初中8年级物理教案：第12讲 实验中的动能、重力势能

初中8年级物理教案：第12讲 实验中的动能、重力势能

精锐教育辅导教案 学员姓名： 学科教师：‎ 年 级：八年级 辅导科目：物理 ‎ 授课日期 ‎××年××月××日 ‎ 时 间 A / B / C / D / E / F段 主 题 动能、重力势能实验 教学内容 ‎1、了解影响动能和重力势能的因素；‎ ‎2、知道情景分析题的解题方法；‎ ‎3、了解表格归纳题的分析方法 教法指导：本环节采用由学生自主回忆所学知识点，并相互补充，最后由老师总结和完整；如果学生的抢答不积极，可以适当采用轮换回答的方式进行。建议时间20分钟。‎ 探究决定动能大小的因素：‎ ‎ ①　猜想：动能大小与物体质量和速度有关；‎ ‎②实验研究：研究对象：小钢球 方法：控制变量； ‎ ‎？如何判断动能大小：看小钢球能推动木块做功的多少；‎ ‎？如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同；‎ ‎？如何改变钢球速度：使钢球从不同同高度滚下；‎ ‎③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大；‎ 保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；‎ ‎④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。‎ 探究决定重力势能大小的因素 ‎ ①猜想：重力势能大小与物体质量和所在高度有关；‎ ‎ ②实验研究：研究对象： 小物块 方法： 控制变量； ‎ ‎？如何判断重力势能能大小：看小物块能够陷入沙面的深度（或对沙面上的物体做功的多少）；‎ ‎ ③分析归纳：保持物块质量不变时结论：物体质量相同时；所处高度越高重力势能越大；‎ ‎ 保持物块高度不变时结论：不同质量的物体所处高度相同时，质量大的重力势能大。‎ ‎ ④得出结论：物体重力势能和质量、高度有关；质量越大、高度越高，重力势能越大。‎ 一、 动能、重力势能实验 教法指导：强调影响动能和重力势能大小因素的讲解，题目比较基础，重点是帮助学生理清知识点，注意物体的动能和重力势能的大小都是通过什么现象反映出来的；变式训练由学生限时独立完成，对答案后，相互讲解，然后老师点评 ‎【例1】从斜面上滚下来的小球能将水平面上的木块撞出一定的距离，我们说滚动着的小球具有动能。同样的小球，从斜面的越高处滚下，它在水平面上的速度_______，将木块撞得_______，则小球的动能_______，所以说小球的_______，则动能越大。从同一高度滚下的质量不同的小球，刚滚到水平面时，所具有的速度_______(填“相同”或“不同”)，但质量大的小球将木块撞击得更_______(填“远”或“近”)。由此可见，以相同速度运动的物体，质量越大，动能_______。‎ ‎【解析】小球的动能主要是通过木块被撞击后运动的距离来体现，运动距离越远，小球的动能越大。‎ ‎【答案】越大，越远，越大，速度越大，相同，远，越大 ‎【变式练习1】某同学在探究“动能大小与哪些因素有关”的实验中，设计了如图所示的实验方案，并进行了如下的实验：‎ ‎ 步骤l：让钢球从斜面A点由静止开始下滑，到达水平面时速度为v1，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离S1；‎ ‎ 步骤2：让钢球从斜面B点由静止开始下滑，到达水平面时速度为v2，：撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离S2：    ．‎ 步骤3：改变钢球的质量让钢球从A点由静止开始下滑，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离S3。‎ ‎(1)比较v1、v2，可知vl_______V2(选填“>”、“<”、“=”)这是因为_______________。‎ ‎(2)设计步骤l和步骤2的目的是________________。‎ ‎(3)比较步骤    和步骤3可以探究动能大小和物体______的关系。‎ ‎【答案】(1) > ，小球在A点处具有的重力势能大于在B点处的重力势能 ‎  (2)探究在质量一定时，物体动能的大小与速度的关系。‎ ‎   (3)  1 ，   质量.‎ 一、 情景分析题 教法指导：情景分析和表格归纳这种题型要求能够通过分析图片、表格数据准确得出结论；先找出题目的研究目的、已知的变化及不变量，分析结论是随着哪些变化量的变化而变化的。这种题型是上海市的特殊题型，难度比较大，可以给学生多训练一些。变式训练题可以由学生自己分析说出结论，之后老师补充完整。‎ ‎【例2】如图7所示，某同学在做“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验中，分别将A、B、C三个小球先后从同一装置的不同高度处滚下（mA=mB＜mC；hA=hC＞hB），分别推动同一木盒运动一段距离后静止。（已知小球所处的高度越高，到达水平面的速度越大）‎ ‎（1）从图中可以看出，A、B、C三个小球刚到达水平面时， 球的动能最大，理由是三球中它的 本领最强。‎ ‎（2）分析比较（a）、（b）两图所示的实验现象及相关条件，可得出的初步结论是：_________‎ ‎ 。‎ ‎（2）分析比较（a）、（c）两图所示的实验现象及相关条件，可得出的初步结论是：_________‎ ‎ 。‎ 图7‎ ‎【解析】此题是通木盒运动的距离来反映小球动能的大小；由于小球下滑的高度不同所以小球下滑到底端时速度不同，高度越高，速度越大。‎ ‎【答案】（1）c，做功；‎ ‎ （2）质量相同的小球，速度越大，动能越大；‎ ‎ （3）速度相同的小球，质量越大，动能越大。‎ ‎【例3】某同学为了“探究决定重力势能大小的因素”，利用质量不同的实心铜块A和B、刻度尺、相同的小桌和沙面进行实验，并通过观察小桌陷入沙面的深度来比较重力势能的大小。如图7（a）和（b）所示，他先将小桌放在沙面上，然后让铜块A从一定的高度下落到小桌的桌面上。接着他按图7（c）、（d）所示，重新实验。请仔细观察图中下落的铜块与小桌陷入沙面的情况，然后归纳得出初步结论。‎ A A A A B B ‎(a)　　　　　　　　 　(b)　　　　　　　　　　(c)　　　　　　　　　　(d)　‎ 图7‎ ‎（1）比较图7中的（a）、（b）和（c）实验过程及相关条件可知：__________________‎ ‎_________________________________________________________________________。‎ ‎（2） 比较图7中的（a）、（c）和（d）实验过程及相关条件可知：__________________‎ ‎__________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】此题是通过小桌陷入沙地的深度来反映重力势能的大小，重力势能只与物体的质量和所处高度有关。‎ ‎【答案】（1）物体质量相同时，所处高度越高，重力势能越大；‎ ‎ （2）不同质量的物体，所处高度相同时，质量大的重力势能大。‎ ‎【变式练习1】在学习势能的知识时，小明同学猜想物体重力势能的大小可能与以下两个因素有关：A.物体的高度；B.物体的质量。为了证明自己的猜想，他把橡皮泥平铺在水平面上，让同一小球从不同高度自由下落，记录结果如右表。‎ ‎（1）由记录结果可以得到的实验结论是： ；‎ ‎（2）若想对另一个因素进行验证，你认为小明应该怎么做？‎ ‎ 。‎ ‎【答案】（1）质量一定时，物体高度越高，重力势能越大 ‎ （2）让几个质量不同的小球从同一高度自由下落，观察球在橡皮泥中凹陷程度 一、 表格归纳题 ‎【例4】某小组同学用实验小车去撞击同一木块来研究小车的动能与小车的质量和速度之间的关系，实验时利用DIS装置精确地测出了小车撞击木块时的速度，小车撞击木块后与木块一起向前滑动，该同学借用木块滑动的距离来反映小车动能的大小，记录的实验数据如下表所示。为了进—步探究动能与所测物那量之间的数值关系，他们进行了适量的运算，将结果记录在表的后四列中。‎ ‎(1)分析比较实验次数_______________________________及相关条件，可得出的初步结论是：在小车质量相同的情况下，速度越大，小车的动能就越大。‎ ‎(2)分析比较实验次数1与5(或5与9或1与9)及相关条件，可得出的初步结论是：‎ ‎________________________________________________________________________________________。‎ ‎(3)请进一步综合分析比较表一、表二中经运算后得到的数据及相关条件，并归纳得出结论。‎ A、分析比较表一、表二或表三中的数据及相关条件，可初步得出：‎ ‎_________________________________________________________________________。‎ B、分析比较表一、表二和表三中的数据及相关条件，可初步得出：‎ ‎________________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】此题是借用木块滑动的距离来反映小车动能的大小，动能与质量和小车的速度有关，要仔细分析表格中的数据，通过比值或者是乘积来比较。‎ ‎【答案】（1）1、4、7（或2、5、8，或3、6、9）‎ ‎ （2）在小车运动速度相同的情况下，小车的动能与小车的质量成正比 ‎ （3）A、当小车质量与速度平方的乘积相同时，小车具有的动能相同；‎ ‎ B、小车质量与速度平方的乘积越大，小车具有的动能越大。‎ ‎【变式练习1】如下是研究重力势能的大小与哪些因素有关的一种实验。某小组同学每次都让重锤从高处由静止下落，砸到铁钉上。他们观察到不同情况下，铁钉进入泡沫塑料的深度不同，深度越大，表明重锤对铁钉做的功越大，即重锤具有的重力势能越大。他们用m表示重锤的质量，h表示重锤升起的高度，x表示铁钉进入泡沫塑料的深度，并将实验数据详细记录在下面的表格中。为了进一步探究重锤的重力势能跟重锤做功本领的关系，他们还进行了适量的运算，计算的一部分数据也记录在表格的后两列中。‎ 实验序号 重锤质量 m（千克）‎ 重锤升起 高度h（米）‎ 铁钉进入泡沫塑料深度x (米)‎ ‎1/x（米-1）‎ x2（米2）‎ ‎1‎ ‎0.1‎ ‎0.6‎ ‎0.024‎ ‎41.666‎ ‎0.0006‎ ‎2‎ ‎0.1‎ ‎0.9‎ ‎0.030‎ ‎33.333‎ ‎0.0009‎ ‎3‎ ‎0.2‎ ‎0.3‎ ‎0.024‎ ‎41.666‎ ‎0.0006‎ ‎4‎ ‎0.2‎ ‎0.6‎ ‎0.035‎ ‎28.571‎ ‎0.0012‎ ‎5‎ ‎0.3‎ ‎0.3‎ ‎0.030‎ ‎33.333‎ ‎0.0009‎ ‎6‎ ‎0.3‎ ‎0.4‎ ‎0.035‎ ‎28.571‎ ‎0.0012‎ ‎(1)分析比较实验序号1与2（或3与4或5与6）的数据及观察到的现象，可得出的初步 结论是：_________________________________________________________________。‎ ‎(2)分析比较实验序号___________________________的数据及观察到的现象，可得出的初步结论是：在高度相同的情况下，物体的质量越大，具有的重力势能就越大。‎ ‎(3)分析比较表中第二列、第三列及第四列中的数据，可初步得出：‎ ‎________________________________________。‎ ‎(4)为进一步探究重锤具有的重力势能跟重锤做功本领的关系，可综合分析、比较表中记录的数据，以及经运算得到的数据，同时结合观察到的现象，归纳并得出结论：‎ ‎_________________________________________________。‎ ‎【答案】（1）物体质量一定时，高度越高，重力势能越大；‎ ‎（2）1与4或3与5；‎ （3） 物体质量与高度的乘积越大时，重力势能越大；‎ 铁钉进入泡沫塑料深度x的平方与物体质量与高度乘积的比值是个定值。‎ ‎（时间30分钟，满分100分，附加题20分）‎ ‎1．打桩机的重锤自由下落时，它的（ ）‎ A．动能不变，势能不变 B．动能增大，势能不变 C．动能增大，势能减小 D．动能减小，势能增大 ‎2.甲乙两名跳水运动员都站在10米跳台上,甲的质量大于乙的质量,当甲从跳台跳下时乙站在台上观看,则（ ）‎ A.甲乙都在跳台上时,两个人的重力势能相等 B.甲运动员的重力势能总比乙运动员的重力势能大 C.在甲运动员下落过程中,甲运动员的重力势能减小 D.在甲运动员下落过程中,甲乙两运动员机械能始终不等(不计空气阻力)‎ ‎3．如图7所示，是探究“动能的大小与什么因素有关？”实验的示意图。小球从a处滚下，在c处与小木块碰撞，并与小木块共同运动到d处停下。下面的一些判断正确的是（ ） A．从a到b，小球的势能不变，动能增大 B．从b到c，小球的势能增大，动能增大 C．到达c处，小球的势能最小，动能最大 D．到达d处，小球的动能为零，小木块的动能最大 ‎4.玩具弹弓能将塑料子弹射出去，被拉伸的橡皮筋具有________。橡皮筋被拉伸得越长，发生的________形变越大，子弹被射得越远，说明弹性势能与物体的________的大小有关，________越大，弹性势能越大。‎ ‎5.如图所示，盛有水的小车在光滑的水平面上作匀速直线运动，现打开小车底部的排水孔，排出车内的水。则在排水过程中，对小车的运动速度、小车和车内剩下水的动能的变化，其中正确的是（  　）‎ A．速度增加、动能不变      B．速度不变、动能减少 C．速度增加、动能减少      D．速度减少、动能减少 ‎6.如图所示，让木球从斜槽滚入水平槽，在水平槽里竖立一个弹簧片，它的下端固定。水球接触弹簧片到进一步压弯的过程中，木球的________能转化为弹簧片的________能，当弹簧片恢复原状到把木球弹回的过程中，弹簧片的________能转化为木球的________能。‎ ‎7．在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使皮球分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，如图所示．球从较高处下落形成的圆斑是图中 （选填“A”或“B”），由此可知重力势能大小与 有关．‎ ‎8．如图所示，在用滚摆做探究“机械能的相互转化”的活动时，把滚摆悬挂在框架上，用手捻动滚摆使悬线缠在轴上，滚摆升到最高点后，放开手，可以看到滚摆　 　　着下降，越转越 　 ，到最低点时滚摆转而 　　　　　 ，直到差不多回到______________的位置。滚摆在　　 位置时重力势能最大，在 时动能最大。可见， 　 　 和　　 　　可以相互转化。‎ ‎9．某同学为了“探究影响动能大小的因素”，利用质量不同的实心铝块A和B、弹簧、光滑轨道等器材进行实验，并通过观察弹簧被压缩的程度来比较铝块的动能大小。如图9（a）和（b）所示，他先将弹簧固定在竖直墙面上，然后让铝块A以一定的速度冲向弹簧，压缩弹簧。接着他按图9（c）、（d）所示，重新实验，其中v1< v2。请仔细观察图中铝块的运动和弹簧被压缩的程度，然后归纳得出初步结论。‎ ‎① 比较图9中的（a）、（b）和（c）实验过程及相关条件可知： 。‎ ‎② 比较图9中的（a）、（b）和（d）实验过程及相关条件可知： 。‎ ‎[来源:学*科*网Z*X*X*K]‎A A v1‎ B B v1‎ A A v2‎ 光滑轨道 竖直墙面 ‎（a） （b）‎ ‎（c） （d）‎ 图9‎ ‎10．在探究物体的重力势能大小与哪些因素有关的实验中三个相同的木桩被从空中静止释放的铁块撞击，陷入沙坑中的情况如图14-2所示．在此实验中，我们是通过观察什么来比较各铁块重力势能的大小？‎ 若A、B两铁块质量相等，则两铁块下落高度的关系是hA hB；若A、C两铁块下落的高度相等，则两铁块质量关系是mA mC；实验得出的结论是：物体重力势能的大小与 ______________有关．‎ 图14-2‎ ‎【附加题】‎ ‎1．在观察如图所示小球摆动时动能和势能转化的实验中，小涛发现小球每摆一个来回的时间似乎都相同。于是他产生了猜想，小球来回摆动一次所用的时间t：‎ ‎① 可能跟小球质量m有关； ② 可能跟绳子长度l有关； ‎ 序号 瓶质量m／g 移开距离s／格 悬线长度l／格 来回时间t／s ‎1‎ ‎20‎ ‎3‎ ‎12‎ ‎2.1‎ ‎2‎ ‎40‎ ‎3‎ ‎12‎ ‎2.1‎ ‎3‎ ‎60‎ ‎3‎ ‎12‎ ‎2.1‎ ‎4‎ ‎60‎ ‎2‎ ‎12‎ ‎2.1‎ ‎5‎ ‎60‎ ‎1‎ ‎12‎ ‎2.1‎ ‎6‎ ‎60‎ ‎3‎ ‎9‎ ‎1.9‎ ‎7‎ ‎60‎ ‎3‎ ‎6‎ ‎1.5‎ ‎③ 可能跟小球移开的距离s有关；‎ 为验证自己的猜想，他在竖直的木板上画出方格，用瓶子代替小球，并在瓶内装大米以改变质量，则：‎ ‎（1）除图中所示的器材外还需要                  、                ；‎ ‎（2）在测出不同条件下，瓶子来回摆动一次所用的时间t后，得到表中的数据。则：为了研究t与l关系，应选择序号为         的数据进行分析；‎ ‎（3）通过分析表中的数据可以得出初步的结论：t与       无关，与     有关（填写字母）。‎ ‎（4）实验中发现，瓶子摆动一次所用的时间很难测准，请你帮他想一个更准确的测量方法：                                           。‎ ‎ ‎ ‎【答案】1 . C 2.C 3.C 4.弹性势能，弹性，弹性形变，弹性形变 5.B 6.动，弹性势，弹性势，动 7.B，高度 ‎8. 滚动，快，上升，最高点，最高点，最低点，动能，重力势能 9.（1）物体质量相同，速度越大，动能越大；（2）物体速度相同，质量越大，动能越大 10. 大于，小于，物体质量和被举高度 ‎【附加题】1. （1）长度不同的绳子；秒表 （2）3，6，7 （3）m，s  、l ‎ ‎　（4）在可能的情况下增加悬线长度，使摆动的时间延长 由学生自己总结本节课的知识，分析在哪些地方出错，为什么会出错，怎样避免。并由老师完善。‎ ‎（时间30分钟）‎ ‎1、如图所示，在书柜上放有四个体积相同、形状完全一样的金属盒甲乙丙丁，其中甲和乙为铅制的，丙和丁为铝制的。则甲和乙相比， 的势能大；丙和乙相比， 的势能大。四个金属盒中，势能最大的是 ，最小的是 。‎ ‎2、为了探究“动能的大小与什么因素有关”，小明设计了如下实验。如图所示：‎ A．让同一小车从不同高度处滑下撞击木块，看木块运动的距离 B．让不同小车从同一高度处下滑后撞击木块，看木块运动的距离 实验A中的目的是________________________________________；‎ 实验B中的目的是________________________________________。‎ ‎3、某同学“研究重力势能大小与哪些因素有关”的实验：如图所示，是大小不同的铁球从各自的高度由静止落下，掉在装有沙子的盘中。请根据图片回答下列问题：‎ ‎（1）根据图片所示，通过观察__________来判断小球重力势能大小。‎ ‎（2）比较A、B两图，可以探究重力势能大小与小球___________有关；‎ ‎（3）比较B、C两图，可以探究重力势能大小与小球___________有关。‎ ‎（4）比较A、B、C三图，可以得出结论： 。‎ A B C ‎4、下表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据：‎ 物体 质量m/kg 速度v/(m.s-1)‎ 动能E/J 牛 约600‎ 约0.5‎ 约75‎ 中学生 约50‎ 约6‎ 约900‎ 分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的是 。‎ 你判断的依据： 。‎ ‎5、了解到“重力势能”知识的小东同学，想用身边的器材（铅球），来探究影响重力势能大小的因素，其探究程序如下：‎ ‎(1) 猜想：影响重力势能大小的因素可能有： ‎ ‎  a、重力势能大小可能与物体的质量有关 ‎  b、重力势能大小可能与物体的高度有关 ‎ (2) 实验提供的实心铅球有2kg、2kg、3kg各一个，细沙(足够多)、刻度尺、两个相同大纸盒，请你利用上述器材，帮他设计实验方案、验证猜想、完成实验步骤：‎ A、将适量的沙子放进大纸盒里拨平；‎ B、取质量为_______________的铅球各一个，将两球分别对准纸盒位置提高到相同高度然后放手，用刻度尺量出铅球所砸沙坑的深度进行比较；‎ ‎  C、取质量为_______________的铅球各一个，将两球分别对准纸盒位置提高到不同高度然后放手，用刻度尺量出铅球所砸沙坑的深度进行比较. ‎ ‎(3) 通过对该实验的探究，B步骤得到的结论是：重力势能跟__________________有关；C步骤得出的结论是：重力势能跟__________________________有关。 ‎ 答案：1、甲；乙；甲；丁。‎ ‎ 2、A、探究动能与速度的关系；B、探究动能与质量的关系。‎ ‎ 3、（1）小球陷入沙面程度；（2）高度；（3）质量。‎ ‎ （4）物体的质量越大，高度越高，重力势能越大。‎ ‎ 4. （1）速度；‎ ‎ （2）人的质量约为牛的1/12，而速度约为牛的12倍，此时动能为牛的12倍，说明速度对动能影响大。‎ ‎5. （1）2kg，2kg；（2）2，3；（3）质量；下落高度