10.1 机械能 导学案
导学目标
1.了解能量的概念及单位，并能判断一个物体是否具有能量。
2.知道动能、重力势能和弹性势能的概念，并能说出它们的影响因素。
3.通过实例认识动能和势能之间可以相互转化，知道动能和势能统称为机械能。
重点：影响动能和势能的因素、动能和势能之间的转化
难点：动能和势能影响因素的实验探究
自主学习
1．如果一个物体 对外做功，我们就说这个物体具有 ，简称 。物体能够做的功越多，它具有的能就越 。
2．物体由于运动具有的能叫做 ；影响因素为 和 。
3.物体由于被举高而具有的能叫做 ；影响因素为 和 。
4.物体由于发生弹性形变具有的能叫做 ，影响因素为 。
5. 和 统称为势能，动能和势能统称为 。
合作探究
（一）动能的大小跟什么因素有关
1．小球从同一斜面的同一高度由静止滚下时，到达斜面底端时的 相同，小球的起始点越高，到达斜面底端时的 越大。
2．在此实验中，我们可以通过 来判断运动小球动能的大小，这种方法叫做 法，除此方法之外，还用到了 法。
做一做1：
让同一小球沿同一斜面分别从不同高度开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如下图所示：
填一填：对同一小球，下落的起始点越高，到达斜面底端时的速度越大，推动纸盒移动的距离越 。
想一想：由此可得结论：______________________________________。
做一做2：让不同质量的两个小球沿同一斜面分别从相同高处开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，如下图所示：
填一填：不同质量的两个小球从相同高处向下运动到达斜面底部时的速度 （填“相同”或“不相同”） ，质量大的小球推动纸盒移动的距离 。
想一想：由此可得结论：______________________________________。
（二）重力势能的大小跟什么因素有关
在此实验中，我们可以通过 来判断铁块原来重力势能的大小。
做一做1：让同一重物从不同高度自由下落冲击小方桌（放在沙箱的水平沙面上），会发现下落点高的重物冲击小方桌时小方桌下陷的深度大。
想一想：由此可得结论：______________________________________。
做一做2：从同一高度自由下落两个质量不同的重物，会发现质量大的重物冲击小方桌时小方桌下陷的深度大。
想一想：由此可得结论：______________________________________。
（三）动能和势能的相互转化
做一做：把滚摆上的线捻到轴上，使其到达最高点，并使其自由落下，观察滚摆的运动情况。
填一填：
1. 滚摆在最高处由静止开始下落的过程中，滚摆运动的越来越 ，动能越 ，重力势能越来越 。在此过程中，滚摆的 能逐渐转化为 能；滚摆在最最低处开始上升的过程中，滚摆运动的越来越 ，动能越 ，重力势能越来越 。在此过程中，滚摆的 能逐渐转化为 能。
2. 机械表里面有一根发条，用来带动齿轮和指针转动。它是利用 能转化为 能的道理制成的。
当堂检测
1.“神州六号”载人飞船的返回舱下落到地面附近时,由于受到空气阻力而做减速运动。在减速下降的过程中,返回舱的 ( )
A. 动能增大,势能减小 B. 动能减小,势能减小
C. 动能不变,势能减小 D. 动能减小,势能增大
2.人骑自行车从坡上下来时，速度会越来越大，在这运动过程中（ ）
A．人和车的动能增大
B．人和车的动能减小
c．人和车的重力势能增大
D．人和车的动能保持不变
3.同学们都玩过秋千吧，闭上眼睛，那种时高时低的感觉如同在飞……，你知道其中能量的转化吗？对于图中荡秋千的小孩，下列分析正确的是（ ）
A.小孩在A点具有最大动能
B.小孩从Ｃ荡到Ｂ的过程中，动能转化为势能
C.小孩从Ｂ荡到Ｃ的过程中，动能转化为势能
D.小孩从Ａ荡到Ｂ的过程中，在Ｂ点的机械能大于Ａ点的机械能
4.下面的四幅图中属于动能转化为重力势能的是（ ）
5.说出下列物体各具有什么形式的机械能：
（1）公路上飞驰的汽车_________；
（2）高山上静止的石头_________；
（3）正在飞行的飞机_________；
(4）上紧发条的玩具车_________。
6.如图所示，是北京奥运会射箭项目的图标。运动员射箭时，要用力将弓拉开，然后弓将箭射出，在此过程中是弓的 能减小，箭的 能增加。
7.如图所示，小孩在滑梯上由静止开始下滑，速度越来越快．则该过程中小孩的动能 ，机械能 。（两空均选填“变大”、“变小”或“不变”）
8.如图所示是“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置。
⑴该实验利用了转换法，通过观察_____________来判断___________（选填“小球”或“木块”）动能的大小；
⑵让同一小球从斜面的不同高度由静止滚下，推动木块做功，目的是为了探究动能的大小与______________的关系；
⑶换用质量不同的小球，使它们从斜面的__________（选填“相同”或“不同”）高度由静止滚下，推动木块做功，目的是为了探究动能的大小与________的关系。
我的收获
10.1 机械能
1.了解能量的初步概念.
2.知道能量、动能、重力势能、弹性势能的概念及其决定因素,并能解释简单的现象.
3.知道势能和动能相互转化,并能解释简单的现象.
4.知道机械能守恒定律.
【重点难点】
重点:探究动能、重力势能和弹性势能的影响因素,让学生体验探究的过程.
难点:学生设计完成探究实验.
【新课导入】
导入1:实验导入
出示斜槽,并演示钢球从斜槽上滚下,在水平桌面上撞击木块,使木块移动了一段距离.让学生分析碰撞过程中,做没做功?利用学生分析的结果“钢球对木块做了功”引入能量的概念:一个物体能够做功,我们就说它具有能量.(板书章节课题)
导入2:复习引入
复习提问:
1.为什么在高速公路上要限制汽车的最大行驶速度?并且轿车和大型货车的最大限制速度不同?
2.人脚踩滑板从高处滑下,为什么会越来越快?
我们学习了这节课的内容后,同学们便会明白其中的道理了,从而引入新课.
【课堂探究】
一、能量
教师讲解:一个物体能够做功,我们就说它具有能量.由此可见在物理学中,能量和功有着密切的联系,能量反映了物体做功的本领(具有做功的本领不一定是物体正在做功,例如,静止在高山上的石块),不同的物体做功的本领也不同.一个物体能够做的功越多,表示这个物体的能量越大.
能量的单位:焦(J)
二、动能
1.提出问题:实验中钢球撞击木块能够做功,但若将钢球停靠在木块一侧(边讲边演示),这时的钢球并不能推动木块做功.对比前后两个实验,思考一下,钢球是由于什么原因而具有的能量?怎样才能使木块被推的更远呢?
2.学生分析得到动能是由于运动而具有的能量.引导学生广泛地列举事例,说明运动的空气、水和各种物体都能够做功,而具有动能.概括出“一切运动的物体都具有动能”.
影响动能的因素可引导学生根据问题(怎样才能使木块被推的更远呢?)设计如下实验进行探究(如教材第3页图103)
A.同一小球从不同高度滚下,会有什么不同现象?
B.不同质量的小球从同样高度滚下,会有什么不同现象?
教师引导学生分析实验过程和实验方法,从而得出结论.
3.结论:(1)动能:物体由于运动具有的能叫做动能.
(2)动能的影响因素:质量相同的物体,运动的速度越大,它具有的动能越大;运动速度相同的物体,质量越大,它具有的动能就越大.
三、重力势能
1.提出问题:静止在高山上的石块它由于什么原因具有能量?如何使举高的铅球落到沙坑,砸出的坑更深?
2.学生分析得到重力势能是由于物体被举高而具有的能量.影响重力势能的因素可引导学生根据问题(如何使举高的铅球落到沙坑,砸出的坑更深?)设计如下实验进行探究(如教材第4页图105)
A.同一铁块从不同高度下落,会发生什么不同现象?
B.质量不同的铁块从相同高度下落,会发生什么不同现象?
教师引导学生分析实验过程和实验方法,从而得出结论.
3.结论:(1)重力势能:物体由于被举高而具有的能叫重力势能.
(2)重力势能的影响因素:物体的质量越大,位置越高,具有的重力势能就越多.
四、弹性势能
1.提出问题:拉长的橡皮筋能将纸弹弹出,(演示)它是由于什么原因而具有的能量?怎样才能使纸弹弹得更远?
2.学生分析得到弹性势能的定义(给学生讲一下弹性形变)、影响弹性势能的因素,可引导学生根据问题(怎样才能使纸弹弹的更远?)寻找方法.为加深印象可补充一个实验将两个性质相同弹簧,压缩到不同的长度.先后将拉紧弹簧的绳烧断,两次砝码被弹起的高度不同.弹簧压得越紧,放松时它做的功越多,表示它的弹性势能越大.
3.总结:(1)弹性势能:物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能.
(2)弹性势能的影响因素:同一弹性物体的弹性形变越大,具有的弹性势能就越多.
五、机械能
1.让学生分析在桌面上滚动的钢球具有什么能?通过分析得知滚动的钢球既有动能,又有势能.
板书:动能和势能的和称为机械能.
2.做单摆实验,学生确定单摆在运动过程中何处动能最大,何处势能最大,分析动能和势能是如何转化的.(可从它们的影响因素来分析)并让学生列举其他动、势能转化的例子.
3.提出问题:动能和势能间相互转化有什么规律?
4.通过教材第5页图107单摆实验进行探究,让单摆第一次由最高点滚下,上升后还能大体回到原来的出发点.再继续观察,单摆每次上升的高度逐渐减小.让学生尝试分析其中的原因.
5.总结
(1)动能和势能之间可以相互转化,在只有动能和势能相互转化的过程中,机械能的总量保持不变.
(2)机械能和其他形式的能之间可以相互转化,在转化过程中,能的总量保持不变.
(1)知识:
(2)方法:控制变量法、转换法
1.静止坐在教室内学习的同学们 具有 (填“具有”或“不具有”)能量.在空中飞行的球,它具有的重力势能是5 J,具有的动能是4 J,这只球具有的总机械能是 9 J.?
2.说出下列物体各具有什么形式的机械能:
(1)在平直公路上行驶的汽车 动能 ;?
(2)悬挂着的日光灯 重力势能 ;?
(3)正在降落的跳伞运动员 动能和重力势能 ;?
(4)被压缩的弹簧 弹性势能 .?
3.某空降兵在空中匀速下降的过程中,他的动能 不变 ,势能 变小 ,机械能 变小 (选填“变大”“变小”或“不变”).?
4.装满水的洒水车,在一段平直公路上匀速直线前进,它在向公路两旁的花木喷水的过程中,洒水车的动能将 变小 ,机械能将 变小 .(选填“变大”“变小”或“不变”)?
5.下列物体在运动过程中,动能转化为重力势能的是( D )
A.雪橇从山坡滑下
B.玩具弹簧枪将“子弹”水平射出
C.雨滴从屋檐落向地面
D.斜向上射出的枪弹上升的过程
6.下列过程中,属于弹性势能转化为动能的是( C )
A.推开弹簧门的过程
B.用力拉开弹弓橡皮条的过程
C.玩具弹簧枪将“子弹”水平射出
D.跳水运动员将板踏弯的过程
人造地球卫星的机械能转化
人造地球卫星在大气层外绕地球运行.它的速度很大,有的一天内可以绕地球飞行几圈到十几圈.人造地球卫星广泛用于全球通信、军事侦察、气象观测、资源普查、环境监测、大地测量等方面.
许多人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行.离地球最近的点叫做近地点,离地球最远的点叫做远地点.卫星在大气层外运行,不受空气阻力,只有动能和势能的转化,所以机械能守恒.卫星在远地点时,势能最大,在近地点时动能最大.
人造卫星由近地点向远地点运行时,动能减小,速度减小,卫星相对地面的高度增加,重力势能增加,它的动能转化为重力势能;人造卫星由远地点向近地点运行时,动能增大,速度增大,卫星相对地面的高度减小,重力势能减小,它的重力势能转化为动能.
