4]通过实验得出的结论是：当物体所处高度和质量相同时，重力势能与物体密度无关。 回忆课堂，进行小结 结合板书，进行本节课小结，最后进行课堂检测 思考 阅读、思考、回答问题 分析、回答 做笔记 思考、分析 做笔记 思考、分析、交流、回答问题 进行实验，探究动能的影响因素 做笔记 分析、回答 讨论、交流、回答问题 练习、回答 阅读、思考、分析、回答问题 做笔记 练习、回答、订正 回顾课堂，进行小结 从生活常见事物入手，从生活走向物理 带着问题寻找答案，锻炼学生的分析能力 带着问题寻找答案，锻炼学生的分析能力 带着问题寻找答案，锻炼学生的分析能力 通过实验得到动能的影响因素，锻炼学生的动手能力，归纳能力 带着问题寻找答案，锻炼学生的分析能力 学以致用，及时反馈 带着问题寻找答案，锻炼学生的分析能力 学以致用，及时反馈 整理知识，让知识形成一个完整的知识体系。
课堂检测 1．高空中匀速直线飞行的飞机，向地面投下救灾物资，则飞机的动能和重力势能的变化情况（　　） A．动能、重力势能都不变 B．动能不变，重力势能变大 C．重力势能不变，动能变大 D．动能、重力势能都变小 【答案】D 【详解】飞机沿水平方向匀速飞行，空投物资时，速度不变，高度不变，但飞机的质量变小，所以它的动能和重力势能都减小，故D符合题意。 故选D。 2．垂直升降式立体车库能有效缓解车位不足的问题。停在载车板上的汽车匀速上升过程中，下列说法正确的是（　　） A．动能不变，重力势能不变 B．动能不变，重力势能增大 C．动能增大，重力势能不变 D．动能增大，重力势能增大 【答案】B 【详解】汽车在匀速上升的过程中，质量不变，速度不变，则动能不变，同时高度增加，故重力势能增大，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 3．如图所示，运动员用弹簧拉力器锻炼身体时，将拉力器从原长逐渐缓慢拉伸到某一伸长状态（不超过弹性限度），下列说法正确的是（　　） A．未被拉伸的拉力器弹簧具有弹性势能 B．在拉伸过程中，拉力器的弹簧产生的弹力逐渐变大 C．拉力器被水平拉长的过程中，人对拉力器没有做功 D．拉力器被水平拉长的过程中，手对拉力器的力大于拉力器对手的力 【答案】B 【详解】A．未被拉伸的拉力器的弹簧没有发生弹性形变，不具有弹性势能，故A错误； B．在拉伸过程中，拉力器的弹簧形变程度变大，所产生的弹力逐渐变大，故B正确； C．在这一次锻炼过程中，对拉力器施加了力，弹簧在力的方向上通过了距离，因此运动员对拉力器做了功，故C错误； D．手对拉力器的力与拉力器对手的力是一对相互作用力，二力大小相等，故D错误。 故选B。 4．2022年4月16日神舟十三号载人飞船返回舱在东风着陆场完美着陆。图中返回舱减速下落时，下列说法正确的是（　　） A．动能减小，重力势能减小 B．动能减小，重力势能增大 C．动能增大，重力势能减小 D．动能增大，重力势能增大 【答案】A 【详解】返回舱减速下落时，质量不变，速度变小，动能变小，高度变小，重力势能减小，故A正确，BCD错误。 故选A。 5．为创建文明城市，环卫工人采用电动扫地车将水平地面上的杂物吸入车内，在此过程中，扫地车整体的惯性_______，当关闭吸尘功能后，扫地车继续匀速前进，扫地车整体的动能_______ ，重力势能______ 。（均选填“不变”、“变大”或“变小”） 【答案】 变大 不变 不变 【详解】[1]环卫工人采用电动扫地车将水平地面上的杂物吸入车内，扫地车的质量变大，惯性变大。 [2][3]当关闭吸尘功能后，扫地车继续匀速前进，速度不变，动能不变；高度不变，重力势能不变。 6．道路交通安全法规定：严禁车辆超载。这是因为超载车辆的质量_______，对路面的压力_______，在轮胎的受力面积一定时，车辆对路面的压强_______，会使路面、桥梁的使用年限大大缩短；车辆超载时行车中危险性会增大，因为其惯性_______，容易发生交通事故；在速度一定时，超载车辆的动能会_______，一旦发生交通事故，其破坏力会更大。（以上均选填“增大”“减小”或“不变”） 【答案】 增大 增大 增大 增大 增大 【详解】[1][2][3]超载车辆的质量增大，重力增大，则对路面的压力增大，在轮胎的受力面积一定时，根据可知，车辆对路面的压强增大。 [4]车辆超载后质量增大，因此惯性增大，制动距离增长，遇到紧急情况不容易刹车，危险性增大。 [5]在速度一定时，超载车辆的质量变大，动能会增大，一旦发生交通事故，其破坏力会更大。 7．机械手表里拧紧的发条具有______能，可以带动小齿轮和指针转动；风具有______能，可以推动帆船航行；打桩机举高的重锤具有______能，可以完成打桩工作。 【答案】 弹性势 动 重力势 【详解】[1]拧紧的发条发生了弹性形变，所以其具有弹性势能。 [2]风是流动的空气，由于其运动，所以其具有动能。 [3]举高的锤由于相对于地面位置被举高，所以其具有重力势能。 8．如图所示，小明在玩蹦蹦杆，在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，小明的重力势能______，弹簧的弹性势能______。（选填“增大”、“减小”或“不变”） 【答案】 减小 增大 【详解】[1][2]小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，小明的质量不变，高度降低，因此重力势能减小；弹簧受力压缩，弹性形变程度增大，因此弹性势能增大。 9．在“探究影响动能大小的因素”实验时，小明提出了如下猜想，实验步骤如图所示。 （1）由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟___________有关：由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟___________有关； （2）该实验所探究物体的动能是指___________（选填“木块”“钢球”或“斜面”）的动能； （3）要探究动能大小与物体质量的关系，应保证钢球达到水平面的速度相同，为了达到这一目的所采取的具体操作方法是__________________ （4）小明根据乙、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，他的结论是否正确？___________（选填“正确”或“错误”），理由是_________________。 【答案】 速度 质量 钢球 让小球从同一位置同一高度由静止滑下 错误 没有控制速度相同 【详解】（1）[1][2]“十次车祸九次快”指的是汽车速度快容易造成车祸，所以动能的大小与速度有关；“安全驾驶莫超载”指的是汽车的质量大，容易造成事故，所以动能的大小与质量有关。 （2）[3]钢球从斜面上滚下时具有动能，所以探究的是钢球的动能。 （3）[4]要探究动能大小与物体质量的关系，应保持钢球的速度相同，质量不同，所以应使质量不同的钢球从斜面的同一高度由静止滚下，保证铁球达到水平面的速度相同。 （4）[5][6]要探究钢球动能与质量的关系，需要控制钢球到达水平面时的速度相同，即不同质量的钢球从同一高度由静止滑下，而乙、丙两图没有让钢球从同一高度滚下，没有控制钢球的速度相同，所以小明的结论错误。
板书设计 第十一章 　第3节　动能和势能 （一）能量 1．能量：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。 （2）能量的单位：焦耳（J）。 （二）动能 1.定义：物体由于运动而具有的能，叫做动能。 2.大小：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 （三）势能：重力势能和弹性势能是最常见的两种势能。 1.重力势能： （1）定义：物体由于高度而具有的能，叫做重力势能。 （2）大小：物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能越大。 2.弹性势能： （1）定义：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。 （2）大小：同一物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。
教学反思 探究动能大小与哪些因素有关是本节课的重点。学生通过探究实验，感知动能大小与质量和速度的定性关系，又通过反馈练习和列举生活中具体有关动能的事例，使学生对影响动能大小的因素形成清楚的认识，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会的理念”，使学生认识到物理就在身边，物理是有用的。