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第1节 机械能
第十章 机械能、内能及其转化
小鸟和飞机比起来，真的是小的不能再小了，但是如果飞机这种庞然大物在空中飞行时遇到了小鸟，那将会带来一场灾难。为什么小小的鸟儿，能给飞机带来如此大的威胁？
1.知道能量、动能、重力势能、弹性势能、机械能的概念。
2.通过观察实验现象知道影响动能、重力势能大小的因素。
任务一
动能
活动1：风能吹动帆船在水面上行驶，对帆船做了功，可以说风具有能量；抛出的保龄球能将保龄球瓶推向坑道，对保龄球瓶做了功，保龄球也具有能量。
阅读课本P2页内容，我们知道了物体能够对外做功，就说这个物体具有能量，简称能。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
问题：下列情境中的物体具有能量吗？判断的依据是什么？
行驶的汽车
流动的河水
奔跑的猎豹
上面情境中的物体都具有能量，因为它们都在运动。
我们把物体由于运动具有的能量叫做动能。
活动2：在前面我们知道了物体由于运动具有的能叫做动能。那么物体的动能大小与什么因素有关呢？联系生活实际，行走的人和百米冲刺的运动员动能一定不同，行驶的汽车和火车动能也一定不同。于是我们可以得到怎样的猜想？
物体动能大小可能与物体速度大小有关
物体动能大小可能与物体质量有关
阅读课本P3页“实验探究”内容，分小组讨论交流下列问题：
问题1：小球在斜面最高点有动能吗？是如何判断小球具有动能的？如何比较小球动能的大小？实验需要采用了什么实验方法？
小球在最高点没有动能，下落后开始具有动能。
小球到达平面后会推动纸盒对其做功，纸盒的位置会发生改变，就说明了小球具有动能。
通过比较纸盒被推动距离的长短，就可以比较做功的多少，从而反映小球动能的大小，小球的动能无法直接测量，将其转化为纸盒被推动的距离。
采用转化法、控制变量法。
问题2：分析课本P3页图10.1-4和10.1-5中的实验现象，并进行归纳得出实验结论。
当小球的质量相同时，从越高的地方滑落时速度越大，纸盒被推动的距离越远；当小球滑落的高度相同时（即速度相同），小球的质量越大时，纸盒被推动的距离越远。
质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。
问题3：若木块与水平面没有摩擦，能够得出结论吗？为什么？
不能。若水平面没有摩擦，根据牛顿第一定律，钢球和木块将一直运动下去，没有运动距离的远近之分，就不能达到比较距离来比较动能大小的目的。
问题4：物体的质量和它的速度都能影响物体的动能。请你研究本节P4页表10.1-1“一些物体的动能”提供的数据，质量和速度相比，哪个因素对物体的动能影响更大？
以跑出去的篮球和飞行的步枪子弹为例，尽管篮球的质量比子弹的质量大，但是乒乓球的速度较小，动能并不大；飞行的子弹尽管质量不大，但速度很大，动能是篮球的100多倍。可见，速度对动能的影响比质量对动能的影响大。
活动小结
1.能量：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。
2.动能：物体由于运动而具有的能。
3.动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，他的动能也越大。
任务二
势能
上面情境中的物体都具有能量，因为他们都在一定的高度。
活动1：下列情境中的物体具有能量吗？判断的依据是什么？
挂在枝头的苹果
打夯机重锤
受到重力的物体被举高后所具有的能叫做重力势能。
活动2：学习了“探究物体动能的影响因素实验”后，分小组交流，设计实验探究物体重力势能的大小与哪些因素有关。
【提出问题】物体重力势能的大小与哪些因素有关？
【猜想与假设】物体重力势能的大小可能与物体的质量有关，也可能与位置高度有关。
【设计与进行实验】
（1）实验方法
①实验中通过比较木质小桌陷入沙坑的深度来比较铁块具有的重力势能的大小，小桌陷入沙坑的深度越深，铁块具有的重力势能越大。这种研究方法是转化法。
②重力势能的大小与多个因素有关，故还需要利用控制变量法。
（2）进行实验
探究重力势能与位置高度的关系：如图甲、乙，铁块质量相同，甲图中的铁块被举得较高，小桌陷入沙坑的深度越深，说明甲图中的铁块具体重力势能较大。
探究重力势能与质量的关系：如图甲、丙，铁块的高度相同，丙图中铁块的质量较大，小桌陷入沙坑的深度较深。说明丙图中的铁块具有的重力势能较大。
【分析与论证】分析现象可知，物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大。
甲
乙
丙
甲
拉伸的皮筋
拉开的弓
活动3：势能可以分为重力势能和弹性势能。根据生活现象，你能说说哪些情境下的物体具有弹性势能？并说说什么是弹性势能。
问题：说说弹性势能与什么有关？并用生活实例验证。
物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。
射箭时，如果弓拉得越满箭射得越远，代表弹性势能越大，满弓时其弹性的形变量最大。
具有弹性的物体发生弹性形变而具有的能叫弹性势能。
活动小结
1.重力势能：受到重力的物体被举高后所具有的能。物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大。
2.弹性势能：具有弹性的物体发生弹性形变而具有的能。物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。
任务二
机械能及其转化
活动1：动能和势能统称机械能。回想篮球比赛中的跳球过程，当裁判将篮球向上抛起时动能和势能有什么变化？篮球在下落时又有什么变化？
上抛过程中动能逐渐减少，重力势能逐渐增加；
下落时重力势能逐渐减少，动能逐渐增加。
活动2：同桌合作完成下面实验。
实验：用一根绳子将橡皮擦绑住，将绳子一端固定在某一位置使绳子和橡皮擦悬空，再将橡皮擦从某一高度自然摆动。
问题1：观察橡皮擦每次上升的高度，说说你有什么发现，并说明产生这种现象的原因。
橡皮擦上升的高度降低，因为在摆动过程中通过做功把一部分机械能转化为了内能，机械能减少了。
问题2：假设在摆动过程中没有阻力，那么在前面的实验中有哪些能量的转化？橡皮擦上升的高度有什么变化吗？根据你的猜想说一说你对机械能守恒的理解。
如果摆动过程中没有阻力，实验中有动能和势能之间的转化；因为机械能不变，所以橡皮擦每次都会上升到同一高度。
物体的动能和势能之间是可以转化的。在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变，即机械能是守恒的。
1.下面关于能量的说法正确的是（ ）
A.只有正在做功的物体才具有能量
B.具有能量的物体都在做功
C.不做功的物体就不具有能量
D.能够做功的物体一定具有能量
2.篮球被抛出后在空中上升的过程中，下列说法正确的是（ ）
A.动能不变
B.动能增加
C.重力势能不变
D.重力势能增加
D
D
3.如图所示，在光滑的水平台面上，一轻质弹簧左端固定，右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置，开始时通过小球压缩弹簧到A位置（已知AO=OB），释放小球，小球开始往复运动，研究小球的受力、运动及能量情况，下列说法错误的是（ ）
A.小球从A运动到O的过程中所受弹力方向向右、速度不断增大
B.小球在O点运动速度最大，弹性势能最小
C.小球运动的最大速度在OB之间某个点C，小球的动能最大
D.小球在运动过程中运动状态始终发生改变
C
总结：请画出本节内容的思维导图
机械能
动能
势能
重力势能
弹性势能
能量：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。
定义：物体由于运动具有的能
影响因素：物体的速度和质量
定义：受到重力的物体被举高所具有的能
影响因素：物体的质量和位置
定义：物体由于发生弹性形变而具有的能
影响因素：物体的材料、弹性形变的大小
机械能及其转化
动能和势能统称为机械能
机械能守恒

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