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第十二章
苏科版2025
机械能和内能
第1节 机械能
学习目标
温故知新
当堂检测
机械能及机械能守恒
活动12.3 观察摆球动能和重力势能的转化
动能和重力势能的相互转化
海洋中的机械能
②
实践与练习
苏科版2025
1.进一步理解和巩固动能、重力势能和弹性势能的概念及影响因素。
2.通过观察和实验，认识并理解动能和势能的转化过程。
3.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的物理现象。
1. 一个物体从某高度h处自由下落，物体在h处时的动能为 ，落到地面时重力势能为 ，在这个过程中， 能逐渐增大，重力 势能逐渐减小， 对物体做功。(空气阻力忽略不计)
0
0
动
重力
重力
2. 如图所示，秋千在摆动的过程中，人运动的快慢和高低都在发生变化。说明人的 能和 势能不断的发生变化。在此过程中，重力对人 (做/不做)功，拉力对人 (做/不做)功。
动
重力
做
不做
趣味活动：用绳子将一物体悬挂起来，将物体拉近并贴在鼻尖位置，稳定后松手，物体向前摆去，保持头部位置不动，你认为物体摆回时会打到你的鼻子吗？动手做一做，说一下你观察到的现象。
一、动能和重力势能的相互转化
现象：松手后，物体离你而去，且速度的大小不断变化，到达左侧最高点后，物体又向你运动，接近鼻子后又会离你而去，循环往复，最终静止在竖直方向。在此过程中，物体并不会碰到鼻子。
12.3
观察摆球动能和重力势能的转化
根据活动要求，自主实验，认真观察，
然后完成下列内容。
12.3
观察摆球动能和重力势能的转化
(1)摆球从点A向下摆动至O'点位置的过程中，它的速度逐渐 ，动能逐渐 ，重力势能
逐渐 。
增大
增大
减小
(2)摆球到达最低点O'时，它的动能最 ，重力势能最 。
(3)摆球由点O'向点B运动的过程中，它的速度逐渐 ，重力势能逐渐
，当达到最高点B时，它的动能为 ，重力势能 (选填“小于”“等于”或“大于”)A位置时的重力势能。
大
小于
小
减小
0
增大
12.3
观察摆球动能和重力势能的转化
练习
交流与讨论
①单摆在往复运动过程中， (选填“重力”或“拉力”)对摆球做功。摆球由A位置运动到O'位置过程中， 转化为 ，摆球由O'位置运动到B位置过程中， 转化为 。
重力
重力势能
动能
②在能量的转化过程中，一种能量减小，必然对应另一种能量 。某一种能量最大时，必然存在另一种能量 。
③单摆最终会静止在O'点位置，是由于单摆在运动过程中受到_________
力等因素的影响，导致能量损失。
动能
空气阻力、
增加
摩擦
重力势能
最小
1
2
1.分析教材图12－10场景中，动能和势能的转化情况。
(1)游乐场的过山车：　　 和　　 　 之间的相互转化；
(2)落地后又弹起的皮球：　　　　 、　 　和_________之间的相互转化；
(3)撑竿跳高的运动员：撑竿助跑时人和竿的　 能增大，撑竿起跳时　 转化为人的　　 　　 和竿的　　　 能，竿的
　　　　能再释放出来，最终转化为人的　　　 能。人处于最高位置，　　　　能最大时，此时人越竿下落，　　　 能转化为　 能。
弹性势能
学以致用　
重力势能
动能
动能
重力势能
重力势能
动
动能
弹性势
弹性势
重力势
重力势
重力势
动
1
2
A.运动员离开蹦床上升过程中，弹性势能转化为重力势能
B.运动员从最高点下落到达蹦床前，重力势能转化为动能
C.运动员从接触蹦床到最低点，只有重力势能和弹性势能的转化
D.运动员从最低点到离开蹦床，只有弹性势能和动能的转化
2.(2025·济南二模)蹦床是一项运动员利用蹦床反弹来表现杂技技巧的竞技运动，属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。下列关于运动员在蹦床运动中包含的物理知识(忽略空气阻力)，说法正确的是(　　)
B
解析　运动员离开蹦床上升过程中，动能转化为重力势能，此时已没有弹性势能参与转化，故A错误；
运动员从最高点下落到达蹦床前，高度降低，速度增加，重力势能减小，动能增加，重力势能转化为动能，故B正确；
运动员从接触蹦床到最低点，不仅有重力势能和弹性势能的转化，还有动能参与转化，故C错误；
运动员从最低点到离开蹦床，不仅有弹性势能和动能的转化，还有重力势能参与转化，故D错误。
1. 机械能：在物理学中， 能和 能统称为机械能。
2. 机械能守恒：
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，机械能守恒。
动
势
二、机械能及机械能守恒
只有 能和 能两种形式的能相互转化时，不存在第三种形式的能，物体的机械能守恒。即“不计能量损失”“不计空气阻力、摩擦”等情况时，研究对象的机械能守恒。
练习
理解
动
势
变式练习
学以致用
1.(2024·梅州期末)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点下落至B点的过程中，它的　　　 能转化为　　能；弹性小球从B点上升至C点又开始下落，小球在B点的机械能_____(选填“大于”“小于”或“等于”)它在C点的机械能。
重力势
大于
动
1
2
3
解析　弹性小球从A点下落至B点的过程中，质量不变，高度降低，速度增大，可知重力势能减小，动能增大，所以是重力势能转化为动能。
由于小球受到空气阻力，所以运动过程中机械能不断减小，故小球在B点的机械能大于它在C点的机械能。
练习： 掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。如图所示是小球弹跳的闪频照片，小球在A、B位置的高度一样。问：
在AB两个位置，A球的机械能 B球的机械能；
在AB两个位置，A球的动能 B球的动能；
在AB两个位置，AB两球的 能相等。
大于
大于
重力势
2.趣味活动中，小明将一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近A处，稳定后松手，铁锁来回摆动，则下列说法正确的是(　　)
A.铁锁从A处摆动到B处，重力势能先变大后变小
B.铁锁从A处摆动到B处，动能先变大后变小
C.若不计空气阻力，铁锁可能会打到小明
D.铁锁的质量再大一些，有可能会打到小明
B
1
2
3
解析　铁锁从A处摆动到最低点时，质量不变，速度变大，动能变大，高度变小，重力势能变小；铁锁从最低点摆动到B处时，质量不变，速度减小，动能减小，高度升高，重力势能增大；所以铁锁从A处摆动到B处，重力势能先变小后变大，动能先变大后变小，故A错误，B正确；
不考虑空气阻力，铁锁来回摆动过程中的最高点保持不变，机械能守恒，所以铁锁摆回时不会打到小明，故C错误；
铁锁的质量再大一些，铁锁来回摆动过程中机械能守恒，铁锁来回摆动过程中的最高点保持不变，所以不会打到小明，故D错误。
3.如图所示的是某同学掷出的实心球的运动轨迹，O点是实心球刚离开手的位置，A点是实心球运动到最高点的位置，B点是实心球落地前瞬间的位置，不计空气阻力。下列说法正确的是(　　)
A.实心球在最高点A时，动能为零
B.实心球从O点运动到A点时，重力势能转化为动能
C.实心球从O点运动到B点的过程中，动能先增大后减小
D.实心球在O点的机械能等于在B点的机械能
D
1
2
3
解析　实心球在最高点A时，速度不为零，所以动能不为零，故A错误；
实心球从O点运动到A点时，质量不变，速度减小，动能减小，高度增加，重力势能增加，所以动能转化为重力势能，故B错误；
实心球从O点运动到A点时，动能减小，从A点运动到B点时，质量不变，速度增加，动能增加，所以实心球从O点运动到B点的过程中，动能先减小后增大，故C错误；
不计空气阻力，实心球在O点的机械能等于在B点的机械能，故D正确。
自学“物理·生活·社会”，完成下列问题。
两分钟计时开始
三、海洋中的机械能
海洋中有着丰富的机械能，它可以通过不同的形式表现出来，如 、 、 等。为了利用潮汐的机械能，人们通常在海湾或河口建立拦水堤坝，如图所示。
海浪
海流
潮汐
(1)潮汐产生的原因是____________________________________________
。
由于太阳和月球的引力作用，海面会出现周期性
涨落，形成潮汐
(2)根据你的理解，图中是反映海水 (选填“涨潮”或“退潮”)时的情景；此过程中，水库内水的重力势能将 。
(3)相比火力发电，借助潮汐的能量发电的优势之一是 。
涨潮
变大
无污染
1. 请说明为什么高空坠物的危害很大。
答：高处的物体所处的高度较大，具有较大的重力势能。
2. 如图所示，上海“明珠线”某轻轨车车站的设计方案与站台连接的轨道有一定的坡度。请你从节能的角度，分析这种设计的优点。
答：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，将动能转化为势能，速度减小；出站时下坡，将势能转化为动能，速度增加，从而节约能源。
3. 做一个能自动回转的“魔罐”。如图所示，在金属罐的盖子和底各开两个小孔，用细线将一个钩码系在橡皮筋的中部，然后将橡皮筋穿过盖子和罐底的小孔并固定起来，这样，一个魔罐就做成了。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？
答：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。
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落下时，在纸上留下黑色圆斑AB。如图所示，皮球从较高处落下所成的圆斑是图中的哪一个？你判断的依据是什么？
答：因为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，球在接触地面前就具有较大的动能，在和地面接触过程中动能转化为弹性势能就较大，因此球的形变量较大，在地面上形成的圆斑也就较大。
5.
答：将卡片反过来，用手把它在桌面上压平，橡皮筋伸长，迅速松开手，橡皮筋要恢复原状，产生弹力，会使卡片向上跳起来。把橡皮筋拉开才会有弹性势能，把卡片按平后放在水平面上然后松开，松开后，橡皮筋对卡片做功，橡皮筋的弹性势能转化为纸片的动能，卡片能跳起来，跳起来以后，卡片的重力不变，速度减小，高度升高，卡片的动能又转变为卡片的重力势能。
5.如图所示，将一张卡片(约 9 cm × 5 cm)对折，在开口的一边剪两个小豁口，套上橡皮筋，就做成了一个会跳的卡片。将卡片反过来，在桌面上压平后，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？
1.如图所示，把细线的一端固定，另一端绑一个小铁球，就做成了一个单摆。将小铁球从A点由静止释放，它下降到最低点B后，又上升到C点。小铁球从A点摆动到C点的过程中，下列说法错误的是(　　)
A．小铁球从A点下落到B点，重力势能逐渐转化为动能
B．小铁球从B点上升到C点，动能逐渐转化为重力势能
C．小铁球在B点的机械能比在C点的小
D．小铁球在A点的重力势能比在C点的大
C
做一做
2.乒乓球自空中释放后竖直下落，多次与地面碰撞反弹，最终停在地面上。在上升过程中，乒乓球的动能 (选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”)；从释放到停止，乒乓球的机械能 (选填“守恒”或“不守恒”)。
逐渐减小
不守恒
3.如图甲所示，是学校安装的乒乓球发球机。如图乙所示，乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，三个球在运动过程中机械能 (选填“守恒”或“不守恒”)；若不计空气阻力，三个球到达乒乓球台的速度 (选填“a最大”“b最大”“c最大”或“一样大”)。
不守恒
一样大
5/1
1.下列情境中关于机械能转化的说法，错误的是(　　)
A.人踩得蹦蹦床下陷，人的重力势能转化为床的弹性势能
B.物体沿光滑斜面下滑，物体的重力势能转化为动能
C.人由低向高荡秋千时，人的动能转化为重力势能
D.拉弯的弓把箭射出，弓的动能转化为弹性势能
D
解析　人踩得蹦蹦床下陷，人的质量不变，人高度减小，重力势能减小，蹦床的弹性形变变大，弹性势能增大，人的重力势能转化为床的弹性势能，故A正确；
物体沿光滑斜面下滑，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，物体的重力势能转化为动能，故B正确；
在向上摆动过程中，人的质量不变、速度变小，动能变小；质量不变、高度变大，重力势能变大，动能转化为重力势能，故C正确；
拉弯的弓把箭射出的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能，故D错误。
2.如图所示，小球由静止开始沿着粗糙的路面从a点向d点自由运动，其中b和d两点在同一水平高度，则下列说法中错误的是(　　)
A.小球在b和d时重力势能和动能都相等
B.小球从a到c加速下滑，动能增大
C.小球从c到d减速上坡，重力势能增大
D.小球从a到d的过程中部分机械能转化为其他形式的能
A
5/2
解析　由于接触面粗糙，小球从b运动到d的过程中，会有机械能损失，故小球在b点的机械能大于在d点的机械能，故D正确，不符合题意；已知b和d两点在同一水平高度，即两位置小球的重力势能相同，根据“机械能＝动能＋势能”可知，小球在b点的动能大于在d点的动能，故A错误，符合题意；
小球从a到c加速下滑，小球质量不变，速度增大，所以动能增大，故B正确，不符合题意；
小球从c到d减速上坡，小球质量不变，高度增加，所以重力势能增大，故C正确，不符合题意。
3.如图是人造地球卫星的轨道示意图。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。卫星在远地点时　　　 能最大；近地点时　 能最大，从远地点向近地点运动时，_______能转化为　　能，速度　 　。从近地点向远地点运动时　 能转化为　　　 能，速度　 　。
动
重力势
重力势
动
增大
减小
动
重力势
5/3
4.(2025·徐州期中)图甲是过山车的圆形轨道，小明制作了如图乙所示的轨道模型，用小球模拟过山车通过圆形轨道，E为圆形轨道最高点。实验中将小球从轨道A、B、C不同位置处由静止释放，观察到小球由A点静止释放滚动至D点过程中，小球运动得越来越快，此过程中小球的_______
能转化为　 能，如果从C点释放，小球　　 (选填“能”或“不能”)到达E点。
重力势
动
不能
5/4
解析　从A处由静止释放小球，到达轨道最低点D处，此过程中小球质量不变，速度增大，动能增加；高度减小，重力势能减小，故此过程中小球的重力势能转化为动能。由题图可知，C、E两点在同一水平面，如果从C点释放，在此过程中，小球克服摩擦力做功，消耗了一部分机械能，所以在此过程中机械能减小，故小球不能到达E点。
5.(2025·苏州一模)如图，甲、乙为完全相同的小球，以同样的速度v沿着与水平方向相同的角度斜向上抛出，甲球沿光滑斜面，乙球抛向空中，不计空气阻力，甲、乙小球能到达的最高点分别为a点与b点，离地高度为h1和h2，在这个过程中，小球的机械能是　　　(选填“守恒”或“不守恒”)的，图中h1　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)h2。
守恒
大于
5/5
解析　甲球沿光滑斜面上升，无阻力，不存在能量损失，因此机械能是守恒的。
甲、乙两球在运动过程中，不存在能量的损失，因此机械能都是守恒的，甲图中小球的质量不变，上升到最高点时，速度为0，将动能全部转化为重力势能；乙图中小球上升到最高点时速度不为零，就具有一定的动能，质量不变，将部分动能转化为重力势能，因此小球在斜面上升的高度大于抛向空中上升的高度，即h1>h2。
机械能守恒 ：当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。
动能和势能能够相互转化
第1节 机械能
课堂小结
谢谢

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