人教版八年级物理下册11．4《机械能及其转化》教案

11.4机械能及其转化 教案
一、新课引入
风吹帆船航行是流动的空气具有能量推动帆船前进，急流的河水能将石头冲走是流动的河水具有能量将石头冲走了，飞行的子弹具有杀伤力是运动的子弹具有能量产生杀伤力，运动着的钢球打在木块上将木块推走是运动的钢球具有能量将木块推走。流动的空气和水、飞行的子弹、运动的钢球由于都在运动而具有能量，称之为具有动能。
二、新课讲解
动能
（一）定义
物体由于运动而具有的能量，叫做动能。一切运动的物体都具有动能。
物体的动能大小可能与哪些因素有关？让我们来通过实验探究一下。
（二）探究过程：
探究课题一：“物体动能的大小与速度的关系”
猜想与假设：物体的速度越大，它的动能越大。
设计实验：
器材：斜面、钢球、木块
步骤：如图，使用同一个小球，可控制小球的质量不变；让小球从不同的高度滑下，到达斜面底端小球获得的速度不同，释放高度越高，小球到达底端获得的速度越大。第一次实验将小球放在斜坡的中间使其自由滑下，观察木块被推进的距离；第二次将小球放在斜面的最顶端使其自由滑下，木块仍放回原处，观察木块被推进的距离。小球的动能无法直接观察，我们转换成观察木块被推的远近，木块被推得越远，说明小球的动能越大。

通过实验发现：第一次木块被推得近，说明小球的动能小；第二次木块被推得远，说明小球的动能大。
结论：小球质量一定，速度越大，物体动能越大。
探究课题二 ：“物体的动能大小与质量的关系”
猜想与假设：物体的质量越大，物体的动能越大。
设计实验：
器材：斜面、木块、质量不同的两个球
步骤：如下图：让质量不同的两个小球从斜面同一高度滑下，使小球到达斜面底端撞击木块前获得相同的速度。第一次实验将质量较小的球放置斜面的顶端使其自由滑下，观察木块被推进的距离；第二次实验将质量较大的球放置斜面的顶端使其自由滑下，木块仍放回原处，观察木块被推进的距离。实验中木块被推得越远，说明小球的动能越大。

通过实验发现：第一次木块被推得近，说明小球的动能小；第二次木块被推得远，说明小球的动能大。
结论：小球速度一定，质量越大，物体动能越大。
综合结论：决定物体动能大小的因素是物体的质量和物体的速度。运动物体的质量越大、运动速度越大，这个物体的动能就越大。
（三） 探究方法
1．这个探究实验涉及到动能的变化受两个因素(质量和速度)的影响，实验过程中应注意采用控制变量法。
2．实验中动能的大小无法直接观察，我们是通过转换成观察木块被推的远近来间接地反映物体动能的大小。这种方法在物理学中也经常用到，称之为转换法。
例1：如果说“运动的物体所具有的能叫动能”这句话对吗？
分析：这句话是不对的。动能是“由于运动”这个原因而产生的那部分能量，一定不要把它理解成“运动的物体所具有的能量叫动能”。例如：空中下落的雨点，由于雨点在运动，它具有动能，下落的雨点不但具有动能而且还具有其他形式的能量，不能说下落的雨点所具有的能量就是雨点的动能。
势能
（一）定义
让我们来阅读下面的资料
人们在打桩时，先把重锤高高举起，重锤落下时就能将水泥桩打入地里，这是因为重锤被举高了具有了能量，像这样物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。例如：阳台上的花盆、课桌上的粉笔盒、吊灯等都具有重力势能。

射箭运动员把弓拉弯，放手后被拉弯的弓能把箭射出去，这是由于弓发生了弹性形变具有了能量，这种物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能。例如：拉长的橡皮筋，被压缩的弹簧等都具有弹性势能。

重力势能和弹性势能统称为势能。
物体的势能大小可能与哪些因素有关?
（二）实验探究“重力势能大小可能与哪些因素有关?”
探究课题一：“重力势能的大小与质量的关系”
猜想与假设：质量越大，物体的重力势能就越大。
设计实验：
器材：沙子、两个同样的铁钉、体积相同的铜块和木块
步骤：如图所示，将两个相同的铁钉，竖直插在沙子上，用两个体积相同的铜块和木块（铜块的质量大）从相同的高度自由下落砸钉子，观察钉子下陷的深度。物体的重力势能无法直接观察，我们转化成观察钉子下陷的深度，钉子下陷得越深，物体的重力势能越大。

现象：铜块使钉子下陷得深，木块使钉子下陷得浅。
结论：在高度一定时，质量越大，物体的重力势能越大。
探究课题二：“重力势能的大小与高度的关系”
猜想与假设：高度越高，物体的重力势能越大。
设计实验：
器材：沙子、两个同样的铁钉、铜块
步骤：如图所示，将两个相同的铁钉，竖直插在沙子上，用同一铜块（保证质量相同）从不同的高度自由下落砸钉子，观察钉子下陷的深度。钉子下陷得越深，物体的重力势能越大。

现象：位置高的铜块将铁钉砸得深。位置低的铜块将铁钉砸得浅。
结论：在质量一定时，高度越高，物体的重力势能越大。
综合结论：重力势能的大小与物体的质量和被举的高度有关，物体质量越大，被举得越高，它的重力势能越大。
实验探究方法：这个探究实验涉及到重力势能的变化受两个因素(质量和高度)的影响，实验过程中我们仍然运用物理学经常用到的控制变量法来进行研究。实验中我们还用到了转换法，重力势能的大小无法直接测量，我们转换成观察钉子被砸的深浅间接地反映物体重力势能的大小。
（三）让我们来通过实验探究“弹性势能大小可能与什么因素有关?”
探究课题：“弹性势能大小与弹性形变程度的关系”
猜想与假设：物体的弹性形变程度越大，弹性势能越大。
设计实验：
器材：弹簧、木块 、长木板
步骤：如图所示，使用同一根弹簧，两次实验中弹簧被压缩的程度不同，第一次弹簧被压缩程度小，第二次弹簧被压缩程度大，观察木块被弹的远近，木块被弹得越远，说明弹簧具有的弹性势能越大。

现象：第一次实验木块被弹的近，第二次实验木块被弹得远。
探究实验结论：弹性势能大小与物体弹性形变程度有关。物体的弹性形变越大，物体所具有的弹性势能越大。例如：钟表的发条被拧的越紧，它的弹性形变越大，它的弹性势能越大，钟表走的时间越长。
实验探究方法：实验中我们也用到了转换法。弹性势能的大小无法直接测量，我们转换成观察木块被推的远近来间接地反映物体弹性势能的大小。
我们研究重力势能大小时应注意：重力势能是由于“被举高”这个原因而产生的那部分能量，而不是“被举高的物体所具有的能量”。例如：空中飞行的飞机，不但具有重力势能，还具有动能。
我们在研究弹性势能时应注意：⑴物体在外力的作用下，它的形状会发生改变，称为形变。如果外力撤消后，物体能够恢复原状，这种形变就称之为弹性形变。决定物体弹性势能大小的因素是物体的弹性形变程度，而不能理解为形变程度。⑵弹性势能是由于“发生弹性形变”这个原因而产生的那部分能量，而不是“发生弹性形变的物体所具有的能量”。
动能和势能的转化
让我们来观察并思考一个问题“向上抛出去的小球，在上升和下降的过程中，它的动能和重力势能是怎样变化的?”如图所示，我们发现小球的质量一定，小球在上升的过程中，它的运动速度越来越小，因而动能逐渐减小，它的高度在不断地增加，因而重力势能在不断地增大，那么小球减小的动能到哪里去了?小球增大的重力势能又来自哪里？实际上小球减小的动能逐渐转化为自身的重力势能储存起来了。反之，当小球下降时，它将储存的重力势能再逐渐地转化为小球的动能。由此看来，物体的动能可以转化为重力势能，重力势能也可以转化为动能，物体的动能和势能可以互相转化。

例：如图人造卫星绕地球沿椭圆形轨道运行，它的位置有时离地球中心近，有时离地球中心远，离地球中心最近的一点叫近地点，离地球中心最远的一点叫远地点。人造地球卫星绕地球运行时，其动能和势能总在不断的变化。卫星从远地点向近地点运动时，势能减小，动能增加，速度越来越大；反之，从近地点向远地点运动时，势能增加，动能减小，速度越来越小。卫星在运行过程中，也发生了动能和势能的相互转化。

机械能
一个物体可以既具有动能，又具有势能。例如：飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它在高处而具有重力势能，飞行的飞机的这两种能量加在一起，称为飞机的机械能。
物体动能和势能统称为机械能。机械能是最常见的一种能量。
动能、势能、或机械能的单位与我们前面学过的电能单位相同，也是焦耳。例如：空中飞行的一个球的重力势能是6J，动能是4J，球的机械能为10J。
物体的动能和势能可以互相转化。在动能和势能的相互转化过程中，如果没有机械能与其他形式的能之间的转化，机械能的总量是保持不变的，即物体动能和势能的总和是保持不变的。或者说机械能是守恒的。
我们在做单摆的实验中，发现单摆每次上升的最大高度总比前一次低，这表明它们的机械能在减小，这是因为它们要克服摩擦力和空气阻力的缘故，从而使一部分机械能转化为其他形式的能，因此机械能减小。如果机械能没有转化为其他形式的能，则机械能是守恒的。