《機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化》教學(xué)設(shè)計(jì)-2025-2026學(xué)年北師大版（北京）初中物理八年級(全一冊）核心素養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)物理觀念知道動能、重力勢能和彈性勢能的概念，能準(zhǔn)確說出影響動能、重力勢能、彈性勢能大小的因素。理解機(jī)械能的概念，明確機(jī)械能是動能和勢能（重力勢能、彈性勢能）的總和。能舉例說明動能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，且在轉(zhuǎn)化過程中若只有重力或彈力做功，機(jī)械能總量保持不變（機(jī)械能守恒）。科學(xué)思維通過分析生活中動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)例，運(yùn)用歸納與演繹的思維方法，總結(jié)機(jī)械能轉(zhuǎn)化的規(guī)律。在解釋機(jī)械能轉(zhuǎn)化現(xiàn)象時，能運(yùn)用控制變量法分析影響動能和勢能大小的因素，培養(yǎng)邏輯推理能力。能從能量的角度認(rèn)識物理現(xiàn)象，建立“能量可以相互轉(zhuǎn)化”的認(rèn)知模型，形成系統(tǒng)的能量觀念?？茖W(xué)探究經(jīng)歷探究動能與勢能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)過程，如單擺擺動、滾擺升降等實(shí)驗(yàn)，學(xué)會觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材（如單擺、滾擺、斜面、小球等），并對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析論證。在實(shí)驗(yàn)探究中，通過小組合作完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，培養(yǎng)合作交流能力和科學(xué)探究能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任在實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)過程中，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，如實(shí)觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)。認(rèn)識到機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化知識在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，如水電站、蹦極等，增強(qiáng)將物理知識應(yīng)用于實(shí)際的意識。通過了解能量轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展對人類社會的影響，體會科學(xué)技術(shù)的價值，培養(yǎng)對科學(xué)的熱愛和社會責(zé)任感。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)動能、重力勢能、彈性勢能的概念及影響其大小的因素。機(jī)械能的概念，以及動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化。結(jié)合實(shí)例分析機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程，理解機(jī)械能守恒的條件（只有重力或彈力做功）。教學(xué)難點(diǎn)準(zhǔn)確分析復(fù)雜場景中動能和勢能的轉(zhuǎn)化過程，如斜拋運(yùn)動的物體在不同階段的能量變化。理解機(jī)械能守恒的條件，區(qū)分機(jī)械能守恒與不守恒的情況（如存在摩擦力時機(jī)械能會減少）。運(yùn)用機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化知識解釋生活中的物理現(xiàn)象，解決實(shí)際問題。教學(xué)過程課程導(dǎo)入（5分鐘）教師活動：展示兩個生活場景的視頻：①運(yùn)動員從高處跳下，速度越來越快；②被壓縮的彈簧將小球彈起，小球上升過程中速度逐漸減小。提問學(xué)生：“在這兩個場景中，物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了怎樣的變化？背后隱藏著怎樣的能量變化呢？”引導(dǎo)學(xué)生思考運(yùn)動與能量的關(guān)系，引出本節(jié)課的主題——機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化。設(shè)計(jì)意圖：通過生動的生活場景激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生初步感知物體運(yùn)動過程中能量的變化，為后續(xù)學(xué)習(xí)動能和勢能的轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)。知識回顧（5分鐘）教師活動：請學(xué)生回顧之前學(xué)過的動能、重力勢能和彈性勢能的相關(guān)知識。提問：“什么是動能？影響動能大小的因素有哪些？重力勢能和彈性勢能呢？”引導(dǎo)學(xué)生回答：動能是物體由于運(yùn)動而具有的能，與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)；重力勢能是物體由于被舉高而具有的能，與物體的質(zhì)量和高度有關(guān)；彈性勢能是物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能，與形變程度有關(guān)。學(xué)生活動：學(xué)生思考并回答問題，部分學(xué)生可結(jié)合具體例子說明，如“同一輛汽車，速度越快，動能越大”“質(zhì)量相同的物體，被舉得越高，重力勢能越大”。設(shè)計(jì)意圖：鞏固學(xué)生對動能和勢能概念的理解，為學(xué)習(xí)機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化做好知識鋪墊，明確本節(jié)課是在已有知識基礎(chǔ)上的延伸。新課講授——機(jī)械能的概念（7分鐘）教師活動：展示教材中關(guān)于機(jī)械能的定義（師大版八年級物理教材第十章第三節(jié)）：“動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。物體具有的機(jī)械能等于其動能與勢能的總和?！弊寣W(xué)生朗讀并標(biāo)記重點(diǎn)。學(xué)生活動：學(xué)生記錄機(jī)械能的概念，跟隨教師的思路計(jì)算例子中的機(jī)械能，理解“總和”的含義。設(shè)計(jì)意圖：通過教材內(nèi)容和實(shí)例計(jì)算，讓學(xué)生準(zhǔn)確理解機(jī)械能的概念，明確機(jī)械能與動能、勢能的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念。實(shí)驗(yàn)探究——動能與重力勢能的相互轉(zhuǎn)化（15分鐘）教師活動：提出問題：“動能和重力勢能之間是否可以相互轉(zhuǎn)化？”引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。提供實(shí)驗(yàn)器材：單擺（小球、細(xì)線、鐵架臺）、秒表、刻度尺等。教師活動：引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：①將單擺的小球拉到一定高度（A點(diǎn)），此時小球靜止，觀察其能量形式（只有重力勢能）；②釋放小球，觀察小球擺動到最低點(diǎn)（B點(diǎn)）和另一側(cè)最高點(diǎn)（C點(diǎn)）的運(yùn)動狀態(tài)和能量變化；③測量A點(diǎn)和C點(diǎn)的高度，比較兩者的關(guān)系。學(xué)生活動：學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)步驟操作：①組裝單擺，將小球拉至A點(diǎn)，用刻度尺測量A點(diǎn)到最低點(diǎn)的高度h_1；②釋放小球，觀察到小球擺動到B點(diǎn)時速度最大，擺動到C點(diǎn)時速度為0，測量C點(diǎn)到最低點(diǎn)的高度h_2；③記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。教師活動：巡視各小組實(shí)驗(yàn)情況，指導(dǎo)學(xué)生正確操作，強(qiáng)調(diào)觀察小球在不同位置的速度和高度變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，組織學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：小球從A到B，高度降低，速度增大，重力勢能減小，動能增大（重力勢能轉(zhuǎn)化為動能）；從B到C，高度升高，速度減小，動能減小，重力勢能增大（動能轉(zhuǎn)化為重力勢能）；A點(diǎn)和C點(diǎn)高度幾乎相等（忽略空氣阻力）。教師活動：展示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表（如下表），讓學(xué)生填寫并分析。設(shè)計(jì)意圖：通過單擺實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀觀察動能與重力勢能的轉(zhuǎn)化過程，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和觀察能力，為理解機(jī)械能轉(zhuǎn)化規(guī)律提供感性認(rèn)識。實(shí)驗(yàn)探究——動能與彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化（12分鐘）教師活動：提出問題：“動能和彈性勢能之間是否也能相互轉(zhuǎn)化？”提供實(shí)驗(yàn)器材：彈簧、小球、斜面、刻度尺。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：將小球從斜面某一高度滾下，撞擊水平面上的彈簧，觀察小球和彈簧的運(yùn)動狀態(tài)變化。學(xué)生活動：學(xué)生分組設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：①將小球從斜面高度h處釋放，小球滾下后撞擊彈簧；②觀察到小球接觸彈簧后，速度逐漸減小，彈簧被壓縮（形變程度增大）；③當(dāng)彈簧壓縮到最短時，小球速度為0；隨后彈簧恢復(fù)原狀，小球被彈回，速度逐漸增大。教師活動：組織學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：小球撞擊彈簧過程中，動能減小，彈簧彈性勢能增大（動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能）；彈簧恢復(fù)原狀過程中，彈性勢能減小，小球動能增大（彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能）。設(shè)計(jì)意圖：通過彈簧與小球的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生認(rèn)識動能與彈性勢能的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步完善對機(jī)械能轉(zhuǎn)化的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。機(jī)械能守恒（10分鐘）教師活動：結(jié)合單擺和彈簧小球的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析：在忽略空氣阻力和摩擦的情況下，單擺小球的機(jī)械能（動能+重力勢能）總和不變，彈簧與小球的機(jī)械能總和也不變。由此得出機(jī)械能守恒的條件：如果只有重力或彈力做功，物體的機(jī)械能總量保持不變。教師活動：展示教材中關(guān)于機(jī)械能守恒的內(nèi)容，讓學(xué)生閱讀并標(biāo)記。舉例說明機(jī)械能不守恒的情況：小球在粗糙斜面上滾動時，由于摩擦力做功，機(jī)械能會減少（一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能）。學(xué)生活動：學(xué)生思考生活中機(jī)械能守恒的實(shí)例（如理想狀態(tài)下的自由下落物體）和不守恒的實(shí)例（如汽車剎車過程），并進(jìn)行交流。設(shè)計(jì)意圖：幫助學(xué)生理解機(jī)械能守恒的條件，區(qū)分守恒與不守恒的情況，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和邏輯推理能力。生活中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化（10分鐘）教師活動：展示生活中機(jī)械能轉(zhuǎn)化的實(shí)例：①水電站：水從高處落下，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，推動水輪機(jī)轉(zhuǎn)動（動能轉(zhuǎn)移），進(jìn)而發(fā)電（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能）；②蹦極：人下落過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；繩索被拉長時，動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能；繩索恢復(fù)原狀時，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能和重力勢能。教師活動：提問學(xué)生：“騎自行車下坡時，不蹬腳踏板車速也會越來越快，這是為什么？”引導(dǎo)學(xué)生回答：重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，動能增大，速度加快。學(xué)生活動：學(xué)生分組討論生活中的其他實(shí)例（如蕩秋千、投籃等），分析其中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化過程，每組推選代表發(fā)言。設(shè)計(jì)意圖：將物理知識與生活實(shí)際結(jié)合，讓學(xué)生體會機(jī)械能轉(zhuǎn)化的廣泛性，提高運(yùn)用知識解釋現(xiàn)象的能力，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。例題講解與練習(xí)（8分鐘）教師活動：展示教材中的例題：“一個質(zhì)量為5kg的物體從10m高處自由下落（g取10N/kg，忽略空氣阻力），求物體下落過程中重力勢能的減少量和動能的增加量。”引導(dǎo)學(xué)生分析：重力勢能減少量，由于機(jī)械能守恒，動能增加量等于重力勢能減少量，即500J。教師活動：讓學(xué)生完成練習(xí)題：“被壓縮的彈簧將小球彈出，若彈簧的彈性勢能減少了30J，忽略空氣阻力，小球的動能增加了多少？”學(xué)生獨(dú)立完成后，教師講解答案（30J）及思路。學(xué)生活動：學(xué)生跟隨教師分析例題，獨(dú)立完成練習(xí)，部分學(xué)生上臺板演，其他學(xué)生點(diǎn)評。設(shè)計(jì)意圖：通過例題和練習(xí)，鞏固學(xué)生對機(jī)械能轉(zhuǎn)化和守恒的理解，提高運(yùn)用知識解決問題的能力。課堂討論（5分鐘）教師活動：提出討論問題：“為什么在實(shí)際生活中，機(jī)械能守恒的情況很少見？這對我們利用機(jī)械能有什么啟示？”引導(dǎo)學(xué)生思考：實(shí)際中存在摩擦、空氣阻力等，機(jī)械能會轉(zhuǎn)化為其他形式的能（如內(nèi)能），所以守恒情況少見。啟示我們在設(shè)計(jì)機(jī)械時，應(yīng)盡量減小摩擦，提高機(jī)械能的利用率。學(xué)生活動：學(xué)生分組討論，各小組代表發(fā)言，分享觀點(diǎn)。設(shè)計(jì)意圖：通過討論，讓學(xué)生深入理解機(jī)械能守恒的局限性，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和解決實(shí)際問題的意識。課堂小結(jié)（3分鐘）教師活動：與學(xué)生一起回