(共30张PPT)
第五章 功和简单机械
华师大版九年级上册
第4节 机械能（2）
－－－动能和势能相互转化
教学目标
科学观念：理解动能和势能在一定条件下可以相互转化，理解动能和弹性势能间的转化，能对生活中现象进行简单分析。
科学思维：建立能的概念，树立能量转化和守恒的概念，分析生活中实例，养成理论联系实际的习惯和能力。
探究实践：通过单摆与滚摆的活动，培养学生动手和观察能力；
态度责任：通过活动与视频片段激发学生学习兴趣，培养学生的探究能力，激发学生的学习兴趣。
新知导入
复习：
1、什么是动能？动能大小与什么因素有关？
2、什么是重力势能？重力势能大小与什么因素有关？
物体因运动而具有的能，称为动能。
动能大小与物体的质量及运动速度有关。质量越大、速度越大，物体的动能越大。
物体因被举高而具有的能，称为重力势能。
重力势能大小与物体的质量及所处的高度有关。质量越大、高度越大，物体的重力势能越大。
讨论分析
一个物体从斜面上滑下，从能量的角度分析：
1）当这个物体静止于斜面最高处时，它具有的 能最大，而 动能 ；
2）当这个物体沿斜面向下滑动时，由于 ，它的重力势能 ；
而该物体的运动速度 ；
3）当该物体刚到达斜面底端时，该物体所具有的重力势能 ，动能 ；
4）猜想，该物体在下滑过程中减小的重力势能，除一部分转化成了热能外，还有一部分转化成了 能。
重力势
为0
高度减小
减小
增大
为0
最大
动
探究活动
观察小球的摆动过程中动能和重力势能间的转化规律。
1、如图，小球的一端用细绳系住，另一端
固定；
2、将小球拉离平衡位置后释放；观察小球
摆过程中高度、速度的变化情况。
现象：
小球由释放点开始下落，下落过程中小球的高度减小、速度越来越大；当系小球的绳子竖直时，小球的速度最大，此后向另一侧上升，上升过程中，小球的高度增加、速度减小，直至小球到达最高处，最高处不超过原来的高度；随后又下落……，如此重复，但每次上升高度都比上次低一些，最后停下，静止在最低点位置。
转化的条件
已知，A与B两点处于同一高度，C是小球自由下垂时的位置（细线无弹性），小球位于A点时由静止释放，此后自由摆动过程中：
1、将小球拉至A点时，小球的速度 ，
动能 ；此时，小球的位置 ，
重力势能 。
2、小球由A点向C点运动过程中，小球的高度 ，
重力势能 ，小球的运动速度 ，动
能 ；直到小球到达C处时，速度 ，
能最大，重力势能 。这个过程中，
小球的 能转化为 。
实验分析
为0
为0
最高
最大
减小
减小
增大
增大
最大
动
最小
重力势
动能
分析
3、小球由C点向B点运动过程中，小球的高度 ，
重力势能 ，小球的运动速度 ，动
能 ；直到小球到达B处时，速度 ，
能最小，重力势能 。这个过程中，
小球的 能转化为 。
4、此后，小球由B点又开始下落，由B→C→A，再由A→C→B,若整个过程中，机械能没有转化为其他形式的能（如热能），则小球一直可以如此往复摆动……。但是，小球在运动过程中，受到的 是不可避免的，所以每次小球的运动高度都不如上一次。
增大
增大
减小为0
减小为0
最小
动
最大
动 重力势
空气阻力等
视频：
单摆运动过程中能量的转化
（点击图片播放）
新知讲解
一、动能和势能的转化
1、动能和势能可以相互转化。
注意：
1）动能是没有方向的，只有大小。且不能小于零。与功一致，可直接相加减。
2）重力势能是相对于某个参照物而言的。
如，一个箱子从一楼搬到五楼，它相对于原来的一楼来说升高了，因此它相对于一楼来说就具有了重力势能。
新知讲解
2、动能和势能的转化是有一定条件的
1）动能和重力势能间的转化，发生在重力作用下的运动过程中。
如，单摆小球被拉离平衡位置释放，才出现动能和重力势能间的转化；人造地球卫星沿椭圆转道绕地球转动，会出现动能和重力势能间的转化；游乐场的过山车忽高忽低运动时，会发生动能和重力势能间的转化，……
2）动能和弹性势能间的转化，发生在物体发生弹性形变后恢复形状过程中。
如，弹弓发射石子时，由于弓弦被用力拉变而发生弹性形变，撤去外力后，弦恢复原状过程中，带动石子运动起来，此时弦的弹性势能转化为石子的动能……
学以致用
二、动能和势能转化的例子
1、滚摆运动：
滚摆上升的过程中，速度减小动能减小，但所处高度增大重力势能增大，动能转化为重力势能；滚摆下降的过程中，所处高度减小重力势能减小，但速度增大动能增大，重力势能转化为动能；滚摆上下滚动过程中，发生的能量转化是重力势能和动能间的相互转化。
学以致用
2、自行车下坡：
骑自行车下坡时，自行车与人所处高度减小，重力势能减小；速度增加，动能增加，重力势能转化为动能。所以不用蹬车也可以加快速度。
学以致用
3、乒乓球高处下落：
乒乓球在高处时，由于被举高而具有重力势能。释放后下落过程中，球的高度降低，速度增大，撞击地面产有，球的重力势能转化为动能；撞击地面的一瞬间，由于球发生形变，球的动能转化为球的弹性势能；球在恢复形变的过程中，弹性势能又转化为球的动能，使球球产生一个反方向的速度，向上跳起来。球上升过程中，动能又转化成重力势能，直到动能为零。到最高处时又下落……。
新知讲解
三、机械能守恒
1、机械能守恒定律：
如果没有空气阻力等，动能与势能发生转化过程中，总的机械能保持不变，即总的机械能守恒。这个规律称为机械能守恒定律。
实质上，机械能守恒时，机械能没有转化为其他形式的能。
（注意，这是一种理想状态，生活中并不存在。）
新知讲解
3、对机械能守恒的理解：
1）机械能守恒的条件：
只有在重力（或弹簧弹力）做功的情形下，物体的重力势能（或弹性势能）和动能发生相互转化，这时机械能才保持不变，即机械能守恒；
2）注意，机械能守恒时，物体的其他能还可以会变化；
3）机械能守恒指的是系统的初、末状态机械能守恒；
2）机械能守恒时，系统的动能增加量等于势能减少量。
新知讲解
4、如何判断机械能守恒的常用方法举例：
1） 做功条件分析法：
当动能与重力势能转化时，只有重力做功；当发生动能与弹性势能的转化时，只有弹力做功，其他力均不做功，则系统的机械能守恒。
2）能量转换分析法：
若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转化成其他形式的能（如温度没升高），则系统的机械能守恒。
3）增减情况分析法：
若系统的动能与势能均增加或均减少，则系统的机械能不守恒：若系统的动能或势能不变，而势能或动能却发生了变化，则系统的机械能不守恒：若系统内各个物体的机械能均增加或均减少，则系统的机械能也不守恒。
拓展：
5、功和能的关系：
1、功是描述物体状态改变过程的物理量，是能量变化的量度，功是一个过程量，描述为“物体做了功”。
2、做功可以实现能量转化或转移，做功使物体的能量发生了改变。所以用做功的多少来度量能量的改变。
3、各种形式的能量都可以在一定条件下相互转化。
4、能量是描述物质运动状态的物理量，能量是一个状态量，描述为“物体具有能量”。
课堂练习
1、如图是荡秋千的简化模型。摆球在A点静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高，下列说法正确的是 ( )
A．球在B，C两点的动能相等
B．球在A，D两点的机械能相等
C．球从B点到O点的过程中机械能减少
D．球从O点到C点的过程中重力势能减少
C
课堂练习
2、“轰-6N”国产新型远程战略轰炸机，可以在空中水平匀速直线飞行的过程中给战斗机进行空中加油。在加油过程中，“轰-6N”的动能和势能变化情况为( )
A．动能不变，重力势能不变
B．动能减少，重力势能增加
C．动能不变，重力势能增加
D．动能减少，重力势能减少
D
课堂练习
3、电梯匀速上升过程中，电梯的（ ）
A．重力势能保持不变 B．机械能保持不变
C．动能保持不变 D．动能转化为重力势能
C
课堂练习
4、如图所示，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定，右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置.开始时通过小球压缩弹簧到A位置（已知AO=OB），释放小球，研究小球在水平方向上的受力和运动情况，则（ ）
A．小球在运动过程中所受弹力的方向保持不变
B．小球运动到B点时动能不为零
C．小球从O运动到B的过程中所受弹力方向向右、动能不断减小D．小球从A运动到O的过程中所受弹力方向向右、动能不断增大
D
课堂练习
5、如图，小球从左侧的斜坡滚下，到达底端后又沿着右侧斜坡向上滚到最高处， 则下列图像能正确代表小球重力势能与运动时间t之间对应关系的是（ ）
B
课堂练习
6、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．E1E2>E3
C．E1C
课堂练习
7、一只氢气球下方用细线吊着一只小皮球，当小皮球随氢气球匀速竖直上升到距地面高度为H的位置时细线突然断了，小皮球落到水平地面上反弹后上升(绳子断裂后假设小皮球的机械能守恒)，以下分析正确的是（ ）
A．小皮球反弹后能上升的最大高度大于H
B．绳子断裂后到小皮球落地前，小皮球的动能不断增大
C．小皮球反弹后上升过程中，重力势能增大的越来越快
D．绳子断裂后，小皮球的重力势能和动能之和始终保持不变
A
课堂练习
8、如图甲所示，小球先后以相同的速度按①②③④四个方向抛出。若某次小球在空中飞行到接近地面的过程中（不计空气阻力），其动能Ek随时间t变化的图像如图乙所示，则此次抛出小球的方向为（ ）
A．① B．② C．③ D．④
A
课堂总结
1、动能和势能在一定条件下可以相互转化；
2、动能和势能转化过程中，若没有空气阻力等存在，则机械能总量保持不变，即机械能守恒。
3、机械能守恒时，机械能没有转化为其他形式的能。
板书设计
动能 势能
机械能
相互
转化
若没 有阻力
机械能守恒
（动能和势能转化过程中，机械能总量不变）
作业布置
1、复习本课时内容；
2、完成作业本中相应练习；
3、完成学案中“课后巩固”。
谢谢
21世纪教育网（www.21cnjy.com)
中小学教育资源网站
兼职招聘：
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/admin
