资源简介

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第1节 功和机械能（第 3课时） 教学设计
一、基础信息
1. 教材版本：浙教版（2024）九年级科学上册
2. 课时： 第2章 能的转化与能量守恒 第1节 功和机械能 第2课时，课时45分钟
3. 授课对象：九年级学生
4. 课标依据：2022版义务教育科学课程标准，用实例说明功和功率的概念与意义。
二、学情分析
1. 已有基础：掌握力、二力平衡、速度表示物体运动的快慢、路程速度计算，能进行简单计算；
2. 认知难点：
功是过程量、能是状态量难以区分。
3.学生特点：通过速度迁移到功率，可降低理解难度。
三、核心素养教学目标
（一）科学观念
1.理解功和能的关系，建立能量的初步概念；
2.了解动能的概念，理解影响动能的因素；
3.了解重力势能，理解影响重力势能的因素；
4.了解势能的含义，了解弹性势能。
（二）科学思维
1.能用实例说明物体的动能和势能；
2. 运用控制变量法、转换法设计动能、势能探究实验。
（三）科学探究
1.探究动能与质量、速度关系；重力势能与质量、高度关系；
2.初步形成用能量观点分析问题的能力和意识；
3.通过实验培养学生的观察、实验能力和分析概括能力。
（四）态度与责任
初步形成严谨的科学态度和合作精神，敢于探索创新的科学精神和团队意识。
四、教学重难点
重点
动能、重力势能影响因素；
难点
理解“做功是能量转化的量度”，区分功和能。
五、教学过程
（一）情境导入
宇宙间的一切物质的运动和变化都需要能量。没有能量，我们就无法呼吸和行走，也无法思考。没有能量，一切生命将不复存在。没有能量，空气将不再流动，大海将不再有起伏的波浪，太阳也将失去灿烂的光辉。
举例：举重运动员运动员对杠铃做了功，消耗了能量。马拉车，马对车做了功，消耗了能量。飞流直下的瀑布，重力对水做了功，消耗了能量。
提问导入：功和能量存在联系。功和能量有什么关系？
（二）探究活动1：功和能的关系
1.物体具有做功的本领，科学上就说这个物体具有能。
举高的书包有做功的本领，举高的书包具有能量；运动的物体也具有做功的本领，运动的物体具有能量。
人们的生活离不开能，生活中的食、衣、住、行，以及各式各样用品的制作等，都和“能”有密切关系。
2.功和能的关系：
（1）功表示力在空间上积累的效果，是过程量；能由物体运动状态决定，是状态量。
（2）对物体做功可以使物体获得相应的能，而具有能的物体也可以对外做功。
（3）做功的过程实质就是能的转化的过程，力对物体做多少功，就有多少能发生了转化。
（4）功是能的转化的量度。可以用做功的多少来量度能的转化的多少。
（5）能的单位与功的单位一样，也是焦耳。
（三）新知探究2：动能
1. 动能定义：物体由于运动具有的能；一切运动物体都有动能（风、水流、走路、行驶电动车）
2. 探究实验（控制变量法+转换法：木块被推动距离反映动能大小）
实验1：同一钢球、不同高度释放→速度不同，探究动能与速度关系；
实验2：不同质量钢球、同一高度释放→速度相同，探究动能与质量关系；
3. 实验结论：质量越大、速度越大，物体动能越大；速度对动能影响更显著。
4. 实例：道路限速，大货车限速更低（质量大，动能大，刹车距离长）。
（四）新知探究3：势能
1. 重力势能：物体由于被举高具有的能
（1）影响因素：质量、高度；质量越大、位置越高，重力势能越大。
打桩机打桩时，先把重锤高高举起，然后重锤下落，把桩打入地里，高高举起的重锤具有重力势能。
相同质量的重锤，所处的位置越高，它具有的重力势能就越大；处在相同高度的重锤，质量越大，它具有的重力势能就越大。
（2）实例：高空抛物、悬崖落石、高空缆车；利用水力发电时，需要建造大坝，以提高水位、储存更多的水，也就是尽量使水的重力势能更大。
2. 弹性势能：物体由于发生弹性形变具有的能
（1）影响因素：弹性形变程度；形变越大，弹性势能越大。
（2）实例：拉弯的弓、变形的球网、压弯的撑杆、弹弓、游乐弹簧床。
3. 小结：动能+势能统称为机械能。
（五）迁移应用
1.关于功和能的关系，下列说法正确的是（ ）
A.功就是能，能就是功 B.功可以变为能，能可以变为功
C.做功的过程就是物体能量转化的过程 D.物体做功越多，物体的能越大
2.下列物体中只具有动能的有 ,只具有重力势能的有 ，既具有动能又具有重力势能的有 。(填序号)
(1)水平公路上行驶的汽车。 (2)空中停着的直升机。
(3)被起重机举起的集装箱。 (4)被运动员掷出在空中飞行的铅球。
(5)光滑水平面上匀速运动的小车。(6)从枪膛里被射出的子弹。
3.下列关于动能、势能的概念的说法中正确的是（ ）
A.运动的物体具有的能量叫做动能
B.物体由于运动而具有的能量叫做动能
C.有弹性形变的弹簧具有弹性势能，而有时弹簧不形变也具有弹性势能
D.高山上静止的大石头没有做功，所以没有重力势能
4.下列现象中，动能和势能都增加的是（　 ）
A.被玩具枪水平射出的子弹 B.加速冲下山坡的汽车
C.上升越来越快的氢气球 D.平直轨道上行驶的火车
（六）课堂小结+作业
基础：列举3个具有动能/势能的物体；教材课后相关习题，考试这样考。
六、板书设计
七、教学反思（预设）
1. 优势：分组实验落实控制变量、转换法两大科学探究核心方法。
2. 待改进：辨析功和能。
3. 中考对接：课后补充近三年中考功的真题，提炼命题规律。
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第3节 功和能（第3课时）
核心概念聚焦
1.对于功和能的关系，下列说法中正确的是（ ）
A.功就是能，能就是功 B.功可以变为能，能可以变为功
C.做功过程就是物体能量的转化过程 D.功是物体能量的量度
2.我们身边的高层建筑越来越多，同时高空抛物也存在巨大的安全隐患，2021年3月1日起
高空抛物入刑法，因为高处下落的物体具有较大的( )
A.弹性势能 B.重力势能 C.体积 D.阻力
3.用力将酒店大堂的弹簧门推开后总能自动关闭。这是由于门被推开时弹簧积蓄了（　　）
A.动能 B.重力势能 C.弹性势能 D.热能
4.在水平街道上匀速行驶的洒水车，一边行驶一边向道路上洒水。其动能变化是(　　)
A.动能不变 B.动能减小 C.动能增大 D.无法确定
5.小明同学在家利用臂力棒锻炼身体，如图所示压弯臂力棒停留在空中，则臂力棒（　　）
A.只具有重力势能 B.只具有弹性势能
C.具有动能和弹性势能 D.具有弹性势能和重力势能
6.将一支内有弹簧的圆珠笔向下按压（如图），放手后笔会向上弹起一定高
度。下列关于该过程中能量变化的叙述，其中正确的是（ ）
A.向下按笔的过程中，弹簧的弹性势能减小
B.向下按笔的过程中，笔的重力势能增大
C.笔向上弹起的过程中，笔的重力势能增大
D.笔向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能增大
7.如图是探究“物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验图，以下说法中正确的是（ ）
A.本实验研究对象是木块B
B.本实验运用了转换法和控制变量法
C.小钢球A 的质量越大，到达斜面底部的速度越大
D.水平面越光滑木块B移动越远，反映小球A的动能越大
8.如图是雨滴在空中下落过程中速度与时间的关系图，雨滴在t1～t3
三个时刻中具有的动能分别是E1、E2、E3，不考虑下落过程中雨滴
的质量变化，则动能的大小关系是（　　）
A.E1＜E2＜E3 B.E1＞E2＞E3 C.E1＜E2＝E3 D.E1＝E2＜E3
9.生活与实验中都蕴含着丰富的科学道理，请回答：
（1）“禁止超速”，这是因为同样情况下，速度越大的物体具有的 越大，容易引
发交通事故。
（2）“禁止高空抛物”，这是因为高处的物体具有较大的 ，容易引起伤人事件。
（3）在“探究影响重力势能大小因素”的实验中，小科将皮球表面涂黑，使这个皮球分
别从同一幢楼的不同楼层自由下落。其实验目的是探究重力势能大小
与 的关系。如图所示是皮球撞击地面时留下的黑色圆斑，圆
斑 (填“A”或“B”)是皮球从较高楼层下落形成的。
核心素养提升
10.如图所示，甲、乙两个质量不同的小球从相同高度由静止释放，甲球下落过程中经过P、
Q两点，忽略空气阻力，下列说法正确的是 (　　)
A.着地瞬间，两球的动能相等 B.甲球在P点和Q点的机械能相等
C.释放瞬间，两球的重力势能相等 D.从释放到着地，两球所受重力做的功相等
(第10题图） （第11题图） （第12题图）
11.如图所示，质量为m的小球从高为h处的斜面上的A点滚下，经过水平面BC后，再滚上
另一斜面，当它到达高为h/4的D点时，速度不为零，在小球由A运动到D的这个过程
中，重力势能的变化为（　　）
A.减少mgh/4 B.减少3mgh/4 C.减少mgh D.不能确定
12.如图所示是小球在地面弹跳的频闪照片，A、B两点高度相同且距地面30cm，小球在A点
的重力势能________(选填“大于”“小于”或“等于”)B点的重力势能，小球在A点的
动能_______(选填“大于”“小于”或“等于”)B点的动能；若小球的质量为100g，它
从A点落到地面，重力做功________J。(g取10N/kg)
13.如图甲所示，完全相同的木块A和B叠放在水平桌面上，在10牛的水平拉力F1作用下，A、B一起以0.5米/秒的速度做匀速直线运动，此时木块B所受的摩擦力为 牛；若将A、B紧靠在一起放在同一水平桌面上，用15牛的水平力F2推A，使它们一起运动了0.6米（如图乙），则该过程中推力F2做的功为 焦，木块A和B动能总共增加 焦。
创新素养应用
14.某兴趣小组开展了无人机“精准吊装”实验：水平试验台上并排放着①②③号三个物块，
其质量分别为1kg、2kg和4kg。现操控无人机将三个物块从小到大，依次吊装并叠放，
如图所示。已知无人机的质量为5kg，物块的高度h均为5cm。g=10N/kg
任务要求 限定完成时间
叠放①号物块 5秒
叠放②号物块 10秒
叠放③号物块 15秒
（1）无人机吊着物块匀速下降时，物块的动能 ，重力势能 。(选填“变
小”“不变”或“变大”)
（2）该无人机要完成②号物块的吊装，至少需要克服重力做的功为多少焦耳？
（3）上表为“精准吊装”测试考核的具体要求。为完成“叠放③号物块”测试任务，则
该无人机的功率至少为多少瓦？
参考答案
核心概念聚焦
1.C 2.B 3.C 4.B 5.D 6.C 7.D 8.C
9.（1）动能 （2）重力势能 （3）高度 B
核心素养提升
10.B 11.B
12.等于 大于 0.3
13.0 9 3
创新素养应用
14.（1）不变 变小 （2）1 （3）0.27
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第1节 功和机械能
(第3课时）
浙教版 九年级上
创设情境
宇宙间的一切物质的运动和变化都需要能量。没有能量，我们就无法呼吸和行走，也无法思考。没有能量，一切生命将不复存在。没有能量，空气将不再流动，大海将不再有起伏的波浪，太阳也将失去灿烂的光辉。
马拉车前进
运动员对杠铃做了功，消耗了能量。
马对车做了功，消耗了能量。
功和能量存在联系。功和能量有什么关系？
运动员举起杠铃
飞流直下的瀑布
重力对水做了功，消耗了能量。
探究实践
你把放在地面上的书包慢慢提到某一高度，然后停留几秒钟，再慢慢下降放回到地面。把书包提起的过程中，你对书包做了功。当你慢慢把书包放回地面时，会感受到书包拉着手下降，这个过程中书包对你做了功。
流动的水能够推动水车转动，流动的空气(风)能够推动风车转动，飞行的子弹能够穿透钢板，这些情形中，流水、风、飞行的子弹都具有做功的本领。
可见，举高的书包有做功的本领。
运动的物体也具有做功的本领。
举高的书包具有能量
运动的物体具有能量
物体具有做功的本领，科学上就说这个物体具有能。
探究实践
运动员的奔跑
人的学习
植物的生长
人们的生活离不开能，生活中的食、衣、住、行，以及各式各样用品的制作等，都和“能”有密切关系。
飞驰的高铁
汽车的行驶
工厂流水线生产
探究实践
思考与讨论
结合举重和人推车等事例，谈谈做功与能的转化的关系。
举重：
当举重运动员举起杠铃时，运动员施加的力使杠铃在力的方向上移动了一定的距离，因此运动员对杠铃做了功。这个功转化为杠铃的重力势能，即杠铃被举得越高，其重力势能越大。
人推车：
人对车施加向前的推力，车在推力方向上移动了一段距离，此时人对车做了功，能量从人的化学能转化为车的动能。推力越大、车移动距离越长，转化的能量越多。
探究实践
5.能的单位与功的单位一样，也是焦耳。
能与功的关系：
2.对物体做功可以使物体获得相应的能，而具有能的物体也可以对外做功。
1.功表示力在空间上积累的效果，是过程量；能由物体运动状态决定，是状态量。
3.做功的过程实质就是能的转化的过程，力对物体做多少功，就有多少能发生了转化。
4.功是能的转化的量度。可以用做功的多少来量度能的转化的多少。
探究实践
功是能的转化的量度，做功的快慢也就是能的转化的快慢。根据这一观点，请叙述例题中起重机的功率为1.47kW的意义。
思考与讨论
起重机在1秒内完成的功为1470焦。
起重机在1秒内能量转化为1470焦。
起重机在1秒内电能转化为机械能是1470焦。
塔式起重机
飞翔的小鸟
行驶的汽车
风力发电
掷出的铅球
流动的水
探究实践
物体由于做机械运动而具有的能叫作动能。
流动的空气(风)、流动的水、飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、掷出的铅球等物体，都具有动能。
一切做机械运动的物体都具有动能。如果物体静止不动，就没有动能了。
物体动能的大小跟哪些因素有关？
探究实践
探索活动
1.如图2.1-10 所示，小钢球A从斜面上h高度处滚下，在水平面上运动，撞击放在水平面上的木块B，并将木块B推出一段距离s。比较木块B被推出距离的远近，推断小钢球A的动能大小。
小钢球撞击木块
从斜面上h
高度处滚下
小钢球获得滚到水平面时的速度
用木块被推开的距离表示小钢球动能大小
转换法
v1
探究实践
2.让同一个小钢球从斜面上不同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，观察小钢球滚到水平面时的运动快慢，比较木块被小钢球推出的距离大小。
v2
v1
②小钢球从不同的高度处静止滚下：
小钢球滚到水平面时的速度不同。
h1 >h2
v1 >v2
s1 >s2
③实验结论：
①同一个小钢球：保持 相同;
质量
质量相等的物体，运动的速度越大，动能越大。
质量M 相同
v1 >v2
控制变量法
探究实践
3.让不同质量的小钢球从斜面上相同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，观察小钢球滚到水平面时的运动快慢，比较木块被小钢球推出的距离大小。
①相同高度处由静止开始滚下：小钢球到达水平面时具有 的速度。
相同
M>m
v3
s1 >s3
v1 =v3
v1
v1 =v3
高度h相同
②实验结论：
速度相同时，物体的质量越大，动能越大。
控制变量法
4.你还能设计其他方案来探究物体动能大小与哪些因素有关吗？
探究实践
思考与讨论
1.图2.1-11中的汽车和摩托车，哪一个动能大
2.在同一条高速公路上，为什么对小型客车、大型客车的速度限制是不同的
汽车和摩托车的速度相同，汽车的质量大于摩托车质量，因此汽车的动能大于摩托车的动能。
物体的动能大小与质量及速度均有关。
相同条件下，质量大的大型客车具有的动能比小型客车大，若发生交通事故，则大型客车的危害更严重些。
探究实践
物体由于被举高而具有的能叫作重力势能。
你能解释“禁止高空抛物”的科学道理吗？
高空的物体储存了较大的重力势能，下落时会瞬间释放。
高处过山车储存了重力势能
举高的书本储存了重力势能
探究实践
思考与讨论
如图2.1-12所示，某同学右手从图甲的位置将哑铃向上举起到图乙的位置，手有没有对哑铃做功？图乙的位置，左右两手的哑铃具有相同的重力势能吗？
甲 乙
举哑铃
右手从图甲的位置将哑铃向上举起到图乙的位置，手对哑铃做了功。
右手的哑铃具有的重力势能更大。
质量相同，但右手的哑铃所处高度更大，做功本领更大，储存的重力势能更大。
探究实践
打桩机打桩时，先把重锤高高举起，然后重锤下落，把桩打入地里。
甲 质量相同，高度不同 乙 质量不同，高度相同
图2.1-13 打桩机打桩
高高举起的重锤具有重力势能
相同质量的重锤，所处的位置越高，它具有的重力势能就越大。
处在相同高度的重锤，质量越大，它具有的重力势能就越大。
探究实践
大量事实表明，重力势能的大小跟物体的质量和高度有关。
物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。
利用水力发电时，需要建造大坝，以提高水位、储存更多的水，也就是尽量使水的重力势能更大。
水力发电厂
拦河大坝
探究实践
发生形变的物体储存了能，在恢复形变过程中会做功。
运动员射箭 球网发生形变 撑杆跳高
拉弯的弓储存了能，恢复原状过程中释放能，将箭射出。
形变的球网储存了能，恢复原状的过程中释放能，将球弹出。
压弯的撑杆储存了能，恢复原状过程中释放能，将运动员抬高。
物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
探究实践
射箭时手拉弓弦使弓的形变越大，箭就射得越远；球拍击打网球越用力，网球拍形变就越大，网球就会飞得越远。
那么，弹性势能大小跟哪些因素有关呢？
用橡皮筋发射纸子弹怎样让小纸团弹得更远？
（1）橡皮筋拉开5厘米左右，观察子弹飞 出的距离。
（2）橡皮筋拉开10厘米左右，观察子弹飞出的距离。
决定弹性势能大小的因素:
物体的形变大小。
在弹性限度内，物体弹性形变越大，具有的弹性势能就越大。
迁移应用
1.关于功和能的关系，下列说法正确的是（ ）
A.功就是能，能就是功 B.功可以变为能，能可以变为功
C.做功的过程就是物体能量转化的过程 D.物体做功越多，物体的能越大
C
2.下列物体中只具有动能的有 ,只具有重力势能的有 ，既具有动能又具有重力势能的有 。(填序号)
(1)水平公路上行驶的汽车。 (2)空中停着的直升机。
(3)被起重机举起的集装箱。 (4)被运动员掷出在空中飞行的铅球。
(5)光滑水平面上匀速运动的小车。(6)从枪膛里被射出的子弹。
(1)
(2)
(4)
(5)
(6)
(3)
迁移应用
3.下列关于动能、势能的概念的说法中正确的是（ ）
A.运动的物体具有的能量叫做动能
B.物体由于运动而具有的能量叫做动能
C.有弹性形变的弹簧具有弹性势能，而有时弹簧不形变也具有弹性势能
D.高山上静止的大石头没有做功，所以没有重力势能
B
4.下列现象中，动能和势能都增加的是（　 ）
A.被玩具枪水平射出的子弹 B.加速冲下山坡的汽车
C.上升越来越快的氢气球 D.平直轨道上行驶的火车
C
板书设计
第1节 功和机械能（第3课时）
机械能
动能
定义：物体由于运动而具有的能量
影响因素：m和v
势能
重力势能
定义：物体由于被举高能量而具有的
弹性势能
影响因素：m和h
定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量
影响因素：弹性形变程度
具有做功本领的物体都具有能量；
做功的实质：能量的转化
功和能的单位都是焦耳;
功和能
谢谢
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