沪科版物理八年级下学期：10.6 合理利用机械能 教案+导学案+课时作业设计（含答案）

第六节 合理利用机械能
一、教学目标
1．通过实验分析，认识到运动的物体能做功，具有动能。　
2．通过探究，知道动能的大小与物体的质量和运动速度有关，并能解释简单的现象。
3．通过探究，知道弹性势能和重力势能的概念和决定因素，并能解释简单的现象。
4．通过观察和实验，认识并理解动能和势能的转化过程，能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单物理现象。
二、教学重难点
重点：初步理解动能、势能、机械能的概念及它们的转化。
难点：功率的概念和有关计算。
教学过程
（教学案）
一、情境引入
某游乐场中有一种令人紧张的游乐项目，一辆载有数人的小车，从高空启动，而后在没有任何动力的情况下自行下滑，随着轨道转弯、下降，小车的速度越来越大，使人感到似乎随时有冲出轨道的危险，让人刺激无比，在快乐的同时，你是否想过它是怎样运行的，在运行过程中发生了哪些能量变化呢？
二、互动新授
让学生分析教材图10－37中的例子，分别说出物体做功的情况，由此引导学生说出能的概念：在物理学中，一个物体如果能够对另一个物体做功，我们就说这个物体具有能量。
教师归纳：在物理学中，能和做功有密切的联系，能反映了物体做功的本领，物体做功的过程就是能的转化过程，物体做的功越多，说明某种能转化为别的形式的能越多。然后让学生尝试举出生活中具有能的物体，小组间交流讨论，理解具有能和是否做功之间的关系。
阅读教材，了解能的单位，在国际单位制中，能的单位和功的单位相同，都是焦(J)。
2．动能和势能的定义
(1)动能
利用多媒体出示一组图片：a流动的水冲击水轮机转动；b风吹小风车转动；c运动的铁锤能将钉子打入木板中；d运动的子弹能射穿鸡蛋等。
共同归纳，找出不同现象的共性的内容：水、风、铁锤、子弹都在运动，而且对别的物体做了功，说明了运动的物体具有能量。归纳得出：物体由于运动而具有的能叫动能，而且物体的动能越大，它可以对别的物体做的功就越多，反之越少。
(2)势能
①重力势能：引导学生观察现象：重锤被举高，下落时能够把铁钉打入木板中，分析重锤对铁钉做功而具有能。再利用多媒体演示一组图片：a打桩机的工作过程；b山顶上矗立的石头等。分析打桩机、石头都具有做功的本领，由此得出：物体由于高度位置所具有的能叫重力势能。让学生列举生活中存在重力势能的实例，并分析得出物体和地面有高度差就有重力势能(教师解释一般以地面为参考来分析重力势能)。
②弹性势能：多媒体演示：a橡皮筋形变越大，弹性势能就越大，纸做的子弹就射的越远；b弹簧形变越大，弹性势能就越大，小车被弹开的距离越远；c发条上得越紧，弹性势能就越大，钟表走的时间越久。分析橡皮筋、弹簧、发条由于发生弹性形变而对物体做功，得出物体因弹性形变而具有的能叫做弹性势能。
教师总结：人们将重力势能、弹性势能这类能称为势能。
(3)机械能：动能和势能通常为机械能。
3．动能的大小跟哪些因素有关
学生根据教材图10－39提出猜想：动能的大小可能跟运动物体的质量有关，还可能跟物体的运动速度有关。
设计实验：
(1)让钢球在斜面的不同位置滚下，观察钢球撞击水平面上的木块运动的距离。
(2)比较木块分别被同一高度处滚下的木球和钢球撞击后运动的距离。
次数
运动物体
运动物体的质量
在斜面上的高度
木块被撞击后运动的的距离
1
钢球
2
钢球
3
木球
教师向学生说明，在这个探究实验中，研究对象是运动的小车，质量不同的小车从一个斜坡的同一高度释放，运动到水平面时速度的大小相等。
学生实验，然后根据实验数据小组之间讨论。　
教师提出问题让学生根据实验探究的过程分析：(1)钢球先后从斜面的不同高度滚下来的原因是什么？木块被撞击后运动距离的远近说明了什么？可以得出什么结论？
保持钢球的质量不变，让钢球从不同高度的斜面上滑下，滑到水平面上与木块相碰，观察木块在水平面上滑行的距离。钢球原来的位置越高，滚到斜面下端时运动的初速度越大，被碰的木块滑行的距离较大，说明钢球质量一定时，钢球的速度越大，钢球的动能越大。所以得出动能的大小与物体运动的速度有关。
(2)质量不同的钢球和木球从斜面的同一高度滚下的原因是什么？木块被撞击后运动距离的远近说明了什么？可以得出什么结论？
质量不同的钢球和木球从斜面的同一高度滚下，到达斜面下端时运动的初速度相同，钢球的质量大，把木块撞击的远，做功越多，具有的动能就越大，所以动能的大小与物体的质量有关。
综合上述分析可得：物体的动能大小与物体的质量和运动速度有关。
教师通过实验过程中的变化量和不变量向学生介绍，在物理学中，当决定某物理量与两个因素有关时，在实验过程中，先保持一个因素不变，研究与另一个因素的关系；再保持另一个因素不变，研究与前一个因素的关系，最后总结出正确的结论，象这样的研究方法在物理学中叫控制变量法。
4．势能的大小跟哪些因素有关
引导学生结合教材图10－42和图10－43及相关内容提出猜想，设计实验。小组讨论实验中保持不变的物理量和变化的物理量，然后根据实验器材进行实验并记录数据。
次数
举高的物体
物体质量
被举高的高度
小桌陷入的深度
1
钢球
2
钢球
3
木球
学生分析实验过程：利用同一重物从不同的高度自由下落冲击小方桌，发现物体所在位置越高，小方桌下陷的深度越大，说明重物的重力势能越大，由此可得物体的重力势能与物体所在高度有关；保持重物的起始高度不变，用质量不同的重物自由下落冲击小方桌，发现质量越大的重物下落时，小方桌下陷深度越大，说明物体的质量越大，具有的重力势能越大，由此可得物体的重力势能与物体的质量有关。
综合上述分析，师生共同总结控制变量法的使用和实验结论，物体被举得越高，质量越大，它具有的重力势能就越大，即影响重力势能的因素有物体的质量和所在位置的高度。
学生分析弯弓射箭的实例，找出其形变量的变化，然后利用一张卡片和一个橡皮筋完成小实验，根据橡皮筋发生形变时，卡片被弹起的高度分析发生弹性形变的橡皮筋对卡片做功的情况，得出物体的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大，即物体的弹性势能与物体的弹性形变有关。
(二)动能和势能的相互转化
在物理学中，我们把动能和势能统称为机械能。一个物体可以同时具有动能和势能，那么物体的动能和势能之间有怎样的关系呢？
学生分组做滚摆实验，观察实验现象并思考其中的动能和势能是如何变化的。利用多媒体将此过程分成几个小环节，让学生观察分析滚摆的动能和势能的转化：当滚摆上升时，高度增加，重力势能增大，而速度减小，动能变小，在最高点时，动能为零，重力势能最大；当滚摆下降时，高度降低，重力势能减小，而速度变大，动能变大，在最低点时，动能最大，重力势能最小。
演示单摆的运动，仿照滚摆的运动过程进行分析。
综合以上分析可以说明动能和重力势能是可以相互转化的。
再让学生观察教材图10－46，并利用课件进行展示，得出重力势能、弹性势能、动能之间的相互转化。
再请学生列举生活中动能和势能相互转化的实例，师生共同分析。
三、课堂小结
四、板书设计
第六节 合理利用机械能
一、动能与势能
1．能量：如果一个物体能够对别的物体做功，就说这个物体具有能量，简称能。
2．能量的单位：焦(J)
3．动能：(1)定义：物体由于运动具有的能。
(2)影响动能大小的因素：物体质量和物体运动的速度。
4．势能
(1)重力势能：物体由于高度位置所具有的能。
影响因素：物体的质量和物体所在高度
(2)弹性势能：物体因弹性形变而具有的能。
影响因素：物体的弹性形变
5．势能：重力势能和弹性势能这类能称为势能。
二、机械能：动能和势能统称为机械能。
三、动能和势能的相互转化。
五、教学反思
本节课首先通过课件展示给学生感性认识，让学生对能有了初步的认识。能是物理学的重要概念之一，但它比较抽象。对于初中学生来说，认识它比较困难。应紧扣教材，从理解“一个物体能够做功”的含义来认识能量。这实际上是说“能是物体做功的本领”。关于动能，重点讲清运动的物体能够对其他物体施力，并推动物体做功，所以它具有能量。重力势能和弹性势能重点讲清是由于所在位置的高度和发生弹性形变而使物体具有了做功的本领，并通过大量实例加以分析，使学生了解这几种能量的特点，便于探究影响动能、势能的因素。对动能和势能的相互转化的学习，重点是通过实验和实例分析相结合，让学生分析透彻研究对象原来的特点，和变化的因素及做功情况，由此分析出能量的转化。
（导学案）
一、学法点津
能的概念很抽象，所以讲功和能的关系联系起来，及吧能量和做功浸没结合，一个物体具有能量，可以用来做功，反过来一个物体能够做功，它就具有能量。可以用做功的多少来衡量物体具有能量的大小。然后通过大量的实例让学生真是感受到动能和势能的存在，从而理解动能和势能，并通过实验探究得出影响其大小的因素。
二、学点归纳总结
（一）知识要点总结
1．能量：一个物体能够对别的物体做功，就说这个物体具有能量。
2．动能
(1)定义：物体由于运动具有的能。
(2)影响因素：物体的质量和速度。
3．势能：
(1)重力势能：
①定义：物体由于高端位置所具有的能。
②影响因素：物体被举高的高度和物体的质量。
(2)弹性势能
①定义：物体因弹性形变而具有的能。
②影响因素：物体的弹性形变。
4．机械能：动能和势能统称为机械能。
5．动能和势能的相互转化。
（二）规律方法总结
1．物体具有能量说明它具有做功的本领，具有能量的物体不一定做功；物体具有能量的大小可以用物体做功的多少来衡量。
2．动能和势能相互转化的分析：首先明确研究对象和研究过程，然后判断研究对象在此过程中的速度、高度、形变的变化情况，最后判断出能量如何变化。
课时作业设计
一、选择题
1．下列关于能量的叙述，不正确的是(　 )。
A．拉完的弓能把箭射得很远，弓具有能量
B．高空坠物会砸伤人，坠物具有能量
C．台风把大树连根拔起，台风具有能量
D．激流的河水将石头冲走，河水没有能量，石头具有能量
2．下列现象中，由动能转化为重力势能的是(　　)。
A.动车匀速上坡 B.脚踩滑板从高处滑下
C.滚摆自下而上运动 D.火箭加速升空
3.“神舟”八号载人飞船顺利升上太空并返回地面，全球华人为之振奋、自豪。当巨型降落伞吊着“神舟”八号返回舱安全进入大气层并匀速下落时，返回舱的(　　)。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．动能增大，势能减小　　 B．动能和势能都减小
C．动能不变，势能减小　　 D．动能和势能都不变
4．人骑自行车下坡时，速度越来越快，下列关于这一运动过程的说法中，正确的是(　　)。
A．人与车的动能增大，重力势能增大
B．人与车的动能增大，重力势能减少
C．人与车的动能减少，重力势能增大
D．人与车的动能不变，重力势能不变
5．为了研究动能的大小与哪些因素有关，教材中设计了“小钢球撞木块的实验”(如下图所示)，让静止的小钢球从斜面滚下，观察木块被推动的距离。关于该实验的说法中，不正确的是(　　)。
A．该实验的设计思路是采用转换法，用木块移动的距离来表示动能的大小
B．该实验研究的基本方法是控制变量法，如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等
C．在实验器材的选择时，可以不考虑斜面的光滑程度、被撞木块的质量和软硬等因素
D．在实验过程中，让同一小球从不同高度滚下，目的是为了让小球获得不同的运动速度
二、填空题
6．修拦河大坝是为了提高上游水位，增加水的_____能，使水下落时可以获得更多的_____能，从而带动发电机发电。
7．一游客乘缆车上山，在缆车加速起动时，他的动能 __________，重力势能__________。(填“增大”、“减小”或“不变”)。
8．如图所示是固定在水平桌面上的圆弧轨道，将一小球由轨道的P点自由释放，滚动到Q点。在此过程中，动能先变_______后变_______，重力势能________。
三、实验探究题
9．小红猜想动能的大小可能与物体的质量m和运动速度v有关，于是设计了如图甲、乙所示的实验，探究动能的大小与物体的质量m和运动速度v的关系。
1、乙两组实验中：
(1)甲图中让不同质量的两个小球从斜面的同一高度自由滚下，目的是使两球到达水平面时。具有相同的____________。
(2)选用图甲探究的是动能与_____________的关系，比较分析实验现象，得出的结论是：__________________________________________________________。
(3)选用图乙探究的是动能与_____________的关系，比较分析实验现象，得出的结论是：__________________________________________________________。
【参考答案】
1．D 2．C　3．B 4．B 5．C 6．重力势(势)　 动 7．增大　增大
8．大　小　先变小后变大 9．(1)速度　(2)质量　运动速度一定时，物体的质量越大，动能越大　 (3)速度 物体质量一定时，运动速度越大，动能越大