初中物理人教版八年级下册11.3 动能和势能教案

这是一份初中物理人教版八年级下册11.3 动能和势能教案，共9页。教案主要包含了能量，动能，重力势能等内容，欢迎下载使用。

设计说明
“动能和势能”这一节主要是让学生理解能量与做功的关系，认识动能和势能的概念并会解释一些简单的物理现象，进一步理解影响动能和势能大小的因素。
教学中，对于能量的引入，可以从一些涉及能量的词中，知道“能”是重要的概念，再联系做功的知识，列举实例，如教材上的实例和演示小实验，用学生自主学习的方法，让学生列举运动的物体能做功的现象，并分析这些不同事物的相同点，进而得出运动的物体具有的能量是动能的结论。进一步用实验或多媒体资料归纳出动能大小的决定因素，并能分析和解释生产和生活中的现象。对于重力势能和弹性势能的学习，也可用同样的方法，设计与动能相同的学习框架，让学生用科学探究的方法学习，同时学生可以加深体验学习物理的方法，感受到学习物理的乐趣。
影响动能和势能大小的因素是本节教学的重点，也是难点，可以让学生通过观察物体从斜面上自由滚下的实验或是滚摆的实验归纳出动能或重力势能的大小变化关系，进而归纳出其各自的影响因素，通过适量的相关练习来巩固学习的知识点。
教学目标
1.能通过实例从做功的角度描述能量，能说出能量与做功的关系，记住能的单位。
2.能通过实例或实验初步认识动能、势能的概念，并能运用其解释相关的现象。
3.能通过实验探究，了解动能、势能的大小跟哪些因素有关。
4.具有从能量的角度分析物理问题的意识。
教学重点难点
1.重点：影响动能和势能大小的因素。
2.难点：影响动能和势能大小的因素、能量的概念。
教具
学生用：斜槽、钢球、木块等。
教师用：斜槽、钢球、木块、质量不同的重物、沙槽、小桌、橡皮筋、弹簧等。另有电化教学器材、教学光盘。
教学过程
回顾思考
1.做功的两个必要因素是什么？
2.物体受力时发生形变，不受力时又恢复到原来形状的性质叫________。
3.在“阻力对物体运动的影响”实验中，让小车从斜面的相同高度滑下，目的是________。
导入新课
1.故事导入
播放：据英国《每日邮报》报道，2014年2月24日，在美国佛罗里达州上空约300米处，一只飞鸟与一架轻型飞机相撞，飞机挡风玻璃被撞碎，并且这只飞鸟还砸中了驾驶员的脸。不过，驾驶员最终将飞机成功地安全降落在机场。
问：飞鸟为什么能把飞机挡风玻璃撞碎？带着这个疑问，我们开始今天的学习。
2.多媒体导入
播放视频及几个画面：（播放视频资料：流动的水能够推动皮艇前行、飓风能够把屋顶掀翻、行驶的摩托车能够撞动汽车）。

问：上述三个过程中都有哪些物体能够做功？
带着这个疑问，我们开始今天的学习。
3.新闻导入
多媒体播放一则新闻：《铁路职工“中弹”昏倒》
教师：新闻中一只平常的馒头竟然能把人当场击昏，这是什么原因呢？学完这节课大家就会明白了。
进行新课
探究点一 能的概念
实验探究：出示斜槽
（1）让钢球位于斜槽顶端。
①此时钢球受到了什么力的作用？做功了吗？
此时钢球处于静止状态，只受到重力和支持力的作用，由于没有移动距离，故这两个力都没有做功。
②怎样才能让钢球做功？
启发学生想象和思考：如果钢球滚下来，就可以让钢球在重力的方向上运动一段距离了。
归纳：虽然钢球此时没有做功，但它却具有做功的本领。
（2）同样的思维，我们来看一下阳台上的花盆、高处的重锤、拉伸的弹簧，它们各自有做功的本领吗？
引导学生分析：这些物体虽然处于静止状态，但都蕴含了能量，都有做功的本领。
总结：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越大。
能的单位与功的单位一样，都是焦耳，简称焦，符号J。重力为1 N的物体（质量约为0.1 kg）被提升1 m所获得的能量大约就是1 J。
通过举例顺势引导学生思考能量的大小和如何去判断能的大小。
比如用风来举例：四、五级风能够推动帆船“逆水行舟”，八、九级大风可以使大树“前仰后合”，而飓风能把大树连根拔起。
让学生回答：哪种风具有的能量最大？
你怎样判断能的大小？
通过学生的回答总结：在物理学中，能量和做功有密切的联系，能量反映了物体做功的本领。一个物体能做的功越多，这个物体的能量就越大。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例1 （多选）下列关于能的叙述中，正确的是（ ）
A.一个物体能够做功，我们说这个物体具有能
B.挂在树枝上的苹果，没有做功，所以没有能
C.一个物体具有的能越多，说明这个物体做的功越多
D.一个物体能够做的功越多，这个物体具有的能越多
解析：一个物体能够做功，我们就说它具有能，一个能够做功即具有能的物体，只能说明物体有了做功的本领，但不能说明物体正在做功，A选项正确；同理，具有的能越多，说明这个物体能够做的功越多，不一定做的功多，C选项错误；挂在树枝上的苹果，没有做功，但落下来时能够做功，所以具有能，B选项错误；一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能越多，D选项正确。
答案：AD
探究点二 动能
实验探究：什么是动能
师：请同学们说一说都知道哪些形式的能量呢？
生：光能、电能、声能、太阳能……
师：同学们知道的能量可真不少。下面请同学们观看课件中的情景。（流动的水推动小船，风吹动风车，子弹击穿木块，汽车撞击木块）
师：刚才同学们看到的流水、风、子弹、汽车是否具有能量呢？这些物体有什么共同特点。
生：它们具有能量，都是运动的。
师：根据它们的特点给它们具有的能量试着进行命名。并举些其他例子。
引导总结：它们是因为运动具有的能，叫动能。如：飞行的小鸟，奔驰的骏马……
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例2 下列动物中不具有动能的是（ ）
A.空中飞翔的雄鹰B.枝头睡觉的猫头鹰
C.缓慢爬行的蜗牛D.忙于搬家的鼹鼠
解析：动能是指物体由于运动而具有的能量，A、C、D三个选项中的动物都在运动，所以都具有动能，而B选项中的猫头鹰静止，不具有动能，故选B。
答案：B
探究点三 探究影响动能大小的因素
列举实例说明：运动的物体具有的动能多少不尽相同，如狂风能吹倒大树，而微风只能使树枝摇动。动能的大小各有不同，那么动能的大小与什么因素有关呢？
（首先要让学生明确如何确定动能的大小，引导学生总结出木块被推动得越远，表示物体的动能越大。让学生明白，物体动能大小不容易判断，需要通过对其他物体的作用效果来体现，这里涉及了转换法）
阅读教材第67页实验，分析我们是通过什么看出钢球具有动能的？
（因为钢球推动木块做了功）
钢球的动能大小我们用什么来体现？
（用木块运动距离的远近来体现）
如何改变钢球做功的多少呢？
（学生猜想：改变钢球的质量、高度……）
实验探究：探究影响动能大小的因素。
采用如图所示的实验装置，让钢球从斜面上滚下，碰到木块上，推动木块做功，让同一个钢球从不同高度滚下，看哪次木块被推得远。如图所示，换用质量不同的钢球，让它们从同一高度滚下，看哪个钢球把同一木块推得远。
完成实验后，可组织学生讨论以下几个问题帮助学生加深对实验的理解：
（1）两次实验中，分别控制哪些因素不变？哪些因素改变？为什么要这样设计实验？
（2）两次实验中，分别让小球从斜面的不同高度或相同高度滚下，目的是什么？
（3）为什么让小球推动木块？木块被推动距离的远近说明了什么？
结论：物体动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，动能越大。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例3 如图是探究“动能的大小跟哪些因素有关”的实验装置图。
（1）若让同一钢球分别从斜面不同的高度由静止开始滚下，高度h越高，钢球运动到水平面时速度越________，木块B被撞得越________。
（2）若让不同质量的钢球分别从斜面相同的高度h由静止开始滚下，比较木块B被撞击后运动距离s的远近。这是为了探究动能的大小与________的关系。
解析：影响物体动能大小的因素有两个：一是物体的质量，二是物体的速度。本实验采用控制变量法来探究动能的大小跟质量与速度的关系。（1）若让同一钢球分别从斜面不同的高度由静止开始滚下，则是保持质量不变，通过调整不同高度来改变物体的速度，而且高度越高，钢球运动到水平面时的速度越大，木块B被撞得越远。（2）若让不同质量的钢球分别从斜面相同的高度h由静止开始滚下，则是控制速度不变，通过改变质量来研究动能大小的情况，而动能大小的情况可以用木块B被撞击后运动距离的远近来反映，所以本操作是为了探究动能的大小与质量的关系。
答案：（1）大 远 （2）质量
探究点四 重力势能
（1）重力势能的概念
运动的物体具有动能。生活中也有很多物体并没有运动，但是它们也能做功，也具有能。
设置情景：同学们抬头看悬挂在教室顶上的日光灯，如果悬挂它的线足够细，或时间长出现了老化问题，坐在日光灯下的同学们会有什么感觉？
生：这样会砸到我们，我们会受伤。
师：悬挂的日光灯有能量吗？如何判断它具有能量？同学们还知道哪些物体，它们没有运动，但是也具有这样的能量？
（根据学生的回答，结合做功的条件和能的概念，分析不运动的物体的能量形式）
教师讲解：人们在打桩时，必须把重锤高高举起，当重锤落下时可以做功，因为重锤受到竖直向下的重力，重锤下落时沿着重力的方向向下通过了一段距离，所以举高的重锤可以做功，将木桩打入地里。试想，一个重锤如果静止地压在木桩上是不能做功的。重锤只有在被举高的情况下才能做功，即重锤被举高时才具有做功的本领——能。
一池静止的水是不能做功的，但是这一池静止的水如果处在高山上，水下落时就可以做功，把水轮机冲得转起来，就可以对水轮机做功。
归纳：物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能叫重力势能。
强调：动能和重力势能都是物体所具有能量的一种形式，同一个物体可能同时具有两种形式的能量，也可能只具有其中一种形式的能量。
（2）影响重力势能大小的因素
请同学们判断下列物体的重力势能的大小。
①打地基时，质量是20 kg的石头重锤和质量是100 kg的铁质重锤被举得同样高，谁的重力势能大？
②同一个重锤，被举高1 m或3 m两种情况下，哪种情况重力势能大？
猜想：重力势能的大小跟物体的质量和被举的高度有关。
实验探究：探究重力势能的大小跟物体的质量和被举高的高度的关系。
设计并进行实验：a.如图所示，把质量为m的重物第1次从h高处由静止放下，第2次从2h高处由静止放下，比较两次把小桌子砸入沙中的深度。
b.如图所示，将重物都从h高处由静止放下，第1次重物质量为m，第2次重物质量为2m，比较两次把小桌子砸入沙中的深度。
探究分析：重物的质量相等时，高度大的把小桌子砸入沙中的深度大，说明质量相等时，高度大的重物的重力势能大。
重物的高度相等时，质量大的把小桌子砸入沙中的深度大，说明高度相等时，质量大的重物的重力势能大。
探究归纳：决定重力势能大小的因素是物体的质量和被举高的高度，在高度一定的情况下，质量越大，重力势能越大；在质量一定的情况下，高度越大，重力势能越大。
注意：（1）在分析重力势能大小的变化时，要同时考虑物体的质量和被举高的高度两个因素，质量大的物体其重力势能不一定大，同理高度大的物体，其重力势能也不一定大。（2）在没有特别指明的情况下，“高度”一般是指相对于地面而言的。在初中阶段，通常把地面上的物体所具有的重力势能看成零。
应用：尝试解释为什么花盆放在高楼阳台的边缘很危险。
引导学生回答：因为高楼阳台的花盆处于高处，质量一定，具有较大的重力势能，不小心落下时做功较大，易造成危害。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例4 一架飞机在高空中水平匀速飞行，向灾区投放救灾物资。该飞机在此过程中（ ）
A.动能不变B.动能减小
C.重力势能不变D.重力势能增大
解析：一架飞机在高空中水平匀速飞行，高度不变、速度不变，向灾区投放救灾物资时，飞机的质量减小，所以飞机的动能和重力势能都减小，故选B。
答案：B
探究点五 弹性势能
（1）弹性势能
实验探究：（教师边演示，边讲授）把一个砝码放在弹簧上的小木板上，用力将弹簧压缩，使其发生弹性形变。此时，弹簧静止，没有动能。弹簧也没有被举高，也没有重力势能。
问题：弹簧能不能做功？
（能。放开手，砝码被弹簧举起来）
分析：可见，被压缩的弹簧也具有能。这种能区别于动能和重力势能，它是由于物体发生了弹性形变而具有的能。
总结：发生弹性形变的物体具有的能叫弹性势能。
物体在很多情况下都具有弹性势能。射箭用的弓被拉满时产生弹性形变，具有弹性势能。钟表的发条在卷紧时具有弹性势能，通过做功来带动钟表机件正常转动。
（2）影响弹性势能大小的因素
猜想：弹性势能的大小可能与什么因素有关？
（因为弹性势能是指物体由于发生弹性形变而具有的能，所以肯定会与弹性形变量的大小有关）
学生动手操作：用尺子作为弹性物体，探究一下弹性势能的大小与弹性形变量大小的关系。
归纳：物体的弹性势能的大小跟形变大小有关，弹性形变越大，它具有的弹性势能越大。
重力势能和弹性势能是常见的两种势能。
例题讲解：（学生先练习，若有问题，教师补充讲解）
例5 如图所示，某兴趣小组的同学用弹弓进行弹子弹比赛。他们发现弹出的子弹飞行情况各不相同，因此展开了讨论。
（1） 拉开的弹弓具有______能，弹弓上的橡皮筋弹性形变______，具有的能量越多。
（2）他们在研究影响弹出的子弹飞行距离的因素时，提出以下猜想：
猜想1：与子弹的质量有关；
猜想2：与子弹的形状有关；
猜想3：与弹弓橡皮筋的弹性形变程度有关。
①根据所学知识，可以断定猜想3是正确的，判断的依据是________；
②请设计一个简单实验，验证猜想2是否正确，简述你的实验方案：
简要做法：________。
如何判断：________。
解析：在探究影响子弹飞行距离是否与子弹形状有关时，应运用控制变量法进行实验设计。
答案：（1）弹性势（或势） 越大 （2）①弹弓上的橡皮筋的形变越大，具有的能量越多，子弹弹出时的能量就越多，子弹就飞得越远 ②使用同一弹弓，使之伸长相同的长度，取质量相同但形状不同的几个子弹，沿水平方向将子弹射出，测量子弹飞行的距离 若子弹射出后飞行的距离不同，则说明子弹飞行距离与子弹形状有关；若子弹射出后飞行的距离相同，则说明子弹飞行距离与子弹形状无关。
课堂小结
本节课我们主要学习了动能和势能两部分内容，其中影响动能和势能大小的因素是本节课的重点和难点，同学们要重点掌握。请完成“当堂达标”测试题，巩固一下所学的知识。
布置作业
教材第70页“动手动脑学物理”第1至5题。
板书设计
一、能量
物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。
二、动能
1.物体由于运动而具有的能量。
2.动能大小跟物体的运动速度和质量有关。
三、重力势能
1.物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能量。
2.重力势能的大小跟物体的高度和质量有关。
四、弹性势能
物体由于发生弹性形变而具有的能量。
弹性势能的大小跟弹性形变的程度有关。