北师大版九年级物理全一册 第一节 机械能（表格式教学设计）

第一节机械能（教学设计）

年级九年级学科物理教师

课题第一节机械能

物理观念了解能量的概念，理解动能、势能及其相互转化。

能通过实例从做功的角度描述能量；能运用动能和势能的概念解程相关现象。

科学思维

能从能量的角度分析物理问题。

教学目标

科学探究能够运用控制变量法来研究动能、势能的影响因素，并体会这样做的优势。

科学态度体会能量转化在生活中的普遍存在，认识到合理利用能源的重要性，增强节

与责任能环保意识。

本节内容围绕动能、势能及机械能守恒展开，是能量观形成的关键起点，衔接运动与力、

功等前序知识,为后续能量转化与守恒定律奠定基础，知识体系以“现象一概念一实验探究一

规律一应用”为主线，通过生活实例引出动能、重力势能和弹性势能的概念，再以控制变量

法探究影响因素，最终归纳机械能相互转化与守恒。难点在于抽象能量概念的具象化及转化

过程中能量守恒的理解。教学思路应从做功效果切入，借助斜面小球、落锤实验等直观演示，

教材分析

引导学生观察、比较、推理。采用探究式教学，设计对比实验活动，促进学生主动建构知识。

学习逻辑遵循“感知一探究一归纳一迁移”，通过交流讨论滑梯、秋千等情境实现认知深化。

目标定位为能识别动能与势能的影响因素，解释常见能量转化现象，达成通过实验证据支持

结论、初步建立能量守恒观念的核心素养。

学生此前已对功的概念有所了解。此阶段学生逻辑思维能力增强，对直观实验兴趣浓厚，

但抽象思维仍待提升，知识储备能支持对物理现象初步探究。教材重难点在于理解动能、势

学情分析能概念，掌握影响动能、重力势能大小的因素，以及动能和势能的相互转化及机械能守恒。

要求学生通过实验探究理解知识，能运用其分析生活中相关物理现象，提升逻辑推理与知识

应用能力。

教学重点理解动能和势能的概念；探究影响动能和势能大小的因素。

教学难点理解动能、重力势能、弹性势能的转化；机械能守恒定律的应用。

教学准备质量不同的金属球、斜面、木块、质量不同的物体、小方桌、细沙、弹簧等。

教学过程

导入新课

看一看想一想

体育比赛中，从枪管中射出的子弹在空中以较大的速度运动（图10.1-1）,能击穿靶子；空中飞行的

链球，下落时能将地面砸出一个凹玩；被拉开的弓能把箭发射出去。这些事实表明，子弹、链球、弓都具

有一定的能量。它们具有的能量有什么异同？这些能量的大小又与什么因素有关呢？

术节课将学习与机械能有关的内容.

学习新课一一、一能量和动能

看一看：想一想：

流动的空气可推动帆船前进而做功；高处的桩锤下落可冲击桃头而做功；张开的弓可使箭射出而做功。

1.概念：

一个物体能对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量，简称能。

流动的空气、举高的重锤、张开的弓都可以对别的物体做功，说明它们都具有能。

特别强调：任何物体只要能够对外做功，则它就具有能量。

2.能量的实质：

物体做功的过程就是能的转化过程。

物体做的功越多，说明某种能转化为别的形式的能就越多，就表示这个物体的能量越大。即能量是表示物

体做功本领的物理量。

3.能量的单位：

物体做功的过程就是能转化过程，因此能与功的单位相同，都是焦耳（J）。

4.动能：

运动的物体是否具有能？

物体由于运动而具有的能量叫做动能。

一切运动的物体都具有动能。例如，空中飞行的飞机、地上行驶的汽车、流动的河水等。

5.实验：影响动能大小的因素

（1）猜想与假设：

动能大小可能与物体的运动速度有关。理由___________________________________________;

动能大小可能与物体的质量有关。理由____________________________________________________

（2）实验器材:

两个不同质量的钢球、斜面、木块等。

‘4

（3）实验方法：

①转换法：通过木块被撞击后移动的距离反映钢球动能大小。

②控制变量法：在研究动能与速度的关系时，控制钢球质量不变；在研究动能与质量的关系时，控制钢球

速度不变。

・加油站

从光滑斜面上由静止释放的小球，到达斜面底端的速度只与释放位置的高度有关，释放位置越高，到达

底端的速度越大。

（4）实验步骤：

①从斜面的不同高度由静止释放同一钢球，比较平面上的木块被钢球撞击后运动的距离，你可得出什么结

论？

，二____________________

②从斜面的同一高度由静止释放质量不同的钢球，比较平面上的木块被钢球撞击后运动的距离，你可得出

什么结论？

八口］、W____SL

（5）分析论证：

①实验表明，同一钢球从斜面的不同高度由静止释放时，高度越高，钢球运动到底端时的速度越大，木块

被推得越远，钢球对木块做的功越多，说明钢球具有的动能越大。

②质量不同的钢球从斜面的同一高度由静止释放时，钢球质量越大，木块被推得越远，钢球对木块做的功

越多，说明钢球具有的动能越大。

（6）实验结论：大量实验研究表明：

物体的动能与物体的质量和速度有关。质量相同时，速度越大的物体具有的动能越大。速度和同时，质量

越大的物体具有的动能越大。

（7）反思交流：

A.使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放。

B.改变钢球在斜面上下落高度的目的：改变钢球达到斜面底端时的速度（钢球的下落速度与钢球的质量无

关）。

C.如果木块被撞后滑出木板，应该怎么办？可以换用质量更大的木块、换质量较小的钢球或者换用长度较

长的同样木板。

课堂练习一

1.下列关于能的叙述中，都正确的一组是（）

①一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能

②一个物体没有做功，它一定不具有能量

③一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多

④运动的物体具有能，静止的物体没有能

⑤物体具有的能量越多，做的功越多

⑥物体具有的能越多，它能做的功就越多

A.①⑥B.①②⑤C.④⑤⑥D.①③⑥

【答案】A

【详解】①一个物体能够做功，即具有对外对做的本领，我们就说这个物体具有能，故①正确;

②一个物体没有做功，但是它可能具有对外做功的本领，它不一定不具有能量，故②不正确；

③一个物体已做过的功越多，说明没做功之前具有的能多，这个物体做功后具有的能不一定多，故③

不正确：

④运动的物体具有能，静止的物体可能有势能，故④不正确：

⑤物体具有的能量越多，对外做功的本领越大，做的功不一定越多，故⑤不正确；

⑥物体具有的能越多，对外做功的本领越大，它能做的功就越多，故⑥正确。

故A符合题意，BCD不符合题意。

故选Ao

2.如图是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置。下列有关叙述正确的是（）

A.使用甲、丙两图，是为了研究动能大小与高度的关系

B.通过乙、丙两图，可以探究动能大小与物体质量的关系

C.如图丁，若将质量相同的小球压缩同一弹簧到不同程度后由静止释放，撞击同一木块可探究小球

的动能大小与速度的关系

D.如图若将质量不同的小球压缩同一弹簧相同程度后由静止释放，撞击同一木块可探究小球的

动能大小与质量的关系

【答案】C

【详解】A.甲、丙两图，小球质量相同，释放的高度不同，使得到达水平面的初始速度不同，所以研究

的是动能大小与物体速度的关系，故A错误；

B.乙、丙两图，小球的质量不同，释放的高度不同，使得到达水平面的初始速度也不同，没有控制

变量，无法探究动能大小与物体质量的关系。故B错误；

C.如图「，若将质量相同的小球压缩同一弹簧到不同程度后由静止释放，则小球刚离开弹簧时具有

的动能不相同，撞击同一木块移动的距离也不相同，可探究小球的动能大小与速度的关系，故c正确；

D.如图丁，若将质量不同的小球压缩同一弹簧相同程度后由静止释放，则小球刚离开弹簧时具有的

动能相同，撞击同一木块移动的距离也相同，不可探究小球的动能大小与质量的关系，故D错误。

故选C。

3.如图用钢球、木块和带有斜槽的长木板来探究物体的动能与哪些因素有关。

（1）如图甲，钢球在滚下斜槽的过程中，它的能转化为动能，其动能大小是通过_______来反

映的。

（2）通过探究，小明得知动能的大小与物体的质量和速度都有关，他从课外书上看到如图乙所示的方案

用质品不同的两个钢球将同一弹簧压缩到相同程度，放手后将小球弹出去撞击放在同一位置的木块。想要

验证钢球的动能与质量的关系，图乙方案的操作（选二真"能''或”不能控制钢球的速度不变。

（3）如图丙所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高。

【答案】（1）重力势木块移动距离的大小

（2）不能

⑶速度

【详解】（1）[1]小钢球在滚F斜面的过程中，高度越来越低，小钢球运动的越来越快，重力势能减

小，动能增大，重力势能转化为动能。

[2]小钢球推动木块运动的越远，小钢球做的功越多，小钢球具有的动能越大，所以动能大小是通过木

块移动距离的大小来反映的。

（2）钢球的动能是由弹簧的弹性势能转化而来的，钢球获得动能推动木块移动的距离与弹簧压缩程

度有关，与钢球的质量无关，故无法控制质量不同的物体速度相同，所以不可以探究动能大小与物体质量

的关系。

（3）不同车辆的质量不同，如果车辆行驶的速度相同，质量大的动能大，危险性更大，所以交通管

理部门对不同车型设定的最高速度，质量大的最高速度小。

学习新课―三.势能

看一看：下列物体是否具有能？

分析以"事例，看它们（石头、撑杆、弹簧）能否做功？

1.重力势能：

分析：打桩机上被举高的桩锤，在下落过程中能冲击桩头做功，表明它具有能量；高山上的石头下落时，

能摧毁树木、车辆，表明它具有能量。

概念：物体由于处于一定的高度所具有的能叫做重力势能。

在地球表面附近，物体由丁受到重力并处在一定高度时，都具有重力势能。例如，空中的飞机、小鸟：教

室内的电灯、电扇等。

2.实验：影响重力势能大小的因素

（1）猜想与假设：

重力势能大小可能与物体的运动速度有关。理由;

重力势能大小可能与物体的质量有关。理由o

（2）实验器材：

不同质量的物体、小方桌、细沙等。

（3）实验方法:

①转换法：通过小方桌被撞击后下陷的深度反映物体重力势能大小。

②控制变量法：在研究重力势能与质量的关系时，控制物体高度不变；在研究重力势能与高度的关系时,

控制物体质量不变。

（4）实验步骤：

①同一重物从不同高度由静止释放（如图：甲乙，已知A、B质量相等），自由下落撞击沙箱中的小方

桌。比较小方桌下陷的深度，你可得出什么结论？

②质量不同的物体从相同高度由静止释放后（如图：甲丙，已知A的质量小于C的质量），自由下落撞

击沙箱中的小方桌。比较小方桌下陷的深度，你又可得出什么结论？

（5）分析论证:

实验表明，重物质量越大或同一重物被举得越高，受到撞击的小方桌陷入沙中越深，重物对小方桌

做的功就越多，重物具有的重力势能越大。

（6）实验结论：

物体的重力势能与物体的质量和它所在位置的高度有关。质量相同时，越高的物体具有的重力势能越大。

高度相同时，质量越大的物体具有的重力势能越大。

3.弹性势能：

张开的弓可以使箭射出而对箭做功，表明张开的弓具有能量。网球拍击打网球时对其做功，将网球弹出，

表明发生形变的网球拍也具有能量。

<1）概念：物体因发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。

原来，发生弹性形变的物体在恢复形变时可以做功，因此具有能量。

（2）影响弹性势能大小的囚素:

生活现象：（1）在射箭时，弓张得越满，放手后，箭就射得越远。

（2）玩弹弓时，橡皮筋的弹性形变越大，“子弹”被弹射得越远;

这表明，物体的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大；另外弹性势能大小还与物体的材料有关。

课堂练习二

1.近年来高空抛物造成伤人事故较多，如图所示，从物理的角度分析可知：停在高空中的物体具有

能，下落到地面上的物体（填“能''或“不能”）做功。

【答案】重力势能

【详解】停在高空中的物体，由于被举高而具有重力势能；下落时，重力势能会转化为动能，

对地面上的物体能做功，从而造成伤害。

2.如图所示是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越,这说明橡皮筋

的弹性势能与其有关：若橡皮筋被拉的长度相同，而用的“子弹”不同，质量大的“子弹''射出的.

较小。在此过程中，橡皮筋对“子弹”做的功（选填“相同”或“不相同”）。

【答案】远伸长的长度距离相同

【详解】口][2]橡皮筋拉得越长，弹性形变越大，则子弹被射得越远。这是因为橡皮筋的弹性形变越

大，弹性势能就越大，对子弹做功越多。这说明橡皮筋的弹性势能与橡皮筋伸长的长度有关。

[3][4]当“子弹”射出时，“子弹”具有的动能是橡皮筋的弹性势能转化来的，而射出不同“子弹”时，橡皮

筋拉长的长度相同，即弹性形变程度相同，橡皮筋的弹性势能相同；则时子弹做的功相同，“子弹”获得

的动能相同。根据动能的影响因素是质量和速度，“子弹”的质量越大，射出速度便越小，射出的距离越小。

3.小王在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物的质量关系为〃八工机「木桩相同，

木桩和重物位置如图甲所示，重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示。下列说法正确的

是（）

AB

台口C

口□

1A-IBC

000

甲乙

A.重物卜.落时，重物的动能转化为重力势能

B.木桩打入沙中的深度可以反映重物重力势能的大小

C.比较A、C可知，重物下落的高度越高，重力势能越大

D.若B、C将木桩打入沙中的深度相同，则人＞心

【答案】B

【详解】A.重物下落时，重物的质量不变，高度降低，速度增大，重物的重力势能转化为动能，故A错

误：

B.根据转换法的思想，可以用木桩打入沙中的深度反映重物重力势能的大小，故B正确；

C.根据控制变量法的思想，A、C的质量不同，下落的高度也不同，因此比较A、C不能得出重力势

能与高度的关系，故C错误；

D.若B、C将木桩打入沙中的深度相同，则B、C的重力势能相同，C下落的高度小，因此质量大,

所以〃4＜，分，故D错误。

故选

学习新课三、机械能及其转化

1.机械能：

（1）概念：动能和势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能。

（2）单位:焦耳（J）。

（3）大小：机械能等于动能、势能之和。

例如：一个空中飞行的物体具有100J的动能，若它的重力势能为50J,则它的机械能就为_______Jo

2.动能和势能的转化：

（1）动能和重力势能的相互转化：

如图所示，将偏离了一定角度的摆球由静止释放，观察摆球速度随高度的变化情况，你可得出什么结论？

0

实验结论：摆球下降的过程中，重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。摆球上升的过

程中，动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能。

也就是，单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。

（2）动能和弹性势能的相互转化：

如图，当钢球从高处滚下来，撞到弹簧上后会发生什么现象？这些过程中弹簧的能量是如何转化的?

弹簧的弹簧的

球的速度球的动能能的转化

形变程度弹性势能

钢球逐渐减小逐渐减小

由小变大逐渐增大

压缩弹簧直至为零直至为零

弹簧把由零逐渐由零逐渐逐渐减

由大变小

钢球弹回增大增大小直至为零

实验结论：

动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。

3.机械能守恒：

想一想：从鼻尖释放的铁锁，会再次打到鼻尖吗？

不会；

因为铁锁除了受到重力和拉力外还受空气阻力。铁锁在运动过程中会克服摩擦力做功，从而消耗

机械能，把机械能转化为内能，从而使机械能越来越小。

如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能大小会变化，但机械能总和不变。

（1）机械能守恒：

大量实验研究表明：物体的动能却势能是可以相互转化的。如果只有动能和势能相互转化，则机械能的总

和不变，即机械能是守恒的。

机械能守恒的条件：

忽略摩擦阻力造成的能量损失，并且只有动能和势能相互转化。

机械能守恒是一种理想化的物理模型）

（2）人造地球卫星的机械能转化：

人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。卫星在大气

层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。

远地点

课堂练习三

1.同一篮球以不同弧线从4点投向8点。空气阻力不可忽略且大小恒定，则下列说空正确的是（）

/广、、

/弧线1\

//%\

；/、、:B

//弧线2窗

，，

<r

如

A.从力点到B点，篮球重力势能的增加量弧线1大于弧线2

B.篮球在弧线1和弧线2的最高点的动能都为零

C.篮球沿着两条弧线运动，重力势能均一直增大

D.若篮球在8点的机械能相等，则在/点的机械能弧线1大于弧线2

【答案】D

【详解】A.重力势能与质量和高度有关，从4点到8点，弧线1与弧线2两种情况下，篮球的质量

不变，增加的高度相同，所以篮球重力势能的增加量相等，故A错误：

B.篮球在弧线1和弧线2的最高点时，虽然竖宜方向的速度为零，但在水平方向上仍然有一个速度,

因此动能都不为零，故B错误;

C.篮球上升时，重力势能增加，篮球下落时重力势能减小，整个过程重力势能先增大后减小，故C

错误：

D.由图可知，篮球通过弧线1运动的路程较大，克服空气阻力做功消耗的机械能较多，若篮球在B

点的机械能相等，则在A点的机械能弧线1大于弧线2,故D正确。

故选D。

2.如图甲所示，压力传感器能够测量出其表面受到的压力大小，与电脑连接后，放置在水平地面上，将

一排球从正上方某一高度处由静止释放，落到传感器上后再竖直弹起上升，反复多次后静止在传感器上。

传感器测得的弹力尸的大小随时间，变化情况如图乙所示。力、B、C三点对应的时刻是小小“，下列说

法中正确的是（

夕排球

］出力传感器）

甲

A.〃时刻排球的重力势能最小

B.打〜打时间内，排球的重力势能转化为动能

C.排球〃时刻的动能等于“时刻的动能

D.整个过程中，排球的机械能守恒

【答案】A

【详解】A.打时刻排球产生的弹力最大，则弹性形变程度最大，则重心最低，重力势能最小，故A

正确：

B.〃〜打时间内，弹力变小，则弹性形变程度变小，重心上升，重力势能变大，所以不是重力势能转

化为动能，故B错误；

CD.整个过程中，因为要克服阻力，机械能转化为内能，所以机械能减小；所以排球。时刻的机械

能大于“时刻的机械能，。时刻利“时刻弹力相同，则弹性形变程度相同，则重心高度相同，则重力势能

相同，所以排球。时刻的动能不等于分时刻的动能，故CD错误。

故选Ao

3.去年2月，受其他地区的降雨及对流天气的影响，山西局部地区出现冰帽。当冰雀匀速下落时（）

A.冰雹的机械能减小B.冰雹的重力势能增加

C.重力对冰雹不做功D.重力势能全部转化为动能

【答案】A

【详解】AB.当冰雹匀速下落时，冰雹的质量不变，速度不变，高度减小，所以冰雹:的动能不变,

重力势能减小，机械能减小，故A符合题意，B不符合题意；

C.当冰雹匀速下落时，冰雹在重力的方向上移动了距离，重力对冰雹做功，故C不符合题意；

D.冰帽下落过程中，克服阻力做功，且动能不变，重力势能减小，重力势能全部转化为内能，故D

不符合题意。

故选Ao

4.蹦极是一项刺激的极限运动，如图所示是蹦极过程示意图，其中。点为起跳点，力点为弹性绳下端没

有人的时候自然下垂的位置，8点为弹性绳对人的拉力和人的重力相等时的位置，C点是下落的最低点，

若空气阻力和弹性绳重力忽略不计，在从。到。的过程中卜.列判断正确的是（）

A.从。到力的过程中，相同时间内人的重力做功大小相同

B.从。到力的过程中，人的机械能守恒

C.从4到。的过程中，人的机械能守恒

D.从4到C的过程中，人的动能一直变大

【答案】B

【详解】A.从。到1的过程中，人做加速运动，所以相同时间内人通过的路程越来越大，则重力做

功也越来越多，故A错误；

B.不考虑空气阻力，从。到力的过程中，只有人的重力做功，故人的机械能守恒，故B正确；

C.从4到C的过程中，人的机械能转化为弹性绳的弹性势能，且弹性绳的形变量一直变大，所以弹

性绳的弹性势能一直变大，故人的机械能一直变小，故C错误；

D.4到8的过程中，绳的弹力小于人的重力，合力向下，人的动能逐渐增大，8到。的过程中，绳

的弹力大于人的重力，合力向上，人的动能逐渐减小，故D错误。

故