【大单元教学】教学设计：机械能及其转化-八年级物理下册（人教版）

【大单元整体教学】物理学科人教版八年级下册

第十一章分课时设计

课题机械能及其转化

课型新授课口复习课口试卷讲评课口其他课O

1.教学内本节要求学生不仅要知道动能和势能之间可以相互转化，而且要了解转化过程中遵

容分析从的规律。教学中，以渗透机械能守恒的思想为前提，加强实验，并利用动画、视频等，

激发学生的学习兴趣，使学生能够从影响物体动能、重力势能和弹性势能大小的因素的

角度判断物体的机械能如何变化。

本节内容由“机械能及其转化”和“水能和风能的利用”两部分构成，教学重点是

动能和势能之间的转化.为了能够从转化和守恒的观点将动能和势能联系起来，可以让

学生分析、讨论生活现象如荡秋千、跳蹦蹦床、拍皮球等过程中物体高度、速度的变化，

进而讨论动能和势能的变化情况，引出动能和势能的转化规律。

2.学习者八年级学生经过一个学期的物理学习，已经基本具备了一个科学探究的素养。在教

分析学各个环节中注意通过学生感兴趣的事例入手，再通过猜、想、分析•、实验、推理等手

段来处理问题，层层深入，最后通过学生动脑分析、动手操作来解决遇到的问题，这样

不仅启迪学生思维、锻炼学生能力、还会大大加强学生学习物理、运用物理的自信心。

学习本课前，学生已经掌握了动能和势能概念及其影响因素。在日常生活中经常接触到

“能量”，认为“能量”是一种很有用的东西，对“能量”很有神秘感。通过上一节

“动能和势能”的学习，对“能量”的概念和“能量”的分类有一定的认识，知道各种

机械能的概念以及各种机械能的大小跟什么因素有关。对学习机械能的应用以及有关

“能量”的深入学习有很高的期待。这一节课就是通过实验和实例进行分析引导学生通

过分析物体动能和势能的变化联想到它们的转化，再由转化到综合应用，比较符合学生

的认识规律。

3.学习目（1）知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能；

标确定与（2）能通过实验或实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。能解释与机械能

转化有关的现象；

教学重难

（3）经历动能和势能的转化的实验探究过程，进一步体会物理规律的得出过程，

点

体验学习物理知识的乐趣；

（4）初步了解机械能守恒的含义，利用机械能守恒定律解释日常生活中某此具体

问题；

（5）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际生产、生

活中得到了广泛的应用。

本节教学的重点是动能和势能的相互转化分析。教学难点是能够理解机械能守恒，

并能解释机械能转化的物理现象。

4.评价量《机械能及其转化》的评价量表

表学生同学教师

任务列表任务要求（满分：10分）

自评互评评价

任务一:机械能能正确描述动能和势能之间的转化，能利用

及其转化机械能守恒定律解决问题（10分）

5.学习活动设计

教师活动学牛.活动设计意图/学习评价

任务一：引入新课

手持粉笔头高高举起。提问：

被举高的粉笔具不具有能量？为什

么？

学生回答提问后，再引导学生

分析粉笔头下落的过程。首先提出

当粉笔头下落路过某一点时，粉笨从身边的实验出发，充分

头具有什么能量？（此时既有重力调动学生参与课堂教学的积

学生思考并回答

势能，又有动能）继而让学生比较极性

在该位置和起始位置，粉笔头的重

力势能和动能各有什么变化？（重

力势能减少，动能增加）

在粉笔头下落的过程，重力势

能和动能都有变化，指出自然界中

动能和势能变化的事例很多。

任务二：机械能及其转化

给出机械能的概念，重力势能、学生进行实验并回答问改为学生实验，让他们参

弹性势能统称为势能，动能、势能题：①重力势能。与实验探究。在试验中获取知

统称为机械能。物体具有的机械能②下降时：质量不变、高识，增长本领。

等于动能、势能两种能量之和。度变小、速度变大、重力势能通过精心设计的问题，激

活动一：如图，将滚摆卷起后变小、动能变大，减小的重力活学生的思维，提高学生参与

释放，让学生观察分析：势能变成了动能。课堂教学的积极性和有效性。

③上升时：质量不变、高人造地球卫星涉及机械

度变大、速度变小、重力势能能的转化和守恒，可以拓宽学

+十士变大、动能变小。减小的动能生视野。

变成了重力势能。【评价标准】能正确描述

①滚摆在最高处时具有什么④动能和重力势能之间可动能和势能之间的转化，能利

能？以相互转化。川机械能守恒定律解决问题

②释放后观察滚摆的高度、速（10分）

度、质量的变化。能正确描述动施和势能

③分别分析滚摆下降和上升过之间的转化，不能熟练利用机

程中动能、势能的变化情况。械能守恒定律解决问题（8分）

④动能和重力势能之间是否可能正确描述动能和势能

以相互转化？之间的转化，不能判断机械能

活动二：如图，将单摆的摆球学生进行实验并回答问是否守恒（6分）

置于A处，然后释放。摆球就可以题：①摆球在A、C处位置最高,

具有的重力势能最大。

②摆球在B处速度最大，

具有的动能最大。

③摆球从A〜B运动过程

①摆球在哪些位置高度最高？

中，重力势能不断减小，动能

②摆球在哪些位置速度最大？

不断变大，是重力势能不断转

③分析摆球从A〜B运动过程

化为动能。

中，动能、势能的变化情况。

④摆球从B〜C运动过程

④分析摆球从B〜C运动过程

中，重力势能不断增大，动能

中，动能、势能的变化情况。

不断减小，是动能不断转化为

总结：动能和重力势能可以相

重力势能。

互转化。

活动三：按下图进行实验。让

学生进行实验并回答问

木球从斜槽上端滚下，观察木球碰

题：

击弹簧片的过程。分析上图中，木

从甲一乙图中，木球的动

球从甲f乙图和乙f丙图能量转化

能转化为弹簧的弹性势能。从

的过程。

乙一丙图中弹簧的弹性势能转

化为木球的动能。

这说明动能和弹性势能可

以相互转化。

回顾滚摆实验后思考：①滚摆

I：下运动的过程中机械能总量有什

么变化，为什么？

②滚摆机械能总量减小的原因

是什么？如果没有摩擦和空气阻

力，机械能的总量还会不会变化？

总结：在动能和势能相互转化

的过程中，如果没有摩擦和空气阻

力则机械能的总量保持小变，这就

是机械能守恒定律。

活动四：铁锁会碰到你的鼻了

吗？分析：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

用绳子把一个铁锁悬挂起来。相互转化，在转化的过程中，

把铁锁拿近自己的鼻了•，稳定后松铁锁的机械能的总量不会增

手，头不要动。铁锁向前摆去又摆加，铁锁上升的高度不会超过

回来。铁锁摆回时会碰到你的鼻子原来的高度，打不到鼻子上。

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？学生阅读并思考后回答：

介绍人造地球卫星在运行过程①守恒，因为卫星在太空

中发生的动能和势能的相互转化。运行，没有空气阻力，只有动

思考：①卫星运行过程中机械能是能和势能之间的相互转化。②

否守恒？重力势能增大，动能减小，速

②卫星从远地点向近地点运动度减小。

时重力势能、动能、速度分别怎么③在近地点时动能最大，

变化？在远地点时重力势能最大。

③卫星在什么时候动能最大？

什么时候重力势能最大？

任务三水能和风能的利用

请学生观看图片或者视频，认

识自然界存在的机械能.指出：水

能和风能是水或者空气因为运动或

者位置高而具有的机械能。

修筑拦河坝可以提高坝前上游通过水能和风能的利用，

的水位，水位越高，水的重力势能请学生观看图片或者视知道人类如何利用机械能的

就越大。这样水从坝上落下时转化频，了解水电站是怎样使发电转化与守恒解决实际问题。提

成的动能就越大，水推动坝下方的机转动的，风力发电是怎样的。高运用机械能转化与守恒观

水轮机转动，水轮机乂带动发电机点分析力学问题的意识。

发电，水能最终转化为电能。

利用风能做功主要是靠风车，

也可以用风车的转动带动发电机发

电。利用风能不会有环境污染，但

风能不稳定，不像拦河坝那样能把

“风能”储存起来。

展示图片或者视频，表现自然

界的机械能有利也有弊。

在水（风）力发电站，将水（风）

的机械能转化为电能

6.板书设计

1.机械能：动能和势能统称为机械能

2.动能与势能之间的转化

3.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

能的总量保持不变。

4.水能和风能的利用

7.作业与拓展学习设计

1.如图所示，我国自主研制的首艘货运飞船天舟一号天舟一号在随火箭加速上升过程中，动能

重力势能机械能（为选填“变大”、“变小”或"不变”）。

【答案】变大变大变大

【详解】天舟一号”在随火箭加速上升的过程中，质量不变，速度变大，动能变大；而度增

加，重力势能增加；因为动能与势能的总和等于机械能，所以机械能变大。

2.2020年6月份，随着最后一颗北斗组网卫星的发射成功，我国北斗导航系统开始服务全球。若某

卫星沿椭圆轨道绕地球运行，则该卫星从远地点向近地点运行的过程中，能转化为能，机

械能（选填“守恒”或“不守恒。

•近地点

【答案】重力势动守恒

【详解】卫星在大气层外运行，机械能守恒；卫星从远地点向近地点运行的过程中，其质量

不变，高度降低，则卫星的重力势能减小，动能增大；由于•没有阻力，机械能守恒。

3.如图所示，光滑斜面PM与水平面MN平滑连接，弹簧左端固定。小物块在斜面上从夕点由静止

滑向例点的过程中，动能，机械能;小物块压缩弹簧的过程中，弹簧的弹性势

能（均选填“变大”，“变小”或“不变”）。

【答案】变大不变变大

【详解】|1]小物块在斜面上从尸点由静止滑向M点的过程中，小物块做加速运动，速度增加，所以

动能变大。

[2]由于斜面PM是光滑斜面，没有摩擦力，小物块的机械能守恒，即机械能不变。

⑶小物块压缩弹簧的过程中，弹簧的形变量变大，弹簧的弹性势能变大。

4.蹦床运动是一项运动员从蹦床反弹到空中完成各种高难动作的竞技运动，具有极大的观赏性，给

人以美的享受，被赋予“空中芭蕾”的称号。如图所示为一套基本健身蹦床动作，人从A点运动到8

点的过程中，它的能转化为能；人在整个一套动作运动过程中机械能

（选填“守恒”或“不守恒”），在B点的机械能（选填“大于”“小于”或“等于“）它在C点的

机械能。

【答案】动重力势不守恒大于

【详解】152]人从4点运动到B点的过程中，高度增加，速度减慢，他的动能转化成重力势能。

[3]⑷因人在运动过程中要克服摩擦力做功，机械能会逐渐减小，故整个过程中人的机械能不守恒，

在B点的机械能大于在C点的机械能。

5.2020年9月19日，有“亚洲翼装飞行第一人”之称的张树鹏，在天津泰达航母主题公园精准降落

在“基辅号''航母甲板的跳靶上，完成了全球首次航母翼装飞行。当其从直升机上一跃而下时，重力

势能逐渐:打开降落伞后匀速下降时，其动能;在整个下降过程中，张树鹏的机械能

（均选填“增大”“减小”或“不变”）。

【答案】减小不变减小

【详解】［1］当张树鹏从直升机上一跃而下时，质量不变，高度减小，重力势能逐渐减小。

［2J张树鹏打开降落伞后匀速运动时，质量和速度均不变，其动能不变。

［3J在整个下降过程中，张树鹏需要克服空气阻力做功，他的机械能减小。

6.我国最先进的运20空中加油机（图）正在以大小不变的速度给匀速水平飞行的战斗机加油。在

加油的过程中，战斗机的动能，重力势能，加油机的机械能O（均选

填“增大”“减小”或“不变”）

【答案】增大增大减小

【详解】UH2］［引在加油过程中，接受油的战斗机的速度不变，质量增大，所以战斗机的动能增大；

高度不变，重力势能增大；加油机的质量减小，速度不变，动能减小，其飞行高度不变，重力势能

减小，机械能减小。

7.捻动滚摆的轴使它升高后释放，观察到滚摆沿着悬线向下运动，到最低点后又上升，往返运动。

在下降过程中，滚摆的速度变快，动能;（选填“变大”，"变小”，“不变”）滚摆的转化为

动能；滚摆往返运动过程中，观察到说明机械能在减少。

I【答案】*变大重力势能滚摆的高度越来越低

【详解】II］滚摆在下降过程中，重力势能逐渐转化为动能，在下降过程中，滚摆的速度变快，动能

增大，重力势能减小。

⑵在下降过程中，滚摆的质吊不能，高度降低，速度变大，重力势能减小，动能增大，滚摆的重力

势能转化为动能。

⑶从放开滚摆到停止运动过程中，由于滚摆和空气之间存在摩擦，滚摆每次上升过程中质量不变，

上升的最大高度不断减小，重力势能不断减小，滚摆克服摩擦做功，机械能要转化为内能，机械能

减小。

8.如图是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案图，与站台连接的轨道有一定坡度从节能的角度分析,

这样的设计可以让列车无动力滑行进站时将—能转化为—能储存起来，此过程中机械能总

最一。洒水车沿着街道匀速行驶，将水泗向路面，在此过程中，它的动能将o

I口nn口H口「口H口m口I

IIi7

【答案】动重力势减小变小

【详解】列车进站时爬坡，质量不变，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，通

过爬坡将动能转化为重力势能储存起来；列车进站时，克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，

机械能会减少。

[4]动能大小与质量和速度有关，洒水车沿街道匀速行驶，将水洒向路面，速度不变，质量减小，所

以动能减小。

9.中国女篮获世界杯亚军，振奋全国人民。如图1所示，离手后的篮球在空中依次从A点运动到D

点点动能最大。图2为它在等高点B和。的能量柱状图，则篮球在8点的机械能

（填“大于”“等于”或“小于”）在。点的机械能。整个过程机械能（填“守恒”或“不守恒”）。

【答案】人大于不守恒

【详解】[1]刚出手的篮球速度最大，离手后的篮球在空中依次从A点运动到。点，在A点时速度最

大，动能最大。

[2][3]从图2可以看到，位置5和点。的重力势能相同，但位置3的动能较大，而物体机械能为动能

和重力势能之和，所以篮球在3点的机械能大于在。点的机械能，即整个过程机械能不守恒。

8.教学反思与改进

本节课主要采用以课件设疑来调动学生的好奇心，然后以问题为切入点展开讨论，让学生在情

境问题中来感悟物理知识，起到乐中求学，学中求乐，不知不觉中总结出动能和势能之间可以转化

的知识点。为了加深学生对动能、势能的相互转化的印象，再进一步举出生活事例进行分析。由于

现象皆从身边来，故讨论时都踊跃发言，经过•定的“争吵”讨论出的结果正确性更高而且深刻。

经过这样热烈的讨论，学到的知识一定印象深刻，从枯燥无味的课堂中感受到学习物埋的乐趣。

作'”设计

11.4机械能及其转化课时作业（时间：20min）

【基础训练】

知识点1:机械能转化及其守恒

1.科技的发展，使农业机械化水平越来越高.如图所示，这是i架飞机在一定的高度匀速直线飞行

给小麦喷洒农药的情景（不计空气阻力），喷洒农药的过程中，飞机的重力势能，机械能

（均选填“增大”“减小”或“不变。

【答案】减小减小

【详解】在一定的高度匀速飞行的飞机喷洒农药的过程中，其速度不变，高度不变，但质豉减

小，所以动能减小，重力势能减小，机械能减小。

2.2023年5月，我国首次按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式T线客机

——C919圆满完成商业首飞cC919加速升空时,其动能,机械能（均选填“增大”或“减

小。

【答案】增大增大

【详解】[1][2]C919加速升空时，C919的质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增

大，机械能包括动能和势能，机械能增大。

【能力提升】

1.如图所示为掉在地上的弹性小球在地面上弹跳的频闪照片。弹性小球从A点下落至E点的过程中，

它的转化为动能；弹性小球从8点上升至C点又开始下落，小球在8点的机械能

（选填“大于“小于”或“等于“）它在C点的机械能。小球到达。点时，若所受外力消失，小球将保持

状态。

•：A力-

•••••

【答案】重力势能大于匀速直线运动

【详解】[1]弹性小球从A点下落至8点的过程中，它的高度减小，重力势能减小，速度增大，动能

增大，重力势能转化为动能。

⑵小球弹起的最大高度越来越小，说明在运动的过程中，由于空气阻力等原因，它的机械能不断减

小，所以，小球在8点的机械能大于它在C点的机械能。

⑶小球到达。点时♦，不再向上运动，但是仍具有水平向前的速度，若所受外力消失，小球将保持匀

速直线运动状态。

2.如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小木块，。点为弹簧在原长时物块的位置。木块由

A点静止释放沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最远到达8点。在从A到B的过程中，弹簧的弹

性势能,弹簧和木块的机械能（选填"先变小后变大'"一直不变”或“一直变小”）。

✓/

/////，>///////////，

AOB

【答案】先变小后变大一直变小

【详解】[1]木块由人点静止释放沿粗糙程度相同的水平面被弹簧推着向右运动，到达o点时，弹簧

的弹性势能转化成木块的动能，弹簧的弹性势能减小，。点是弹簧原长时木块的位置，此时弹簧的弹

性势能为0；木块到达。点后由于惯性继续向右运动，所以弹簧逐渐被拉伸，弹性势能逐渐变大，所

以弹簧的弹性势能先减小后增大。

[2]木块在从A到8的过程中，木块克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，所以弹簧用木块的机

械能减小。

3.嫦娥五号返回器用类似“打水漂''的方式着陆地球，其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。A4段

返回器的动能（选填“变大”、“变小”或“不变”）；段返回器的机械能（选填“变

大，、，，变小，，或，，不变，，），C。段返回器的重力势能（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

【答案】变小不变变小

【详解】[1]4B段，返回器的质豉不变，高度变大，重力势能变大，是返回器的动能转化为重力势能,

所以返回器的动能变小。

⑵8c段没有受到空气的阻力，机械能是守恒的，保持不变。

[3]CO段，质量不变，高度变小，重力势能减小，速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能。

4.如图所示，A、B两个一样的钢球以相同速度如分别进入两个路程一样的光滑圆弧轨道，并以相

同速度如离开轨道，A球的平均速度盯，B球的平均速度12则如____v/,V/-2（均选填“>”、

y，，或“=，，）。

【答案】><

【详解】［”［2］小球在光滑圆弧轨道上运动时，不受阻力，则机械能守恒，上坡时，重力势能增加，

则动能减小，做减速运动；下坡时，重力势能减少，则动能增加，做加速运动。所以A球先减速后

加速，B球先加速后减速，初始和结尾速度均为%,所以心>匕，%v%。

5.如图所示，小球由静止开始沿着粗糙的路面从。点向"点臼由运动，其中〃和"两点在同一水平高

度.则下列说法中正确的是（）

—►

A.小球从。到d运动的过程中，c点势能最大

B.小球从c到d减速上坡，动能转化为重力势能和内能

C.小球从a到d运动的过程中，机械能不变

D.小球在b和d点时重力势能和动能都相等

【答案】B

【详解】A.小球在。点时高度最大，重力势能最大，c点高度最小，重力势能最小，故A错误；

B.小球从c到d减速上坡，质量不变，速度变小，动能变小，同时高度变大，势能变大，动能转化

为重力势能；由于路面粗糙，小球在此过程中需要克服摩擦力做功，有一部分机械能转化为内能，所

以，部分动能转化为重力势能,故B正确；

C.小球从〃到d运动的过程中，克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，机械能减小，故C错误;

D.小球在人和d两点在同一水平高度，即两位置小球的重力势能相同；小球在上滑过程中需要克服

摩擦力做功，有一部分机械能转化为内能，所以小球在方点的动能大于在d点的动能，故D错误。

故选B。

6.“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。

某运动员做蹦极运动，所受绳子拉力尸的大小随时间，变化的情况如图所示。将蹦极过程近似为在竖

直方向的运动，据图可知运动员（）

Oto叫

A.切时刻跳跃者机械能最小B.跖时刻重力势能最大

C.重力大小为0.8凡D.必时刻动能最大

【答案】A

【详解】

ABD.绳子的拉力和伸长量成正比，/。时刻拉力最大，说明此时绳子伸长量最大，跳跃者处于最低点,

高度最低，则重力势能最小；蹦极时，跳跃者处于最低点时，速度减小为0,所以动能为0,则动能

最小；所以此刻跳跃者机械能最小。故A符合题意，BD不符合题意；

C.由图可知，最终拉力保持在0.64不变，此时跳跃者受力平衡，拉力和重力是•对平衡力，大小相

等，所以重力大小为。方外，故C不符合题意。

故选A。

7.我国是世界上拥有空中加油技术的少数国家之一。如图所示是加油机给战斗机加油的情景，在加

油过程中,对干加油机和受油机的机械能的说法F确的是（）

A.受油机动能增加，势能减小，机械能不变

B.加油机动能减少，势能不变，机械能不变

C.加油机动能减小，势能不变，机械能减小

D.受油机动能增加，势能增加，机械能增加

【答案】D

【详解】AD.空中以相同速度水平匀速直线飞行的受油机，其速度不变，但质量变大，故其动能变

大；同时其高度不变，但其质量变大，其重力势能变大，所以机械能变大，故A错误，D王确；

BC.空中以相同速度水平匀速直线飞行的加油机，其速度不变，但质量变小，故其动能变小；同时

其高度不变，但其质量变小，故其重力势能变小，所以机械能变小，故BC错误。

故选D。

8.2022年2月4日，第二十四届北京冬季奥林匹克运动会正式开幕，本届奥运会中国选手有着很强

的实力。图甲是单板滑雪跳台项目，运动员不借助滑雪杖，只