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第三章 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
第2節(jié) 機(jī)械能
浙教版 科學(xué)（初中）
九年級(jí)上
1
課堂導(dǎo)入
觀察思考
被拉到高處的過山車具有重力勢(shì)能，當(dāng)它沿軌道飛馳而下時(shí)，從而讓人產(chǎn)生驚心動(dòng)魄的感覺，你知道這過程發(fā)生了什么能量轉(zhuǎn)化嗎？
將儲(chǔ)存的重力勢(shì)能釋放出來，轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
互動(dòng)學(xué)習(xí)
2
一、動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化
如圖用細(xì)繩把擺錘懸掛起來，將擺錘拉到某一高度后釋放。在擺錘向下擺動(dòng)的過程中，重力勢(shì)能如何變化？動(dòng)能如何變化？
1、研究擺錘的擺動(dòng)
在擺錘向下擺動(dòng)的過程中，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大
研究擺錘的擺動(dòng)
(2)在擺錘擺過中點(diǎn)向上擺動(dòng)的過程中，重力勢(shì)能如何變化？動(dòng)能如何變化？
重力勢(shì)能增大，動(dòng)能減小
單擺中的小球在左、右運(yùn)動(dòng)的過程中，小球的動(dòng)能與勢(shì)能在不斷地轉(zhuǎn)化。
如果沒有空氣摩擦阻力，擺錘每次都會(huì)上升到原來的高度
2、研究滾擺的運(yùn)動(dòng)
如圖把一個(gè)滾擺懸掛起來。用手捻動(dòng)滾擺，使懸線纏在軸上，將滾擺升高到最高點(diǎn)，然后放手。
研究滾擺的運(yùn)動(dòng)
在滾擺下降的過程中，重力勢(shì)能如何變化？動(dòng)能如何變化？
當(dāng)滾擺上升的過程中，重力勢(shì)能如何變化？動(dòng)能如何變化？
如果沒有空氣摩擦阻力，滾擺每次都會(huì)上升到原來的高度
在滾擺下降的過程中，重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大。
在滾擺上升的過程中，重力勢(shì)能增大，動(dòng)能減小。
3、高處滾下的小球
如圖所示，把金屬小球放在A 處，然后讓它沿軌道滾下，觀察小球的滾動(dòng)過程。
A
B
C
D
（1）小球在A、B、C、D 各點(diǎn)具有什么形式的能量？
（2）小球在滾動(dòng)過程中能量如何轉(zhuǎn)化的。
高處滾下的小球
小球在A點(diǎn)具有重力勢(shì)能、B點(diǎn)具有動(dòng)能和最小的重力勢(shì)能、C點(diǎn)具有動(dòng)能和重力勢(shì)能，D點(diǎn)具有重力勢(shì)能
小球在滾動(dòng)過程中發(fā)生了重力勢(shì)能和動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化的。
實(shí)驗(yàn)說明：動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化
動(dòng)能和彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化
（1）當(dāng)橡皮筋拉長(zhǎng)時(shí)，橡皮筋就儲(chǔ)存了彈性勢(shì)能。
4、動(dòng)能和彈性勢(shì)能的轉(zhuǎn)化
（3）在這一過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？
橡皮筋的動(dòng)能就是由繃緊的橡皮筋的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化而來的
因此物體的動(dòng)能和彈性勢(shì)能也可以相互轉(zhuǎn)化。
（2）放手后橡皮筋就會(huì)飛出去而具有動(dòng)能。
互動(dòng)學(xué)習(xí)
2
二、機(jī)械能
如果沒有空氣摩擦阻力，擺錘和滾擺每次都會(huì)上升到原來的高度，即：機(jī)械能不變。
若沒有摩擦阻力，擺錘和滾擺將怎樣運(yùn)動(dòng)
1、機(jī)械能：動(dòng)能和勢(shì)能之和稱為機(jī)械能。
大量事實(shí)表明，動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。
如果只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量就保持不變，或者說，機(jī)械能守恒
機(jī)械能守恒
在上述活動(dòng)中，擺錘和滾擺每次上升的高度都在減小，最后會(huì)停在最低點(diǎn)。那么機(jī)械能為什么會(huì)減少呢？
擺錘和滾擺在上下擺動(dòng)過程中與空氣發(fā)生摩擦，動(dòng)能和勢(shì)能都在減小，即機(jī)械能減小。
動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化的應(yīng)用
（1）起跳前助跑的目的是什么？
獲得大量的動(dòng)能。
撐桿跳高
1、撐桿跳高
（3）當(dāng)運(yùn)動(dòng)員越過橫桿下落的過程中，能量發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)化？
當(dāng)運(yùn)動(dòng)員越過橫桿下落的過程中，他的重力勢(shì)能又被轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
（2）起跳后，他的身體不斷上升，撐桿劇烈彎曲，能量發(fā)生了怎樣的轉(zhuǎn)化？
動(dòng)能轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能和撐桿的彈性勢(shì)能。當(dāng)上升到一定高度時(shí)，動(dòng)能減小到最小值，此后，彈性勢(shì)能不斷釋放，促使運(yùn)動(dòng)員不斷上升，同時(shí)重力勢(shì)能不斷增加。
2、水力發(fā)電站
在水力發(fā)電站，被大壩攔住的上游水積蓄了大量的勢(shì)能。當(dāng)這些水通過壩中的水管向低處流動(dòng)時(shí)，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能
流動(dòng)的水沖擊水輪機(jī)的葉輪，又將動(dòng)能傳遞給水輪機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，再轉(zhuǎn)化為電能。
水輪機(jī)的葉輪
如圖人造衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運(yùn)動(dòng)的示意圖。衛(wèi)星離地球中心最近的點(diǎn)叫做近地點(diǎn)，離地球中心最遠(yuǎn)的點(diǎn)叫做遠(yuǎn)地點(diǎn)。衛(wèi)星在近地點(diǎn)的速度較大，在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度較小，那么，衛(wèi)星從近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)地點(diǎn)的過程中，它的動(dòng)能和勢(shì)能如何變化？
衛(wèi)星由近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)地點(diǎn)的過程中，高度增大，勢(shì)能增加。遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度較小，動(dòng)能減小。
人造地球衛(wèi)星
3
課堂小結(jié)
典例分析
考點(diǎn)一：動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化
4
【典型例題1】
質(zhì)量不計(jì)的彈簧豎直固定在一壓力傳感器上，壓力傳感器是電阻阻值隨受到壓力的增大而減小的變阻器（壓力不超過最大值），壓力傳感器、電流表、定值電阻和電源組成一電路如圖甲所示．壓力傳感器不受力時(shí)電流表示數(shù)是I0. t=0時(shí)刻，將一金屬小球從彈簧正上方某一高度由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點(diǎn)，然后又被彈起離開彈簧，上升到一定高度后再下落，如此反復(fù)．整個(gè)過程中，不計(jì)能量損失，電流表示數(shù)I隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示，則不正確的是（ ）
A. t2時(shí)刻，小球動(dòng)能為零
B. t1時(shí)刻，彈簧的彈性勢(shì)能為零
C. t2～t3這段時(shí)間內(nèi)，彈簧的彈性勢(shì)能先增加后減少
D. t2～t3這段時(shí)間內(nèi)，小球增加的動(dòng)能小于彈簧減少的彈性勢(shì)能
C
【遷移訓(xùn)練1】
小球在沒有空氣阻力的情況下，沿?zé)o摩擦軌道運(yùn)動(dòng)。
（1）如圖1所示，小球從A點(diǎn)靜止釋放，小球到達(dá)C點(diǎn)時(shí)速度是否為零？______________；
（2）將軌道BC段改為水平，如圖2所示，小球仍從A點(diǎn)靜止釋放，小球經(jīng)過M點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能大于、小于還是等于其在A點(diǎn)的機(jī)械能？_______________。以小球經(jīng)過M點(diǎn)時(shí)為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，大致畫出小球在MN段運(yùn)動(dòng)的速度-時(shí)間圖線。
是
等于
考點(diǎn)二：機(jī)械能
【典型例題2】
某運(yùn)動(dòng)員做蹦極運(yùn)動(dòng)，如圖所示，從高處O點(diǎn)開始下落，A點(diǎn)是彈性繩的自由長(zhǎng)度，在B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)員所受彈力恰好等于重力，C點(diǎn)是第一次下落到達(dá)的最低點(diǎn)．（不計(jì)空氣阻力）
（1）O點(diǎn)到A點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能__________；（填“變大”、“變小”或“不變”）
（2）運(yùn)動(dòng)員O點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中，速度最大的位置在________（選填“A點(diǎn)”、“B點(diǎn)”、“C點(diǎn)”或“BC之間”）
（3）運(yùn)動(dòng)員經(jīng)歷多次震蕩后，最終將停在_______．（選填“B點(diǎn)”、“C點(diǎn)”或“BC之間”）
不變
B點(diǎn)
B點(diǎn)
【遷移訓(xùn)練1】
避險(xiǎn)車道是與公路主干道相連的一段距離很短的分岔專用車道，供速度失控車輛安全減速。一般設(shè)置在長(zhǎng)陡坡的拐彎處，保證駕駛員能看到（如圖一、二）。這種車道很特別，一般長(zhǎng)度在50～100米，有一定的坡度，路面上鋪著疏松的石子、沙土層，兩側(cè)及頂部用廢舊輪胎或防撞桶圍起來（如圖三、四）。避險(xiǎn)車道很大程度上解決了汽車剎車失靈時(shí)的安全隱患。請(qǐng)你談?wù)劚茈U(xiǎn)車道設(shè)置所包含的科學(xué)知識(shí)并作簡(jiǎn)要解釋。
【解析】（1）在同種均勻介質(zhì)中光沿直線傳播，據(jù)此分析避險(xiǎn)車道設(shè)置在拐彎處的原因； （2）根據(jù)動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化分析上坡減速的原因；
（3）增大摩擦力的方法：①增大壓力；②增大接觸面的粗糙程度；
（4）質(zhì)地柔軟的物體有緩沖吸能作用，據(jù)此分析坡頂防止輪胎和防撞桶的原因。
【解答】長(zhǎng)陡坡下坡，剎車失靈的汽車，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，速度會(huì)越來越快，需要通過一定方式來減速。 （1）避險(xiǎn)車道設(shè)置在下坡拐彎處的右邊，是利用光的直線傳播，便于司機(jī)看到，有充足的反應(yīng)時(shí)間，能做出合理判斷。 （2）有一定的坡度，是利用動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，使車減速。 （3）鋪上疏松的碎石、沙土，是為了增大摩擦，使車減速。 （4）廢舊輪胎和防撞桶，起到緩沖的作用，車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使車減速 避險(xiǎn)車道通過上述設(shè)置，實(shí)現(xiàn)安全減速。
【答案】長(zhǎng)陡坡下坡，剎車失靈的汽車，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，速度會(huì)越來越快，需要通過一定方式來減速。
⑴避險(xiǎn)車道設(shè)置在下坡拐彎處的右邊，是利用光的直線傳播，便于司機(jī)看到，有充足的反應(yīng)時(shí)間，能做出合理判斷。
⑵有一定的坡度，是利用動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，使車減速。
⑶鋪上疏松的碎石、沙土，是為了增大摩擦，使車減速。
⑷廢舊輪胎和防撞桶，起到緩沖的作用，車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使車減速
避險(xiǎn)車道通過上述設(shè)置，實(shí)現(xiàn)安全減速。

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