第4节机械能及其转化备课素材

新课标（RJ） 物理 八年级下册第十一章功和机械能第4节机械能及其转化方式一【游戏导入】导入语：我现在请两个同学配合，完成一个小游戏，请同学们认真观察并思考游戏里面的科学道理。如图1141所示，将铁锁或小钢球固定在细线的一端，细线的另一端系在铁架台上，使铁锁与细线形成一个摆。让一个同学靠近铁架台，头稍低，另一同学把铁锁由该同学的鼻子处释放，观察铁锁摆动过程中能否碰到该同学的鼻子，提醒注意安全，并思考里面的科学道理。图1141同学们，有意思吧，课下大家可以试着做一做哟，这实际就涉及今天我们要学习的一个物理学问题机械能及其转化。板书课题第4节机械能及其转化。方式二【情景导入】播放视频生活中弹性势能与动能的转化。这些现象中包含了很多能量的转化，这节课我们就详细来研究一下。板书课题第4节机械能及其转化。方式三【游戏导入】播放视频会向上滚动的圆筒或教师演示视频中的小游戏。导入语：从这样的斜面往下滚，圆筒怎么又回来了呢？想知道其中的奥秘吗？好，我们开始今天的学习。板书课题第4节机械能及其转化。 详见光盘内容在“变”与“不变”中求突破讲解动能和重力势能之间的相互转化过程时，可播放滚摆实验或演示实验，实验前，引导学生重点关注三个要素：滚摆质量、滚摆的运动速度、滚摆离地面的高度。注意观察分析全过程中哪些因素变了，哪些因素没变。交流讨论：没变的量质量变化的量速度、高度下降过程：质量不变。现象：离开地面的高度减小，下降速度增大。 分析：离开地面的高度减小则重力势能减小了；下降速度增大则动能增大了。 结论：增大的动能是由减小的重力势能转化而来的，即此过程是重力势能转化为动能。在这里隐含了能量既不会无缘无故消灭，也不会无缘无故创生的思想。 上升过程：质量不变。现象：离开地面的高度增大，但上升的速度减小了。 分析：离开地面的高度增大则说明重力势能增大了，而上升速度的减小说明动能减小了。 结论：增大的重力势能是由减小的动能转化而来的，即此过程是动能转化为重力势能。 归纳小结，确定分析类似现象的一个模式：某种能量的增减是因为能的转化导致。在能的转化过程中，动能的增减由速度的变化引发，重力势能的增减由物体与参考面的高度变化引发，同理，弹性势能的增减由物体的弹性形变程度增大或减小而引发。 中考解读 本节中考常考内容是：机械能的概念；机械能及其转化。考查时常常列举生活实例，然后进行分析判断，一般是在选择题、填空题、实验探究题中出现。考点对接 机械能及其转化源起教材P71 想想做做1观察滚摆的运动(图11.42甲)，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。2如图11.42乙，分析小球在摆动过程中动能和势能的相互转化。图11.42动能和势能的转化图1142例1杭州中考 如图1142所示是蹦床运动员表演的情景。运动员从最低点到达最高点的过程中，运动员的动能和重力势能变化情况分别是()A动能减小，重力势能增大B动能增大，重力势能减小C动能先增大后减小，重力势能增大D动能先减小后增大，重力势能减小答案 C例2荆州中考 孝定同学在探究“机械能及其转化”，设计并进行了以下实验。图1143(1)如图1143甲所示，质量为m的小球从高度为h的光滑斜面顶端由静止自由滑下，到达斜面底端的速度为v，此过程只有动能和重力势能相互转化。如果小球在斜面顶端时重力势能为mgh，在斜面底端时重力势能为零，动能为mv2。且h0.2 m，g取10 N/kg，则小球滑到光滑斜面底端时的速度为_m/s。(2)如图乙所示，将小球以一定的速度v0沿水平方向抛出，小球运动过程中也只有动能和重力势能相互转化。时间t内小球在水平方向运动的距离为xv0t，在竖直方向下落的高度为ygt2，则y与x2的关系可用图丙中的图线_表示。(3)如图丁所示，小球沿光滑斜面AB由A点静止自由滑下后进入光滑水平面BC，已知小球经过B点时速度大小不变，小球从C点水平抛出后落在水平地面E点，地面上D点在C点正下方，已知CD竖直高度为1.25 m，30，g取10 N/kg，若要求DE间的距离大于2 m，则斜面AB的长度至少为_m。答案 (1)2(2)b(3)1.6解析 (1)因为质量为m的小球从高度为h的光滑斜面顶端由静止自由滑下，到达斜面底端的速度为v，此过程中机械能守恒，所以mghmv2，将h0.2 m，g10 N/kg代入求解得v2 m/s。(2)将物体以一定的初速度v0沿水平方向抛出(不计阻力)，物体做平抛运动，在水平方向运动的距离xv0t，则运动时间t，故在竖直方向下落的高度为ygt2gg，因此，下落高度y与水平移动距离x的2次方成正比，由此可以判断图线为b。(3)如图丁所示，小球沿长度为l的光滑斜面AB由静止自由滑下，此过程中机械能守恒，因为mghmv2，所以mglsinmvmv，所以v2glsin，又据小球从C点开始做平抛运动，所以hgt2g，h1.25 m，30，g10 N/kg，将sDE2 m代入上式，可得l1.6 m。过山车中的物理知识乘坐过山车是一项富有刺激性的娱乐活动。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣，那么在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就行了，当然，如果你的身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。图1144在开始旅行时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的唯一的“发动机”将是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。第一种能，即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到“山丘”的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少(因为高度下降了)，但其不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能(动能和势能)。这就是为什么要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因：过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最后一节小车厢是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢要大，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要“等待”质量中心越过高点被引力推动。图1145到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了的一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的，目的是“平衡”引力的制动效应。当过山车达到圆形