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(共24张PPT)
11.4 机械能及其转化
人教版八年级下册 第十一章 功和机械能
01
知道动能、势能统称为机械能；
动能和势能可以相互转化；
能解释与机械能转化有关的现象，认识水能、风能；
知道机械能及守恒的条件。
02
通过对滚摆和单摆的实验观察，推理得出机械能守恒的条件；
类比各种机械能转化实例，有运用机械能转化与守恒的观点分
析力学问题的意识。
03
通过观察和实验，探究动能和势能相互转化的规律。
04
知道机械能与生活的联系，初步建立能源的可持续发展观念；
通过了解人类科学理论成果，培养探索精神、创新思想和促进人类社会
与自然和谐发展的优良品德。
学习目标
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？
问题
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？
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
高空飞行的飞机具有
动能和重力势能
把这两种能量（动能和势能）加在一起，就可以得到它的总机械能。
一、机械能及其转化
机械能的转化
动能和势能可以相互转化。
想想做做
1.观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。
一、机械能及其转化
在图甲中，滚摆下降时，它的重力势能越来越 ，动能越来越 ， 转化为 。滚摆上升时，它的动能越来越 ，重力势能越来越 ， 转化为 。
甲
小
大
重力势能
动能
小
大
动能
重力势能
想想做做
2.观察单摆的摆动，分析小球在摆动过程中动能和势能的相互转化。
一、机械能及其转化
在图乙中，小球从A点下落到B点，
能逐渐转化成 能，到最低点B时动能最大，之后又从B点上升到C点， 能逐渐转化成 能。
乙
A
C
B
重力势
动
动
重力势
动能和弹性势能的转化
如图所示，请同学们根据所学内容分析讨论皮球在下落过程中、接触地面发生弹性形变过程中、恢复原状过程中和上升过程中动能、重力势能和弹性势能是如何变化的？
下落时：高度减小，速度增大
重力势能减小
动能增大
转化
接触地面时：速度减小，弹性形变增大
弹性势能增大
动能减小
转化
恢复原状时：速度增大，弹性形变减小
弹性势能减小
动能增大
转化
皮球上升时：速度减小，高度增加
重力势能增大
动能减小
转化
一、机械能及其转化
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，机械能是守恒的。
机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化，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，表示没有摩擦阻力，机械能是守恒的）
对机械能守恒的理解
一、机械能及其转化
机械能守恒时，动能和势能中一种形式的能量减少，另一种形式的能量必然增加，机械能的总和保持不变。
用机械能守恒及其转化解释一些现象——人造地球卫星
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近地点，最远的一点叫远地点。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。
卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时，势能 ，动能 ，速度也增大。
卫星在远地点时动能最大，当卫星从近地点向远地点运动时，动能 ，势能 ，速度也减小。
一、机械能及其转化
减小
增大
减小
增大
用机械能守恒及其转化解释一些现象——铁锁为何砸不到人？
分析：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：实际上是存在空气阻力的，所以铁锁的机械能并不守恒，逐渐变小，最终停下来。
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。铁锁摆回时为什么不会打到你的鼻子？
一、机械能及其转化
机械能不守恒的一些事例
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。
①A→B过程， 转化为 ；
②B→C过程， 转化为 ；
③C→D过程， 转化为 。
一、机械能及其转化
重力势能
动能
动能
动能
重力势能
重力势能
机械能不守恒的一些事例
机械能不守恒时的大小变化的判断：机械能=动能+势能
神州19号返回舱匀速下落时，动能 ，重力势能 ，机械能 ，不守恒。
神州20号发射时是加速上升的，动能 ，重力势能 ，机械能 ，不守恒。
一、机械能及其转化
不变
减小
减小
变大
变大
变大
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。
二、水和风能的利用
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。
水能发电
对水能的利用
水磨磨粉
水碓舂米
水车汲水
水车汲水
二、水和风能的利用
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。
对风能的利用
利用风能的帆船
二、水和风能的利用
利用风能发电
抽水蓄能电站
科学世界
在生产生活中，人们用电的情况时常会发生变化。有时电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11.4-5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。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，储能等力能，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"
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。
课堂小结
动能和势能
机械能及其转化
机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
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，或者说，机械能是守恒的。
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成电能。
风能：空气在流动过程中具有机械能。风能发电站将风的机械能转化成电能。
抽水蓄能电站具有调峰、填谷、储能等功能。
1、某同学荡秋千时，在他从高处摆向低处的过程中，其动能和重力势能是如何变化的 在他从低处摆向高处的过程中，其动能和重力势能是如何变化的
练习与应用-----------------------------------------
解析：
该同学随秋千从高处向低处摆动过程中，质量不变，高度减小，速度增大，故重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；
该同学随秋千从低处向高处摆动过程中，质量不变，高度增大，速度减小，故重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。
2、跳台滑雪运动中，运动员从助滑开始，直到下落至着陆坡的运动过程中经过了各个不同的位置，如图11.4-6所示。请分析运动员在这个过程中各阶段的能量转化情况(不考虑摩擦和空气阻力).
练习与应用-----------------------------------------
解析：
A B：重力势能转化为动能；
B C：动能转化为重力势能；
C D：重力势能转化为动能。
3、怎样向地板抛乒乓球，才能使它弹跳到高于原来抛球的位置 说明这种抛法的理由。
练习与应用-----------------------------------------
解析：
用力向下；
若乒乓球自由下落，由于空气阻力的作用，乒乓球最终弹回来时的机械能总量会减小，不会回到原来的位置。若要使它高于原来抛出的位置，应通过外力使它一开始就具有较多的机械能，小球此时的机械能大于抛出点的重力势能，弹到原点后仍具有动能，还可以上向运动，故应用力向下抛。
4、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(图11.4-7)。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
练习与应用-----------------------------------------
解析：
罐子从斜面滚下后又返回；
重力势能，动能与弹性势能的相互转化；
铁罐不太陡的斜面上滚下的过程中，铁罐先由慢到快，后由
快到慢滚到最低点，上面一段滚动主要是重力势能减小，铁罐的
动能和橡皮筋的弹性势能增加；下面一段滚动主要是重力势能和
铁罐的动能减小，橡皮筋的弹性势能增加；铁罐在斜面上滚到最
低处时，橡皮筋形变到最大程度，具有较大弹性势能。在橡皮筋
恢复原状的过程中，铁罐会由斜面底部自动滚上去；从最低处滚上时，铁罐先由慢到快，后由快到慢滚到最高点，下面一段向上滚动主要是橡皮筋的弹性势能减小，铁罐的动能和重力势能增加；上面一段滚动主要是橡皮筋的弹性势能和铁罐的动能减小，重力势能增加。
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Thanks!
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