【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1．理解機械能的概念.
2．理解動能、勢能的相互轉(zhuǎn)化，能解釋一些能之間轉(zhuǎn)化的物理現(xiàn)象.
3．初步了解機械能守恒的含義。
【學(xué)習(xí)重點】
1.理解動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化.
2.能解釋一些有關(guān)動能、重力勢能、彈性勢能之間相互轉(zhuǎn)化的簡單物理現(xiàn)象.
【學(xué)習(xí)難點】：知道什么情況下機械能守恒.
【自主預(yù)習(xí)】
1．動能和勢_能統(tǒng)稱為機械能. 一個物體具有的機械能是動能和勢能之和。
2．動能和勢能之間可以(選填“可以”或“不可以”)相互轉(zhuǎn)化.
3．機械能守恒：如果只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，盡管動能和勢能的大小會變化，但機械能的總和不變，或者說，機械能_守恒_。
4.水能和風(fēng)能的利用：自然界中的流水和風(fēng)都具有大量的機械能。
探究一：動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化
1．滾擺實驗：觀察滾擺的運動，討論滾擺在運動過程中動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化。
把滾擺從某一高度釋放，開始釋放滾擺時，滾擺在最高點靜止，此時滾擺只有重力勢能，沒有動能。理想情況下,每次應(yīng)上升到原來的高度, 因空氣阻力,每次上升的高度都比上次低。
（1）滾擺在下降時：它的高度變小，速度變大，即重力勢能減小，動能增大。滾擺的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。
（2）滾擺在上升時：它的高度變大，速度變小，即重力勢能增大，動能減小。滾擺的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。
結(jié)論:滾擺的動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化.
2．單擺實驗：觀察單擺的運動，討論擺球在運動過程中動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化
如上圖所示，擺球在A點時靜止，此時擺球只有重力勢能，沒有動能。
（1）擺球從A點擺到B點時：它的高度減小，速度變大，即重力勢能減小，動能增大。擺球的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。
（2）擺球擺到最低點B點時，重力勢能最小，動能最大
（3）擺球從B點擺到點C時：它的高度變大，速度變小，即重力勢能增大，動能減小。擺球的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。
由以上分析可知，擺球的動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化。
想想做做 鐵鎖會碰到你的鼻子嗎？
用繩子把一個鐵鎖懸掛起來。把鐵鎖拿近自己的鼻子，穩(wěn)定后松手，頭不要動。鐵鎖向前擺去又?jǐn)[回來。鐵鎖擺回時會碰到你的鼻子嗎？會距離你的鼻子很遠(yuǎn)嗎？
在這個實驗里，鐵鎖的動能和勢能在不斷轉(zhuǎn)化。在轉(zhuǎn)化過程中，機械能的總量有什么變化嗎？
不會（會或不會）打到鼻子.因為鐵鎖拉到一定高度,具有的重力勢能是一定的, 來回擺動的過程中,鐵鎖的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化,在轉(zhuǎn)化的過程中,鐵鎖的機械能的總量不會增加,鐵鎖上升的高度不會超過原來的高度,打不到鼻子上.
鐵鎖最終會停下來，鐵鎖的機械能去哪了？
最后鐵鎖的機械能完全被用來克服摩擦和空氣阻力做功消耗掉了，所以物體最后要停下來。消耗掉的機械能并未消失，而是轉(zhuǎn)化為其他形式的能了
探究二：動能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化
1.弓的彈性勢能哪里去了？
拉開的弓把箭射出去 ,弓的彈性勢能減小,箭的動能增大,弓的彈性勢能轉(zhuǎn)化為箭的動能.

2. 彈簧門在推開以后為什么能自己關(guān)閉？
推開彈簧門的過程,動能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能;彈簧門自動關(guān)閉的過程,彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為門的動能.
探究三：動能、重力勢能、彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化
1.分析撐桿跳高的運動員助跑、撐桿、跨桿、落地的過程中的能量轉(zhuǎn)化。

運動員助跑盡量增大動能,在起跳瞬間,使撐桿發(fā)生彈性形變,把自身的動能轉(zhuǎn)化為撐桿的彈性勢能.在撐桿恢復(fù)原狀的過程中,撐桿的彈性勢能轉(zhuǎn)化成運動員的動能,動能又不斷地轉(zhuǎn)化為運動員的重力勢能.在下落的過程中高度逐漸降低,速度越來越大,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。
（2）試分析蹦床運動中，能量的轉(zhuǎn)化情況。
蹦床運動員從高處落下,隨著高度降低,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,在與蹦床將要接觸時,具有動能最大,與蹦床接觸后,床面發(fā)生彈性形變,運動員的動能轉(zhuǎn)化成蹦床的彈性勢能.當(dāng)反彈時，蹦床的彈性勢能轉(zhuǎn)化為運動員的動能,隨著高度上升,動能轉(zhuǎn)化為重力勢能.
以上分析表明：動能和重力勢能、彈性勢能之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。
探究四：機械能守恒
1. 在以上單擺、滾擺、鐵索的擺動、蹦床事例中，動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中,由于不可避免地要克服阻力對外做功,消耗一部分自身的機械能,所以機械能總量會變小，直至全部轉(zhuǎn)化為其他形式的能。
2．機械能守恒：如果只有動能和勢能的轉(zhuǎn)化，即機械能未與其他形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化時，機械能的總量保持不變。在理想情況下(忽略對外所做的功),可以認(rèn)為在動能和勢能相互轉(zhuǎn)化過程中,機械能的總量保持不變.
人造地球衛(wèi)星的機械能轉(zhuǎn)化
當(dāng)衛(wèi)星從遠(yuǎn)地點向近地點運動時,它的勢能、動能、速度如何變化？
衛(wèi)星在地球大氣層外運行,不受空氣阻力,因此機械能守恒.在遠(yuǎn)地點時,勢能最大.從遠(yuǎn)地點向近地點運動時,勢能減小,動能增大,勢能轉(zhuǎn)化為動能,速度增大.在近地點時,動能最大,速度最大.
探究五：水能和風(fēng)能的利用
在地球上，海水朝夕漲落，江河日夜奔流。有時微風(fēng)拂面，有時狂風(fēng)勁吹。從能量的角度來看，自然界的流水和風(fēng)都是具有大量機械能的天然資源。
1．水能的利用
早在1900多年前，我們的祖先就制造了木質(zhì)水輪，讓流水沖擊水輪轉(zhuǎn)動，用來汲水、磨粉、碾谷。
通過水輪機帶動發(fā)電機，可以將水的機械能轉(zhuǎn)化為電能，再通過輸電線送到用電地區(qū)。修筑攔河壩提高上游水位來發(fā)電，主要目的是增加水的重力勢能。
2.風(fēng)能的利用
風(fēng)是流動的空氣,風(fēng)把風(fēng)箏吹到天空,也就是對風(fēng)箏做功;風(fēng)能使你做的小風(fēng)車飛轉(zhuǎn),即對小風(fēng)車做功.所以,風(fēng)具有機械能.
我國早在2000多年前就開始利用風(fēng)來驅(qū)動帆船航行。至少1700多年前已開始利用風(fēng)來推動風(fēng)車做功。
利用風(fēng)吹動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為風(fēng)車葉片的動能，再通過發(fā)電機或其他機器將動能轉(zhuǎn)化為電能.
【精講點撥】
1.機械能守恒：如果只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，機械能的總和不變，即機械能守恒。
注意：機械能總量不變，不代表機械能守恒。如水平面勻速行駛的汽車，有牽引力和摩擦力這些外力做功，機械能不守恒。但是因為動能不變，重力勢能不變，機械能的總量不變。
2.機械能不守恒的情況：實際生活中，在機械能的相互轉(zhuǎn)化過程中，往往要克服摩擦力，機械能總和減小。
（1）機械能轉(zhuǎn)化為其他能.例如：滾擺在擺動時與空氣摩擦，機械能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能，最后會停下來。
（2）其他能轉(zhuǎn)化為機械能.例如：火箭升空，燃料的能量轉(zhuǎn)化為機械能。
【歸納整理】
【當(dāng)堂練習(xí)】
1.（2020 鹽城）如圖所示，小明和同學(xué)一起蕩秋千。下列說法正確的是（ ）
A．通過最低點時的動能為零
B．下降過程中的動能不變
C．到達(dá)最高點的重力勢能最大
D．上升過程中的重力勢能減小
【答案】C
【解析】A、人的質(zhì)量一定，通過最低點時速度最大，動能最大，故A錯誤；
B、下降過程中，高度變小，重力勢能變小，速度增大，動能增大，故B錯誤；
C、到達(dá)最高點時，高度最大，重力勢能最大，故C正確；
D、上升過程中，高度增大，重力勢能增大，故D錯誤。故選：C。
2.（2020黃岡）避險車道是在長且陡的下坡路段?行車道外側(cè)增設(shè)的?供剎車失靈車輛駛離正線并安全減速的專用車道?如圖所示是上坡險車道型避險車道，避險車道上鋪有很多小石子，車道盡頭有廢舊輪胎或防撞墻?下列分析錯誤的是（ ）
A．小石子可以増大失控車輛與避險車道之間的摩擦力
B．失控車輛在避險車道向上運動速度減小時，動能減少
C．失控車輛撞擊廢舊輪胎時，將動能轉(zhuǎn)化成重力勢能
D．在避險車道上停下來的失控車輛仍具有慣性
【答案】C
【解析】A．小石子增大了地面的粗糙程度，可以増大失控車輛與避險車道之間的摩擦力，故A正確，不符合題意；
B．動能的大小和速度有關(guān)，物體質(zhì)量不變時其速度減小，動能會隨之減小，故B正確，不符合題意；
C．失控車輛撞擊廢舊輪胎時，將動能轉(zhuǎn)化成廢舊輪胎的彈性勢能，故C錯誤，符合題意；
D．一切物體都有慣性，故D正確，不符合題意。故選C。
3.（2020鄂州）把一個鐵鎖用繩子懸掛起來，將鐵鎖拉到自己的鼻子附近，穩(wěn)定后松手，鐵鎖向前擺去，如圖所示。下列說法中正確的是（ ）
A．鐵鎖擺回時會打到鼻子
B．鐵鎖在擺動過程中動能與重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化
C．鐵鎖由高處擺到低處的過程中動能轉(zhuǎn)化為重力勢能
D．鐵鎖上升的最大高度逐次降低，是由于受到重力作用
【答案】B
【解析】A．鐵鎖在擺動過程中，不斷與空氣摩擦，一部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，機械能減小，所以鐵鎖擺回時不會打到鼻子，A錯誤；
B．鐵鎖在擺動過程中動能與重力勢能相互轉(zhuǎn)化,同時克服空氣阻力做功，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，B正確；
C．鐵鎖由高處擺到低處的過程中重力勢能轉(zhuǎn)化為動能和內(nèi)能，C錯誤；
D．鐵鎖上升的最大高度逐次降低，是由于受空氣阻力的作用，機械能不斷減小，高度不斷減小，D錯誤。故選B。
4.（2020 天津）2020年6月23日，我國北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星發(fā)射成功?若某衛(wèi)星沿橢圓軌道從遠(yuǎn)地點向近地點運動時速度增大了，由此可知其動能（ ）
A．減小 B．增大 C．不變 D．消失
【答案】B
【解析】衛(wèi)星沿橢圓軌道從遠(yuǎn)地點向近地點運動時，高度減小重力勢能減小，速度增大，動能增大，總的機械能不變。故選B。
5.（2020十堰）高空拋物被稱為“懸在城市上空的痛”，會給社會帶來很大的危害。關(guān)于高空物體的下落過程，下列分析正確的是（ ）
A．只受重力作用B．動能越來越大
C．重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能 D．機械能總量保持不變
【答案】B
【解析】A．高空物體在下落過程中，除了受到重力的作用，還受到空氣阻力的作用，故A錯誤；
B．高空物體下落時，質(zhì)量不變，其速度越來越快，則動能越來越大，故B正確；
CD．高空物體下落過程中，受到空氣的阻力，所以機械能不守恒，那么重力勢能除了轉(zhuǎn)化為動能外，還有一小部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故CD錯誤。故選B。
6.（2020 大連）體育課上，同學(xué)們進(jìn)行投擲鉛球的練習(xí)。鉛球在空中下落時，鉛球的（ ）。
A. 重力勢能變大，速度變小B. 重力勢能變小，速度變小
C. 重力勢能變大，速度變大D. 重力勢能變小，速度變大
【答案】D。
【解析】鉛球在空中下落時，其高度降低、速度不斷增大，所以它的重力勢能減小，動能增大，重力勢能不斷向動能轉(zhuǎn)化。故選D。
7．（2020 臨沂）2019年10月27日7時35分，臨沂國際馬拉松賽鳴槍開賽。本次賽事使用無人機（如圖）進(jìn)行了航拍，無人機勻速下降的過程中（ ）。
A．失去了慣性B．重力不做功C．動能減小D．機械能減小
【答案】D。
【解析】A、任何物體都有慣性，無人機勻速下降的過程中具有慣性，故A錯誤；
B、無人機勻速下降的過程中，在重力方向上通過了距離，所以重力做了功，故B錯誤；
CD、無人機勻速下降的過程中，質(zhì)量不變，速度不變，動能不變；高度越來越小，重力勢能越來越?。凰詸C械能減小，故C錯誤，D正確。故選：D。
8.（2020荊州）如圖所示，在一個罐子的蓋和底各開兩個小洞。將小鐵塊用細(xì)繩綁在橡皮筋的中部穿人罐中，橡皮筋兩端穿過小洞用竹簽固定。做好后將它從不太陡的斜面滾到水平面。下列說法正確的是（ ）
A．罐子從斜面滾下，重力勢能只轉(zhuǎn)化為動能
B．罐子從斜面滾下的過程中，只有動能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化
C．因為能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，所以罐子滾下后可能再次滾上斜面
D．如果水平面是光滑的，則罐子會一直滾動下去
【答案】C
【解析】A．罐子從斜面滾下，要克服摩擦力做功而使重力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯誤；
B．罐子從斜面滾下的過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能和內(nèi)能，故B錯誤；
C．罐子從不太陡的斜面上滾下，罐子的高度減小，速度先增大后減小，橡皮筋的彈性形變逐漸增大，則罐子的重力勢能減小，動能先增大后減小，橡皮筋的彈性勢能增大，即該過程中罐子的重力勢能會轉(zhuǎn)化為動能和橡皮筋的彈性勢能；發(fā)生形變的橡皮筋由于要恢復(fù)原狀，故罐子可能再次滾上斜面，故C正確；
D．罐子在滾動的過程中，由于和斜面之間存在摩擦，機械能會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以整個罐子的機械能不守恒，機械能會逐漸變小，最終罐子會停止運動，故D錯誤。故選C。
9.（2020 南京）如圖所示是蕩秋千的簡化模型，擺球從A點由靜止釋放，到達(dá)D點后返回，B、C兩點等高，下列說法正確的是（ ）。
A. 球在B、C兩點的動能相等；
B. 球在A、D兩點的機械能相等；
C. 球從B點到O點的過程中機械能減少；
D. 球從O點到C點的過程中重力勢能減少
【答案】C。
【解析】A．B、C兩點等高，重力勢能相等，小球從B點到C點過程中，由于空氣阻力，機械能減小，機械能包括動能和勢能，所以C點的動能減小，球在B、C兩點的動能不相等，故A錯誤；
B．球從A點到D點過程中，由于空氣阻力，機械能減小，故B錯誤；
C．球從B點到O點的過程中，由于空氣阻力，機械能減小，故C正確；
D．球從O點到C點的過程中，高度增大，重力勢能增大，故D錯誤。故選C。
10（2020黃石）如圖，彈簧下端懸掛一個實心小球，用手托住小球，小球靜止在A點，此時彈簧處于自然長度。釋放小球，小球向下運動到最低點B（不超過彈簧彈性限度），小球從A點運動到B點的過程中，下列說法正確的是（ ）
A
B
A．小球的重力勢能--直在減少，動能一直在增加
B．小球減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能
C．彈簧的彈性勢能不斷增大
D．小球運動到B點時，重力勢能最小，動能最大
【答案】C
【解析】A．小球高度下降，故小球的重力勢能一直減小，小球受重力和彈力作用，在開始階段時，重力大于彈力物體將一直加速，當(dāng)彈力等于重力后物體開始減速，故小球的動能先增大后減小，故A錯誤；
B．彈簧的形變量增大，小球減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能和彈簧的彈性勢能，故B錯誤；
C．彈簧的形變量一直增大，彈簧的彈性勢能不斷增大，故C正確；
D．小球運動到B點時，高度最小，重力勢能最小，速度為0，動能為0，故D錯誤。故選C。
11.（2020 丹東）如圖，滾擺下降過程中，滾擺的_____能轉(zhuǎn)化為_____能。滾擺上下往復(fù)運動過程中，其每次上升所能達(dá)到的高度越來越低，滾擺在運動過程中的機械能_______（ 選填“增加”、“減少”或“不變”）。
【答案】(1)重力勢；(2)動；(3)減少。
【解析】滾擺在下降過程中，高度逐漸減小，重力勢能減小，速度越來越大，動能增大，滾擺的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。
滾擺上下往復(fù)運動過程中，要克服阻力做功，部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故總的機械能減少。
12．（2019 宿遷）會蕩秋千的人，不用別人幫助，就能把秋千蕩得很高。做法是：當(dāng)人從高處向下擺時，身體由直立變?yōu)橄露?，此過程降低重心高度，將更多的重力勢能轉(zhuǎn)化為 能；而從最低點向上擺時，用力將身體由下蹲變?yōu)橹绷?，此過程克服身體重力做功，增加了 能。如此循環(huán)往復(fù)，機械能越積越多，秋千就越蕩越高。
【答案】（1）動；（2）機械（重力勢）
【解析】由題意可知，當(dāng)人從高處向下擺時，身體由直立變?yōu)橄露?，此過程降低重心高度，可以獲得更大的速度，將更多的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；
而從最低點向上擺時，用力將身體由下蹲變?yōu)橹绷ⅲ诉^程克服身體重力做功，此時高度增加，重力勢能增大，從而增加了機械（重力勢）能。
【課后反思】本節(jié)課學(xué)習(xí)中，你有哪些收獲，還有哪些不足，有什么體會。

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11.4 機械能及其轉(zhuǎn)化

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