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第四节：机械功转化及其应用
第十章 功与机械能
机械能转化及其应用
├─物理观念
│ ├─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。
├─科学思维
│ └─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。
├─科学探究
│ └─通过观察和实验，探究动能和势能相互转化的规律。
└─科学态度与责任
├─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。
温故而知新
动能与势能
├─机械能
│ ├─动能
│ └─势能
│ ├─重力势能
│ └─弹性势能
└─机械能总量变化
├─无摩擦阻力，机械能守恒
├─有摩擦阻力，机械能可能减小
└─有动力，机械能可能增加
机械能转化和守恒定律
(如果只有)物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果不受阻力，机械能的总量保持不变。
——机械能转化和守恒定律
动能
重力势能
弹性势能
高
下落
着地
(1)皮球向下落向地面时，
_______能转化为_____能；
(2)撞击地板形变时，
___能转化为_______能；
(4)离开地面上升弹跳时，
____能转化为_______能。
(3)恢复形变（未离开地面）向上
弹起时，____能转化为_______能；
弹性势
动
重力势
动
动
弹性势
动
重力势
现象3.分析皮球从手中落下又弹起的整个过程中的能量的转化。
新知探究
机械能及其转化
铁球压缩弹簧过程中,铁球的动能 ,弹簧的弹性势能 ,铁球的
弹簧恢复过程中，弹簧的 , 铁球动能 ,
弹簧 转化为铁球的 .
弹性势能减小
动能
现象2:向右运动的铁球压缩弹簧后被反弹过程能量的转化
动能转化为弹簧的弹性势能.
减小
增大
增大
弹性势能
机械能及其转化
新知探究
远地点重力势能最大
近地点
动能最大
重力势能转化为动能
动能转化为重力势能
如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变，即机械能是守恒的。
题目中,"光滑的表面"."不计空气阻力""没有摩擦力"等文字描述,表示机械能守恒.
现象4.同步卫星的运动.
新知探究
机械能及其转化
地球上,海水朝夕涨落,江河日夜奔腾;有时微风拂面,有时狂风劲吹.从能量的角度看,自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源.我
们的祖先很早就开始利用水
能和风能了.让水流冲击
水轮转动,用来汲水、磨
粉;靠风力鼓起帆来推动
船航行.到19世纪,人类
开始利用水能发电.
科学世界
抽水蓄能电站
新知探究
水能和风能的利用
水力发电,水位高度越大,水的重力势能越大能发出的电就越多.
风力发电,风吹动风车,可以带动发电机发电.
空气动能
风车动能
电能
重力势能
动能
电能
帆船利用风能前行
水的动能带动水车转动
新知探究
水能和风能的利用
请判断下列事例中人是否对物体做功，并说明理由。
(1）踢出去的足球在草地上滚动。
(2）水平拉着行李箱在平路上行走。
(3）推桌子未推动。
(4）将杠铃从地面举起。
如图所示，小孩用40N的力水平推着大人和冰车前进10 m 后松手，冰车又滑行了2m后停下。小孩对大人和冰车做了多少功？
没有做功.理由:有距离没力.
没有做功.理由:距离不是力的方向上移动的.
没有做功.理由:有力没有距离.
做了功.理由:有力有距离.
(略)
在2022年世界举重锦标赛中,我国选手以171kg的抓举成绩获得金牌.如果该选手在整个抓举过程中,平均用1710N的力抓起杠铃,使杠铃升高1.0m,随后站起,又使杠铃继续升高0.8m,那么该选手在抓举过程中对杠铃做了多少功？
答：该选手在抓举过程中对杠铃做的功为 3078J 。
总位移 s =1.0m+0.8m=1.8m ;
做功 W = F . s =1710Nx1.8m=3078 J .
解:
某同学住在11楼,他在1楼乘电梯回家.电梯运行20s直接到达11楼.假设电梯匀速运行,每层楼高3m,该同学重600N,在搭乘电梯的过程中,电梯对他做功的功率是多少
解:
在居民小区我们常看到一些标志,如图11-2所示.这些标志的含义是什么 试着从能量的角度说明设置这些标志的物理意义.
图甲:是限速标志,限制汽车在小区内的运动速度不能超过5km/h,是因为汽车的动能与速度有关.质量一定的情况下,速度越大动能越大;
图乙:禁止高空抛物标志,禁止小区内的住户高空抛物,是因为物体的重力势能与高度有关,质量一定的情况下,高度越大,重力势能越大.
答:
物体的质量和速度都能影响物体的动能。
一头质量为300kg的黄牛以1m/s的速度行走时,它的动能为150J;另一头质量为400kg的黄牛以同样的速度行走时,它的动能为200J,
一颗质量为10g的步枪子弹从枪口射出时的速度为860m/s,动能为3698J;
飞行一段距离后速度变为630m/s,动能变为1985J.
请你根据以上数据,想一想,质量与速度相比,哪个因素对物体的动能影响更大 并说明猜想的根据.
答：质量与速度相比,速度对物体的动能影响更大;分析数据可知,黄牛的质量远远大于一颗子弹的质量.黄牛的质量不同,速度相同时,其动能差距不大;子弹的质量一定,速度不同时,其动能差距很大.这表明速度对动能的影响较大.
.撑竿跳高一般要经历持竿助跑、撑竿起跳、越杆下落三个阶段。说说在上述过程中动能和势能的转化情况。
答：运动员持竿助跑过程中，质量不变，速度变大，此时动能增大；
撑竿起跳过程中，质量不变，速度减小，高度增加，此时动能减小，重力势能增大，即动能转化为重力势能； 越杆下落过程中，高度减小，速度变大，此时重力势能减小，动能增大，即重力势能转化为动能。
利用钢珠、橡皮泥等物品可以定性探究重力势能与高度的关系。动手做一做，写出实验步骤和结论。
答:探究重力势能与高度有关"时:
我们知道影响重力势能的因素有高度和质量.
设计实验时要采用方法：控制变量法.
步骤:①将小球举高5cm,使其自由下落,测量小球陷入橡皮泥 中的深度s;
②将小球再分别举高10cm、15cm，重复上述做法。
③研究数据，得出结论。
得出结论:当物体质量一定时,物体的高度越高,物体的重力势能越大。
.如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，请回答关于过山车机械能的问题:
开始过山车匀速被拉升时,机械能
山车向下俯冲时, 能转化为
能
通过环形轨道最高点时,动能最
过山车在运行过程中机械能
增大
重力势
动
小（不为0）
不守恒
机械能转化及其应用
├─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
下 课
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