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第十章 機械能、內能及其轉化
第一節 機械能
1.能通過實例從做功的角度描述能量。
2.能通過實例認識動能、勢能的概念并能運用其解釋相關的現象。
3.能通過實驗探究，了解動能、勢能的大小跟哪些因素有關。
4.知道動能和勢能之間的相互轉化。
學習目標
拋出的保齡球
迎風的船帆
水車
新知學習
01 能量
流動的水
迎風的船帆
拋出的保齡球
能把水車
能把船
能把保齡瓶
沖轉動
推向前
推翻
物體
做功
能夠對外
具有能量
能量的定義：
物體能夠對別的物體做功，我們就說這個物體具有能量，簡稱“能”。
能量的單位：焦耳（J）
一個物體能夠做的功越多，表示這個物體具有的能量越大。
1.定義：物體由于運動而具有的能，叫做動能。
動能大小跟哪些因素有關呢？
行駛的汽車
奔跑的人
疾馳的獵豹
一切運動的物體都具有動能。
02 動能
2.探究物體動能的大小與哪些因素有關
實驗方案
②實驗原理：如下圖所示，鋼球A從高為h的斜槽上滾下，在水平面上運動，運動的鋼球A碰到木塊B后，能將B撞出一段距離s。在同一水平面上，木塊B被撞得越遠，鋼球A對B做的功就越多，A的動能越大。
①實驗器材：質量不同的鋼球A、木塊B、斜面等。
③實驗方法：轉換法、控制變量法。
轉換法：通過被撞物體運動的距離s來反映動能的大小。
速度 v1=v2
控制速度不變，改變質量的方法：
質量不等的小球從同一高度滾下。
速度 v1＞v2
控制質量不變，改變速度的方法：
同一小球從不同高度滾下。
控制變量法：
進行實驗
①探究動能大小與速度的關系
2.讓同一鋼球A分別從不同的高度由靜止開始滾下，撞擊木塊B。
1.控制鋼球的質量m不變。
3.觀察并測量木塊被撞出的距離s。
次數 質量m/kg 高度h/cm 推動木塊的距離s/cm
1 0.1 10
2 0.1 15
3 0.1 20
②探究動能大小與質量的關系
1.控制速度不變，即固定鋼球在滑槽上的釋放位置的高度h。
2.改變鋼球的質量m。
3.觀察并測量木塊被撞出的距離s。
次數 質量m/kg 高度h/cm 推動木塊的距離s/cm
1 0.1 10
2 0.2 10
3 0.3 10
進行實驗
探究①中：當鋼球質量相同時，鋼球達到斜面底端速度越大，木塊被撞擊滑行的距離越遠，說明：
鋼球的動能大小與速度有關，速度越大，動能越大。
分析與論證
探究②中：當鋼球達到斜面底端速度相同時，鋼球質量越大，木塊被撞擊滑行的距離越遠，說明：
鋼球的動能大小與質量有關，質量越大，動能越大。
實驗結論
物體動能的大小跟速度、質量有關:
1.質量相同的物體，運動速度越大，它的動能越大；
2.運動速度相同的物體，質量越大，它的動能越大。
1.重力勢能：物體由于被舉高而具有的能叫做重力勢能。
水滴石穿，表明
位于高處的水具有能量。
從高空落下的隕石
把地面砸出一個大坑，
表明位于高處的隕石具有能量。
物體具有的重力勢能的多少跟什么因素有關呢？
03 勢能
舉高的重錘具有重力勢能，把木樁打入地下。
猜想：
重力勢能的大小跟物體被舉的高度和物體質量有關。
如圖所示：
（1）讓同一重物從不同的高度降落砸在小桌子上；
（2）讓質量不同的重物從相同的高度降落砸在小桌子上；
觀察桌子腿陷入沙中的深度，來比較重物的重力勢能的大小。
實驗步驟：
探究方法：
控制變量法、
轉換法
轉換法：通過小桌陷入沙子的深度來反映重力勢能的大小。
探究物體的重力勢能跟哪些因素有關
實驗
實驗結論：
在質量一定時，物體被舉得越高，重力勢能越大。在高度一定時，物體的質量越大，重力勢能越大。
2.彈性勢能：物體由于發生彈性形變而具有的能叫作彈性勢能。
發生彈性形變的物體產生的彈力可以做功，也具有能量。
壓彎的跳板
具有彈性勢能
拉彎的弓
具有彈性勢能
發生形變的網球拍
具有彈性勢能
3.勢能：重力勢能和彈性勢能統稱為勢能。
一切發生彈性形變的物體都具有彈性勢能。
彈性勢能的大小與彈性物體的彈性以及形變的程度有關；
同一物體，彈性形變越大，彈性勢能越大。
彈簧壓縮程度越大，砝碼被彈起得越高，
彈簧具有的彈性勢能越大。
弓的形變越大，箭射得越遠，
弓具有的彈性勢能越大。
異同點 動能 勢 能
重力勢能 彈性勢能
不同點 形成原因 物體由于運動而具有的能量 物體由于被舉高 物體由于發生彈性形變而具有的能量
特點 一切運動的物體都具有動能 一切被舉高的物體 都具有重力勢能 一切發生彈性形變的物體都具有彈性勢能
決定因素 質量和速度 　質量和高度　 彈性形變程度、材料
相同點 都是能量的一種具體形式，都具有做功的本領
比較動能和勢能的異同
（一）動能和重力勢能相互轉化
04 機械能及其轉化
觀察滾擺的運動，想想滾擺在運動過程中動能和勢能是如何變化的？
滾輪運動視頻
初始態
最低點
最高點
最低點時，轉動最快，動能最大， 高度最低，重力勢能最小
最高點時，轉動最慢，動能最小，高度最高，重力勢能最大
演示：滾擺和單擺運動
分析單擺小球在擺動過程中動能和勢能是怎樣相互轉化的。
單擺
A
B
C
（二）動能和彈性勢能之間的轉化
分析小球從斜面上滾下到最后擠壓彈簧過程中動能和勢能是怎樣相互轉化的。
小球從斜面上滾下來，高度變小，重力勢能減小，速度變快，動能增大，所以此過程是重力勢能轉化為動能；在小球與彈簧碰撞后，小球速度減小，動能變小，但此時彈簧受到小球的擠壓作用，發生彈性形變，因而彈性勢能變大，所以這個過程為動能轉化為彈性勢能。
2.機械能守恒
當只有動能和勢能互相轉化時，機械能總量不變。有摩擦等阻力時，在動能與勢能的相互轉化中，機械能會減少。
機械能 = 動能 + 勢能
勢能
動能
+
1.動能和勢能能夠相互轉化。
知識小結
機械能
能量
物體能夠對外做功，表示這個物體具有能量
動能
物體由于運動而具有的能
影響因素：質量、速度
勢能
重力勢能
彈性勢能
高處物體具有的能量
影響因素：質量、高度
物體由于發生彈性形變而具有的能量
動能和重力勢能相互轉化
課堂總結
1.下列關于各種形式的能量的說法正確的是（ ）
A.質量大的物體具有的重力勢能一定大
B.速度大的物體具有的動能一定大
C.同一物體的彈性形變越大，則它具有的彈性勢能也越大
D.以一定速度運動的物體，對于不同的參照物，它的動能是相同的
C
課堂練習
2.如圖所示，長征五號 B 運載火箭加速升空過程中，它的（ ）
A. 重力勢能增大，動能減小
B. 重力勢能增大，動能增大
C. 重力勢能減小，動能減小
D. 重力勢能減小，動能增大
B
3.如圖是運動員參加射箭比賽時的場景，下列說法錯誤的是（ ）
A.運動員將弓舉起的過程對弓做功
B.弓被拉的越彎產生的彈力越小
C.弓被拉的越彎彈性勢能越大
D.箭被射出說明力可以改變物體的運動狀態
B

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