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第三章 能量的转化与守恒
第2节 机械能
浙教版 科学（初中）
九年级上
1
课堂导入
观察思考
游乐园中的过山车从高处滑下时 ,如图所示，它的运动速度不断增大，然后它又冲上另一个斜坡，速度就减小下来。过山车运动的速度为什么会发生这样的变化？
与物体的动能和势能有关
互动学习
2
一、动能
在轨道上运动的过山车具有能量。物体由于运动而具有的能量叫做动能。
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。
流动的水、空气都能够推动发电机的叶轮转动。可见，流水、风也具有动能。
一切做机械运动的物体都具有动能。
物体的动能大小跟哪些因素有关呢？下面我们通过实验来探究一下。
实验器材：两个相同的木块、两个完全相同的钢球和一个质量较大的钢球、斜面轨道。
影响动能的大小因素
提出猜想：动能的大小与物体的质量和速度有关吗？
放在斜面上某一高度处的小钢球 A 滚下时，撞击水平面上的木块 B，并将木块 B 推出一段距离。木块 B 被推出的距离越远，说明小钢球 A 的动能越大。
思考1：在实验中如何体现钢球的动能大小？
动能大小
（转换法）
思考2：本实验采用的主要采用的研究方法是什么？
木块移动距离大小
控制变量法
物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法
转换法：
把多因素的问题变成多个单因素的问题,而只改变其中的某一个因素,从而研究这个因素对事物影响,分别加以研究,最后再综合解决的方法。
控制变量法
实验步骤：
②比较木块被质量相同的钢球从不同高度处滚下撞击后木块运动的距离，并说出实验现象和结论。
为什么让钢球从不同高度处滚下？
这样可以让钢球运动到斜面低端时获得不同的速度。
①将木块放在水平面上，让质量相同的两个钢球由静止开始沿斜面向下运动。
结论：在质量一定时，物体的速度越大，物体的动能就越大。
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，比较木块被小钢球推出的距离大小，得出实验结论。
实验现象：质量相同的钢球，释放的高度越高，木块被推得越远。
③被质量不同的钢球从同一高度处静止滚下撞击木块后，比较木块运动的距离。并说出实验现象和结论。
为什么让钢球从同一高度处滚下？
这样可以让钢球运动到斜面底端时获得相同的速度。
结论：运动速度相同时，物体的质量越大，物体的动能就越大。
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，比较木块被小钢球推出的距离大小，得出实验结论
实验现象：同一位置释放钢球，球质量越大，木块被推得越远。
实验结论：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大。运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。即：一个物体质量越大、速度越大，其动能就会越大。
总结出物体的动能与哪些因素有关：
1．下图中的汽车和摩托车，哪一个动能大？
图中汽车和摩托车速度相同，因为汽车的质量大所以动能大。
2．在同一条高速公路上，为什么对小型客车、大型客车的限制速度是不同的？
在相同的高速公路上，不同车型的客车质量不同，速度相同时，质量大的动能大，制动距离大，质量小的动能小，制动距离小，当制动距离相同时，不同车型限速就不同。
互动学习
2
二、势能
过山车能够从轨道的最高处飞驰而下，这是因为其他机械装置把过山车拉到轨道最高处的过程中，给过山车储存了能量。
为什么过山车能够从轨道的最高处飞驰而下？
物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能
树上静止的苹果也储存一定的重力势能，当它下落时会将重力势能释放出来。
重力势能的大小跟哪些因素有关呢？
小球下落实验
实验器材：铝盘、细沙、米尺、金属小球
实验步骤：
1．在一个铝盘中放入约2 厘米厚的细沙；
2．取出大小不同的金属小球。
影响重力势能的大小因素
4．把金属小球从沙中拿出，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。
3．将一根米尺竖直立在细沙上，把金属小球拿到某一高度自由释放，如右图所示, 记录这一高度。
5．抹平盘中的沙，分别从不同的高度自由释放同一个金属小球，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。
6．抹平盘中的沙，分别从相同的高度自由释放不同质量的金属小球观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。
7．比较观察结果，被金属小球所撞出的沙坑深度和大小跟金属小球的质量和下落的高度有什么关系？
自由释放：是指静止自由落体
实验 物体 物体质量 高度 凹陷深度 势能
1 重球 相同
轻球
2 重球 高
重球 低
大
小
相同
大
大
小
小
深
浅
深
浅
实验结论：大量事实表明，物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大.
实验记录：
2、弹性势能
物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。
你知道什么是弹性形变吗？请举例说明
物体受到外力作用而发生的形状变化，叫做形变，如果外力撤消，物体能恢复原状，这种形变叫做弹性形变。
如：拉长的弹簧，弯曲的钢锯条等。
(2)弹性势能的大小与物体的形变程度有关。
射箭运动员把弓拉弯的过程中，给弓储存了能量。当这些物体恢复原状时也会释放出能量。
张开的弓具有弹性势能，弓发生的形变越大箭射的越远，它具有的弹性势能就越大。
球拍击打网球时，网球拍发生变形，具有弹性势能，从而储存了能量。当这些物体恢复原状时会释放出能量。
越用力，网球拍发生形变就越大，网球就会飞得越远，它具有的弹性势能就越大。
发生形变的弹簧具有弹性势能，形变就越大，球就会飞得越远，它具有的弹性势能就越大。
结论：对同一个物体，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。
3
课堂小结
典例分析
考点一：动能
4
【典型例题1】
在相同的高度，以相等的速度将三个同样的小球分别沿竖直向上、竖直向下、水平方向抛出，若不计空气阻力，比较它们落地时的动能大小，则( )
A. 竖直向上抛出的大 B. 竖直向下抛出的大
C. 水平方向抛出的大 D. 一样大
D
【迁移训练1】
为了研究动能的大小与哪些因素有关,教材中设计了“小钢球撞木块”的实验(如图所示),让静止的小钢球从斜面上滚下,观察木块木块被推动的距离.关于该实验的说法中,不正确的是( )
A. 该实验的设计思路是采用转换法,用木块移动的距离来显示动能的大小
B. 该实验研究的基本方法是控制变量法,如分别控制小钢球滚下的高度和小球的质量等
C. 在实验器材的选择时,可以不考虑斜面的光滑程度、被撞木块的质量和软硬等因素
D. 实验过程中,让同一小球从不同高度滚下,目的是为了让小球获得不同的运动速度
C
在探究物体动能大小与质量的关系时，利用如图所示的装置，让不同质量的钢球，从同一斜面同一高度由静止滚下，撞击水平面上的木块．
（1）实验中，通过观察____________________________________ 比较小球动能的大小．
（2）通过观察甲、乙两图的实验现象，可得出结论：在_____________ 相同时，物体的质量越大，动能越大．
（3）交通规则中“禁止超载”就是通过限制车辆装载货物的质量，减小车辆的惯性和___________________，防止造成重大伤害．
【迁移训练2】
木块被撞击后移动的距离的大小
速度
动能
考点二：势能
【典型例题2】
如图（甲）所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t=0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图（乙）所示，则（ ）
A. t1时刻小球动能最大
B. t2时刻小球动能最大
C. t2-t3这段时间内，小球的动能先增加后减少
D. t2-t3这段时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能
C
【迁移训练1】
大型露天游乐场中的过山车轨道如图所示,若所有轨道均为光滑的,过山车从轨道A点由静止沿轨道AB自由滑下,经过B点后沿环形轨道BCD滑行,再冲上E点.在此过程中,过山车在A点时具有最大的　　　　能,　　　　能为零;当它沿AB向下运动时,动能　　　　,重力势能　　　,到达D点时,重力势能为　　　　,动能　　　　;它在BC段向上运动时,　　　　能增加,　　　　能减少,　　　　能转化为　　　　能;当它沿DE段上升时,动能转化为　　　　.
重力势
动
增加
减少
零
最大
重力势
动
重力势
动
重力势能
某运动员做蹦极运动，如图所示，从高处O点开始下落，A点是弹性绳的自由长度，在B点运动员所受弹力恰好等于重力，C点是第一次下落到达的最低点．（不计空气阻力）
（1）O点到A点，运动员的机械能________；（填“变大”、“变小”或“不变”）
（2）运动员O点到C点的过程中，速度最大的位置在________（选填“A点”、“B点”、“C点”或“BC之间”）
（3）运动员经历多次震荡后，最终将停在________．（选填“B点”、“C点”或“BC之间”）
【迁移训练2】
不变
B
B

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