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思考：图中的过山车具有什么能？过山车不断地翻滚时，动能和势能是如何转化的？动能和势能在生产生活中有哪些应用？
本节我们将学习与此相关的内容。
第十章 第4节 机械能转化及其应用 （新课）
目标要求
01
02
本节要点
1.知道机械能及其守恒的条件，能举例说明动能与势能的相互转化，能解释与机械能转化有关的现象；
2.具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。
素养提升
1.能从做功的视角认识能量，知道机械能会转化为其他形式的能量，机械能守恒是一种理想状态。
2.能通过水能和风能利用的实例，体会能量的转化；能欣赏我国古人关于能量转化的技术成就
01
提出问题
问题二：机械能的应用？
问题一： 机械能的相互转化？
02
解决问题
实验方法
问题一:机械能的相互转化？
1.机械能：
（1）概念：动能和势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能。
（2）单位：焦耳（J）。
（3）大小：机械能等于动能、势能之和。
例如：一个空中飞行的物体具有100J的动能，若它的重力势能为50J，则它的机械能就为________J。
2.动能和势能的转化：
（1）动能和重力势能的相互转化：
①实验器材及装置图：铁架台、量角器、
摆球、细绳等。
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解决问题
实验方法
②实验步骤：如图所示，将偏离了一定角度的摆球由静止释放，观察摆球速度随高度的变化情况，你可得出什么结论？
③分析论证：
高度 重力势能 速度 动能 能的转化
A→B 降低 减小 变大 增大
B→C 升高 增大 变小 减小
C→B 降低 减小 变大 增大
B→A 升高 增大 变小 减小
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解决问题
实验方法
④实验结论：
从实验可知，摆球下降的过程中，重力势能越来越小，动能越来
越大，重力势能转化为动能。摆球上升的过程中，动能越来越小，
重力势能越来越大，动能转化为重力势能。
也就是，单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。
⑤交流反思：
从我们还发现，摆球每次上升的高度都比前一次要低一些，这说明摆球的机械能减少了一些，这是由于受到空气阻力等因素影响，摆球的部分机械能转化为其他形式的能量了。
也就是，如果只有动能和势能相互转化，则机械能总和不变。
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解决问题
实验方法
（2）动能和弹性势能的相互转化：
①实验器材及装置图：斜面、钢球、弹簧、支架等。
②实验步骤：如图，当钢球从高处滚下来，撞到弹簧上后会发生什么现象？这些过程中弹簧的能量是如何转化的？
③分析论证： 教师分析
④实验结论: 动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。
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解决问题
实验方法
（3）动能、重力势能和弹性势能相互转化：
3.机械能守恒：
如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能大小会变化，但机械能总和不变。
想一想：从鼻尖释放的铁锁，会再次打到鼻尖吗？
不会； 因为铁锁除了受到重力和拉力外还受空气阻力。 铁锁在运动过程中会克服摩擦力做功，从而消耗机械能，把机械能转化为内能，从而使机械能越来越小。
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解决问题
实验方法
（2）人造地球卫星的机械能转化：
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。
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解决问题
实验方法
问题二：机械能的应用？
1.水能的利用：
（1）水能属于机械能：流动的水具有动能，高处的水具有重力势能，水所具有的机械能统称为水能。
（2）古代对水能的利用：古人很早就开始利用水能（图10-21），通过水流冲击水轮转动来汲水、磨粉、碾压谷物等。
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解决问题
实验方法
（3）水能发电站：人们利用水能发电，修筑拦河坝来提高上游的水位，奔流而下的水的重力势能转化成动能，通过水轮机带动发电机发电（图10-22）。储水越多，上、下水位差越大，水能就越大，能发出的电就越多。
2.风能的利用：
（1）风能：流动的空气---风具有能量。风能是自然界中丰富的机械能资源。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。
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解决问题
实验方法
（3）风能发电：风能也可用来发电，风吹动风车，可带动发电机发电。在风力资源丰富的地区，可同时安装多台风力发电机，组成“风车田”，联在一起供电。
（2）古人对风能的利用：我国早在2 000多年前就开始利用风能驱动帆船，后来沿海及长江流域地区还出现了利用风能来推动风车做功，带动“龙骨水车”等提取海水制盐或提水灌溉农田。
03
体悟巩固
【例题1】如图2024年11月，天舟八号货运飞船成功发射，入轨后成功对接中国空间站天和核心舱，转入组合体飞行。天舟八号货运飞船由货物舱和推进舱组成，在加速升空过程中，货物舱的动能_____ ，重力势能______。天和核心舱运行轨道近似圆形，远地点和近地点高度可视作不变，核心舱在轨运行时动能______，因而空间站内部处于稳定状态。
04
拓展衍生
【例题2】2025年2月，受其他地区的降雨及对流天气的影响，某地局部地区出现冰雹。当冰雹匀速下落时（　　）
A．冰雹的机械能减小 B．冰雹的重力势能增加
C．重力对冰雹不做功 D．重力势能全部转化为动能
【例题3】兴趣小组研讨火车站进站段铁路工程的设计。小明提交了图 (a)所示的设计方案示意图，小兰提交了图 (b)所示的设计方案示意图。从节能角度考虑，你选择哪个设计方案？为什么？
05
小结
回顾本节课你学到了什么
分层作业
见校本作业
机械能转化及其应用
机械能
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能
机械能及其转化
动能和重力势能可以相互转化（物体的运动速度和高度位置发生改变）
动能和弹性势能可以相互转化（物体的速度改变且发生弹性形变）
弹性势能和重力势能可以相互转化（物体发生弹性形变和高度位置的变化）
机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变
机械能的应用：水能、风能发电等
下 课
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