11-3 動能和勢能 教學設(shè)計 初中物理人教版八年級下冊（2022~2023學年）

第3節(jié)動能和勢能年級八年級授課時間課題第3節(jié)動能和勢能教學目標1.能通過實例從做功的角度描述能量。.2.能通過實例或?qū)嶒灣醪秸J識動能勢能的概念，并能運用其解釋相關(guān)的現(xiàn)象.3.能通過實驗探究，了解動能、勢能的大小跟那些因素有關(guān)。4.具有從能量的角度分析物理問題的意識。教材分析功和能有密切聯(lián)系，功是能量變化的量度，做功的過程是能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的過程。本節(jié)介紹了常見的動能和勢能，既密切聯(lián)系前面學過的運動、重力、彈力等知識，還注意引導學生觀察生產(chǎn)、生活中的能量現(xiàn)象。本節(jié)內(nèi)容也是后面學習其他各種形式的能以及能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的基礎(chǔ)。本節(jié)內(nèi)容由“動能”和“勢能”兩部分構(gòu)成。其中，動能、重力勢能和彈性勢能概念的引入均以能做功的物體具有能量的思想為基礎(chǔ)。教科書先簡單介紹功和能的關(guān)系，然后通過大量實例讓學生感受到動能和勢能的存在。影響動能和勢能大小的因素是本節(jié)教學的重點，也是難點。其中涉及測量物理量的轉(zhuǎn)換問題。教科書安排了相應(yīng)的實驗，讓學生通過觀察實驗認識動能的大小與什么因素有關(guān)。這個實驗是進一步認識勢能的基礎(chǔ)，可以引導學生利用身邊的器材設(shè)計實驗，增加他們的實踐體驗。教學器材多媒體ppt，包含視頻：《動能大小與速度的關(guān)系》、《動能大小與質(zhì)量的關(guān)系》、《轉(zhuǎn)換法》、《探究影響動能大小的因素》、《探究影響重力勢能大小的因素》等。教學過程教師活動學生活動導入新課【提出問題】①請同學們閱讀下面的事例：鳥撞飛機即鳥和飛行的飛機相撞。血肉之軀的小鳥與鋼鐵飛機在天空相撞，猶如以卵擊石——卵破而石頭無恙，然而事實并非如此，飛機與飛鳥在空中相撞，輕者飛機不能正常飛行，往往被迫緊急降落，重者機毀人亡。圖1圖2②請同學們觀察一組實驗數(shù)據(jù)——《高空拋物的傷害程度》一個20克的麻將從20樓飛下可致人骨折；一塊西瓜皮從25樓拋下?lián)糁蓄^部可致人死亡；一個空易拉罐從25樓拋下可致人死亡……【提出問題】小小飛鳥為什么對飛行中的飛機造成如此大的危害呢？為什么小小的物品能夠把人擊傷？學習了今天的知識，你就明白了—《11.3動能和勢能》。思考問題，激發(fā)興趣，進入情景，主動參與到課堂學習中。學習新課一、動能【播放圖片提出問題】觀察以下生活中的現(xiàn)象：水、子彈、弓這些物體是否能夠?qū)ν庾龉?？其原因是什么？【師生分析】這些現(xiàn)象中，水、子彈、弓這些物體都能夠?qū)ν庾龉Γㄋ?、子彈）或具備做功的本領(lǐng)（弓），原因是這些物體具有能量。1.能量①物體能夠?qū)ν庾龉?，我們就說這個物體具有能量。簡稱能。能量是表示物體做功本領(lǐng)大小的物理量。物體能夠做的功越多，表示這個物體的能量越大。②能量的單位：焦耳（J）。2.動能【提出問題】觀察以下物體具有的能量有什么共同特點？臺風把物體刮跑臺風把物體刮跑行駛的汽車子彈擊穿木樁【師生分析】以上物體的能量都是由于運動而具有的。（1）動能：物體由于運動而具有的能量，叫做動能。一切運動的物體都具有動能。【提問】物體動能的大小跟哪些因素有關(guān)？（2）探究“影響動能大小的因素”【猜想與假設(shè)】物體動能的大小跟哪些因素有關(guān)？分析事例：子彈飛行的速度大，對物體的殺傷力也大（做過多）；用錘子擊碎物體時，錘頭的質(zhì)量越大，破壞力越強（做過越多）；汽車速度越大，出事故時就越嚴重；一輛汽車以同一速度運動，重載比空載時事故更嚴重。形成猜想：動能的大小可能與物體的速度、質(zhì)量等因素有關(guān)?！驹O(shè)計實驗】①實驗器材：幾個質(zhì)量不同的鋼球A、木塊B、斜面等。②實驗原理：如圖所示，鋼球A從高為h的斜槽上滾下，在水平面上運動，運動的鋼球A碰到木塊B后，能將B撞出一段距離s。在同一水平面上，木塊B被撞得越遠，鋼球A對B做的功就越多，A的動能越大。③實驗方法：轉(zhuǎn)換法、控制變量法。轉(zhuǎn)換法：通過被撞物體運動的距離s來反映動能的大小。控制變量法：在探究動能大小可能與物體運動速度、物體質(zhì)量有關(guān)時，每次實驗這兩個變量只能變化一個，探究動能大小與另一個變量之間的關(guān)系。?？刂瀑|(zhì)量不變，改變速度的方法：同一小球從不同高度滾下?？刂扑俣炔蛔儯淖冑|(zhì)量的方法：質(zhì)量不等的小球從同一高度滾下?！具M行實驗】①探究動能大小與速度的關(guān)系控制鋼球的質(zhì)量m不變；讓同一鋼球A分別從不同的高度由靜止開始滾下，撞擊木塊B；觀察并測量木塊被撞出的距離s。②探究動能大小與質(zhì)量的關(guān)系控制速度不變，即固定鋼球在滑槽上的釋放位置的高度h；改變鋼球的質(zhì)量m；觀察并測量木塊被撞出的距離。【分析與論證】探究①中：當鋼球質(zhì)量相同時，鋼球達到斜面底端速度越大，木塊被撞擊滑行的距離越遠，說明：鋼球的動能大小與速度有關(guān)，速度越大，動能越大。探究②中：當鋼球達到斜面底端速度相同時，鋼球質(zhì)量越大，木塊被撞擊滑行的距離越遠，說明：鋼球的動能大小與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，動能越大?！緦嶒灲Y(jié)論】物體動能的大小跟速度、質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量相同的物體，運動速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動能越大。【交流與討論】①使鋼球獲得動能的方法：將鋼球由斜面某一高度靜止釋放（重力勢能轉(zhuǎn)化為動能）。②將質(zhì)量不同的鋼球放在斜面上同一高度處靜止釋放的目的：控制鋼球達到斜面底端時具有相同的初速度（鋼球的速度與質(zhì)量無關(guān)）。③將質(zhì)量相同的鋼球由斜面上不同位置靜止釋放的目的：改變鋼球達到斜面底端時的初速度。④實驗改進：a.若木塊質(zhì)量較大，為確保實驗現(xiàn)象較明顯：可增大鋼球滾下的高度。b.不用木塊的實驗改進：在桌上鋪一條毛巾，鋼球在毛巾上表面滾動的距離來反映動能的大小。⑤實驗結(jié)論的應(yīng)用：生活中超載、超速問題（超速：速度大，超載：質(zhì)量大；則使車輛的動能大，危險性大）。【想想議議】某段道路的標示牌顯示：小型客車最高行駛速度不得超過100km/h；大型客車、載貨汽車最高行駛速度不得超過80km/h。請利用物理知識解釋，為什么要對機動車的最高行駛速度進行限制？為什么在同樣的道路上，對不同車型設(shè)定不一樣的最高行駛速度？【分析】同一輛汽車，質(zhì)量不變，速度越大，具有的動能越大，危害性大。所以限制機動車的最高行駛速度才能保證機動車行駛的安全性。車型不同，載重量不同，如果載貨車與小汽車的行駛速度相同，由于載貨車的質(zhì)量大，具有的動能大，則剎車時滑行的距離長，危害性大。所以質(zhì)量大的大型貨車最高行駛速度要小些。一些物體的動能一些物體的動能物體動能/J物體動能/J拋出去的籃球約30跑百米的運動員約3×103行走的牛約60飛行的步槍子彈約5×103從10m高處落下的磚塊約2.5×103行駛的小汽車約2×105【播放視頻】——《探究影響動能大小的因素》【例題1】判斷下列物體動能的變化情況：①一輛汽車加速運動，它的動能__________.②火車進站時做減速運動，它的動能_____；停止后，它的動能等于___.③一輛灑水車在馬路上勻速前進并灑水，它的動能_________.④汽車空載和滿載時以相同速度前進：________時動能大.【答案】變大；減??；0；減??；滿載.【解析】根據(jù)影響動能大小的因素判斷：物體動能的大小跟速度、質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動能也越大?！纠}2】如圖1所示是“探究物體的動能跟哪些因素有關(guān)”的實驗，將小鋼球從高度為h的同一斜面上由靜止開始滾下，推動同一木塊在水平面向前移動一段距離后停下。先后完成甲、乙、丙所示的三組實驗。（1）小鋼球在滾下斜面的過程中，其動能大小是通過______（選填“高度”或“距離”）大小來反映的；（2）分析比較甲和乙兩組實驗可得：__________________；（3）分析比較________兩組實驗可得，物體速度相同時，質(zhì)量越大，動能越大；（4）綜合上述可知，如圖2所示的交通標志牌是交通管理部門對不同車型設(shè)定不同的最高________；（5）在實驗中，若增大水平面的粗糙程度，則木塊移動的距離將________（選填“增大”、“不變”或“減小”）?！敬鸢浮浚?）距離；（2）物體質(zhì)量相同時，速度越大，動能越大；（3）甲、丙；（4）速度；（5）減小.【解析】（1）鋼球從斜面滾下過程中，其動能大小是通過木塊移動距離s的大小來反映的，小木塊移動距離越大，說明小鋼球的動能越大。（3）探究動能大小與質(zhì)量的關(guān)系，保持速度相同，鋼球的質(zhì)量不同，故分析比較甲、丙兩組實驗可得出物體的動能與質(zhì)量的關(guān)系。（4）圖2所示的交通標志牌是交通管理部門對不同車型設(shè)定的最高速度，質(zhì)量越大的車，限速越低。（5）在實驗中，若增大水平面的粗糙程度，木塊受到的阻力增大，則木塊移動的距離將減小。會設(shè)計實驗探究影響動能大小的因素，并進行實驗，歸納得出：物體動能的大小跟速度、質(zhì)量的關(guān)系。明確測量物理量的轉(zhuǎn)換。根據(jù)實驗方案，分組進行實驗。分析論證，歸納出結(jié)論。小組間進行交流討論，以提高對實驗方案的優(yōu)化、改進。進行交流討論并進行回答“想想議議”中的問題，加深對動能概念的理解.了解一些物體的動能.觀看視頻，進一步完整理解實驗的過程.做練習題，進行展示。學習新課二、勢能【播放圖片】①打樁機打樁的過程：如圖所示，打樁機在工作時，先把“重錘”高高舉起，當“重錘”落下時，可以把樁打入地里。②山頂?shù)木奘?。打樁機打樁機巨石【提出問題】重錘對樁做功了嗎？高處的巨石有沒有做功的本領(lǐng)？其原因是什么？【分析】當“重錘”落下時，可以把樁打入地里，對樁做了功，故被舉高的重錘應(yīng)具有能量；同樣的道理，高處的巨石也具有能量。這種能量是物體由于受到重力產(chǎn)生的.1.重力勢能：在地球表面附近，物體由于受到重力并處在一定高度時所具有的能，叫做重力勢能。【提問】物體重力勢能的大小跟哪些因素有關(guān)？2.探究“影響重力勢能大小的因素”【猜想與假設(shè)】事例：物體離地面越高、質(zhì)量越大，一旦落到地面，做功越多，做功的本領(lǐng)越強。重力勢能的大小可能與物體離開地面高度、物體質(zhì)量等因素有關(guān)。【設(shè)計實驗】①實驗器材：水槽（內(nèi)盛細沙）、桌腿尖的小桌、不同質(zhì)量的重物。②實驗原理：如圖所示，讓物體由某一高度從靜止下落到小桌面上，觀察桌腿在沙坑下陷的深度。深度越大，物體做功越多，重力勢能就越大。③實驗方法：轉(zhuǎn)換法、控制變量法。轉(zhuǎn)換法：通過桌腿在沙坑下陷的深度反映重力勢能的大小?？刂谱兞糠ǎ禾骄恐亓菽艿拇笮∨c物體高度的關(guān)系時，控制質(zhì)量不變，改變高度；探究重力勢能的大小與物體質(zhì)量的關(guān)系時，控制高度不變，改變質(zhì)量?！具M行實驗】①探究重力勢能的大小與高度的關(guān)系讓同一物體分別從不同的高度由靜止開始下落，觀察測量桌腿在沙坑下陷的深度。②探究重力勢能大小與質(zhì)量的關(guān)系讓質(zhì)量不同的物體分別從同一高度由靜止開始下落，觀察桌腿在沙坑下陷的深度?！痉治雠c論證】探究①中：同一物體從不同高度的位置下落時，桌腿在沙坑下陷的深度不同；高度越高，桌腿在沙坑下陷的深度越大。說明：質(zhì)量相等的物體，高度越高，重力勢能越大。探究②中：質(zhì)量不同的物體從同一高度下落時，質(zhì)量越大，桌腿在沙坑下陷的深度越大說明：高度相同時，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大?！緦嶒灲Y(jié)論】物體重力勢能的大小跟高度、質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量相同的物體，高度越高，它的重力勢能越大；高度相同的物體，質(zhì)量越大，它的重力勢能也越大?！静シ乓曨l】——《探究影響重力勢能大小的因素》【想想議議】在建筑工地上，常?？吹揭韵碌闹甘九?，你知道這些安全警示牌表示什么含義？其中包含的物理原理是什么？【答案】這些安全警示牌分別表示：當心吊物；當心落物；必須戴安全帽。因為處于高空的物體具有很大的重力勢能，一旦下落后，做的功也多，對人的傷害更大?！纠}3】為了探究重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)，小明找到A、B、C三個體積相同的小球。讓小球從高處自由落下，通過觀察小球砸入沙坑中的深淺程度來比較重力勢能的大小。其中mA=mB＞mC，三次實驗如下圖所示：①為了探究重力勢能的大小與質(zhì)量的關(guān)系，他應(yīng)該選擇圖甲和圖____進行對比實驗。②為了探究重力勢能的大小與高度的關(guān)系，他應(yīng)該選擇圖甲和圖_____進行對比實驗。③本次實驗用到了多種研究物理問題的方法，請你任意指出其中一種方法，如：__________。【答案】①丙；②乙；③控制變量法（或轉(zhuǎn)換法）。【解析】①A、B兩個小球質(zhì)量相同，他們從不同高度下落，砸入沙坑中的深淺不同，高處的B球砸入的深。說明B球具有的重力勢能大；②對于A、C兩個小球，在相同高度下落，質(zhì)量不同，A的質(zhì)量大，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)A球砸入的深，說明其具有的重力勢能大。3.彈性勢能【提問】運動員在參加射箭比賽時，拉彎的弓為什么能將箭射出？蹦床比賽中，運動員為什么可以“跳”這么高？射箭比賽射箭比賽蹦床比賽【分析】被拉彎的弓和發(fā)生形變的蹦床可以把箭射出去、把人彈起，弓和彈簧能夠?qū)ν庾龉?，說明他們具有能量?！咀穯枴窟@種形式的能量是如何產(chǎn)生的？【分析】這種形式能量的產(chǎn)生是由于發(fā)生彈性形變的物體在恢復形變時可以做功，因此具有能量。①彈性勢能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢能。②影響彈性勢能大小的因素：觀察如圖所示的射箭比賽，會發(fā)現(xiàn)弓的形變程度越大，箭射得越遠。表明弓具有的彈性勢能越大。可見弓的彈性勢能與彈性形變程度有關(guān)。彈性勢能的大小與物體的彈性形變程度有關(guān)；同一物體，彈性形變越大，彈性勢能越大。4.勢能：重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為勢能．比較動能和勢能的異同：異同點動能勢能重力勢能彈性勢能不同點形成原因物體由于運動而具有的能物體由于受到重力并處在一定高度所具有的能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能特點一切運動的物體都具有動能一切被舉高的物體都具有重力勢能一切發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能決定因素質(zhì)量和速度質(zhì)量和高度彈性形變程度相同點都是能量的一種具體形式，都具有做功的本領(lǐng)進行實驗，探究重力勢能的大小與高度、質(zhì)量的關(guān)系.小組間進行分析論證，歸納得出結(jié)論。觀看視頻，進一步完整理解實驗的過程.做例題并進行交流。課堂練習課堂練習1．關(guān)于功和能的關(guān)系的說法中，下列說法中正確的是（）A.一個物體沒有做功，它一定不具有能量B.一個物體能夠做的功越多，其動能一定越大C.一個物體具有能量，說明它正在做功D.一個物體能夠做功，說明它具有能量【答案】D?！窘馕觥恳粋€物體雖然沒有做功，但是只要它有做功的能力，它就具有能量，故A、C錯誤，D正確；物體做功越多，說明該物體具有的能量就越大，并不一定是動能越大，也有可能是重力勢能或其他形式的能，故B錯誤。所以選D.2.如圖所示，艦載機在“山東艦”航母上起飛，其在加速上升過程中（）A．動能減小，重力勢能增大B．動能增大，重力勢能減小C．動能增大，重力勢能增大D．動能減小，重力勢能減小【答案】C?！窘馕觥颗炤d機在“山東艦”航母上起飛，其在加速上升過程中，質(zhì)量不變，速度和高度都變大，所以其動能和重力勢能都增大，故ABD不符合題意，C符合題意。所以選C.3．下列物體中：①卷緊的鐘表發(fā)條；②扔在空中的橡皮；③被適當拉伸的彈簧；④充滿氣的氣球。具有彈性勢能的是（）A.①②③④B.①③④C.只有①

D.只有①③【答案】B。【解析】機械鐘表內(nèi)的發(fā)條被卷緊后，其發(fā)生了彈性形變，故①具有彈性勢能；扔在空中的橡皮，沒有發(fā)生彈性形變，故②不具有彈性勢能；被適當拉伸的彈簧，發(fā)生了彈性形變，故③具有彈性勢能；充滿氣的氣球，發(fā)生了彈性形變，故④具有彈性勢能。故B選項正確。所以選B。4.如圖1所示，小紅和同學一起蕩秋千。下列說法正確的是（）A.通過最低點時的動能為零 B.下降過程中的動能不變C.到達最高點的重力勢能最大 D.上升過程中的重力勢能減小【答案】C.【解析】整個過程中質(zhì)量不變，通過最低點時速度最大，動能最大，故A錯誤；下降過程中，高度變低，重力勢能變小，速度增大，動能增大，故B錯誤；到達最高點時，高度最高，重力勢能最大，故C正確；上升過程中，高度增大，重力勢能增大，故D錯誤。選項C正確。圖1圖1圖25.如圖2所示是玩彈弓的情景。經(jīng)驗表明，橡皮筋拉得越長，同樣的“子彈”射得越_____，這說明橡皮筋的彈性勢能與橡皮筋發(fā)生_______大小有關(guān)；若橡皮筋被拉得長度相同，所用“子彈”的質(zhì)量不同，則發(fā)現(xiàn)射出時的速度也_____（選填“相同”或“不相同”）；在此過程中，橡皮筋對“子彈”做的功______（選填“相同”或“不相同”）。【答案】遠；彈性形變程度；不相同；相同.【解析】橡皮筋拉得越長，同樣的“子彈”射得越遠，則橡皮筋的彈性勢能越大；這說明橡皮筋的彈性勢能與彈性形變程度有關(guān)。在橡皮筋被拉得長度相同時，橡皮筋的彈性勢能相同，對子彈做的功相同，射出子彈的動能也相同，由于所用“子彈”的質(zhì)量不同，其射出時的速度也會不同。6.某同學在做“探究決定重力勢能大小的因素”實驗時，觀察到如圖所示的現(xiàn)象（物塊B的質(zhì)量大于物塊A的質(zhì)量），請仔細觀察圖中下落的銅塊與小桌陷入沙面的情況，然后歸納得出初步結(jié)論。①比較圖中的（a）和（b）實驗過程及相關(guān)條件可知：___________。②比較圖中的（b）和（c）實驗過程及相關(guān)條件可知：___________?！敬鸢浮竣儋|(zhì)量相等的物體，所處高度越高，具有的重力勢能越大；②高度相同，物體質(zhì)量越大，具有的重力勢能越大?！窘馕觥竣俜治霰容^圖（a）和（b），物體A的質(zhì)量不變，所處高度不同，且物體越高所能使小桌陷入的深度越大，所具有的重力勢能越大。故結(jié)論為：質(zhì)量相等的物體，所處高度越高，具有的重力勢能越大；②同理比較（b）和（c），不同質(zhì)量的物體A、B，所處高度相同，質(zhì)量大的物體使小桌陷入的深度越大，其所具有的重力勢能大。故結(jié)論為：高度相同，物體質(zhì)量越大，具有的重力勢能越大。7．小華在探究“動能的大小與什么因素有關(guān)”時，提出了如下猜想：猜想一：動能的大小可能與物體的運動速度有關(guān)；猜想二：動能的大小可能與物體的質(zhì)量有關(guān)。為了驗證猜想，老師提供了如下器材：刻度尺、斜槽、較光滑的長木板、粗糙的長木板、小木塊、質(zhì)量不同的小鋼球若干個，實驗裝置如圖所示。請你幫助他們完成下列內(nèi)容：①讓鋼球從高為h的斜面由靜止開始滾下，碰上水平面上靜止的木塊，如圖所示。實驗時通過觀察________移動的距離來判斷_______動能的大小。（均選填“鋼球”或“木塊”）②對于老師提供的長度相同的較光滑長木板A和粗糙長木板B，為了使實驗順利進行，他們應(yīng)選擇長木板________（選填“A”或“B”）。③為了驗證猜想一，小華同學讓同一鋼球從斜面的不同高度由靜止釋放，高度h越高，木塊被撞得越遠。由此可得出的結(jié)論是：________。④小華同學為了驗證猜想二，他將質(zhì)量不同的鋼球從斜面的不同高度由靜止開始滾下，實驗記錄數(shù)據(jù)如下：鋼球的質(zhì)量m/kg0.10.150.200.25