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11.4 机械能的转化（第2课时）　学习任务单
班级：________　　姓名：________　　小组：________
学习目标
1. 通过实验，认识动能与势能的相互转化，能举例说明并解释与机械能转化有关的现象。
2. 通过分析实例，知道机械能及其守恒的条件。
3. 通过分析利用水能和风能的实例，体会能量转化与守恒观点，树立保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。
课堂探究任务
探究任务一　机械能的相互转化
◆ 单摆实验
如图所示，用细线拴住螺母制成一个单摆，将螺母拉到一定的高度释放，仔细观察螺母的摆动情况。
问题1：当螺母从最高点向最低点运动的过程中，动能和势能是如何变化的？
问题2：当螺母从最低点向最高点运动的过程中，动能和势能又是如何变化的？
问题3：在运动过程中动能和势能是如何转化的？
问题4：以上实验能说明什么？
问题5：螺母会一直不停地来回摆动吗？为什么？
◆ 滚摆实验
如图所示，将悬吊滚摆的绳子缠绕在滚摆上，放开手，仔细观察滚摆上下运动的速度和高度的变化情况。
问题6：滚摆在最高点和最低点时的动能和势能是怎样的？在运动过程中动能和势能是如何变化的？
问题7：为什么滚摆每次上升的高度一次比一次低？
◆ 归纳总结
1. 物体的动能和势能统称为________。
2. 物体的动能和势能是可以相互转化的，如果只有动能和势能相互转化，则机械能的总和不变，即机械能是________。
◆ 应用
应用1　(2024·自贡中考)很多同学都玩过荡秋千，下列说法正确的是（　　）
应用1图
A. 秋千荡到最低点时只有动能
B. 秋千荡到最高点时有重力势能和动能
C. 从最低点荡到最高点的过程中重力势能转化为动能
D. 从最高点荡到最低点的过程中动能增大，重力势能减小
◆ 特别提醒
动能与势能相互转化的判断步骤：
探究任务二　机械能的应用
◆ 问题链
问题1：从能量的角度来看，自然界的流水和风都具有大量的________。
问题2：利用水能发电，修筑拦河坝提高上游水位，增加了水的________能；奔流而下的水的________能转化为________能，通过水轮机带动发电机发电。水的________能越大，能发出的电越多。
问题3：古人是怎样利用风能的？
问题4：利用风能发电时，风吹动风车，将风能转化为风车叶片的________能，再通过发电机将________能转化为________能。
◆ 归纳总结
1. 水能的利用：利用水能发电。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. 风能的利用：风能也可以用来发电，风吹动风车，可以带动发电机发电。
◆ 应用
应用2　如图所示是《天工开物》中的"筒车"汲水装置。水流冲击水车转动，水流的动能转化为水车轮子的________能；水车转动又提高了少部分水的高度，其实质是水流通过"筒车"这个机械装置，把自己整体的动能转化为一部分水的________能，达到了汲水浇田的目的。
应用2图
课堂练习
知识点一　动能和势能的相互转化
1. 下列情境属于动能转化为势能的是（　　）
A. 拉弓放箭　　B. 踩板下滑
C. 秋千上摆　　D. 弹簧拉车
2. 小华利用橡皮筋和钩码制作了如图所示的"魔罐"。在水平地面上用手将它推出，滚动一段时间后，它能自动折返。"魔罐"被推出后向前滚动的过程中（　　）
题2图
A. 动能转化为弹性势能
B. 弹性势能转化为动能
C. 重力势能转化为弹性势能
D. 弹性势能转化为重力势能
3. 小朋友在荡秋千时，下列说法正确的是（　　）
A. 通过最低点时的动能为0
B. 下降过程中动能转化为重力势能
C. 到达最高点时重力势能最大
D. 上升过程中重力势能转化为动能
知识点二　机械能的变化
4. 如图所示是扔出去的小石头离手后在空中的运动轨迹，小石头最终停在水平地面上的e点。不计空气阻力，则小石头在（　　）
题4图
A. a、b两处的机械能相等
B. a处速度的大小比c处的大
C. b处的动能为零
D. d处的机械能为零
5. 把篮球抛向空中，忽略空气阻力，球离手后至落回地面前，下列图像能正确表示篮球的机械能(E)与篮球离地面高度(h)的关系的是（　　）
A B C D
6. (2024·呼和浩特中考)如图所示，小天同学将小球由a点静止释放，小球在管道内沿abcd运动，ab段和bc段内壁光滑，cd段内壁粗糙，a点略高于c点，b点与d点等高。下列说法正确的是（　　）
题6图
A. 从a到c的过程中，小球的重力势能不变
B. 小球在c、d两点的动能可能相等
C. 从a到d的过程中，小球运动到d点时，动能最大
D. 从a到d的过程中，小球机械能不变
7. (2026·肇庆期末)如图甲所示是某火箭降落回收的过程。通过控制推力，沿竖直方向先从A点减速运动到B点，再从B点匀速运动到C点，且AB＝BC，如图乙。忽略火箭质量的变化，下列说法正确的是（　　）
第7题图
A. 火箭的机械能在AB段减小，BC段不变
B. 火箭在BC段时，只有重力对火箭做功
C. AB段火箭所受重力做功的功率大于BC段
D. AB段火箭的重力势能转化为动能，机械能守恒
8. (2025·广州模拟)近年广州市某团队新研发的ASF材料具有很强的反弹效果，如图所示，释放铅球，铅球从释放到反弹至最高点过程中（　　）
题8图
A. 铅球的动能先增大后减小
B. 铅球的机械能不变
C. ASF材料的弹性势能先减小后增大
D. 铅球的反弹高度一定小于释放高度
9. 如图所示为卫星绕地球飞行的轨道示意图。当卫星从远地点向近地点运动过程中，下列说法正确的是（　　）
题9图
A. 动能逐渐增大，势能逐渐减小
B. 动能逐渐减小，势能逐渐增大
C. 动能保持不变，势能逐渐减小
D. 动能保持不变，势能保持不变
10. 如图所示，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点，A、B两点等高。关于摆球，下列说法正确的是（　　）
题10图
A. 从A点到B点的过程中机械能不变
B. 在B点时处于平衡状态
C. 在O点时重力势能最大
D. 从A点到O点动能转化为重力势能
11. 如图所示，两个相同长度的光滑弧形槽，一个为A1B1C1凸形，一个为A2B2C2凹形，两个相同小球分别进入两弧形槽的速度均为v，运动到槽的末端时速度也都为v，不计空气阻力，则下列说法不正确的是（　　）
题11图
A. 小球通过凸形槽和凹形槽所用的时间相等
B. 小球通过凸形槽动能先变小后变大
C. 小球通过凹形槽重力势能先变小后变大
D. 小球通过凹形槽机械能保持不变
参考答案
探究任务一　机械能的相互转化
问题1：重力势能减小，动能增大。
问题2：重力势能增大，动能减小。
问题3：单摆下降时，重力势能转化为动能；单摆上升时，动能转化为重力势能。
问题4：物体具有的动能和势能是可以相互转化的。
问题5：不会，因为螺母在来回摆动过程中会克服空气阻力做功。
问题6：在最高点时，重力势能最大，动能最小；在最低点时，重力势能最小，动能最大；下降时，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；上升时，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。
问题7：滚摆在动能与重力势能相互转化的过程中受到空气阻力的作用。
归纳总结：1. 机械能；2. 守恒的。
应用1：D。解析：秋千荡到最低点时动能最大，但仍有重力势能（以最低点为参照面高度为零是相对的），且还有弹性因素，说"只有动能"不严谨，A错误；秋千荡到最高点时速度为零，只有重力势能，B错误；从最低点荡到最高点的过程中动能转化为重力势能，C错误；从最高点荡到最低点的过程中高度减小、速度增大，动能增大，重力势能减小，D正确。故选D。
探究任务二　机械能的应用
问题1：机械能。
问题2：重力势；重力势能；动；动。
问题3：古人利用风来驱动帆船航行，利用风能来推动风车做功，带动"龙骨水车"提取海水制盐或提水灌溉农田。
问题4：动；动；电。
应用2：动；重力势。解析：水流冲击水车转动，水流的动能转化为水车轮子的动能；水车转动把水提升到高处，一部分水的动能转化为水的重力势能。
课堂练习
题1：C。解析：拉弓放箭是弹性势能转化为动能；踩板下滑是重力势能转化为动能；秋千上摆是动能转化为重力势能；弹簧拉车是弹性势能转化为动能。故选C。
题2：A。解析："魔罐"向前滚动的过程中，橡皮筋不断被卷紧，动能转化为弹性势能，动能减小，速度减小。故选A。
题3：C。解析：通过最低点时速度最大，动能最大不为0，A错误；下降过程中重力势能转化为动能，B错误；到达最高点时高度最大，重力势能最大，C正确；上升过程中动能转化为重力势能，D错误。故选C。
题4：A。解析：不计空气阻力，小石头在空中运动时只有动能和重力势能相互转化，机械能守恒，a、b两处的机械能相等，A正确；a、c两处高度相同，速度大小相等，B错误；b点不是最高点，动能不为零，C错误；机械能不为零，D错误。故选A。
题5：A。解析：忽略空气阻力，篮球离手后至落回地面前机械能守恒，机械能不随高度变化，图像是一条水平直线。故选A。
题6：B。解析：从a到c的过程中，小球高度降低，重力势能减小，A错误；ab段和bc段内壁光滑，机械能守恒，c点与a点高度接近但略低，cd段内壁粗糙，机械能减小，d点与b点等高，若cd段损耗的机械能较少，小球在c、d两点的动能可能相等，B正确；d点低于c点，但cd段有摩擦，到达d点时动能不一定最大，C错误；从a到d的过程中有摩擦做功，机械能减小，D错误。故选B。
题7：C。解析：火箭降落回收，向下运动。AB段减速下降，推力向上，对火箭做负功，机械能减小，且动能减小、重力势能也减小，重力势能不能转化为动能，A、D错误；BC段匀速下降，推力和重力都对火箭做功，B错误；AB=BC，两段中重力做的功相同；AB段减速下降，BC段以B点的速度匀速下降，AB段的平均速度大于BC段的速度，所以，由可知，AB段重力做功的功率大于BC段，C正确。故选C。
题8：D。解析：铅球接触ASF材料后先减速到最低点再反弹加速，动能先减小后增大，A错误；反弹过程有能量损耗，机械能减小，B错误；ASF材料的弹性形变先增大后减小，弹性势能先增大后减小，C错误；由于能量损耗，铅球的反弹高度一定小于释放高度，D正确。故选D。
题9：A。解析：卫星从远地点向近地点运动过程中，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大。故选A。
题10：A。解析：摆球摆动过程中不计空气阻力时机械能守恒，从A点到B点的过程中机械能不变，A正确；B点时摆球做圆周运动，受重力和拉力作用，合力不为零，不处于平衡状态，B错误；O点高度最低，重力势能最小，C错误；从A点到O点重力势能转化为动能，D错误。故选A。
题11：A。解析：小球通过凸形槽时，先上坡后下坡，动能先变小后变大，速度先变小后变大；通过凹形槽时，先下坡后上坡，重力势能先变小后变大，速度先变大后变小；两槽长度相同，凸形槽中大部分路程速度小于v，凹形槽中大部分路程速度大于v，所以通过凸形槽用的时间更长，两球所用时间不相等，A的说法不正确；槽光滑，机械能守恒，D正确。故选A。

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