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(共28张PPT)
第十一章 功和机械能
第4节 机械能及其转化
新课引入
过山车这样惊心动魄的场面与我们学习的机械能的知识会有什么关联？
学习目标
知道机械能的概念
理解动能和势能的相互转化
能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单物理现象
机械能的概念
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能（mechanical energy）。一个物体可以既有动能，又有势能，如飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，把这两种能量加在一起，就得到它的总机械能。
机械能及其转化
物体从高处下落，物体的重力势能转化为动能。
弯弓射箭，弓的弹性势能转化为动能。
机械能及其转化
蹦床运动员从高处落下，在与蹦床面将要接触时，具有一定的动能，与蹦床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。可见，动能和势能可以相互转化。
机械能及其转化
实验思考：
观察图甲的滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的？
【解析】
在图甲中，滚摆下降时，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。滚摆上升时，它的动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能。
机械能之间的转化
实验思考：
如图所示，分析小球在摆动过程中动能和势能的相互转化？
【解析】
在图乙中，小球从A点下落到B点，重力势能逐渐转化成动能，到最低点B时动能最大，之后又从B点上升到C点，动能逐渐转化成重力势能。
机械能及其转化
实验小结：
大量研究结果表明，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。
机械能及其转化
想想做做：
把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。想想看，铁锁摆回时会打到你的鼻子吗？
机械能及其转化
想想做做：
不会打到鼻子，因为下落与上升过程中，空气与铁块之间有摩擦，会有能量消耗，能量是不守恒的。
【解析】
水能和风能的利用
水力发电
水力发电主要利用势能，利用势能必须有落差，但河流自然落差一般沿河流逐渐形成，在较短距离内水流自然落差较低，需通过适当的工程措施，人工提高落差，也就是将分散的自然落差集中，形成可利用的水头。
水能和风能的运用
水力发电
人们修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机，发电机装在水轮机的上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。
水能和风能的运用
风力发电
风能也可以用来发电，风吹动风车（见右图），可以带动发电机发电。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”，联在一起供电。
知识拓展
人造地球卫星中的机械能守恒
许多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（见右图）。卫星在运行过程中不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。
知识拓展
人造地球卫星中的机械能守恒：
卫星在远地点时势能最大，当卫星从远地点向近地点运动时，它的势能减小、动能增大，速度也就增大。当卫星从近地点向远地点运动时，它的势能增大，动能就会减小，速度也减小。
机械能及其转化
定义：动能与势能之和统称为机械能。动能是物体运动时具有的能量，势能是储存着的能量。注意：机械能是动能和势能之和。其中势能既包括了重力势能也包括了弹性势能。
知识点：机械能及其转化
机械能及其转化
动能和势能之间的相互转化：
（1）动能和重力势能之间的相互转化。在一定的条件下，动能和重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块，从低处抛向高处，再从高处下落的过程中，先是动能转化为重力势能，后来又是重力势转化为动能。
知识点
（2）动能与弹性势能之同的相互转化。在一定的条件下，动能和弹性势能之间可以相互转化。如跳板跳水运动员，在起跳的过程中，压跳板是动能转化为弹性势能，跳板将运动员反弹起来是弹性势能转化为动能。
机械能守恒：如果一个过程中，只有动能和势能相互转化，机械能的总和就保持不变。这个规律叫做机械能守恒。
知识点：机械能及其转化
机械能及其转化
知识点
水能发电：人们修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机，发电机装在水轮机的上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能就越大，能发出的电就越多。
风能发电：风吹动风车，可以带动发电机发电。在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”，连在一起供电。
机械能及其转化
课堂练习
例题1：如图所示，一个滑雪的人，以的速度沿山坡匀速地滑下，则在他向下匀速滑动过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 人的动能转化为重力势能
B. 人的重力势能全部转化为动能
C. 人的机械能不变
D. 人的机械能一定减小
D
知识点：机械能及其转化
课堂练习
【解析】
因为是下坡，重力势能减小，动能不变，因此不是动能转化为重力势能，故A错；在下滑的过程中，要克服摩擦消耗能量并且人的动能不变，因此人的重力势能转化为内能，故B错；在下滑过程中要消耗一部分能量来克服摩擦做功，因此机械能的总量减小，故C错，D正确。
课堂练习
例题2：下列自然灾害造成的破坏中，主要与机械能有关的是（ ）
D
A. 大水淹死了庄稼
B. 大火烧毁了楼房
C. 瘟疫造成的死亡
D. 海啸带来的灾难
知识点：机械能及其转化
课堂练习
【解析】
A选项，大水淹死了庄稼是因为庄稼被淹没了，与机械能无关；B选项，大火烧毁了楼房，不是因为质量、速度、高度以及弹性形变，因此与机械能无关；C选项，瘟疫造成死亡，是一种传染疾病，不是质量、速度、被举的高度、弹性形变造成的危害，因此与机械能无关；D选项，海啸有一定的质量，有一定的速度，具有动能，动能属于机械能，符合题意。
实战演练
例1：跳远运动的几个阶段如图所示，则有关运动员的机械能的说法正确的是（ ）
C
A. 助跑阶段机械能不变
B. 起跳时机械能为零
C. 经过最高点时重力势能最大
D. 下降过程中，动能转化为重力势能
课堂练习
【解析】
助跑阶段运动员的速度在增大，故动能变大，重力势能不变；故机械能将增大；故A错误；起跳时，运动员有速度也有高度，故运动员既具有动能，又具有重力势能；故其机械能不为零；故B错误；经过最高点时，运动员的高度最大，故重力势能最大；故C正确；下降过程中，重力势能减小，动能增大；故是重力势能转化为动能；故D错误。故选C。
实战演练
例2：我国成功发射了“神州六号”飞船，在加速升空的过程中，飞船的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）；飞船在轨道上稳定飞行的过程中处于失重状态，该状态下的宇航员的质量 （选填“变大“变小”或“不变”）。
【解析】
（1）飞船在加速升空过程中，它的速度增加，动能变大；它的高度增加，重力势能变大；所以机械能增大；（2）宇航员虽然位置发生了变化，但质量不会发生变化。
增大
不变
知识要点
动能和势能之间可以相互转化。
动能与势能统称为机械能。物体的机械能等于它的动能与势能之和。
如果只有动能和势能相互转化，机械能守恒。

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