人教版初二物理十一节机械能及其转化教案.docx
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人教版初二物理十一节机械能及其转化教案
机械能及其转化
适用学科
初中物理
适用年级
初二
适用区域
人教版
课时时长（分钟）
2课时
知识点
1.动能；
2.重力势能；
3.论.德_____________________________________________________________________________________________________________________________浮力浮弹性势能。
4.机械能；
5.动能与势能之间的转化。
教学目标
一、知识与技能
1．能通过实例从做功的角度描述能量。
能说出能量与做功的关系。
记住能的单位。
2．能利用实例或实验初步认识动能、势能的概念，并能运用其解释相关的现象。
3．能通过实验探究，了解动能、势能的大小跟哪些因素有关。
4．知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
5．能通过实验或实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。
能解释与机械能转化有关的现象。
二、过程与方法
1．通过观察认识动能势能的存在，通过归纳概括得到动能势能的概念。
2．在了解动能、势能的大小跟哪些因素有关的活动中，学会用科学探究的方法研究物理问题。
3.通过观察和实验，认识动能和势能之间的相互转化的过程。
三、情感态度与价值观
1．具有从能量的角度分析物理问题的意识。
2．关心机械能与人们生活的联系，有将机械能应用于生活的意识。
教学重点
影响动能和势能大小的因素。
教学难点
动能与势能之间的转化。
教学过程
一、复习预习
复习
1.功率的定义：
功与做功所用时间的比值叫做功率，功率在数值上等于单位时间内做的功。
2.公式：
功率=功/时间P=W/t
W表示功，t表示时间，P表示功率。
功率的单位应该是功的单位与时间单位复合而成的，应该是J/s。
J/s有一个专门的名称叫瓦特，简称瓦，用字母w表示。
3.功率的别一个计算公式：
P=Fv
计算时注意“F”的单位是N，“v”的单位是m/s，此时“P”的单位才是W。
预习
1.动能；
2.重力势能；
3.弹性势能。
4.机械能；
5.动能与势能间的转化。
二、知识讲解
课程引入：
当一个力作用在物体上，物体在这个力的作用下，沿力的方向上通过了一段距离，这个力的作用有了成效，就说这个力做了功。
让一个钢球从斜槽上滚下，在水平桌面上撞击木块，使木块移动了一段距离。
那么在碰撞过程中，做没做功?
（做功了）
能量的概念：
一个物体能够做功，我们就说它具有能量。
一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
物体具有能量的形式是多种多样的，今天我们就来学习能量中的几种。
考点/易错点1动能
由刚才的钢球撞木块的那个实验我们可知，钢球对木块做了功，那么钢球是具有能量的。
如果钢球没有运动的话，还能撞击木块并使木块运动一段距离吗？
（不能）那么此时的钢球就不具有能量了。
我们也就认识到只有运动的钢球才能推动木块做功，才具有能量。
动能：
物体由于运动而能够做功，它们具有的能量叫做动能。
生活中的一些事例如：
水车，风力发电机等，我们知道”一切运动的物体就具有动能”。
狂风能撼动大树，而微风只能摇动树叶，说明动能有大有小，你能猜想一下动能的大小可能与什么因素有关？
现在我们要利用桌上的斜面、小球、木块来探究动能的大小与物体的质量、运动的速度有怎样的关系。
实验一：
控制小球的质量相同，速度不同进行实验。
结论：
质量相同时，物体的速度越大，那么它具有的动能也就越大。
实验二：
控制小球的速度相同，使其质量不同，进行撞击实验。
结论：
当物体的速度相同时，物体的质量越大，那么它的动能也越大。
考点/易错点2重力势能
当木块静止放在水平桌面上时，木块受到重力，重力对木块做功吗？
怎样才能使重力对木块做功？
答：
可以让木块举高后释放。
物体被举高而具有能量，这种能量与重力有关，物理学叫做重力势能。
思考：
木块和铅球都被举高，它们具有的重力势能相同吗？
重力势能可能与什么因素有关？
实验：
让不同的铁块从同一高度下落并砸在相同的木桩上，看木桩下陷的深度；
再让同一铁块从不同的高度下落并砸在相同的木桩上，看木桩下陷的深度。
；
结论：
物体被举的高度相同时，质量越大的物体具有的重力势能越大；质量相同时，举得越高的物体具有的重力势能越大；物体的重力势能与物体的被举的高度和质量有关，被举的高度越大，质量越大，物体具有的动能就越大。
考点/易错点3弹性势能
演示：
一个弹簧，把一个小球放在弹簧，用力将弹簧压缩，使其发生弹性形变。
此时，弹簧静止，没有动能。
弹簧也没有被举高，也没有重力势能。
可是大家想象，弹簧能不能做功？
答：
放开手，小球被弹簧举起来，说明被压缩的弹簧能够做功，也具有能。
总结：
被压缩的弹簧也具有能。
这种能区别于动能和重力势能，它是由于物体发生了弹性形变而具有的能。
所以，发生弹性形变的物体具有的能叫弹性势能。
物体在很多情况下都具有弹性势能。
射箭用的弓被拉满时产生弹性形变，具有弹性势能。
钟表的发条在卷紧时具有弹性势能，通过做功来带动钟表机件正常转动。
用橡皮筋弹射纸弹的游戏。
用不同的力使橡皮筋形变程度不同，观察纸弹弹射的距离有何不同？
答：
橡皮筋形变程度不同，纸弹弹射的距离不同。
结论：
物体的弹性势能的大小跟形变大小有关，弹性形变越大，它具有的弹性势能越大。
我们把重力势能和弹性势能都叫做势能。
考点/易错点4机械能
重力势能、弹性势能统称为势能，动能、势能统称为机械能。
物体具有的机械能等于动能、势能两种能量之和。
物体在运动时具有动能，势能是存储着的能量。
一个物体可以有动能，也可以有势能。
如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的。
考点/易错点5动能与势能的相互转化
之所以把动能、势能统称为机械能，是因为动能和势能可以相互转化，滚摆和单摆是动能和势能可以相互转化的常见实例。
下面通过实验分析实例中动能和势能如何相互转化的？
1．探究活动一：
如图，将滚摆卷起后释放，让学生观察分析：
①滚摆在最高处时具有什么能？
（重力势能。
）
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。
（下降时：
质量不变、高度变小、速度变大、重力势能变小、动能变大，减小的重力势能变成了动能。
上升时：
质量不变、高度变大、速度变小、重力势能变大、动能变小。
减小的动能变成了重力势能。
）
④动能和重力势能之间是否可以相互转化？
（动能和重力势能之间可以相互转化。
）
2．探究活动二：
如图2，将单摆的摆球置于A处，然后释放。
摆球就可以在A、B、C之间来回摆动。
①摆球在哪些位置高度最高？
（摆球在A、C处位置最高，具有的重力势能最大。
）
②摆球在哪些位置速度最大？
（摆球在B处速度最大，具有的动能最大。
）
③分析摆球从A～B运动过程中，动能、势能的变化情况。
（摆球从A～B运动过程中，重力势能不断减小，动能不断变大，是重力势能不断转化为动能。
）
④分析摆球从B～C运动过程中，动能、势能的变化情况。
（摆球从B～C运动过程中，重力势能不断增大，动能不断减小，是动能不断转化为重力势能。
）
总结：
动能和重力势能可以相互转化。
3．探究活动三：
按下图进行实验。
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。
分析图中，木球从甲→乙图和乙→丙图能量转化的过程。
从甲→乙图中，木球的动能转化为弹簧的弹性势能。
从乙→丙图中弹簧的弹性势能转化为木球的动能。
这说明动能和弹性势能可以相互转化。
4．回顾滚摆实验后思考：
①滚摆上下运动的过程中机械能总量有什么变化，为什么？
（滚摆上升的最大高度越来越小，说明滚摆具有的机械能总量不断减小。
）
②滚摆机械能总量减小的原因是什么？
如果没有摩擦和空气阻力，机械能的总量还会不会变化？
（滚摆机械能总量减小的原因是摩擦和空气阻力。
如果没有摩擦和空气阻力，机械能的总量不会变化。
）
总结：
在动能和势能相互转化的过程中，如果没有摩擦和空气阻力则机械能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。
三、例题精析
【例题1】
【题干】司机开车上坡前，往往加大油门，以提高汽车的速度，这是为了（ ）
A．增大动能 B．增大势能 C．增大惯性 D．减小阻力
【答案】A
【解析】物体的动能大小由物体的质量和物体的速度两个因素决定，并且质量越大，速度越大，物体的动能就越大。
汽车上坡前，加大油门，可以提高汽车的速度，增大车的动能；上坡时，汽车的动能转化为重力势能，动能越大、转化的重力势能越大，这样更有利于爬坡，故A正确、B错；质量是决定惯性大小的因素，而汽车的质量不变，所以其惯性不变，故C错；汽车对地面的压力和地面的粗糙程度不变，所以汽车所受阻力不变，故D错。
【例题2】
【题干】如图所示，是研究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置，实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，碰到同一木块上．请回答以下问题：
（1）设计实验的目的是研究钢球动能的大小与______的关系．
（2）本实验中研究的是______的动能．
A．钢球在斜面上时 B．钢球撞击木块时
C．钢球撞击木块后 D．木块
（3）实验是通过观察______，说明钢球对木块做功的多少，从而得出结论的．
（4）若水平面为光滑的，该实验还能得出结论吗？
______，理由是：
______．
（5）小明同学在实验时，木块被撞出了水平木板的右端而掉到了地上．对这一现象，请你给小明一条合理的建议：
______．
【答案】速度大小B木块被推开的距离大小不能由于没有摩擦力的作用，木块无法停下来如：
换用同样更长的同材质的木板
【解析】
（1）动能的大小与质量和速度有关，实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，控制了质量相同，小球到达水平面的速度不同，由控制变量法的研究方法可知实验目的是研究钢球的动能与速度的关系。
（2）钢球从斜面上滚下来的过程中，重力势能转化为动能，让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，到达底端时的速度不同，动能不同，撞击木块时的动能不同，木块运动的距离也不同，所以该实验是研究钢球撞击木块时的动能。
选B。
（3）本实验采用的研究方法是转换法，通过木块被推动的距离来反映钢球对木块做功的多少，也就是钢球动能的大小。
（4）实验中，若水平面为光滑的，木块不受摩擦力，由牛顿第一定律可知物体将一直运动下去停不下来，木块的通过的距离无法确定，钢球做功的多少也无法确定。
所以小球动能的大小就无法比较。
（5）木块被撞出了水平木板的右端而掉到了地上，说明钢球撞击木块时的动能太大，
可以减小钢球的质量或速度，把钢球放在斜面较低点滚下，也可以增大木块的质量，
换用同样更长的同材质的木板。
合理就行。
【例题3】
【题干】小红背书包上楼，她在给书包作用力的同时，由于力的作用是，肩膀也受到书包给她的力．上楼过程中小红的重力势能（选填“变大”，“变小”或“不变”）．
【答案】相互的变大
【解析】小红背书包上楼，她在给书包作用力的同时，由于力的作用是相互的，肩膀也受到书包给她的力。
上楼过程中，小红的位置越来越高，所以小红的重力势能变大。
【例题4】
【题干】将一支内有弹簧的圆珠笔向下按压（如图），放手后笔会向上弹起一定高度．下列关于该过程中能量变化的叙述，其中正确的是（ ）
A.向下按笔的过程中，弹簧的弹性势能减小
B.向下按笔的过程中，笔的重力势能增大
C.笔向上弹起的过程中，笔的重力势能增大
D.笔向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能增大
【答案】C
【解析】向下按笔的过程中，弹簧被压缩，弹性势能增大，故A错；向下按笔的过程中，笔的高度降低，重力势能减小，故B错；笔向上弹起的过程中，笔的高度增大，重力势能增大，故C正确；笔向上弹起的过程中，弹簧形变变小，弹性势能减小，故D错；应选C。
【例题5】
【题干】跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员（ ）
A．助跑阶段机械能不变 B．起跳时机械能为零
C．经过最高点时动
能最大 D．经过最高点时重力势能最大
【答案】D
【解析】助跑阶段，运动员加速运动，速度越来越快，动能变大，机械能变大，A错；起跳时，由于惯性，速度不为零，动能不为零，所以机械能不为零，B错；从起跳到经过最高点时，动能逐渐转化为重力势能。
经过最高点时动
能最小，重力势能最大，C错，D正确。
四、课堂运用
【基础】
1、跳伞运动员跳出飞机后，立即打开降落伞，下降过程中所受空气阻力随运动速度增大，直至与重力等大，在整个下落过程中，运动员和降落伞的（）
A.势能不断减少，动能不断增加，机械能不变
B.势能不断减少，动能不断增加，机械能减少
C.势能不断减少，动能先增加然后保持不变，机械能减少
D.势能不断减少，动能先增加后减少，机械能减少
【答案】C
【解析】跳伞运动员跳出飞机后，立即打开降落伞，下降过程中，质量不变，高度降低，所以重力势能不断减少。
由于所受空气阻力随运动速度增大，合力不断变小，重力大于阻力，跳伞运动员仍做加速运动，所以动能增加。
当阻力与重力等大时，跳伞运动员处于平衡状态，将匀速下落，动能大小将不变。
因此在整个下落过程中，运动员和降落伞的势能不断减少，动能先增加然后保持不变，所以机械能减少。
故C正确为答案。
2、骑自行车下坡．不踩脚踏板也会越来越快．在这个过程中（）
A．动能增加，势能减少B．动能增加，势能增加
C．动能不变，势能减少D．动能减少．势能增加
【答案】A
【解析】动能和势能之和叫机械能。
动能与质量和速度有关；势能和质量和高度有关。
骑自行车下坡时，将重力势能转化为动能，势能减少，动能增加。
正确选A动能增加，势能减少。
3、跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，他的（）
A．重力势能减少
B．动能减少
C．机械能增大
D．动能转化为重力势能
【答案】A
【解析】动能大小的影响因素：
物体的质量、物体的速度，质量越大，速度越大，动能越大；重力势能大小的影响因素：
物体的质量、物体的高度，质量越大，所处的位置越高，重力势能越大；动能和势能统称为机械能。
A、B选项中跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，其质量不变，速度不变，故其动能不变；同时其质量不变，高度减小，故其重力势能减少，故A正确、B错；C、跳伞运动员的动能不变、重力势能减少，所以其机械能减少，故C错；D、跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，动能不变，不是动能转化为重力势能，故D错。
故选A。
4、在电影《斯巴达三百勇士》中，波斯军队用投石车投出巨石来攻击斯巴达克城的城墙，在巨石被投出到击中城墙的过程中，下列说法正确的是：
（）
A．巨石在最高点时动能最大
B．巨石在最高点时重力势能最小
C.巨石的动能先增大后减小
D．巨石的重力势能先增大后减小
【答案】D
【解析】巨石在运动过程中只受重力，对水平方向的速度没有影响，水平方向的动能不变，而在最高点处在竖直方向上动能最小为0，所以最高点时的动能是最小的，故A错；巨石在最高点时的高度最大，具有的重力势能是最大的，故B错；最高点时的动能最小，所以动能是选减小再增大的，故C错；高度是选增大后减小，所以重力势能是先增大后减小，故D正确；应选D。
5、如图所示，两边分别用弹簧K1和K2拴住的滑块M静止在O点处，用于向右拨动滑块M，它就可以在光滑的水平面上来回运动，当滑块从O点向右运动时（弹簧在弹性限度内）（）
A．弹簧K1和K2的势能同时增大
B．弹簧K1和K2的势能同时减小
C．弹簧K1的势能增大，K2的势能减小
D．弹簧K1的势能减小，K2势能增大
【答案】A
【解析】影响弹簧弹性势能的主要因素是弹簧的形变程度大小，形变越大弹性势能越大。
由题意可知，当滑块从O点向右运动时，弹簧K1被拉长，K2被压缩，弹性势能都增加，故A正确。
6、如图所示，一木块从斜面上匀速下滑的过程中，下列说法正确的是（）
A.木块只受到重力和斜面的支持力
B.下滑过程中，木块的重力势能转化为内能
C.下滑过程中，重力势能转化为动能
D.下滑过程中，木块的机械能保持不变
【答案】B
【解析】木块从斜面上匀速下滑的过程中，受重力、支持力和摩擦力的作用，故A错误。
下滑过程中，木块高度降低，重力势能减小，而木块做匀速下滑，动能不变，所以木块的重力势能转化为内能，故B正确为答案。
木块从斜面上匀速下滑的过程中，速度不变，动能大小不变，重力势能减小，所以不是重力势能转化为动能，故C错误。
下滑的过程中，速度不变，动能大小不变，重力势能减小，木块的机械能减小，故D错误。
【巩固】
1、如图所示，一个小球从光滑曲面的顶端自由滑下，滑到曲面上的A点时，具有的重力势能为55J，则小球滑到底端时的动能是（忽略空气阻力）（）
A.等于55JB.小于55JC.大于55JD.无法确定
【答案】C
【解析】试题分析：
当滑到A点时具有的重力势能是55J，由于此时小球运动，所以在A点也具有动能，故此时小球的机械能大于55J；在下滑过程中，曲面是光滑的，若不计空气阻力，没有机械能损失，故机械能守恒，所以原来小球在曲面顶端静止，只具有重力势能，且重力势能大于55J；当小球在曲面底端时，只具有动能；所以滑到底端时，所有的重力势能都转化成了动能，故此时动能大于55J．故选C．
2、如图，细线上端固定，下端拉着小球在竖直平面内摆动，A、B是球摆动过程中的最高点，C是最低点，不计空气阻力则（）
A.球在A点时受力平衡
B.球在C点时速度最大
C.从B到C，球的动能减少
D.从A到C，球的势能增加
【答案】B
【解析】球在A点时受绳子的拉力和本身的重力，这两个力不平衡，故A错；小球在C点是重力势能最小，动能最大，故B正确；从B到C，球的重力势能减小动能增加，故C错；从A到C，球的重力势能减小动能增加，故D错；应选B。
3、如图，我国空气加油机正在给歼10战斗机加油．加油过程中，若战斗机的高度和速度不变，则战斗机的（）
A．动能增加，势能减小，机械能不变
B．动能不变，势能不变，机械能不变
C．动能减小，势能不变，机械能减小
D．动能增加，势能增加，机械能增加
【答案】D
【解析】由题意可知，战斗机的速度不变，质量不断增大，动能增大；高度不变，质量不断增大，重力势能增大；机械能等于动能和势能的总和，动能增大，势能增大，所以机械能增大；应选D。
4、蹦极是一项极限体育运动，如图所示，A点最高点、B点为弹性绳自然伸长的位置，蹦极人在C点受弹性绳的弹力与自身重力相等，D点是能下落到的最低点．在蹦极人从A点下落到D点的过程中，（填“B”、“C”或“D”）点动能最大，在这个过程中，减小的重力势能都转化为能．（不计空气阻力）
【答案】C；弹性势
【解析】弹性绳绷紧后，开始阶段，拉力小于重力，人向下做加速运动，当拉力大于重力后，人做减速运动，即速度先增大后减小；当拉力等于重力时，速度最大，动能最大．即人到达C点时动能最大；人到达D点时，弹性绳伸长最长，弹性绳的弹性势能最大，减小的重力势能全部转化成弹性势能。
5、为了显示厚玻璃瓶的受力形变，小明对厚玻璃瓶进行了如下的处理：
在瓶中灌满水，把细玻璃管通过带孔的橡皮塞插入玻璃瓶中（如图所示）．用双手挤压玻璃瓶，会看到细管中液面（选填“升高”、“降低”或“不变”），此实验中玻璃瓶由于发生弹性形变而具有了能．
【答案】升高弹性势能
【解析】用双手挤压玻璃瓶，由于玻璃瓶发生弹性形变，会使得细管中液面升高，此实验中玻璃瓶由于发生弹性形变而具有了弹性势能，且形变量越大，弹性势能越大．
6、在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让小车从斜面上由静止释放，小车下滑后撞击斜面底端的木块。
请回答下列问题：
（1）小车进入水平面时的动能是由__________________转化来的，实验时通过__________________来比较动能大小。
（2）将同一小车从斜面不同高度由静止释放，如图甲、乙所示，是探究动能大小与______________的关系，得出的结论是：
___________________________________________________。
（3）实验中若使用的木块质量较大，为确保实验仍有较明显的现象，有很多种方法。
请答一种方法：
____________________。
【答案】重力势能被撞击的木块在水平面上移动距离的大小速度大小质量相同时，物体的速度越大，动能越大增大小车下滑的高度
【解析】
（1）小车在斜面滑动水平面上时，高度减小，速度增大。
高度与势能有关；速度与动能有关；进入水平面时的动能是由重力势能转化来的；实验时通过观察被撞击的木块在水平面上移动的距离大小来比较动能大小；
（2）向一小东从斜面不同高度由静止将放，控制了质量一定，速度不同，是探究动能大小与速度的关系，得出的结论是：
质量相同时，物体的速度越大，动能越大；
（3）实验中若使用的木块质量较大，为确保实验仍有较明显的现象，可以增加小车下滑的高度等。
【拔高】
1、重10N的物体，只在重力和竖直向上拉力F的作用下，竖直向上运动。
拉力F与时间t关系如图，下列说法正确的是（）
A．0－40s，物体始终做匀速直线运动
B．0－20s，物体机械能不变
C．0－20s物体做匀速直线运动，20－40s物体做加速运动
D．20－40s，物体动能不变重力势能增大
【答案】C
【解析】由图示可知，物体在20s－40s，拉力F大于重力，合力不为零，故物体不能做匀速直线运动，所以A错；在0－20s，拉力等于重力，所受合力为零，物体做匀速直线运动，速度不变，动能不变，但高度在增加，所以重力势能增大，机械能是变大的，故B错；由上面分析可知，0－20s物体做匀速直线运动，20－40s物体做加速运动，故C正确；20－40s，物体的重力势能与动能都是增加的，故D错；应选C。
2、如图所示，材质均匀的弧形轨道固定在竖直平面，将小球置于轨道的顶端A点，小球具有的机械能为100J．让小球从A点由静止开始滚动，到右侧所能达到的最高位置B点时，具有的机械能为80J，随即小球向左侧滚动，则关于此小球运动过程中的各种描述正确的是（不计空气阻力）（）
A.小球最后将静止在轨道最低处
B.小球在运动过程中，轨道对小球的支持力是变化的
C.小球从B点滚回左侧所能达到的最高位置点时，具有的机械能一定小于80J
D.小球在运动过程中机械能守恒
【答案】ABC
【解析】A．小球从轨道的顶端A点滚动到右侧所能达到的最高位置B点时，机械能减少了20J，小球克服摩擦力做功，机械能转化为内能，机械能最终为0，所以小球最后将静止在轨道最低处，故A正确。
B．小球受到的支持力与小球对轨道的压力有关，压力是变化的，所以轨道对小球的支持力也是变化的，故B正确。
C．小球从B点滚回左侧所能达到的最高位置点时，克服摩擦做功，机械能减小，小球在B点时具有的机械能为80J，所以小球从B点滚回左侧所能达到的最高位置点时，具有的机械能一定小于80J，故C正确。
D．小球在运动过程中，受重力和摩擦力，机械能不守恒，故D错误。
答案为ABC。
3、质量为M的物体离地面高度为h时，它的重力势能Er=
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