资源简介

(共49张PPT)
第十二章
江苏科学技术出版社
机械能
和内能
九年级物理上册
无论是玩具车还是汽车，都深深地吸引着我们.
为什么有的玩具车不使用电池，它也能向前跑
为什么汽车要加注燃料后才能行驶
为什么要向汽车发动机的水箱中加水
… … … …
这其中的奥秘是什么呢？
发动机中的“秘密”
动能和势能
的相互转化
机械能
一、动能 势能 机械能②
1
导入新课
一、复习
①动能：物体由于运动而具有的能。
动能、势能
②重力势能：物体由于被举高而具有的能量。
③弹性势能：物体由于弹性形变而具有的能量。
2
学习新课
①动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
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势能，把这两种能量加在一起，就是它的机械能。
飞行中的飞机
机械能
动能
势能
重力势能
弹性势能
1. 机械能
①分析篮球下落、上升过程中动能和势能的转化
下落
篮球下落时：
高度减小，速度增大，
重力势能转化为动能。
篮球上升时：
速度减小，高度增大，
动能转化为重力势能。
上升
2. 动能和势能的相互转化
从高处落下
②蹦床运动员的蹦床过程
运动员从高处落下，与蹦床将要接触时，具有一定的动能，与蹦床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化为蹦床的弹性势能。
蹦床在发生弹性形变时，蹦床的弹性势能转化为运动员的动能，运动员被弹起。
动能 蹦床的弹性势能
上升
蹦床的弹性势能 动能
12.3 观察摆球动能和重力势能的转化
活 动
①当摆球从A点向下摆时，它的速度______，高度______，所以动能逐渐_____，势能逐渐______；当摆球到达最低点O＇时，它的动能最_____，势能最_____。
增加
减小
增加
小
大
减小
动
如图所示，让摆球从A点静止释放。
h
A
O＇
B
O
在此过程中，摆球的重力势能逐渐转化为_____能。
在此过程中，摆球的_____能
逐渐转化为________能。
12.3 观察摆球动能和重力势能的转化
活 动
②摆球向00＇的另一端运动，随着摆球的上升，它的速度越来越_____，高度越来越____，动能逐渐转化为___________能；当摆球到达最高点B时，它的动能为____，重力势能最_____。
重力势
动
小
重力势
大
零
大
③归纳结论
动能和重力势能可以相互转化
动能和弹性势能可以相互转化
动能和势能可以相互转化
动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自变化，而且一定是此增彼减。
动能和势能的相互转化的条件：
动能的增减变化要以速度的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面高度的变化来判断；弹性势能的增减要根据形变大小的变化来判断。
人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。
拉开的弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。
④ 动能和势能相互转化的实例
人从滑梯下滑
拉弓射箭
①分析过山车在运动过程中的能量转化情况。
3. 分析动能和势能相互转化的过程
②分析皮球落地后又弹起的能量转化情况。
接着皮球被弹起，在此过程中弹性势能转化为动能；
离开地面后，皮球上升，动能转化为重力势能。
落地后又弹起的皮球
动 能
弹性势能
重力势能
皮球在落地过程中，高度减小、速度增大，重力势能转化为动能；
接触地面后，皮球被压扁，动能转化为弹性势能.
①
③
②
动能 弹性势能（跳杆） 重力势能 动能
①
②
③
③撑杆跳高中能量的转化情况
①观察滚摆的运动情况
最低点
最高点
滚摆
下降
上升
滚摆在下降时速度越来越大，上升时，速度越来越小。
4. 机械能守恒
②滚摆运动过程中动能和势能的转化
滚摆下降时：重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能。
滚摆上升时：动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。
最低点
最高点
滚摆
下降
上升
动能、势能的大小会变化，它们的和是否变化呢？物理学家经过大量的实验研究与理论推导，得出了如下规律：
③机械能守恒
机械能守恒
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。
注意机械能守恒的条件：
只有动能和势能的相互转化，而没有机械能与其他形式的能的相互转化。【即忽略摩擦力造成的能量损失，所以机械能守恒也是一种理想化的物理模型】
“在光滑面上”、“不计空气阻力”等文字描述，表示没有摩擦阻力，此时机械能是守恒的。
机械能守恒的情况
④单摆的机械能不守恒的原因
单摆的摆动幅度越来越小，最后停下来，表明机械能越来越小，机械能并不守恒。
原因是：摆球与空气间有摩擦，绳子与系点有摩擦，有一部分机械能转化为内能。
若不计摩擦阻力，则单摆的机械能是守恒的，将越远摆下去。
h
A
O＇
B
O
⑤机械能不守恒的事例
跳伞运动员匀速下落
升空的航天器
人骑自行车爬坡
⑥人造地球卫星的动能和重力势能的转化
卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时，势能减小，动能增大，速度也增大。
当卫星从近地点向远地点运动时，它的动能减小，势能增大，速度也减小。
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。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。
人造地球卫星的轨道示意图
【例题1】小明从光滑的滑梯上下滑过程中，下列说法正确的是（不计空气阻力）（ ）
A、重力势能减小，动能增加，机械能不变。
B、重力势能增加，动能减小，机械能不变。
C、重力势能增加，动能不变，机械能增加。
D、重力势能减小，动能不变，机械能减小。
A
小明从光滑的滑梯上下滑过程中，不计空气阻力，机械能是守恒的。因为高度减小，速度增大，所以重力势能减小，动能增加。 选项A正确。
【例题2】如图所示为荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高。下列说法正确的是（ ）
A. 球在B、C 两点的动能相等
B. 球在 A、D 两点的机械能相等
C. 球从B点到O点的过程中机械能减少
D. 球从O点到C点的过程中重力势能减少
由图知，D点略低于A点，表明球从A点到D点的过程中，机械能减少，故B错、C对；球在B、C两点，质量相等、高度相等，重力势能相等，而球在B点的机械能大于在C点的机械能，因为球在某一状态下的机械能等于其动能和势能之和，所以球在B点的动能大于在C点的动能，A错。球从O点到C点的过程中，质量不变，高度增加，重力势能增加，D错。
C
【例题3】 将皮球从离地某一高度 O点处水平抛出，球落地后又弹起。它的部分运动轨迹如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.皮球经过同一高度的A、B两点时动能相等
B. 皮球第一次反弹后到达最高点 P点时速度为零
C.皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能
D.若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两点留下两个大小相等的黑色圆斑
解析见下页
由图知，弹跳的高度越来越低，表明皮球的机械能逐渐减小。皮球经过同一高度的 A、B 两点时，重力势能相等，因为在A点时的机械能大于在B点时的机械能，所以在A点时的动能大于在B点时的动能，A错；
皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能，C对；
A.皮球经过同一高度的A、B两点时动能相等
B. 皮球第一次反弹后到达最高点 P点时速度为零
C.皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能
D.若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两点
留下两个大小相等的黑色圆斑
皮球刚与地面M点接触时的机械能大于地面N点接触时的机械能，即M点动能大于N 点接触时的动能，皮球在地面上 M点的弹性势能大于在地面上 N点的弹性势能，则在地面 M点留下的黑色圆斑大于在地面N点留下的黑色圆斑，D错.
由图可知，皮球不是竖直反弹的，皮球第一次反弹后到达最高点P时，皮球在竖直方向上的速度为零，在水平方向上继续向右运动速度不为零，B错。
A.皮球经过同一高度的A、B两点时动能相等
B. 皮球第一次反弹后到达最高点 P点时速度为零
C.皮球在D点时的机械能小于在C点时的机械能
D.若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两点
留下两个大小相等的黑色圆斑
答案:C。
大海中的机械能
大海中有着丰富的机械能，它可以通过不同的形式表现出来，如海浪、海流、潮汐等。
海洋中波涛汹涌，蕴藏着巨大能量。海浪能把几十吨的石头推走，能使万吨巨轮颠簸摇晃。海啸——一种灾难性的海浪，能把轮船冲上陆地，甚至能冲毁岸上的建筑物。据科学家估测，在1km2的海面上，海浪能的功率可高达2.0×105kw，如果能有效地开发和利用，将可以获得非常可观的能量。
海浪能
海流能
海水受风力、海底地形等影响，沿一定方向大规模流动，这种现象称为海流。海流中蕴藏着巨大的动力资源。科学家们设想利用海流的动力推动水轮发电机发电——海流发电。据估测，如果世界大洋中的海流都被利用来发电，其发电功率可达5×109kW.
潮汐能
由于太阳和月球的引力作用，地球上海洋水面出现周期性涨落的现象称为海洋潮汐。海水一涨一落，水位的高度差可达十几米。为了利用潮汐的机械能，人们在海湾或河口建筑拦水堤坝，形成水库，并在坝下设置一些装有水轮机的闸门。当海水涨落时，海水流经闸门，带动水轮发电机发电。位于浙江省温岭市的江厦潮汐发电站，是我国最大的潮汐发电站，也是世界第四大潮汐发电站。
3
课堂总结
机械能
①动能、重力势能和弹性势能统称为机械能
②动能、重力势能和弹性势能可以相互转化
③机械能守恒：
如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变。
大海中的机械能：海浪能、海流能、潮汐能
动能和势能的转化
4
WHAT WHY WOW
1. 通常，载重汽车造成的车祸比小轿车造成的车祸严重得多，这是为什么？但也有例外，这又是为什么
由于载重汽车的质量要比小轿车大得多，在运动速度相差不大的情况下，载重汽车的动能要比小轿车的动能大，因此造成的车祸也更严重一些。但是，如果小轿车的速度比载重汽车大很多，那么小轿车造成的车祸会更严重。
2. 图是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案图，与站台连接的轨道有一定的坡度。请你从节能的角度分析这样设计的优点.
一般情况下，列车在进站过程中要减速，而出站时要加速。利用这种设计方案可以使列车在进站时上坡，将动能转化为重力势能，速度减小；出站时下坡，将重力势能化为动能，速度增大，从而节约能源。
可以观察到，弹簧圈的上端向下运动接触到斜面，“带动”一圈圈的弹簧逐渐从高处向低处运动；这个过程完成后，弹簧圈的另一端翘起，变成新的上端向低处运动……如此不断弯曲、翻滚。在此过程中重力势能、弹簧的弹性势能和动能之间发生了转化.
3. 如图所示，一个玩具弹簧放在斜面(倾角约30°)上端，将弹簧弯曲一定程度后释放观察弹簧的运动情况，说说在弹簧运动的过程中，有哪些机械能发生了转化.
4. 在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，如图所示。皮球从较高处下落形成的圆斑是图中的哪一个 你判断的依据是什么
B。球在较高处具有较大的重力势能，下落过程中重力势能转化为动能，球在接触地面前具有较大的动能，在和地面接触过程中动能转化为弹性势能就较大，因此球的弹性形变程度较大，在地面上形成的圆斑也就较大。
5. 做一个能自动回转的“魔罐”。如图所示，在金属罐的盖子和罐底各开两个小孔，用细线将一个钩码系在橡皮筋的中部，并将橡皮筋的两端分别穿过盖子和罐底的小孔固定起来，这样，一个“魔罐”就做成了。
本题是一个小制作，要指导学生动手制作。制作完成后，推动“魔罐”使之沿水平面滚出，滚动一定距离后，它能自动折回……如此不断地来回滚动。在此过程中“魔罐”的动能与橡皮筋的弹性势能之间相互转化.
试一试，当你将“魔罐”在水平地面上滚出后，它能自动滚回来吗 仔细观察“魔罐”的运动，想一想，在此过程中动能和势能是如何转化的
6. 如图所示，将一张卡片(约9cmx5cm)对折，在开口的一边剪两个小豁口，然后套上橡皮筋，就做成了一个会跳的卡片。将卡片反过来，用手把它在桌面上压平，
使橡皮筋伸长，迅速松开手，会出现什
么现象 在此过程中，弹性势能、动能、
重力势能是如何转化的
本题是一个取材简单的小制作，实验中将卡片在桌面上压平，迅速松开手，会看到卡片跳起来。在此过程中橡皮筋的弹性势能转化为卡片的动能，跳起来的卡片的动能又转化为重力势能。
视频播放
5
课堂练习
1. 三峡大坝的高度可达185米，建造这么高的拦河坝，其目的是____________，使水的__________能储存起来，打开水闸，河水的_________能转化成_______能冲击水轮机发电。
提高水位
重力势
重力势
动
三峡大坝的高度可达185米，建造这么高的拦河坝，其目的是提高水位，使水的重力势能储存起来，打开水闸，河水的重力势能转化成动能冲击水轮机发电。
物体在拉力F的作用下沿斜面向上匀速运动，动能不变，重力势能增大，所以机械能增大。
选项B正确。
2. 如图所示，一个物体在拉力F的作用下沿斜面向上匀速运动，在向上运动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A、物体的动能不变，机械能不变
B、物体的重力势能增大，机械能增大
C、物体的重力势能转化为动能
D、物体的动能转化为重力势能
F
B
3. 如图所示的滚摆下降过程中，滚摆的 能转化为　 能。滚摆上下往复运动过程中，其每次上升所能达到的高度越来越低，滚摆在运动过程中的机械能　　 (选填“增加”、“减少”或“不变”)。
下降
　重力势　
滚摆在下降过程中，高度逐渐减小，重力势能减小，速度越来越大，动能增大，滚摆的重力势能转化为动能。
滚摆上下往复运动过程中，要克服阻力做功，部分机械能转化为其他形式的能，机械能减少。
　动
　减少
小球从高处滑下，由于曲面光滑（即没有阻力），故只有动能和势能的相互转化，机械能是守恒的。
所以选D。
4. 如图所示，一个小球由静止从光滑曲面的顶端自由滑下，若它在顶端的重力势能为65J，则滑到底端的动能是（ ）
A. 35J B. 50J
C. 55J D. 65J
D
跳伞运动员在空中匀速直线下降的过程中，质量不变，速度不变，则动能不变；高度降低，则重力势能变小；机械能等于动能与势能之和，则机械能变小。所以选C。
A. 动能不变，重力势能不变，机械能不变
B. 动能变大，重力势能变小，机械能不变
C. 动能不变，重力势能变小，机械能变小
D. 动能变小，重力势能变小，机械能变小
5. 如图所示，跳伞运动员在空中匀速直线下降的过程中，关于运动员(不包含降落伞和绳)下列说法正确的是 (　　)
C
6. 下列过程中，物体的重力势能转化为动能的是（ ）
A、跳伞运动员匀速下落，动能不变，重力势能减小，该项不符合题意；
B、铅球自由下落的过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能，该选项符合题意；
C、汽车在水平路面上匀速行驶，动能与重力势能都不变，该选项不符合题意；
D、热气球上升的过程中，重力势能变大，不是重力势能转化为动能，该选项不符合题意。故B选项正确。
B
A、跳伞运动员在空中匀速下落的过程
B、铅球自由下落的过程
C、汽车在水平路面上匀速行驶的过程
D、热气球上升的过程
7．如图所示，小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化，则（ ）
忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化，则小球的机械能保持不变，即各点的动能与势能之和不变。
小球在A处是静止的，动能为0，重力势能最大；小球在D处的重力势能比在A处的小，则一定具有动能；故A、B、C均错误，D正确。
所以选D。
D
A. 小球在A处的动能等于在D处的动能
B. 小球在A处的动能大于在D处的动能
C. 小球在B处的机械能小于在C处的机械能
D. 小球在B处的机械能等于在C处的机械能
8. 如图所示，先用绳子把一把铁锁悬挂起来，然后把铁锁拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不动，铁锁向前摆去后又摆回来。下列说法正确的（ ）
B
A、铁锁摆回后能碰到鼻子
B、铁锁下降的过程中，重力势能转化为动能
C、铁锁的机械能始终不变
D、铁锁摆动到最低点时，动能最小
铁锁在摆动过程中，由于存在空气阻力，机械能不守恒，是越来越小；所以当铁锁摆回来时机械能减小，高度变小，不能碰到鼻子。选项A、C错误。
铁锁下降的过程中，是重力势能转化为动能，摆动到最低点时，动能最大；所以选项B正确，D错误。
利用水泵将水从下水库抽到上水库时，抬升了水的高度，增大了
水的重力势能；将上水库的水放出时，水的高度减小，速度增大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能，从而推动发电机发电。
9. 抽水蓄能水力发电是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾而设计的一种间接储存电能的方式，其工作原理如图所示。它利用下半夜过剩的电力驱动水泵，将水从下水库抽到上水库，
增大了水的　　　 能；在次日白天或
上半夜将上水库的水放出，使水从高处
流向低处将水的　 　能转化为 能，
从而推动发电机发电。
动
重力势　
重力势　

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