(共46张PPT)
第十一章 功和机械能
第4节 机械能及其转化
八年级物理下册 人教版
第4节
机械能及其转化
机械能及其转化
水能和风能的利用
①知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
②能通过实验或实例，认识物体的动能和势能可以相互转化，能解释与机械能转化有关的现象。
③通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化。通过水能和风能的利用知道人类如何利用机械能的转化与守恒解决实际问题。
①动能：物体由于运动而具有的能。
动能、势能
②重力势能：物体由于被举高而具有的能量。
③弹性势能：物体由于弹性形变而具有的能量。
你会害怕吗？
用绳子把一个铁锁悬挂起来，把铁锁拉动自己的鼻子附近，稳定后松手，头不要动。铁锁向前摆去又摆回来。铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？
在这个实验里，铁锁的动能和势能是怎样发生转化的呢？在转化过程中，机械能的总量有什么变化吗？
观看视频并思考：
图中的过山车具有什么能？过山车为什么能够不断地翻滚？动能和势能是怎样变化的？
机械能及其转化
①动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
一个物体可以既有动能，又有势能，如飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有势能，把这两种能量加在一起，就是它的机械能。
飞行中的飞机
机械能
动能
势能
重力势能
弹性势能
①分析篮球下落、上升过程中动能和势能的转化
下落
篮球下落时：
高度减小，速度增大，
重力势能转化为动能。
篮球上升时：
速度减小，高度增大，
动能转化为重力势能。
上升
从高处落下
②蹦床运动员的蹦床过程
蹦床运动员从高处落下，在与蹦床面将要接触时，具有一定的动能，与蹦床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。
蹦床在发生弹性形变时，蹦床的弹性势能转化为运动员的动能，运动员被弹起。
动能 蹦床的弹性势能
上升
蹦床的弹性势能 动能
③单摆运动过程中动能和势能的转化
h
A
B
C
单摆在摆动过程中，B点为摆动过程中的最低点，速度最大；A、C为最高点，摆球瞬间是静止的。
摆球向下摆动（A→B）的过程中：
摆球的重力势能减小，动能增大，摆球的重力势能转化为动能。
摆球过中点向上摆动（B→C）的过程中：
摆球的动能减小，重力势能增大，摆球的动能转化为重力势能。
视频欣赏—《单摆的动能和势能的转化》
④归纳结论
动能和重力势能可以相互转化
动能和弹性势能可以相互转化
动能和势能可以相互转化
动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自变化，而且一定是此增彼减。
动能和势能的相互转化的条件：
动能的增减变化要以速度的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面高度的变化来判断；弹性势能的增减要根据形变大小的变化来判断。
人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。
拉开的弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。
⑤动能和势能相互转化的实例
人从滑梯下滑
拉弓射箭
①
③
②
动能 弹性势能（跳杆） 重力势能 动能
①
②
③
撑杆跳高
①观察滚摆的运动情况
最低点
最高点
滚摆
下降
上升
滚摆在下降时速度越来越大，上升时，速度越来越小。
视频欣赏—
《滚摆的运动》
②滚摆运动过程中动能和势能的转化
滚摆下降时：重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能。
滚摆上升时：动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。
最低点
最高点
滚摆
下降
上升
动能、势能的大小会变化，它们的和是否变化呢？物理学家经过大量的实验研究与理论推导，得出了如下规律：
③机械能守恒
机械能守恒
如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变。
注意机械能守恒的条件：
只有动能和势能的相互转化，而没有机械能与其他形式的能的相互转化。【即忽略摩擦力造成的能量损失，所以机械能守恒也是一种理想化的物理模型】
“在光滑面上”、“不计空气阻力”等文字描述，表示没有摩擦阻力，此时机械能是守恒的。
机械能守恒的情况
④机械能不守恒的事例
人骑自行车爬坡
跳伞运动员匀速下落
升空的航天器
用绳子把一个铁锁悬挂起来。把铁锁拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不要动。铁锁向前摆去又摆回来。铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？
铁锁下降的过程是重力势能转化为动能，上升的过程是动能转化为重力势能。在上升和下降的过程中，铁锁和空气之间存在摩擦，克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，机械能不守恒（减小），也就是重力势能的最大值越来越小，所以摆动的高度会越来越低，不会达到鼻尖的。
①本节开始提出的问题：
过山车运行过程中车与轨道之间有摩擦力和空气的阻力，机械能并不守恒，机械能转化为内能，不给其他动力的情况下，过山车最终能停下来。
②分析过山车在运动过程中的能量转化情况。
③人造地球卫星的机械能转化
卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时，势能减小，动能增大，速度也增大。
当卫星从近地点向远地点运动时，它的动能减小，势能增大，速度也减小。
许多人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。卫星在大气层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。
人造地球卫星的轨道示意图
【 例题1】小明从光滑的滑梯上下滑过程中，下列说法正确的是（不计空气阻力）（ ）
A、重力势能减小，动能增加，机械能不变。
B、重力势能增加，动能减小，机械能不变。
C、重力势能增加，动能不变，机械能增加。
D、重力势能减小，动能不变，机械能减小。
A
小明从光滑的滑梯上下滑过程中，不计空气阻力，机械能是守恒的。因为高度减小，速度增大，所以重力势能减小，动能增加。
选项A正确。
水能和风能的利用
二
从能量的角度来看，自然界的流水和风都具有大量的机械能。
①水能的利用
修筑拦河坝提高上游水位，坝底装水轮机，发电机装在水轮机上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。
水能发电站：将水的机械能转化成电能
②风能的利用
单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几百台风力发电机，组成“风车田”，连在一起供电。
风能发电站：将风的机械能转化成电能
风车田
【 例题2】下列关于水能和风能的说法中，正确的是（ ）
A、流动的河水只有动能，没有重力势能
B、风只具有动能，不具有重力势能
C、利用水能和风能都可以做连续性的工作
D、水能和风能都不会污染环境
D
流动的河水、风都具有动能和重力势能；利用水能和风能（不稳定）不可以做连续性的工作；
水能和风能都不会污染环境；
所以选项A、B、C均错误，D正确。
三
1.分析章首图的过山车在运动过程中的能量转化情况。
过山车下降时速度越来越大，重力势能转化成动能；
上升时速度越来越小，动能转化成重力势能。
2. 怎样向地板抛乒乓球，才能使它弹跳到高于原来抛球的位置 说明这种抛法的理由。
用力向下抛出乒乓球，使球抛出时具有一定的动能。
根据机械能守恒，乒乓球弹跳到原来的位置时仍有一定的动能，还能继续运动，达到最高点时重力势能等于乒乓球抛出时的重力势能与动能之和，因此能使乒乓球弹跳到高于抛出时的位置。还可以向上抛出乒乓球，理由相同。
3. 2011年蹦床世锦赛中我国运动员以优异成绩夺得金牌和奖牌总数第一。设想有一个重物从蹦床上方某点下落，经蹦床反弹后上升。请你说说这个过程中机械能是如何转化的。
物体在最高点时重力势能最大，重物下落过程中，重力势能转化为动能；重物与蹦床接触使蹦床发生形变时，动能转化为弹性势能；蹦床恢复原状时，弹性势能转化为动能；重物离开蹦床上升过程中，动能转化为重力势能。
4. 在一个罐子的盖和底各开两个小洞。将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定。做好后将它从不太陡的斜面滚下观察有什么出人意料的现象。怎样解释看到的现象
观察到罐子滚下斜面后会再沿斜面向上滚动。
开始时，罐子和铁块在重力作用下都将沿斜面向下运动。向下运动时，罐子滚动，铁块沿斜面向下做直线运动且相对罐子静止。由于罐子和橡皮筋捆绑在一起，在罐子和铁块的共同作用下，橡皮筋会被卷紧，它的弹性势能持续增加。当橡皮筋卷紧到一定程度时，整个装置的运动速度将会减小。当罐子和铁块的动能全部转化为橡皮筋的弹性势能时，整个装置处于静止状态。此时，橡皮筋要恢复原状，其弹性势能会转化为罐子的动能，所以罐子会再沿斜面向上滚动。
课堂总结
四
机械能
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能
机械能之间可以相互转化
机械能守恒：
如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变。
水能和风能的利用
水能发电
风能发电
视频总结——《机械能及其转化》
五
1. 三峡大坝的高度可达185米，建造这么高的拦河坝，其目的是____________，使水的__________能储存起来，打开水闸，河水的_________能转化成_______能冲击水轮机发电。
提高水位
重力势
重力势
动
三峡大坝的高度可达185米，建造这么高的拦河坝，其目的是提高水位，使水的重力势能储存起来，打开水闸，河水的重力势能转化成动能冲击水轮机发电。
物体在拉力F的作用下沿斜面向上匀速运动，动能不变，重力势能增大，所以机械能增大。
选项B正确。
2. 如图所示，一个物体在拉力F的作用下沿斜面向上匀速运动，在向上运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A、物体的动能不变，机械能不变
B、物体的重力势能增大，机械能增大
C、物体的重力势能转化为动能
D、物体的动能转化为重力势能
F
B
3. 如图所示的滚摆下降过程中，滚摆的 能转化为 能。滚摆上下往复运动过程中，其每次上升所能达到的高度越来越低，滚摆在运动过程中的机械能 (选填“增加”、“减少”或“不变”)。
下降
重力势
滚摆在下降过程中，高度逐渐减小，重力势能减小，速度越来越大，动能增大，滚摆的重力势能转化为动能。
滚摆上下往复运动过程中，要克服阻力做功，部分机械能转化为其他形式的能，机械能减少。
动
减少
小球从高处滑下，由于曲面光滑（即没有阻力），故只有动能和势能的相互转化，机械能是守恒的。
所以选D。
4. 如图所示，一个小球由静止从光滑曲面的顶端自由滑下，若它在顶端的重力势能为65J，则滑到底端的动能是（ ）
A. 35J B. 50J
C. 55J D. 65J
D
跳伞运动员在空中匀速直线下降的过程中，质量不变，速度不变，则动能不变；高度降低，则重力势能变小；机械能等于动能与势能之和，则机械能变小。所以选C。
A. 动能不变，重力势能不变，机械能不变
B. 动能变大，重力势能变小，机械能不变
C. 动能不变，重力势能变小，机械能变小
D. 动能变小，重力势能变小，机械能变小
5. 如图所示，跳伞运动员在空中匀速直线下降的过程中，关于运动员(不包含降落伞和绳)下列说法正确的是 ( )
C
6. 下列过程中，物体的重力势能转化为动能的是（ ）
A、跳伞运动员匀速下落，动能不变，重力势能减小，该项不符合题意；
B、铅球自由下落的过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能，该选项符合题意；
C、汽车在水平路面上匀速行驶，动能与重力势能都不变，该选项不符合题意；
D、热气球上升的过程中，重力势能变大，不是重力势能转化为动能，该选项不符合题意。故B选项正确。
B
A、跳伞运动员在空中匀速下落的过程
B、铅球自由下落的过程
C、汽车在水平路面上匀速行驶的过程
D、热气球上升的过程
7．如图所示，小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化，则（ ）
忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化，则小球的机械能保持不变，即各点的动能与势能之和不变。
小球在A处是静止的，动能为0，重力势能最大；小球在D处的重力势能比在A处的小，则一定具有动能；故A、B、C均错误，D正确。
所以选D。
D
A. 小球在A处的动能等于在D处的动能
B. 小球在A处的动能大于在D处的动能
C. 小球在B处的机械能小于在C处的机械能
D. 小球在B处的机械能等于在C处的机械能
8. 如图所示，先用绳子把一把铁锁悬挂起来，然后把铁锁拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不动，铁锁向前摆去后又摆回来。下列说法正确的（ ）
B
A、铁锁摆回后能碰到鼻子
B、铁锁下降的过程中，重力势能转化为动能
C、铁锁的机械能始终不变
D、铁锁摆动到最低点时，动能最小
铁锁在摆动过程中，由于存在空气阻力，机械能不守恒，是越来越小；所以当铁锁摆回来时机械能减小，高度变小，不能碰到鼻子。选项A、C错误。
铁锁下降的过程中，是重力势能转化为动能，摆动到最低点时，动能最大；所以选项B正确，D错误。
利用水泵将水从下水库抽到上水库时，抬升了水的高度，增大了
水的重力势能；将上水库的水放出时，水的高度减小，速度增大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能，从而推动发电机发电。
9. 抽水蓄能水力发电是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾而设计的一种间接储存电能的方式，其工作原理如图所示。它利用下半夜过剩的电力驱动水泵，将水从下水库抽到上水库，
增大了水的 能；在次日白天或
上半夜将上水库的水放出，使水从高处
流向低处将水的 能转化为 能，
从而推动发电机发电。
动
重力势
重力势
