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第12章 机械能
第2节 机械能及其转化
1.能用实例说明动能和势能之间可以相互转化。
2.能解释有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单现象。
3.了解机械能可以和其他形式能量相互转化。
同学们有体验过这些项目吗？尝试说一下，在运动的过程中动能和势能是怎样变化的。
动能和势能统称为机械能。
一个物体既可以同时具有动能和势能，也可以只具有动能或只具有势能。
机械能
动能
势能
重力势能
弹性势能
物体具有的机械能的总量等于动能、势能两种能量之和。
知识点一：机械能
空中飞行的球由于运动具有动能，又由于它在高处而具有重力势能。
如果：
球的动能是 4 J
重力势能是 5 J
这两种能量相加等于 9 J
9 J
——球的总机械能
弓的弹性势能哪里去了？
思考
举高的球释放后，重力势能变小，是不是能量消失了？
你荡过秋千吗？闭上眼睛，那种时高时低、时快时慢的感觉如同在飞。
你知道其中能量的转化过程吗？
知识点二：动能和势能的转化
图中小聪荡秋千的过程可简化为一个球的摆动过程。
如图所示，用细线把一个小球悬挂起来，将小球从位置 B 拉到位置 A，释放小球，观察它在A→B→C过程中高度和速度的变化，分析这一过程中动能和重力势能的变化情况。
摆球动能和势能的转化
状态或 过程 A A→B B B→C C
动能 零 增大 最大 减小 最小
势能 最大 减小 最小 增大 最大
动能和势能的转化 — 势能转化为动能 动能最大，势能最小 动能转化为势能 动能最小，势能最大
结论：动能和重力势能可以相互转化。
滚摆在运动过程中动能和重力势能也在相互转化。
实验表明，物体的动能和势能是可以相互转化的，动能可以转化为重力势能，重力势能也可以转化为动能。
弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成箭的动能；
自由下落的球，重力势能转化成动能。
高度减小
速度增大
重力势能减小
动能增大
转 化
（1）皮球下落：
皮球在下落过程中的动能与势能的转化
（2）皮球接触地面：
开始发生弹性形变，弹性势能逐渐增大。向下的速度变小，动能减小。这时是动能转化为弹性势能。
动能减小
弹性势能增大
转 化
速度减小
形变增大
（3）皮球在恢复原状的过程中： 弹性形变程度变小，向上的速度变大。
动能增大
弹性势能减小
转 化
形变减小
速度增大
（4）皮球上升时：
高度增大
速度减小
重力势能增大
动能减小
转 化
蹦床运动员从高处落下，在与蹦床床面将要接触时，具有一定的动能，与蹦床床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。
动能和势能的相互转化，使撑杆跳高运动员完成了助跑、撑杆、跨杆、落地的过程。
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，但动能和势能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
机械能 = 动能 + 势能
势能
动能
+
保持不变
机械能守恒是一种理想状态。现实生活中，由于存在摩擦阻力等因素，在动能与势能的转化中，需克服摩擦阻力做功，机械能会转化为其他形式的能，则机械能的总量会减小。
过山车的能量转化
游乐场的过山车，可让你充分感受上起下落的乐趣，体验重力势能和动能的转化。
如图是一幅简单的过山车漫画。假如在以下情形中过山车已经关闭了动力系统，在轨道上滑行，请描述这个过程中能量是怎样转化的。
过山车从高处向低处运动时，高度减小，但速度增大，重力势能转化为动能，当过山车运动到最低点时，动能最大；
过山车从低处向高处运动时，速度减小，但高度增大，动能转化为重力势能，当过山车运动到最高点时，重力势能最大。
由于空气阻力、摩擦等因素，过山车会慢慢停下来，机械能转化为其他形式的能量。
由于空气阻力、摩擦等因素，过山车会慢慢停下来，机械能转化为其他形式的能量。
物质世界中，能量的形式是多样的。
研磨轮高速转动，炽热的金属屑从工件上飞出，研磨轮的机械能转化为金属屑的动能和内能。
知识点三：机械能同其他形式能量的相互转化
风力发电机的叶片在风的推动下旋转，带动内部的设备转动，最终将旋转的机械能转化为电能。
鼓皮在敲击时振动，机械能转化为声能，发出声音
骑自行车时，人体内的一部分化学能转化为动能
汽车在刹车过程中，刹车片会发热，将动能转化为内能
在一定的条件下，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。
机械能及其转化
动能
势能
转化
其他形式的能量
一定
条件
2. 三峡水库修建大坝提高水位差是为了增加水的________能。高处的水奔流而下时________能转化为________能。
重力势
重力势
动
1. 据报道，一个鸡蛋从十几层楼落下可能伤及行人，从二十几层楼落下会危及行人的生命。由此可知，重力势能与__________________有关，在鸡蛋的下落过程中，重力势能转化为________。
物体所处的高度
动能
3.如图所示为掉在地上的弹性小球在地面上弹跳的频闪照片。弹性小球从 A 点运动到 B 点的过程中，它的__________转化为动能；弹性小球在 B 点的机械能________（选填“大于”“小于”或“等于”）在 C 点的机械能。
重力势能
大于

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