11.4机械能及其转化（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4节 机械能及其转化（教学设计）
课题 11.4 机械能及其转化
教材分析 本节内容由“机械能及其转化”“水能和风能的利用”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，能够让学生分析、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。
教学目标 物理观念：知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能；理解动能和势能的转化，机械能守恒。 物理思维：通过动手设计实验，勇于探索自然现象和身边的物理道理。 科学探究：通过观察和实验，理解动能和势能之间的相互转化的过程。能解释与机械能转化相关的现象。 科学态度与责任：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。提升使用机械能转化与守恒观点分析力学问题的意识。
教学重难点 教学重点：动能和势能的相互转化 教学难点：机械能守恒
教学方法 实验法、讨论法、讲授法、对比法、归纳法
教学准备 单摆、滚摆、弹簧、小球、乒乓球、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 手将乒乓球高高举起。 提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？ 释放乒乓球，下落过程中，乒乓球的能量发生了什么变化？ 学生回答提问后，再引导学生分析粉笔头下落的过程。 教师小结，引出新课：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。 今天，我们一起来学习。 合作探究，推进新课 学习任务一：机械能及其转化 【过渡】请同学们举出生活中同时具有动能和势能的事例。根据图片提问：飞行中的飞机具有什么能？ 【小结并板书】 一、机械能 1．动能、势能统称为机械能； 动能 机械能 重力势能 势能 弹性势能 2．物体具有机械能的总量等于动能、势能两种能量之和。 学生活动1：将滚摆卷起后释放，观察现象，回答以下问题： 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能够相互转化？ 学生活动2：将单摆的摆球置于A处，然后释放。摆球就能够在A、B、C之间来回摆动。观察现象，回答以下问题： 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。 【小结并板书】 3、动能与重力势能能相互转化 教师演示活动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。 【小结并板书】 4、动能与弹性势能能相互转化 教师演示活动2：想一想，从鼻尖释放的铁锁，会再次打到鼻尖吗？ 实验发现不会再次达到鼻尖，而且铁锁会慢慢停下来，这是为什么？这个过程中中铁锁的机械能发生了什么变化？ 追问：如果没有摩擦和空气阻力，机械能的总量还会不会变化？ 【分析】大量事实和研究表明：如果只有动能和势能的相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总量不变。 【小结并板书】 5、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。 （如果没有摩擦和空气阻力，则机械能的总量保持不变） 学生活动3：阅读课本“科学世界”，了解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。思考并回答以下问题： 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？ 【及时反馈1】 1．荡秋千是中小学生喜欢的游戏，如图为荡秋千的简化模型。甲、乙为两水平线，摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高，下列说法正确的是（　　） A．球在A、D两点的重力势能相等 B．球从O点到D点的过程中动能增加 C．球在B、C两点的机械能相等 D．球在摆动的过程中机械能逐渐减少 【答案】D 【详解】A．A、D两点高度不同，A点的重力势能大于D点的重力势能，故A错误； B．球从O点到D点的过程中，质量不变，速度减小，动能减小，故B错误； CD．摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，观察图可知，D点高度低于A点，说明摆球摆动过程受到阻力的作用，需要克服阻力做功，机械能将减小，所以小球在B、C两点的机械能不相等，故C错误，D正确。 故选D。 2．如图所示是2023年2月23日19时49分，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将中星26号卫星发射升空。长征三号乙运载火箭在加速升空过程中，卫星的机械能的变化，下列说法正确的是（　　） A．动能不变，重力势能增加，机械能增加 B．动能减少，重力势能减少，机械能减少 C．动能增加，重力势能增加，机械能增加 D．动能增加，重力势能减少，机械能不变 【答案】C 【详解】动能的大小与物体的质量和速度有关，重力势能的大小与物体的质量和高度有关，长征三号乙运载火箭在加速升空，速度增大，所以动能增加，升空过程中高度增大，所以重力势能增加，机械能等于动能和重力势能的和，所以机械能增加。 故选C。 学习任务二：水能和风能 播放图片：请学生观看图片或者视频，认识自然界存在的机械能。 分析：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。 播放图片：展示古代人民对于水能和风能的利用 教师讲授：介绍水力发电站和风力发电站 【小结并板书】 二、水能和风能：水和风的机械能 在水（风）力发电站，将水（风）的机械能转化为电能。 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 观察、思考 回答问题。 思考，回答问题 学生实行实验并回答问题 学生实行实验并回答问题 学生观察现象，讨论回答问题 猜想，观察，讨论，回答问题 学生阅读并思考后回答 练习、订正 观看、思考、回答问题 了解古代工具中对于水能和风能的利用 了解水电站是怎样使发电机转动的，风力发电是怎样的。 从身边的实验出发，充分调动学生参与课堂教学的积极性 从生活中的现象切入新课。有些物体会同时具有动能和势能，且动能与势能可以相互转化，将动能和势能统称为机械能有必要，便于研究能量问题。 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，提升学生参与课堂教学的积极性和有效性。 从身边的实验出发，激发学生的探究欲望，形成思维冲突，更好对比式学习新知。 人造地球卫星涉及机械能的转化和守恒，能够拓宽学生视野。 学以致用，及时反馈 了解自然界中的机械能 传统文化教学，增强民族自豪感 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。 促动知识的巩固掌握。提升学生的交流表达水平。
课堂检测 1．如图所示，小红用平行于斜面的拉力把物体从A点匀速拉至B点，忽略摩擦和空气阻力，以物体为研究对象，下列图像正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A．图中s-t图像时一条水平的直线，表示物体静止不同，故A错误； B．图中表示动能一直不变，物体被推动过程中质量不变，速度大小不变，动能大小不变，故B正确； C．物体推动过程中质量不变，高度不断上升，重力势能变大，图中表示重力势能一直不变，故C错误； D．物体的动能不变，重力势能变大，机械能为动能与势能的总和，则机械能不断变大，图中表示机械能一直不变，故D错误。 故选B。 2．一辆洒水车在马路上匀速前进并洒水，则洒水车的（　　） A．动能减小，重力势能减小 B．动能不变，重力势能不变 C．动能减小，重力势能增大 D．动能增大，重力势能减小 【答案】A 【详解】动能的大小与质量和速度有关，洒水车在马路上匀速前进并洒水，洒水车的速度不变，质量减小，所以动能减小；重力势能的大小与高度和质量有关，洒水车的高度不变，质量减小，所以洒水车的重力势能减小，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3．2022年4月23号，中国官方媒体放出一段视频，显示055型驱逐舰从垂直发射单元发射了一枚神秘的新型导弹。这枚导弹起飞后不久，就立刻大角度转弯，向着几乎平行于地面的方向飞远了，所以有些人也认为，这可能是一种超远程防空导弹。在导弹加速升空的过程中，下列说法正确的是（　　） A．动能增大，势能减小，机械能不变 B．动能不变，势能增大，机械能增大 C．动能增大，势能增大，机械能增大 D．动能减小，势能增大，机械能不变 【答案】C 【详解】在导弹加速升空的过程中，质量不变，速度变大，高度升高，动能增大，重力势能增大，机械能是动能与重力势能的总和，则机械能增大，故ABD错误，C正确。 故选C。 4．如图所示，小球沿光滑的竖直放置的轨道由A点静止向D点运动的过程中，不计空气阻力，下列关于小球说法正确的是（　　） A．在A点的动能最大 B．通过B时的速度比通过C时小 C．在C点比在D点的动能大 D．在A点的重力势能比D点大 【答案】C 【详解】A．小球由A点静止向D点运动，则小球在A点的速度为零，动能为零，故A错误； B．因为轨道是光滑的，没有摩擦，不计空气阻力，所以小球的机械能守恒，则小球在B点和C点的机械能相等；由图可知，B点的高度小于C点，则小球在B点的重力势能小于C点；不考虑弹性势能时，动能等于机械能减去重力势能，所以小球在B点的动能大于C点，则小球通过B时的速度比通过C时大，故B错误； C．由B项可知小球在C点和D点的机械能相等；由图可知，C点的高度小于D点，则小球在C点的重力势能小于D点；因动能等于机械能减去重力势能，所以小球在C点比在D点的动能大，故C正确； D．由图知D点与A点的高度相同，所以小球在A点的重力势能与D点相等，故D错误。 故选C。 5．小球从粗糙轨道的第一段最高点A由静止下滑，经过点B，到达轨道的最低点C，再沿轨道上升到达第二段的最高点D（D点未画出），如图所示（轨道未画全，忽略空气阻力）。 （1）小球从A点下滑至C点的过程中，重力势能____________（选填“增大”或“不变”或“减小”）； （2）D点___________比B点高（选填“可能”或“不可能”）； （3）小球从A到D的过程中，小球的机械能大小会____________（选填“增大”或“不变”或“减小”）。 【答案】 减小 可能 减小 【详解】（1）[1]小球从A点下滑至C点的过程中，质量不变，高度变低，重力势能减小。 （2）（3）[2][3]因为小球从粗糙轨道上运动，此过程中小球克服摩擦做功，部分机械能转化为内能，因此小球从A到D的过程中，小球的机械能会减小，D点位置会比A点要低，但可能比B点高。 6．如图所示，卫星沿椭圆轨道由远地点向近地点运行，卫星的动能______，机械能______（前两空选填“增大”“减小”或“不变”）；如果卫星运动到近地点时所受的外力全部消失，则卫星将______。 【答案】 增大 不变 做匀速直线运动 【详解】[1]卫星沿椭圆轨道由远地点向近地点运行，卫星的质量不变，速度变大，动能变大。 [2]由于不存在空气阻力，所以卫星的机械能守恒，保持不变。 [3]如果卫星运动到近地点时所受的外力全部消失，根据牛顿第一定律可知，卫星将做匀速直线运动。 7．在真空管中，一个小球被竖直向上弹出，每隔0.02s用相机拍摄记录小球位置，制成图中的轨迹示意图。从A上升到B的过程小球只受到重力，则从A上升到B的过程中，小球的动能______，重力势能______，机械能______（都选填“增大”“减小”“不变”）。 【答案】 减小 增大 不变 【详解】[1][2][3]在真空管中，一个小球被竖直向上弹出，小球只受到重力的作用，没有空气阻力，每隔0.02s用相机拍摄记录小球位置，从图中可知相同的时间内运动的路程越来越小，故速度越来越小，故其动能逐渐减小，由于高度越来越高，故其重力势能增大，由于只受到重力的作用，故其机械能不变。
板书设计 11.4 机械能及其转化 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。
教学反思 本节课主要是在实验中让学生感受到能量之间的相互转化，在实验中总结了动能和势能的相互转化，为了加深对这个知识的理解，再进一步举出生活实例进行分析，起到了乐中求学的作用。