2022-2022學(xué)年八年級(jí)物理下冊11.4機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化教案新版新人教版

1、第4節(jié)機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化導(dǎo)入一:如下圖,小朋友在玩蕩秋千,當(dāng)被推動(dòng)幾下后,秋千就會(huì)蕩起來,秋千蕩得越高,感覺到蕩的過程速度就越大.蕩秋千的過程中,小朋友的動(dòng)能和勢能是如何變化的?導(dǎo)入二:手持粉筆頭高高舉起.提問:被舉高的粉筆頭具不具有能量?為什么?學(xué)生答復(fù)提問后,再引導(dǎo)學(xué)生分析粉筆頭下落的過程.首先提出當(dāng)粉筆頭下落路過某一點(diǎn)時(shí),粉筆頭具有什么能量?(此時(shí)既有重力勢能,又有動(dòng)能)繼而讓學(xué)生比擬在該位置和起始位置,粉筆頭的重力勢能和動(dòng)能各有什么變化?(重力勢能減少,動(dòng)能增加)在粉筆頭下落的過程,重力勢能和動(dòng)能都有變化,指出自然界中動(dòng)能和勢能變化的事例很多.設(shè)計(jì)意圖從身邊的實(shí)驗(yàn)出發(fā),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課堂

2、教學(xué)的積極性.導(dǎo)入三:教師利用事先準(zhǔn)備好的演示器材,請(qǐng)兩個(gè)同學(xué)配合,指導(dǎo)他們完成一個(gè)小游戲,讓同學(xué)們認(rèn)真觀察并思考游戲里面的科學(xué)道理.如圖,將小鋼球或鐵鎖固定在細(xì)線的一端,細(xì)線的另一端系在鐵架臺(tái)上,使小鋼球與細(xì)線形成一個(gè)擺.讓一個(gè)同學(xué)靠近鐵架臺(tái),頭稍低,另一同學(xué)把小鋼球由該同學(xué)的鼻子處釋放,小鋼球(鐵鎖)擺動(dòng)過程中能否碰到該同學(xué)的鼻子,提醒注意平安,并思考其中的科學(xué)道理. 導(dǎo)入四:多媒體展示過山車的動(dòng)畫過程.畫面上出現(xiàn):過山車從很高的軌道一側(cè)的頂端釋放,不斷地加速向下運(yùn)動(dòng),越過圓環(huán)軌道的最高點(diǎn),最后沖上軌道的另一側(cè). 在學(xué)生觀看過山車的同時(shí),教師提醒學(xué)生分析過山車在運(yùn)行過程中動(dòng)能和勢能的變化情

3、況.思考:過山車為什么要從很高的軌道一側(cè)的頂端釋放?說明:教師不對(duì)學(xué)生的答復(fù)做評(píng)判,只告訴學(xué)生,要答復(fù)這個(gè)問題,需要學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容.引出本節(jié)課的課題:機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化.一、機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化思路一給出機(jī)械能的概念,重力勢能、彈性勢能統(tǒng)稱為勢能,動(dòng)能、勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能.物體具有的機(jī)械能等于動(dòng)能、勢能兩種能量之和.知識(shí)拓展能量的種類很多,如太陽能、電能、原子能等,而機(jī)械能是與物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)的一種能量,單位跟其他形式的能量單位相同,都是焦耳(J).之所以把動(dòng)能、勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能,是因?yàn)閯?dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化,滾擺和單擺是動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化的常見實(shí)例.下面通過實(shí)驗(yàn)分析實(shí)例中動(dòng)能和勢能是如何相互

4、轉(zhuǎn)化的?1.探究活動(dòng)一:如下圖,將滾擺卷起后釋放,讓學(xué)生觀察分析:滾擺在最高處時(shí)具有什么能?釋放后觀察滾擺的高度、速度、質(zhì)量的變化,分別分析滾擺下降和上升過程中動(dòng)能、勢能的變化情況.動(dòng)能和重力勢能之間是否可以相互轉(zhuǎn)化?學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并答復(fù)下列問題:重力勢能.下降時(shí):質(zhì)量不變、高度變小、速度變大、重力勢能變小、動(dòng)能變大,減小的重力勢能變成了動(dòng)能.上升時(shí):質(zhì)量不變、高度變大、速度變小、重力勢能變大、動(dòng)能變小.減小的動(dòng)能變成了重力勢能.動(dòng)能和重力勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化.設(shè)計(jì)意圖讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)探究.在實(shí)驗(yàn)中獲取知識(shí),增長本領(lǐng).2.探究活動(dòng)二:如下圖,將單擺的擺球置于A處,然后釋放.擺球就可以在A,C之間來

5、回?cái)[動(dòng). 擺球在哪些位置高度最高?擺球在哪些位置速度最大?分析擺球從AB運(yùn)動(dòng)過程中,動(dòng)能、勢能的變化情況.分析擺球從BC運(yùn)動(dòng)過程中,動(dòng)能、勢能的變化情況.學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并答復(fù)下列問題:擺球在A,C處高度最高,具有的重力勢能最大.擺球在B處速度最大,具有的動(dòng)能最大.擺球從AB運(yùn)動(dòng)過程中,重力勢能不斷減小,動(dòng)能不斷變大,是重力勢能不斷轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.擺球從BC運(yùn)動(dòng)過程中,重力勢能不斷增大,動(dòng)能不斷減小,是動(dòng)能不斷轉(zhuǎn)化為重力勢能.總結(jié):動(dòng)能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化.3.探究活動(dòng)三:(1)手持著木球?qū)椈善茝?而后突然釋放木球,觀察到什么現(xiàn)象?在此過程中,涉及哪些能量的轉(zhuǎn)化?(2)按下列圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn):讓木球從

6、斜槽上端滾下,觀察木球碰擊彈簧的過程.分析圖中,木球從甲乙圖和乙丙圖能量轉(zhuǎn)化的過程.學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并答復(fù)下列問題:(1)觀察到木球在彈簧片的作用下在水平槽內(nèi)運(yùn)動(dòng).在此過程中,彈簧片的彈性勢能轉(zhuǎn)化為木球的動(dòng)能.(2)從甲乙圖中,木球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能.從乙丙圖中,彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為木球的動(dòng)能.這說明動(dòng)能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化.設(shè)計(jì)意圖通過精心設(shè)計(jì)的問題,激活學(xué)生的思維,提高學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性和有效性.4.回憶滾擺實(shí)驗(yàn)后思考:滾擺上下運(yùn)動(dòng)的過程中機(jī)械能總量有什么變化,為什么?滾擺機(jī)械能總量減小的原因是什么?如果沒有摩擦和空氣阻力,機(jī)械能的總量還會(huì)不會(huì)變化?學(xué)生討論答復(fù):滾擺上升的最大

7、高度越來越小,說明滾擺具有的機(jī)械能總量不斷減小.滾擺機(jī)械能總量減小的原因是摩擦和空氣阻力.如果沒有摩擦和空氣阻力,機(jī)械能的總量不會(huì)變化.總結(jié):在動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中,如果沒有摩擦和空氣阻力那么機(jī)械能的總量保持不變,這就是機(jī)械能守恒定律.思考:乒乓球落地后又彈起來,為什么達(dá)不到原來的高度,能量是怎么轉(zhuǎn)化的?介紹人造地球衛(wèi)星在運(yùn)行過程中發(fā)生動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化.思考:衛(wèi)星運(yùn)行過程中機(jī)械能是否守恒?衛(wèi)星從近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)重力勢能、動(dòng)能、速度分別怎么變化?衛(wèi)星在什么時(shí)候動(dòng)能最大?什么時(shí)候重力勢能最大?學(xué)生思考后答復(fù):守恒,因?yàn)樾l(wèi)星在太空運(yùn)行,沒有空氣阻力,只有動(dòng)能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化.重力勢

8、能增大,動(dòng)能減小,速度減小.在近地點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大,在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)重力勢能最大.設(shè)計(jì)意圖人造地球衛(wèi)星涉及機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒,可以拓寬學(xué)生視野.思路二1.機(jī)械能:動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能.一個(gè)物體可以既有動(dòng)能,又有勢能.多媒體展示:從高處下落的蘋果,速度越來越快,用頻閃攝像機(jī)攝下它下落的過程,如下圖.提出問題:被舉高的蘋果具不具有能量?為什么?學(xué)生活動(dòng):學(xué)生答復(fù)提問后,再引導(dǎo)學(xué)生分析蘋果下落的過程.首先提出,當(dāng)蘋果下落到某一點(diǎn)時(shí),蘋果具有什么能量?(此時(shí)既有重力勢能,又有動(dòng)能)繼而讓學(xué)生比擬在該位置和起始位置,蘋果的重力勢能和動(dòng)能各有什么變化?(重力勢能減少,動(dòng)能增加)在蘋果下落的過程,重力

9、勢能和動(dòng)能都有變化,自然界中動(dòng)能和勢能變化的事例很多,下面我們共同觀察滾擺的運(yùn)動(dòng),并思考動(dòng)能和勢能的變化.2.動(dòng)能與重力勢能的相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1:用細(xì)線把小球系好,吊在天花板上,做成如圖甲所示的單擺.將單擺拉至A點(diǎn)處,松手,讓單擺自由擺動(dòng).發(fā)現(xiàn)單擺從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中,速度越來越大,從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中,速度越來越小.實(shí)驗(yàn)2:把一個(gè)滾擺懸掛起來,如圖乙所示,用手捻動(dòng)滾擺使懸線纏在軸上,滾擺升高到最高點(diǎn),松手,發(fā)現(xiàn)滾擺下落的過程中,速度越來越快,滾擺上升的過程中速度越來越慢.問題研討問題1:單擺從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),C點(diǎn)的過程中,動(dòng)能和重力勢能是如何變化的?又是如何轉(zhuǎn)化的呢?答:. 問

10、題2:滾擺在下落、上升的過程中,動(dòng)能和重力勢能是如何變化的?又是如何轉(zhuǎn)化的呢?答:. 學(xué)生活動(dòng):交流討論,思考答復(fù).(1)單擺從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中,動(dòng)能變大,重力勢能變小,重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;單擺從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中,動(dòng)能變小,重力勢能變大,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能.(2)滾擺在下落的過程中,動(dòng)能變大,重力勢能變小,重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;滾擺上升的過程中,動(dòng)能變小,重力勢能變大,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能.知識(shí)歸納:在一定的條件下,物體所具有的動(dòng)能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化.友情提示:在動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化過程中,一種形式的能減少,另一種形式的能增加,減少的那種形式的能轉(zhuǎn)化為增加的那種形式的能.

11、3.動(dòng)能與彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)3:如下圖,在水平槽里豎立一個(gè)彈簧片,讓木球從斜槽滾入水平槽,撞擊彈簧片.觀察到木球接觸、碰撞彈簧片的過程中,木球的速度越來越慢,彈簧片彎曲程度越來越大;木球被彈簧片彈回的過程中,木球的速度越來越快,彈簧片彎曲程度越來越小.問題研討問題1:在木球與彈簧片接觸、碰撞和被反彈的過程中,動(dòng)能和彈性勢能是如何變化的?又是如何轉(zhuǎn)化的呢?答:. 問題2:由上面的實(shí)驗(yàn),你能得出什么結(jié)論?答:. 學(xué)生活動(dòng):交流討論,思考答復(fù).(1)在木球與彈簧片接觸、碰撞的過程中,木球的動(dòng)能減小,彈簧片的彈性勢能增大,木球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈簧片的彈性勢能.被反彈的過程中,彈簧片

12、的彈性勢能減小,木球的動(dòng)能增大,彈簧片的彈性勢能轉(zhuǎn)化為木球的動(dòng)能.(2)動(dòng)能和彈性勢能能夠相互轉(zhuǎn)化.實(shí)驗(yàn)4:用彈簧振子演示動(dòng)能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化.學(xué)生活動(dòng):觀察演示實(shí)驗(yàn),思考問題,選出代表發(fā)表見解.問題:這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,小球的受力情況如何?各個(gè)力的做功情況如何?這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么?小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中,豎直方向上受重力和桿的支持力作用,水平方向上受彈力作用.重力、支持力和速度方向總垂直,對(duì)小球不做功;只有彈簧的彈力對(duì)小球做功.實(shí)驗(yàn)說明,小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中總能回到原來的位置,小球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中彈性勢能和動(dòng)能在不斷轉(zhuǎn)化.知識(shí)歸納:在一定的條件下,物體所具有的動(dòng)能和彈性勢能可以相互轉(zhuǎn)化.友情提示:

13、動(dòng)能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化,動(dòng)能和彈性勢能也可以相互轉(zhuǎn)化;不同形式的機(jī)械能都可以相互轉(zhuǎn)化.知識(shí)拓展各種形式的能量都可以相互轉(zhuǎn)化,如電能可以轉(zhuǎn)化為光能,太陽能可以轉(zhuǎn)化為電能等,動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化只是能量轉(zhuǎn)化中的一種形式,能量轉(zhuǎn)化過程中總是一種能量減少,另一種能量增加.二、水能和風(fēng)能的利用請(qǐng)學(xué)生觀看圖片或者視頻,認(rèn)識(shí)自然界存在的機(jī)械能.指出:水能和風(fēng)能是水或者空氣因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)或者位置高而具有的機(jī)械能.修筑攔河壩可以提高壩前上游的水位,水位越高,水的重力勢能就越大.這樣水從壩上落下時(shí)轉(zhuǎn)化成的動(dòng)能就越大,水推動(dòng)壩下方的水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),水輪機(jī)又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,水能最終轉(zhuǎn)化為電能.利用風(fēng)能做功主要是靠風(fēng)車,也可

14、以用風(fēng)車的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電.利用風(fēng)能不會(huì)有環(huán)境污染,但風(fēng)能不穩(wěn)定,不像攔河壩那樣能把“風(fēng)能儲(chǔ)存起來.展示圖片或者視頻,表現(xiàn)自然界的機(jī)械能有利也有弊.在水(風(fēng))力發(fā)電站,將水(風(fēng))的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能.設(shè)計(jì)意圖通過水能和風(fēng)能的利用,知道人類如何利用機(jī)械能的轉(zhuǎn)化與守恒解決實(shí)際問題.提高運(yùn)用機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒觀點(diǎn)分析力學(xué)問題的意識(shí).課堂小結(jié):通過今天的學(xué)習(xí),同學(xué)們有哪些收獲?在實(shí)驗(yàn)探究中又存在哪些問題?還有什么想探究的問題?學(xué)生可以個(gè)別答復(fù),或相互交流,在交流的根底上進(jìn)行學(xué)習(xí)小結(jié).設(shè)計(jì)意圖加強(qiáng)知識(shí)的穩(wěn)固掌握.提高學(xué)生的交流表達(dá)能力.1.如下圖,某人造地球衛(wèi)星沿橢圓軌道運(yùn)行,其近地點(diǎn)距離地面高439 k

15、m,遠(yuǎn)地點(diǎn)距離地面高2384 km,衛(wèi)星在近地點(diǎn)時(shí)動(dòng)能,在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)勢能(前兩空選填“最大或“最小).從近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中,轉(zhuǎn)化為(后兩空選填“動(dòng)能或“勢能). 解析:此題主要考查動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化.衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)動(dòng)過程中,其動(dòng)能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化.衛(wèi)星從近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中,高度增大,重力勢能增加,增加的重力勢能由動(dòng)能轉(zhuǎn)化而來,那么動(dòng)能減小;衛(wèi)星從遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中,高度減小,重力勢能減小,減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,那么動(dòng)能增加.在近地點(diǎn)時(shí),衛(wèi)星的動(dòng)能最大;在遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí),衛(wèi)星的勢能最大.【答案】最大最大動(dòng)能勢能2.在一次軍事演習(xí)中,一架飛機(jī)沿水平方向一邊勻速飛行一

16、邊投放軍用物資,在此過程中飛機(jī)的動(dòng)能(填“變大“變小或“不變),物資在加速下落過程中,動(dòng)能和重力勢能之間的轉(zhuǎn)化情況是. 解析:此題考查動(dòng)能和勢能之間的轉(zhuǎn)化.飛機(jī)沿水平方向一邊勻速飛行一邊投放軍用物資,在此過程中飛機(jī)的速度不變,質(zhì)量變小,所以動(dòng)能變小;物資在加速下落過程中,質(zhì)量不變,高度變小,重力勢能變小,但速度越來越快,動(dòng)能越來越大,所以,重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.【答案】變小重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能3.如下圖是某建筑工地用起重機(jī)起吊貨物的情景.貨物在鋼繩的拉力作用下先沿豎直方向勻速上升,再水平移動(dòng)到卸貨地點(diǎn).假設(shè)不計(jì)摩擦和空氣阻力,那么貨物在勻速上升過程中() A.重力勢能增加,動(dòng)能減少B.重

17、力勢能增加,機(jī)械能增加C.動(dòng)能不變,機(jī)械能增加D.動(dòng)能減少,機(jī)械能減少解析:質(zhì)量越大,速度越大,物體的動(dòng)能就越大;質(zhì)量越大,高度越高,物體的重力勢能就越大.此題中,貨物的質(zhì)量不變,在勻速上升過程中,貨物的速度不變,所以動(dòng)能不變,而高度增加,所以貨物的重力勢能在增加,又因?yàn)闄C(jī)械能為動(dòng)能和重力勢能之和,所以機(jī)械能增加,故B,C選項(xiàng)正確.應(yīng)選BC.4.如下圖,小球沿軌道由靜止從A處運(yùn)動(dòng)到D處的過程中,忽略空氣阻力和摩擦力,僅有動(dòng)能和勢能互相轉(zhuǎn)化.那么() A.小球在A處的動(dòng)能等于在D處的動(dòng)能B.小球在A處的動(dòng)能大于在D處的動(dòng)能C.小球在B處的機(jī)械能小于在C處的機(jī)械能D.小球在B處的機(jī)械能等于在C處的

18、機(jī)械能解析:對(duì)于AB選項(xiàng):根據(jù)題意,小球在運(yùn)動(dòng)的過程中僅有動(dòng)能和勢能互相轉(zhuǎn)化,所以小球在重力勢能較大的地方其動(dòng)能肯定較小.觀察圖像,發(fā)現(xiàn)小球在A處比在D處所處的高度較高,具有的重力勢能較大,所以小球在A處具有的動(dòng)能較小,故AB選項(xiàng)都不正確.對(duì)于CD選項(xiàng):根據(jù)題意“小球沿軌道由靜止從A處運(yùn)動(dòng)到D處的過程中,忽略空氣阻力和摩擦力,僅有動(dòng)能和勢能互相轉(zhuǎn)化,所以在整個(gè)過程中沒有能量的損耗,動(dòng)能和勢能的總和即機(jī)械能是不會(huì)減少的,小球在各處的機(jī)械能都是相等的,故D符合題意,C不符合題意.應(yīng)選D.5.如下圖為小球在地面彈跳的頻閃照片.根據(jù)此圖,以下分析正確的選項(xiàng)是()A.小球在下落時(shí),它的重力勢能減小,動(dòng)能不變B.小球在上升時(shí),它的重力勢能減小,動(dòng)能減小C.小球在彈跳過程中,它的高度下降,機(jī)械能減小D.小球在彈跳過程中,它的高度下降,機(jī)械能不變解析:小球在下落時(shí),其質(zhì)量不變,高度變小,所以重力勢能減小,下落速度越來越快,所以動(dòng)能增大