人教版8下物理11.4 机械能及其转化（导学案）【教师版】.docx

11.4机械能及其转化（导学案）

【学习目标】

1.能通过生活实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。知道机械能，能解释与机械能转化有关的现象。

2.通过分析生活现象和实验中的动能和势能相互转化情况，发展科学推理、科学论证、质疑创新等思维能力。

3.经历动能和势能相互转化的探究过程，用科学方法进行分析，基于证据得出结论，并对探究过程和结果进行交流，提升科学探究能力。

4.通过了解水能和风能的利用，培养节约能源的意识，激发利用科学技术发展新能源的动力。

【学习重点】动能和势能之间的转化。

【学习难点】机械能守恒。

【自主预习】阅读教材，完成以下问题：

1．机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。

2．机械能及其转化：动能和势能之间可以(选填“可以”或“不可以”)相互转化。

3．机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，尽管动能和势能的大小会变化，但动能和势能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。

4.水能和风能的利用：自然界中的流水和风都具有大量的机械能，可以用来发电。

【合作探究】

探究一、机械能及其转化

1.机械能

【想一想】把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到你的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。你认为铁锁摆回时会打到你的鼻子吗?

【现象与分析】铁锁并不会碰到鼻子。松手后，铁锁离你而去，且速度的大小不断变化，到达左侧最高点后，铁锁又向你运动，接近你的鼻子之后，又会离你而去，循环往复。

在这个过程中，铁锁的运动快慢在变化，说明动能在发生变化。同时，铁锁的高度也在变化，说明铁锁的重力势能也在发生变化。但铁锁并不会碰到你的鼻子，这是什么原因呢?

（2）机械能

【问题】高空飞行中的飞机具有什么能量？

【分析总结，建立机械能的概念】飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，一个物体可以既有动能，又有势能，把这两种能量加在一起，就是它的机械能。

在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。机械能是和物体的运动紧密联系的能量。

机械能的单位是焦耳（J）。

2.动能和势能的转化

（1）动能和重力势能的转化

动能和重力势能可以相互转化。下面以单摆和滚摆的运动为例分析。

①单摆实验：如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时最低，所以摆球的运动可分为下降段和上升段。其能量转化情况见下表。

运动过程

高度

重力势能

速度

动能

能的转化

A→B

降低

减小

变大

增大

重力势能转化为动能

B→C

升高

增大

变小

减小

动能转化为重力势能

C→B

降低

减小

变大

增大

重力势能转化为动能

B→A

升高

增大

变小

减小

动能转化为重力势能

【结论】单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。

②滚摆实验：如图所示，将滚摆挂起来，捻动滚摆，使悬线缠绕在轴上，当滚摆上升到最高点后，放开手，滚摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。

运动过程

高度

重力势能

速度

动能

能的转化

下降

降低

减小

变大

增大

重力势能转化为动能

上升

升高

增大

变小

减小

动能转化为重力势能

【结论】滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。

（2）动能和弹性势能的转化

如图所示，让一个木球从斜面上滚下来，撞到水平面的一根弹簧上。分析其能量转化的情况。

研究的

过程

球的速度

球的动能

弹簧的

形变程度

弹簧的

弹性势能

能的转化

乙木球

压缩弹簧

逐渐减小

直至为零

逐渐减小

直至为零

由小变大

逐渐增大

动能转化为

弹性势能

丙弹簧把木球弹回

由零逐渐

增大

由零逐渐

增大

由大变小

逐渐减小

直至为零

弹性势能

转化为动能

【结论】动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。

（3）归纳结论

动能和势能可以相互转化。动能和重力势能可以相互转化，动能和弹性势能可以相互转化。

注意：判断动能和势能的相互转化的方法

①动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且一定是此增彼减。

②动能的增减变化要以速度的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面高度的变化来判断；弹性势能的增减要根据弹性形变大小的变化来判断。

（4）动能和势能相互转化的实例

①人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。

②拉弓射箭时，拉开的弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。

③撑杆跳高时，能量的转化情况：

起跳瞬间?：运动员的动能转化为撑竿的弹性势能。

?上升过程?：撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能。

?下落过程?：重力势能转化为动能?。

3.机械能守恒

（1）机械能守恒

动能、势能的大小会变化，它们的和是否变化呢？物理学家经过大量的实验研究与理论推导，得出了如下规律：

如