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第四节 机械能转化及其应用
第十章 　功与机械能
知1－讲
感悟新知
知识点
机械能的相互转化
1
1． 机械能
(1) 定义：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，简称焦，用符号 J 表示。
重力势能
机械能
弹性势能
动能
势能
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归纳总结
物体具有机械能的三种情况
(1)只有动能。
(2)只有势能。
(3)既有动能又有势能。
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2． 动能和势能的相互转化
(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：
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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
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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。比如，悬挂的小球由高处释放，在下摆过程中，小球的重力势能转化为动能，在上摆的过程中，小球的动能转化为重力势能。
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(3)实验归纳：在一定条件下，动能和势能可以相互转化。
关联思考 摆球摆起的最大高度越来越低，最终静止在 O ＇位置，什么原因导致机械能总量减少？
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知1－讲
关联结果
现实生活中，由于摩擦阻力的存在，动能和势能相互转化的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，使机械能总量减少。
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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。
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(3) 用公式表示：( E 表示能量、 E k 表示动能、 E p 表示势能)E 减 =E 增( E k 减 =E p 增 、 E p 减 =E k 增)，
E k1+E p1=E k 2+E p2(某时刻，某位置)。
知1－讲
知1－练
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如图 2 所示，将摆球从 A 点由静止释放，经过最低点 O 到达 B 点， A、 B 两点等高，摆球到达 B 点时动能
为_____ J；摆球 从 A 点到 O 点的过程中，______ 能转化为动能。整个过程中，摆球的机械能
大小 _______（填“不变”或 “减小”）。
例1
0
重力势
不变
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解题秘方：分析动能和重力势能的相互转化：
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解析：摆球在 A 点时静止，动能为零，从 A 点由静止释放，能达到与 A 点等高的 B 点，说明没有能量损失，即机械能守恒。由于 B 点与 A 点等高，摆球在两点时重力势能相等，所以摆球在 B 点的动能与在 A 点的动能相同，即为 0。摆球从 A 点运动到 O 点的过程中，摆球的质量不变，高度减小，重力势能逐渐减小，速度变大，动能逐渐变大。此过程中，重力势能转化为动能。摆球在摆动过程中没有能量损失，整 个 过 程中，动能和势能 相互转化，机 械 能守 恒，因此 摆 球的机械能不变。
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1. [ 中考·广州 ] 如图所示，一小球从固定轨道 A 点下滑，经过 B 点，再沿着轨道运动到右端的最高点 C 点。已知 A点与 C 点离地高度相等，小球在 A 点时动能和重力势能的总和等于在 C点时动能和重力势能的总和。
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下列说法正确的是 ( )
A． 小球在 B 点时的机械能小于在 A 点时的机械能
B． 小球在 A 点一定是从静止开始下滑的
C． 小球在 A 点一定是以某一速度开始下滑的
D． 小球 从 B 点运动到C 点，重力势能不断变大
B
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知识点
机械能的应用
2
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。
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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、磨粉、碾压谷物 ;（ 2） 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
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延伸拓展
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。水的动能带动水轮机做功的过程，其实是一个动能转移的过程。
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深度思考 如何判断水能与风能的大小？
深度理解
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。
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阅读短文，回答问题。
如图 3 是我国古代的科学著作《天工开物》所记录的筒车，筒车是利用水流自然冲击力的一种取水机械，酷似巨大的古式车轮，轮辐半径大的将近 10 米，小的也有 5 米。旺水季利用自然水流助推转动，绑在水车上的取水筒就源源不断地将河水提灌到高处，倾倒入架空的接水槽之内，通过重力的作用，倒水处将提灌的水输送到岸边的农地进行灌溉，一架水车，大的可浇六七百亩河岸农田，小的也能浇地二三百亩。这种通过水流使水车转动，自动提水灌溉农田的
水利取水设施，是古代的“自来水
工程”。
例2
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(1)从 取 水 处 到 倒 水 处的过 程中，取 水筒中水 的重力势能 ______（填“增大”“减小”或“不变”）。
(2)若倒水处距水面的高度为 4 m，每个取水筒每次可取水4 kg，则一个取水筒从取水处到倒水处的过程中，筒车对筒中的水所做的功为 _______J。（ g 取 10 N/kg）
增大
160
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解题秘方：根据重力势能的影响因素判断水的重力势能的变化，根据功的定义式计算筒车对筒中的水所做的功。
解析：（1）从取水处到倒水处的过程中，取水筒中的水的高度增大，质量不变，重力势能增大。（2）筒车对筒中的水所做的功为
W = G h = m g h = 4 k g×10 N / k g×4 m =16 0 J。
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2. [ 模拟·青岛 ] 阳光、大海、沙滩……青岛是一个被上帝宠坏了的地方，把最宜人的气候、最和煦的阳光、最柔和的沙滩，最美的海鲜……都赐给了这座美丽的海滨城市，也吸引着无数的游客来到这座浪漫的 “ 帆 船 之 都”观 光 游览。帆船在海面上不仅可以顺风 航行，也可以逆风而上
（如图所示），逆风航行时，船帆的形
知2－练
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状与飞机机翼相似，因为空气 流 速 越 大 的 位置，压强越______ ，所 以 船 帆 会 受 到 空气的压力差______ （填 “向前”或“向后”），故而船可以逆风而上。风 吹 动 帆 船 前 进 的 过程 中，风 能 转 化 为 船的 ______能。
小
向前
动
机械能转化及其应用
风能
重力势能
机械能
弹性势能
守恒
动能
势能
相互
转化
空气流动
水能
提高水位

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