2020年秋北师大版九年级物理第十章第1节　机械能 同步导学案无答案

第1节　机械能
教学目标：
重点：动能、重力势能和弹性势能的影响因素，动能与势能的相互转化。
难点：判断机械能的守恒。
高空坠物的杀伤力到底有多大？
温州大学物理实验室的老师介绍，一个重1千克的花盆从10楼坠落，其杀伤力堪比枪击，其实不止花盆，巴掌大的西瓜皮、麻将牌、鸡蛋，如果从高楼坠下砸中行人，也会造成很大的危害。
知识点一　动能
【教材助学】
1．物体________，我们就说这个物体具有能量，简称________，物体能够做的功越多，它具有的能就越________。物体由于运动具有的能，叫作________。举例说明________。
2．动能的大小与________、________有关，小球的质量越________，运动的速度越________，动能越________，做功越多。
3．一切物体都有动能，它的单位是________，符号为________。
【合作解疑】
任务一　动能及其影响因素
学生活动：阅读教材，结合图10－3，讨论、同桌合作，设计探究方案。
小球由斜面某位置滚下，撞击水平面上的一个小盒，并留在其中，思考：
1．盒子被小球撞击后有什么变化？
2．小球从不同高度滚下，会有什么不同的现象？
3．不同质量的小球从同样的高度滚下，会有什么不同的现象？
4．实验用的物理方法是________，相同质量的小球，运动的速度越________，做功越多，运动的速度相同，小球的质量越________，做功越多，做功的本领越大。
由此可见：
物体能够对外做功，我们就说物体具有________，物体对外做功越多，它具有的能量越________。
让学生列举生活中物体具有能量的事例。
反思：
(1)为什么要对机动车行驶的速度进行限制？
(2)为什么在同样的道路上，不同车型的限制车速不同？
【教师点拨】
1．关于能量与做功的关系：物体能对外做功，我们就说物体具有能量。也就是说，只要物体具有对外做功的本领，无论它是否正在对外做功，它都具有能；无论它已经对外做了多少功，它所具有的能的多少都是一样的。因此，一个物体没有对外做功，我们不能说它没有能，一个物体已经对外做了10J的功，我们也不能说它具有10J的能，但是如果说一个物体能对外做10J的功，它肯定就具有10J的能。
2．物体由于运动而具有的能叫作动能。动能的大小与物体的质量、运动速度有关。物体的质量越大、速度越快，具有的动能就越大。我们在探究影响动能的因素实验中，必须根据猜想所得到的因素，应用控制变量法逐一进行探究，即探究动能与质量的关系时，保持速度相同，改变小球的质量。要想保持速度相同，就要让小球每次都从同一斜面的同一高度处由静止滑下，改变质量则通过改变小球的大小来实现；探究动能与速度的关系时，保持质量相同(选用同一个小球)，改变小球的速度，要想保持小球的初始速度相同，就要让同一个小球每次都从同一斜面的不同高度处由静止滑下。实验中我们通过观察纸盒在水平面上被小球推开的距离来判断小球具有的动能的大小，这是转换法的具体应用。
【拓展延伸】
在影响动能的两个因素中，速度对动能的影响大于质量对动能的影响。
为了探究质量和速度谁对动能的影响较大，小文所在的物理兴趣小组借助速度传感器和其他仪器得出了表一和表二的两组数据。
表一(小球撞击时的速度v＝8cm/s)
小球质量m/g
木块滑行距离s/cm
100
10
200
20
300
30
表二(小球质量m＝100
g)
小球撞击速度v/cm·s－1
木块滑行距离s/cm
8
10
16
40
24
90
分析这两组数据可以得出：速度对物体的动能影响较大，因为从表一、表二可知，质量相同，小球的速度增大为原来的几倍
，木块被撞击后滑行的距离变为原来的几倍。
知识点二　势能
【教材助学】
1．重力势能：受到重力的物体被________后具有的能，叫作重力势能。物体的质量越大，位置越高，做功的本领就越______，物体具有的重力势能就越________，重力势能越________，做功越多。它的单位是________，符号为________。
2．弹性势能：具有弹性的物体发生________后具有的能叫作弹性势能。同一弹性物体发生的弹性形变越大，具有的弹性势能就越多。弹性势能越________，做功越多。它的单位是______，符号为________。
【合作解疑】
任务二　重力势能及决定因素
回想生活：结合图10－4打桩机的重锤的工作情景，利用身边的器材探究：
用质量不同的铁钉举高，打击泡沫塑料，观察会发生什么现象？
同一铁钉，举起不同的高度，扎入泡沫塑料的深度一样吗？做功的本领一样吗？
同一高度，举起质量不同的铁钉，扎入泡沫塑料的深度一样吗？做功的本领一样吗？
反思：
山顶上的一块石头，它具有能够做功的本领吗？它具有________能．
任务三　弹性势能及决定因素
利用商店的玩具弓箭演示，让学生观察弓和弦发生形变的过程。
观察弓和弦发生形变的大小的现象，感受弹性势能的大小。
【教师点拨】
1．势能包含重力势能和弹性势能两种。
2．重力势能与物体的质量和位置的高度有关。在探究重力势能与质量的关系时，要保持位置的高度不变，改变铁块的质量；在探究重力势能与位置的高度的关系时，要保持铁块的质量不变(选用同一个铁块)，改变铁块所处位置的高度，实验中我们是观察小桌腿被铁块压入沙中的深度来判断铁块所具有的重力势能的大小的。
3．弹性势能与弹性物体的弹性形变大小有关。
【拓展延伸】弹性形变和非弹性形变(塑性形变)：在外力的作用下，物体发生形变，当外力撤消后，物体能恢复原状，则这样的形变叫作弹性形变，如弹簧的形变等。
在外力的作用下，物体发生形变，当外力撤去后，物体不能恢复原状，则称这样的形变叫作塑性形变，如橡皮泥的形变等。
知识点三　机械能及其转化
【教材助学】
1．把动能和势能统称为________，它的单位是________。
2．物体的________能和________能之间是可以相互转化的，在只有________能和________能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变，即机械能是守恒的。
3．做功的过程实质上就是能量________或________的过程。功是能量变化的量度，即力对物体做了多少功，就有多少________发生了变化。
【合作解疑】
1．小球竖直上抛上升过程中，速度怎么变？位置的高度怎么变？什么能变大？什么能变小？动能和势能是如何转化的？在下落的过程中，速度怎么变？位置的高度怎么变？什么能变大？什么能变小？动能和势能是如何转化的？
2．根据教材图10－7，分析单摆来回摆动过程中能的转化。
归纳：下降：高度减少、速度增大、质量不变，是重力势能转化为动能；上升：高度增大、速度减小、质量不变，是动能转化为重力势能。
3．举例说明动能和重力势能相互转化的例子。如自行车下坡、荡秋千、高空掷物、人造地球卫星等。
4．动能和弹性势能的相互转化。
根据教材图10－6，分析弓弦和箭的变化。
归纳：弓弦拉伸：弓弦发生弹性形变，是手的动能转化为弓弦的弹性势能。弓弦恢复：箭射击，弓弦恢复原状，是弓弦的弹性势能转化为箭的动能。
【教师点拨】
1．机械能包含动能和势能两种。
2．机械能可以相互转化，比如自行车下坡时不踩脚踏，速度也会越来越快，这是重力势能转化为动能，反过来，自行车上坡时如果不踩脚踏，速度会越来越慢，这是动能转化为重力势能；蹦床运动员用力向下压蹦床，人的位置降低，蹦床发生弹性形变，这是重力势能转化为弹性势能，接着蹦床恢复原状，又将人举高，这是弹性势能转化为重力势能；当蹦床运动员高速落向蹦床时，运动员很快就静止在蹦床上，蹦床同时向下凹陷发生弹性形变，这是动能转化为弹性势能，而接着蹦床就恢复原状，将运动员高高举起，这是弹性势能转化为动能和重力势能；机械能在转化过程中，如果只涉及动能和势能的相互转化，则机械能保持守恒，比如系在细绳下面的小球在竖直平面内左右自由摆动的过程中，如果不考虑空气阻力，则过程中仅仅是动能和重力势能在相互转化，转化过程中机械能的总量是不变的。
【拓展延伸】
机械能守恒是一种理想情形，实际情况中因为空气等摩擦阻力的存在，在能量转化过程中不可能是单纯的动能与势能之间的转化，还会涉及机械能与内能等形式能量的转化，比如摩擦生热，就是将机械能转化为内能的过程，此时机械能是不守恒的，只能说机械能、内能总量守恒。