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11.4机械能及其转化
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
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
1. 机械能
水珠下落时，
重力势能____，动能____。
重力做功时，重力势能转化为动能
增大
减小
频闪摄影
自由下落的物体做______运动
加速
向上运动时，______能转化为________能。
过山车向下运动时，________能转化为______能。
重力势
动
动
重力势
铁锁会打到鼻子吗？
单摆
视频
单摆
重力势能最小，
动能最大。
加速
减速
重力势能最大，
动能为零。
重力势能最大，
动能为零。
运动过程 下降 上升
高度 降低 升高
重力势能 减小 增大
速度 变大 变小
动能 增大 减小
能的转化 重力势能转化为动能 动能转化为重力势能
滚摆
从高处落下
蹦床运动员的蹦床过程
蹦床运动员从高处落下，在与蹦床面将要接触时，具有一定的动能，与蹦床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。
蹦床在发生弹性形变时，蹦床的弹性势能转化为运动员的动能，运动员被弹起。
动能 蹦床的弹性势能
上升
蹦床的弹性势能 动能
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
注意机械能守恒的条件：
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】
“在光滑面上”、“不计空气阻力”等文字描述，表示没有摩擦阻力，此时机械能是守恒的。
机械能守恒的情况
视频
不变
如果没有摩擦力、空气阻力等时
机械能守恒：
只有动能与势能之间的相互转化时，
机械能的总和保持不变。
h1
h2
h1
h2
势能最___
动能最___
势能最___
动能最___
______能转化
为______能
重力势
______能转化
为______能
动
重力势
动
大
小
大
小
视频
高度差越大，（水）储存着的重力势能就越大。
视频
水能是机械能，包括水的重力势能和动能。
机械能转化为电能
机械能转化为电能
风是流动的空气，具有动能。
夜晚时抽水蓄能，
电能转化为机械能。
白天时放水发电，
机械能转化为电能。
（重力势能）
如图是利用水能发电的示意图。修建拦河大坝是为了增加水的________能。从水能的利用角度考虑水轮机安装的位置应靠近________（选填“上游”或“下游”）。
练习
重力势
下游
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？
罐子滚下斜面后会再沿斜面向上滚动。
开始时，罐子和铁块在重力的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，由于橡皮筋和罐子绑在一起，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开始减小，当罐子和铁块的动能全部转化为橡皮筋的弹性势能时，整个装置的速度减小为 0。
此时，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。
1. 如图，轻质弹簧竖直放置，下端固定于地面，上端位于O点时弹簧恰好不发生形变。现将一小球放在弹簧上端，再用力向下把小球压至图中A位置后由静止释放，小球将竖直向上运动并脱离弹簧，不计空气阻力，则小球（　　）
A．运动至最高点时，受平衡力作用
B．被释放瞬间，所受重力大于弹簧弹力
C．从A点向上运动过程中，速度先增大后减小
D．从O点向上运动过程中，重力势能转化为动能
C
练习
2如图，一个小球在地面上弹跳，下列分析错误是（　　）
A．小球从A处到B处重力势能增大
B．小球从B处到C处动能增大
C．小球在B处比D处重力势能大
D．小球在A、C、E三处机械能总量相等
D
小球从高处滑下，由于曲面光滑（即没有阻力），故只有动能和势能的相互转化，机械能是守恒的。
所以选D。
3. 如图所示，一个小球由静止从光滑曲面的顶端自由滑下，若它在顶端的重力势能为65J，则滑到底端的动能是（ ）
A. 35J B. 50J
C. 55J D. 65J
D
4．如图所示，小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化，则（ ）
忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化，则小球的机械能保持不变，即各点的动能与势能之和不变。
小球在A处是静止的，动能为0，重力势能最大；小球在D处的重力势能比在A处的小，则一定具有动能；故A、B、C均错误，D正确。
所以选D。
D
A. 小球在A处的动能等于在D处的动能
B. 小球在A处的动能大于在D处的动能
C. 小球在B处的机械能小于在C处的机械能
D. 小球在B处的机械能等于在C处的机械能

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