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第十二章 机械能
第2节 机械能的转化
第3节 水能和风能
教科版 物理 八年级下册
1、动能和势能的转化
2、机械能同其他形式能量之间的转化
3、水能和风能
学习目标
1. 探究动能和重力势能的转化：
(1)实验名称：单摆实验。
(2)实验装置：如图1 所示。
(3)实验现象：摆球左右摆动过程中，位置和速度不停发生变化。
探究新知
新知一 动能和势能的转化
(4)实验分析：
运动方向 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
(5)实验归纳：在一定的条件下，动能和重力势能可以相互转化。
2. 探究动能和弹性势能的转化：
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。
(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：
探究过程 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。
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。
延伸拓展：
重力势能和弹性势能之间不能直接相互转化，只有伴随着动能的转化才能实现重力势能和弹性势能之间的转化。例如，在撑竿跳高时，运动员撑竿，运动员的动能转化为竿的弹性势能；当竿弯曲程度达到最大后，竿恢复形状，将弹性势能转化为运动员的动能和重力势能。
[中考·成都] 牛顿坐在苹果树下深思，一个熟透的苹果掉在地上。关于苹果加速下落的过程，下列分析正确的是( )
A. 重力势能转化为动能，动能增加
B. 动能转化为重力势能，动能减小
C. 动能转化为重力势能，重力势能增加
D. 无能量的转化，重力势能和动能不变
例 1
A
解题秘方：根据动能和势能的影响因素，判断苹果在加速下落过程中哪种能变大，哪种能变小，变小的形式的能转化为变大的形式的能。
解析：苹果加速下落的过程中，质量不变，速度变大，高度变小，重力势能转化为动能，动能增加，A 正确；B、C、D均错误。
特别提醒:
对同一物体而言，重力势能只和物体的初、末位置的高度有关，动能只和物体的速度有关。
1. 机械能是与物体的机械运动相关的能量，不仅动能和势能之间可以相互转化，在一定条件下机械能还可以与内能、声能、电能等其他形式的能量相互转化。
2. 机械能与其他形式的能量之间相互转化时，机械能总量会发生变化。机械能转化为其他形式能量，机械能总量减少，其他形式能量转化为机械能，机械能总量增加。
新知二 机械能同其他形式能量之间的转化
3. 自然界中各种形式的能，在一定条件下可以相互转化，如摩擦生热——机械能转化为内能；发电机发电——机械能转化为电能；电动机转动——电能转化为机械能，此过程中机械能总量将发生相应改变。
知识链接：
1. 水电站将水的机械能转化为电能；
2. 自行车运动员奋力蹬车时，人体内的一部分化学能转化为动能；
3. 汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将动能转化为内能。
[ 中考·邵阳改编] 2022 年4 月16 日，摘星妈妈王亚平和航天员翟志刚、叶光富三人乘坐神舟十三号返回舱成功返回地球。下列关于返回舱进入大气层后的有关说法错误的是( )。
A. 返回舱下落过程中，动能转化为重力势能
B. 返回舱加下落过程中其动能增大
C. 返回舱下落过程中与大气摩擦，外表面温度升高，其内能增加
D. 返回舱下落过程中，机械能减小
例2
A
解题秘方：根据返回舱下落时速度和高度的变化判断动能和势能的变化，确定能量的转化，同时考虑空气阻力，克服摩擦阻力做功，有部分机械能转化为内能。
解析：返回舱下落过程中，高度减小，速度变大，质量不变，所以重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；返回舱下落过程中与大气摩擦，克服空气阻力做功，将机械能转化为内能，内能增加，外表面温度升高，机械能减小。
方法点拨：
“由内及外”辨析机械能与其他形式能的转化。机械能是动能与势能之和，因此首先判断动能与势能的变化情况，再结合具体情景判断有没有其他形式的能量出现，从而辨析机械能与其他形式的能之间的转化问题。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. 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。自然界中的瀑布、湍急的河水和海浪等都具有水能。
新知三 水能和风能
2. 风能 空气在流动过程中所具有的机械能叫风能。
风是流动的空气，由于不同地区、不同高度等的空气温度不同，压强也不同，空气就会流动起来，形成风。风具有机械能，即风能。
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
延伸拓展:
1.水能的大小由流量、流速和水位差决定。
2.风能的大小由风速和流动空气的质量决定。
如图3 是利用水能发电的示意图，请你思考回答：
例 3
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。
重力势
解析：修建大坝，提高了水位，水的质量和水位都
会增加，使水的重力势能增大。
(2)从水能利用的角度考虑，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，重力势能转化成的动能越多，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。
误区警示:
◆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。
◆水带动水轮机做功的过程，其实是一个动能的转移过程。
第2节 机械能的转化
第3节 水能和风能
机械能
其他形式的能量
相互转化
动能
势能
转化
空气流动
风能
重力势能
弹性势能
提高水位
水能
归纳新知
再 见

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