八年级物理11.3《动能和势能》教学详案

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、教学课件。

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。

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。

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1N的物体（质量约为0.1kg）被提升1m所获得的能量大约就是1J。

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。

打地基时，质量是20kg的石头重锤和质量是100kg的铁质重锤被举得同样高，谁的重力势能大？

同一个重锤，被举高1m或3m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。

根据所学知识，可以断定猜想3是正确的，判断的依据是        ；

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）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　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。