人教版 八 年级 物理 教学设计 主备人 学科 课题 物理 时间 第十一章 功和机械能 第 4 节 机械能及其转化 1．理解机械能的概念，理解各种机械能之间的相互转化，知道机械 知识与技能 教 能守恒的条件。 2．了解天然的机械能——水能、风能以及人类对它们的开发利用。 3．能解释一些日常生活中动能与势能相互转化的现象。 1．通过观察和实验，认识动能和势能的转化过程，及机械能与其他 学 过程与方法 目 形式能的转化，分析人类对机械能的实际应用。 2．经历根据实验现象进行联想、分析、推理的思维过程，进一步掌 握实验探究的方法。 1．通过介绍利用水能、风能发电的实例使学生认识到物理知识在实 标 情感态度与价值观 际生产、生活中得到了广泛的应用。 2．培养学生关注生活、关注科技的良好意识，激发学生的求知欲。 教学重点 动能和势能的相互转化分析 教学难点 能够理解机械能守恒，并能解释机械能转化的物理现象。 教具准备 滚摆、单摆、铁锁、细绳、弹弓、橡皮、铁架台、溜溜球 教学方法 实验探究 观察法 分析法 归纳法 合作探究 教学过程设计 观察思考 满载游客的过山车，在机械的带动下向着轨道的最高端攀行......忽然，它像一匹脱缰的野马， 导 从轨道的最高端飞驶而下！它又犹如一条蛟龙，时而上下翻腾，时而左摇右摆，时而驶上高高耸 着的大回环的顶端…… 入 新 课 过山车在运动的过程中，动能和势能会发生什么变化？ 新课学习 教 一、机械能及其转化 1.机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能. 2.一个物体具有的机械能是动能和势能之和。 一个物体可以既有动能，又有势能，如飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高 学 空而具有势能.如果飞机的动能是 50000J,重力势能为 65000J，那么总的机械能为： (50000+65000)J=115000J。 物体具有的动能和势能之间可以相互转化。 3.动能和重力势能的相互转化。 过 想想做做 1 观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能的相互转化。 程 开始释放滚摆时，滚摆在最高点静止，此时滚摆只有重力势能，没有动能。理想情况下,每次应上 升到原来的高度, 因空气阻力,每次上升的高度都比上次低。 （1）滚摆在下降时：它的高度变小，速度变大，即重力势能减小，动能增大。滚摆的重力势能转 化为动能。 （2）滚摆在上升时：它的高度变大，速度变小，即重力势能增大，动能减小。滚摆的动能转化为 重力势能。 结论:动能和重力势能可以相互转化. 想想做做 2 观察单摆的运动，讨论摆球在运动过程中动能和势能的相互转化。 如上图所示，摆球在 A 点时静止，此时摆球只有重力势能，没有动能。 （1）摆球从 A 点摆到 B 点时：它的高度减小，速度变大，即重力势能减小，动能增大。摆球的 重力势能转化为动能。 （2）摆球摆到最低点 B 点时，重力势能最小，动能最大 （3）摆球从 B 点摆到点 C 时：它的高度变大，速度变小，即重力势能增大，动能减小。摆球的 动能转化为重力势能。 教 由以上分析可知，动能和重力势能可以相互转化。 想想做做 3 铁锁会碰到你的鼻子吗？ 用绳子把一个铁锁悬挂起来。把铁锁拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不要动。铁锁向前摆去又 摆回来。铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？会距离你的鼻子很远吗？ 在这个实验里，铁锁的动能和势能在不断转化。在转化过程中，机械能的总量有什么变化吗？ 学 过 不会打到鼻子.因为铁锁拉到一定高度,具有的重力势能是一定的, 来回摆动的过程中,铁锁的动能和 势能相互转化,在转化的过程中,铁锁的机械能的总量不会增加,铁锁上升的高度不会超过原来的高 度,打不到鼻子上. 程 铁锁最终会停下来，铁锁的机械能去哪了？ 4.动能和弹性势能的相互转化。 (1)弓的弹性势能哪里去了？ 拉开的弓把箭射出去 ,弓的弹性势能减小,箭的动能增大,弓的弹性势能转化为箭的动能. (2) 弹簧门在推开以后为什么能自己关闭？ 推开弹簧门的过程,动能转化为弹簧的弹性势能;弹簧门自动关闭的过程,弹簧的弹性势能转化为门 的动能 5.动能、重力势能、弹性势能的相互转化 (1)动能和势能的相互转化，使撑杆跳高的运动员完成了助跑、撑杆、跨杆、落地的过程。 运动员助跑尽量增大动能,在起跳瞬间,使撑杆发生弹性形变,把自身的动能转化为撑杆的弹性势能. 在撑杆恢复原状的过程中,撑杆的弹性势能转化成运动员的动能,动能又不断地转化为运动员的重力 势能.在下落的过程中高度逐渐降低,速度越来越大,重力势能转化为动能。 （2）试分析蹦床运动中，能量的转化情况。 蹦床运动员从高处落下,随着高度降低,重力势能转化为动能,在与蹦床将要接触时,具有动能最大,与 蹦床接触后,床面发生弹性形变,运动员的动能转化成蹦床的弹性势能.当反弹时，蹦床的弹性势能 教 转化为运动员的动能,随着高度上升,动能转化为重力势能. 以上分析表明：动能和重力势能、弹性势能之间可以发生相互转化。 人造地球卫星的机械能转化 机械能守恒：只有动能和势能的转化，即机械能未与其他形式的能量发生相互转化时，机械能的 学 总量保持不变。 注意：（1）当机械能无损失时机械能守恒。“在光滑的斜面上滑动”表示机械能无损失，机械能守 恒。（2）当机械能有损失时机械能不守恒。“在斜面上匀速下滑”表示克服摩擦力做功，有机械能 损失，机械能不守恒。 当卫星从远地点向近地点运动时,它的势能、动能、速度如何变化？ 过 程 卫星在地球大气层外运行,不受空气阻力,因此机械能守恒.在远地点时,势能最大.从远地点向近地点 运动时,势能减小,动能增大,势能转化为动能,速度增大.在近地点时,动能最大,速度最大. 三、水能和风能的利用 在地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔流。有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看， 自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。 水能和风能是自然界中的重要能源 1、水能的利用 自然界中的瀑布、湍急的河水和海浪都具有能量。 （1）古代对水能的利用 教 早在 1900 多年前，我们的祖先就制造了木质水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾 谷。 学 水磨（摘自《天工开物》) 水车 水碓:水轮直接利用水的动能 （2）水力发电 过 通过水轮机带动发电机，可以将水的机械能转化为电能，再通过输电线送到用电地区。 程 水力发电的原理 三峡水电站 2.风能的利用 风是流动的空气,风把风筝吹到天空,也就是对风筝做功;风能使你做的小风车飞转,即对小风车做功. 所以,风具有机械能. 风筝 风车 风能的形成：地球表面接受太阳辐射能的不同，使各地大气温度不同，造成大气密度和气压的差 别从而形成风。 教 (1)古代对风能的利用 我国早在 2000 多年前就开始利用风来驱动帆船航行。至少 1700 多年前已开始利用风来推动风 车做功。 学 利用风能的帆船 立轴式大风车（模型） 其中立轴式大风车，是中国古代一项杰出的发明，主要应用于我国沿海地区及长江流域，用来带 过 动龙骨水车等提取海水制盐或提水灌溉水田。 (2)风力发电 风力发电的原理：利用风吹动风车叶片旋转，将风能转化为风车叶片的动能，再通过发电机或其 他机器将动能转化为电能. 程 新疆达坂城风力发电场 内蒙古辉腾锡勒风电场 浙江临海括苍山风电场 中国新能源战略已经把发展风力发电作为重点项目 课堂小结 课堂练习 1.（2020 盐城）如图所示，小明和同学一起荡秋千。下列说法正确的是（　　） A．通过最低点时的动能为零 B．下降过程中的动能不变 C．到达最高点的重力势能最大 D．上升过程中的重力势能减小 【答案】C 【解析】A、人的质量一定，通过最低点时速度最大，动能最大，故 A 错误； B、下降过程中，高度变小，重力势能变小，速度增大，动能增大，故 B 错误； C、到达最高点时，高度最大，重力势能最大，故 C 正确； D、上升过程中，高度增大，重力势能增大，故 D 错误。故选：C。 2.（2020 黄冈）避险车道是在长且陡的下坡路段､行车道外侧增设的､供刹车失灵车辆驶离正线 并安全减速的专用车道｡如图所示是上坡险车道型避险车道，避险车道上铺有很多小石子，车道尽 头有废旧轮胎或防撞墙｡下列分析错误的是（　　） A．小石子可以増大失控车辆与避险车道之间的摩擦力 B．失控车辆在避险车道向上运动速度减小时，动能减少 C．失控车辆撞击废旧轮胎时，将动能转化成重力势能 D．在避险车道上停下来的失控车辆仍具有惯性 【答案】C 【解析】A．小石子增大了地面的粗糙程度，可以増大失控车辆与避险车道之间的摩擦力，故 A 正确，不符合题意； B．动能的大小和速度有关，物体质量不变时其速度减小，动能会随之减小，故 B 正确，不符合 题意； C．失控车辆撞击废旧轮胎时，将动能转化成废旧轮胎的弹性势能，故 C 错误，符合题意； D．一切物体都有惯性，故 D 正确，不符合题意。故选 C。 3.（2020 鄂州）把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁 向前摆去，如图所示。下列说法中正确的是（　　） A．铁锁摆回时会打到鼻子 B．铁锁在摆动过程中动能与重力势能可以相互转化 C．铁锁由高处摆到低处的过程中动能转化为重力势能 D．铁锁上升的最大高度逐次降低，是由于受到重力作用 【答案】B 【解析】A．铁锁在摆动过程中，不断与空气摩擦，一部分机械能转化为内能，机械能减小，所以 铁锁摆回时不会打到鼻子，A 错误； B．铁锁在摆动过程中动能与重力势能相互转化,同时克服空气阻力做功，转化为内能，B 正确； C．铁锁由高处摆到低处的过程中重力势能转化为动能和内能，C 错误； D．铁锁上升的最大高度逐次降低，是由于受空气阻力的作用，机械能不断减小，高度不断减小， D 错误。故选 B。 4.（2020 天津）2020 年 6 月 23 日，我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星发射成功｡ 若某卫星沿椭圆轨道从远地点向近地点运动时速度增大了，由此可知其动能（　　） A．减小 B．增大 C．不变 D．消失 【答案】B 【解析】卫星沿椭圆轨道从远地点向近地点运动时，高度减小重力势能减小，速度增大，动能增 大，总的机械能不变。故选 B。 5.（2020 十堰）高空抛物被称为“悬在城市上空的痛”，会给社会带来很大的危害。关于高空物体 的下落过程，下列分析正确的是（ ） A．只受重力作用 B．动能越来越大 C．重力势能全部转化为动能 D．机械能总量保持不变 【答案】B 【解析】A．高空物体在下落过程中，除了受到重力的作用，还受到空气阻力的作用，故 A 错误； B．高空物体下落时，质量不变，其