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第十一章 功和机械能
第4节 机械能及其转化
人教版 物理 八年级下册
1、机械能及其转化
2、水能和风能的利用
学习目标
1. 机械能
(1)定义：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
(2)单位：焦耳，简称焦，用符号J 表示。
物体具有机械能有三种情况：(1)只有动能；(2)只有势能；(3) 既有动能又有势能。
探究新知
新知一 机械能及其转化
2. 动能和势能的转化
(1)进行实验：
①如图1 所示，摆球左右摆动过程中，
位置和速度不断发生变化。
②实验分析：
高度 速度 重力势能 动能 能的转化
下降 A → O′ B → O′ 变低 变大 变小 变大 重力势能转化为动能
上升 O′→ A O′→ B 变高 变小 变大 变小 动能转化为重力势能
③实验归纳：在一定的条件下，动能和势能可以相互转化。
(2)探究动能和弹性势能的转化：
①进行实验：如图2 所示，让一个木球从高处滚下，撞击弹簧片。
②实验分析：
研究 过程 球的 速度 动能 弹簧片形变程度 弹性势能 能的转化
甲→乙 不断减小，直至为零 不断减小，直至为零 变大 增大 动能转化为弹性势能
乙→丙 由零不断增大 由零不断增大 变小 减小 弹性势能转化为动能
③实验归纳：在一定条件下，动能和弹性势能可以相互转化。
深度理解:
●能的转化过程中，总是变小的那种形式的能转化为变大的那种形式的能。
●动能和弹性势能的相互转化，可以发生在同一个物体上，也可以发生在不同物体之间。如，由高处落下的皮球在撞击地面发生弹性形变的过程中，皮球的动能转化为弹性势能，皮球在恢复原状的过程中，弹性势能转化为动能；运动员蹦蹦床时，运动员被弹起的过程中，蹦床的弹性势能就转化为运动员的动能和重力势能。
温馨提示:
现实生活中，由于摩擦阻力的存在，动能和势能的相互转化过程中要克服摩擦阻力做功，将部分机械能转化为其他形式的能，使机械能减小。
只有重力和弹力做功时，机械能才守恒；否则，机械能不守恒。
3. 机械能守恒
(1)大量研究表明，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，或者说，机械能是守恒的。
(2)机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化，即动能的增减量等于势能的减增量；或者说，没有机械能转化为其他形式的能，也没有其他形式的能转化为机械能。
例 1
小朋友在玩荡秋千时，当从最高位置向下荡的过程中，小朋友的________能转化为_______能。
重力势
动
解题秘方：根据动能和势能的影响因素找到物体变小和变大的那种形式的能，则变小的那种形式的能转化为变大的那种形式的能。
解析：小朋友从最高位置向下荡的过程中，质量不变，高度变小，速度变大，由重力势能和动能的影响因素知其重力势能减少，动能增大，故小朋友的重力势能转化为动能。
误区警示：分析动能和势能的转化现象时，不能只关注动能和势能的相互转化，有时其他形式的能量也会参与转化。如汽车匀速上坡，动能不变，重力势能增大，动能就没有转化为重力势能，而是有其他形式的能转化为了重力势能。
1-1. [中考·湖州] 你一定剪过指甲吧！为什么指甲被剪断之后不是原地掉下来，而是“飞”出去？原来，指甲受到指甲钳的挤压， 改变了_______，当指甲被指甲钳剪断后，指甲的__________转化为指甲的动能，让指甲“飞”出去。
形状
弹性势能
1. 水能 流动的水具有动能，高处的水具有重力势能，水具有的机械能统称为水能。
2. 风能 空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。
新知二 水能和风能的利用
延伸拓展:
●水能的大小由流量、流速和水位差决定。
●风能的大小由风速和流动空气的质量决定。
3. 水能和风能的利用
水能 风能
特点 无污染、蕴藏量大、可循环利用 资源丰富、无污染、不稳定、不便于储存
利用 (1)人们利用水轮机汲水； (2)18 世纪，人们利用大功率水轮机带动纺织机、冶金鼓风机工作； (3)利用水轮机带动发电机发电 (1)利用风能驱动帆船航行；
(2)利用风能推动风车做功；
(3)利用风能发电
如图3 是利用水能发电的示意图，请你思考回答：
例2
利用水能时，一般是水的重力
势能转化为动能，再利用水的动能
做功，也就是说，主要是利用水的
重力势能，故不能认为修建拦河大
坝是为了增大水的动能。水的动能
带动水轮机做功的过程，其实是一个动能的转移过程。
解题秘方：根据动能和势能的影响因素判断水的能量变化，根据水流从高处流向低处的过程中能量的转化判断水轮机的安装位置。
(1)修建拦河大坝是为了增加水的________能。
势
解析：修建大坝，提高了水位，使水的重力势能增大。
(2)从水能的利用角度考虑，水轮机安装的位置应该靠近________(填“上游”或“下游”)。
下游
解析：从水能利用的角度考虑，水位下降越多，相同质量的水重力势能转化为动能越多，推动水轮机做功越多，转化成的电能就越多，故水轮机安装的位置应该靠近下游。
2-1. 如图4 所示是一个风力发电场的照片：当风速达到一定等级时，它们的扇叶就可以转动，从而带动发电机转动发电。这种风力发电的方式是取代石油与煤炭等能源发电的好方法。发电风车在发电过程
中可以将风能转换成风轮机的_______能，
再转换成电能。
动
第4节 机械能及其转化
机械能
动能
空气流动
风能
势能
相互
转化
重力势能
弹性势能
提高水位
水能
守恒
归纳新知
再 见

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