资源简介

(共31张PPT)
第十一章 功和机械能
第 4 节 机械能及其转化
素养目标
1. 能通过生活实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。知道机械能，能解释与机械能转化有关的现象。
2. 通过分析生活现象和实验中的动能和势能相互转化情况，发展科学推理、科学论证、质疑创新等思维能力。
3. 经历动能和势能相互转化的探究过程，用科学方法进行分析，基于证据得出结论，并对探究过程和结果进行交流，提升科学探究能力。
4. 通过了解水能和风能的利用，培养节约能源的意识，激发利用科学技术发展新能源的动力。
创设情景，引入新课
把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到你的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。
你认为铁锁摆回时会打到你的鼻子吗
走进上海天文博物馆，一进门你会发现，有一个很大的单摆在不停的来回摆动，并且摆动的幅度大体相同，你知道这是为什么吗？
上海天文博物馆的单摆
机械能及其转化
1. 机械能
（1）现象与分析
节前“问题”中，松手后，铁锁离你而去，且速度的大小不断变化，到达左侧最高点后，铁锁又向你运动，接近你的鼻子之后，又会离你而去，循环往复。
在这个过程中，铁锁的运动快慢在变化，说明动能在发生变化。同时，铁锁的高度也在变化，说明铁锁的重力势能也在发生变化。
但铁锁并不会碰到你的鼻子，这是什么原因呢
（2）机械能
在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。机械能是和物体的
运动紧密联系的能量。
机械能的单位是焦耳（J）。
想一想：
高空飞行中的飞机具有什么能量？
飞行中的飞机因为它在运动而具有 ，又因为它处于高空而具有 。一个物体可以既有动能，又有势能， 把这两种能量加在一起，就可以得到它的总
2. 动能和势能的转化
（1）动能和重力势能的转化
动能和重力势能可以相互转化。下面以单摆和滚摆的运动为例分析。
机械能是多少了。
动能
重力势能
①单摆实验
【实验】如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时
最低，所以摆球的运动可分为下降段和上升段。
其能量转化情况见下表。
重力势能转化为动能
动能转化为重力势能
重力势能转化为动能
动能转化为重力势能
观看视频：《观察单摆的运动》
【结论】
单摆在摆动过程中，动能和重力势能 相互转化。
②滚摆实验
如图所示，将滚摆挂起来，捻动滚摆，使悬线缠绕在轴上，当滚摆上升到最高点后，放开手，滚摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。
可以
重力势能转化为动能
动能转化为重力势能
【结论】
滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。
（2）动能和
弹性势能
的转化
如图所示，是一个木球从高处滚到水平面上，撞到弹簧上的情景。请你分析这一过程中能量转化的情况。
动能转化为
弹性势能
弹性势能
转化为动能
【结论】动能和弹性势能在一定条件下 相互转化。
可以
（3）归纳结论
动能和势能可以相互转化：
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
重力势能
动能
弹性势能
动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且一定是此增彼减。
注意：判断动能和势能的相互转化的方法
动能的增减变化要以 的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面 的变化来判断；弹性势能的增减要根据 大小的变化来判断。
速度
高度
形变
（4）动能和势能相互转化的实例
①人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。
②拉弓射箭时，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。
运动员需要经过哪一些过程？
③撑杆跳高
起跳瞬间 ：运动员的动能转化为撑竿的 能。
上升过程 ：撑竿的弹性势能转化为运动员的 能和 能。
下落过程 ：重力势能转化为 能 。
④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 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
能。也就是说，动能和势能 相互转化。
弹性势
动
重力势
动
动
弹性势
可以
3. 机械能守恒
（1）机械能守恒
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：
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，
但动能和势能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
（2）机械能守恒的条件
只有 能和 能的相互转化，而没有机械能与其他形式的能的相互转化。（即忽略摩擦阻力造成的能量损失，所以机械能守恒也是一种理想化的物理模型）
在物理学中常常出现“光滑的表面”、“不计空气阻力” 、“不计摩擦”等文字描述，表示 摩擦阻力，机械能是守恒的。
机械能守恒的情况
（3）用机械能守恒及其转化
解释现象
动
势
没有
①人造地球卫星的机械能转化
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
地点，最远的一点叫 地点。卫星在大
气层外运行，
空气
阻力，只有
能和
能的转化，因此机械能守恒。
卫星在远地点时势能最 ，当它从远地点向近地点运动时，势能 ，动能 ，速度会
。
当卫星从近地点向远地点运动时，动能 ，势能 ，速度会 。
近
远
不受
动
势
大
减小
增大
增大
减小
减小
增大
②节前“问题”栏目中，用绳子把一个铁锁悬挂起来。把铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。
你认为铁锁摆回时
会打到你的鼻子吗？
在运动过程中铁锁的动能和重力势能相互转化，但它们的总和不变（
忽略空气阻力）。所以，铁锁在摆回时，不会打到鼻子。
注意：实际上是 空气阻力的，所以铁锁的机械能 守恒，逐渐 ，最终停下来。
③分析过山车运动过程中的能量转化情况
存在
并不
变小
①A→B过程，
③C→D过程，
②B→C过程，
过山车运行过程中车与轨道之间有摩擦力，还受到空气的阻力，机械能并
不守恒，机械能转化为内能，在不给其他动力的情况下，过山车最终会停下来。
（4）机械能不守恒的一些事例
重力势能转化为动能；
动能转化为重力势能；
重力势能转化为动能。
①跳伞运动员匀速下落
跳伞运动员匀速下落时，动能不变，重力势能减小，机械能减小，不守恒。
②发射的航天器
刚发射的航天器是加速上升的，动能变大，重力势能变大，机械能变大，不守恒。
水能和风能的利用
1. 水能
（1）水能和风能都是机械能
地球上，海水潮汐涨落，江河日夜奔腾；有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看，自然界的流水和风都具有大量机械能的天然来源。
（2）水能
流动的水具有动能，高处的水具有重力势能，水所具有的机械能统称为水能。水能的大小由流量、流速和水位差决定。
（3）古代对水能的利用
早在1900多年前，我们的祖先就制造了木
质水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。
（4）水能发电站
将水的机械能转化成电能。
修筑拦河坝提高上游水位，坝底装水轮机，发电机装在水轮机上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。
2. 风能
（1）风能：空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。
（2）古代对风能的利用：我国早在2000多年前就开始利用风来驱动帆船航行。至少1700多年前已开始利用风来推动风车做功。
（3）风能发电站
将风的机械能转化成电能。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几百台风力发电机，组成“风车田”，连在一起供电。
3. 抽水蓄能电站
力系统发出的电无法得到使用，电网又没办法储存，既造成大量的浪费，又影响供电系统的安全。
如图所示，抽水蓄能电站建有上、下两座水库，两座水库互通，水流双向运行。
在生活和生产中，人们用电的情况时常会发生变化。有时电
抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库，进行发电。这样的抽水蓄能电站可以提升电力系统的灵活调节能力，具有调峰、填谷、储能等功能，能提高电网运行的稳定性，为实现新能源安全可靠替代传统能源、推动绿色低碳发展提供条件。因此，抽水蓄能电站也被称为“超级
充电宝”。
世界规模最大的抽水蓄能电站——国家电网河北丰宁抽水蓄能电站
当前，我国抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。截至2022年年底，已建的抽水蓄能电站总装机容量为4579万千瓦，居世界首位。如图所示，是浙江省北部安吉县境内的天荒坪抽水蓄能电站。上水库蓄能能力1046万kW·h，其中日循环蓄能量866万kW·h，年发电量31.6亿kW·h。
创多项世界之最!60层楼高的抽水蓄能电站并网发电
课堂总结（1）
课堂总结（2）
机械能及其转化
机械能及其转化
定义：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
转化关系：
动能和重力势能可以相互转化；
动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。
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，但动能和势能的总和不变（机械能守恒）。
水能和风能的利用
水能：流动的水具有机械能，水能发电站将水的机械能转化为电能。
风能：流动的空气具有机械能，风能发电站将风的机械能转化为电能。
抽水蓄能电站：具有调峰、填谷、储能等功能。
1.在一个罐子的盖和底各开两个小洞。将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定。做好后将它从不太陡的斜面滚下。观察有什么出人意料的现象。怎
样解释看到的
现象
课堂练习
现象：罐子滚下斜面后会再自动沿斜面向上滚动。
开始时，罐子和铁块在重力作用下都将沿斜面向下运动。向下运动时，罐子滚动，铁块沿斜面向下做直线运动且相对罐子静止。由于罐子和橡皮筋捆绑在一起，在罐子和铁块的共同作用下，橡皮筋会被卷紧，它的弹性势能持续增加。当橡皮筋卷紧到一定程度时，整个装置的运动速度将会减小为0，罐子和铁块的动能全部转化为橡皮筋的弹性势能。
然后，橡皮筋要恢复原状，其弹性势能会转化为罐子的动能，所以罐子会再沿斜面向上滚动。
2.如图所示的摩天轮是武汉的一个地标建筑——“东湖之眼”，直径达49.9米，有28个座舱，游客可以通过它看到东湖的别样之美。若小明随座舱在竖直平面内匀速转动，从最低点转动到最高点的过程中，小明的动能______，重力势能_______；从最高点转动到最低点的过程中，小明的机械能_______ （以上均选填“增大”、“减小”或“不变”）。
不变
增大
减小
下 课
Thanks!
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展开更多......

收起↑