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(共35張PPT)
第2節 機械能及其轉化
第3節 水能和風能
第十二章 機械能
知識點
知1－講
感悟新知
1
機械能
1. 定義 動能和勢能統稱為機械能。
2. 單位 焦耳，簡稱焦，用符號J 表示。
機械能= 動能+ 勢能。
知1－講
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3. 理解
(1)一個物體只要具有動能，或重力勢能，或彈性勢能，則這個物體就具有機械能。
(2)一個物體可以既有動能，又有勢能。例如：空中飛行的飛機，由于運動而具有動能，又由于處于高處而具有重力勢能。
只有當三者都為0 時，
機械能才為0。
知1－講
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深度理解
機械能是表示物體運動狀態和高度的物理量。是物體具有的動能、重力勢能和彈性勢能的總和。
知1－練
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[期末·周口]以相同速度水平勻速飛行的鴿子和麻雀，如果它們具有相同的機械能，則( )
A. 鴿子飛得較高
B. 它們飛得一樣高
C. 麻雀飛得較高
D. 無法判斷
例 1
知1－練
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解題秘方：根據機械能等于勢能和動能之和分析判斷。
解析：機械能等于勢能和動能之和，以相同速度水平勻速飛行的鴿子和麻雀，速度相同，鴿子的質量大，動能大；如果它們具有相同的機械能，則說明麻雀的重力勢能大，而麻雀質量較小，故麻雀飛行的高度必然高于鴿子的飛行高度。
答案：C
知1－練
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1. [中考·連云港改編]人騎電動自行車下坡時重力勢能_______(填“增大”“減小”或“不變”)。到達坡底后在水平路面上勻速騎行過程中，人的機械能_______ (填“增大”“減小”或“不變”)。
減小
不變
知識點
知2－講
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2
動能和勢能的轉化
1. 探究動能和重力勢能的轉化
(1)實驗名稱：單擺實驗。
(2)實驗裝置：如圖1 所示。
(3)實驗現象：擺球左右擺動過程中，位置和速度不停發生變化。
高度最大，重力勢能最大
速度最大，動能最大
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(4)實驗分析：
運動方向 高度 速度 重力勢能 動能 能的轉化
下降 A → O′ B → O′ 變低 變大 變小 變大 重力勢能轉化為動能
上升 O′→ A O′→ B 變高 變小 變大 變小 動能轉化為重力勢能
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(5)實驗歸納：在一定的條件下，動能和重力勢能可以相互轉化。
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2. 探究動能和彈性勢能的轉化
深度理解
◆能的轉化過程中，總是變小的那種形式的能轉化為變大的那種形式的能。
◆動能和彈性勢能的相互轉化，可以發生在同一個物體上，也可以發生在不同物體之間。如，由高處落下的皮球在撞擊地面發生彈性形變的過程中，皮球的動能轉化為彈性勢能，皮球在恢復原狀的過程中，彈性勢能轉化為動能；蹦床運動員被蹦床彈起的過程中，蹦床的彈性勢能轉化為運動員的動能和重力勢能。
知2－講
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(1)進行實驗：如圖2 所示，讓一個木球從高處滾下，撞擊彈簧片。
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(2)實驗分析：
探究過程 球的速度 動能 彈簧片形變程度 彈性 勢能 能的
轉化
甲→乙 不斷減小，直至為零 不斷減小，直至為零 變大 增大 動能轉化為彈性勢能
乙→丙 由零不斷增大 由零不斷增大 變小 減小 彈性勢能轉化為動能
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(3)實驗歸納：在一定條件下，動能和彈性勢能可以相互轉化。
3. 機械能守恒
(1)大量研究表明，如果只有動能和勢能相互轉化，盡管動能、勢能的大小會變化，但機械能的總和不變，或者說，機械能是守恒的。
(2)機械能守恒的條件 只有動能和勢能的相互轉化，即動能的增減量等于勢能的減增量；或者說，沒有機械能轉化為其他形式的能，也沒有其他形式的能轉化為機械能。
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不對外做功，外界也不對物體做功。
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延伸拓展
重力勢能和彈性勢能之間不能直接相互轉化，只有伴隨著動能的轉化才能實現重力勢能和彈性勢能之間的轉化。例如，在撐竿跳高時，運動員撐竿，運動員的動能轉化為竿的彈性勢能；當竿彎曲程度達到最大后，竿恢復形狀，將彈性勢能轉化為運動員的動能和重力勢能。
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[中考·鹽城]小華利用橡皮筋和鉤碼制作了如圖3 所示的“魔罐”。在水平地面上用手將它推出，滾動一段時間后，它能自動折返。“魔罐”被推出后向前滾動的過程中( )
A. 動能轉化為彈性勢能
B. 彈性勢能轉化為動能
C. 重力勢能轉化為彈性勢能
D. 彈性勢能轉化為重力勢能
例2
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知2－練
解題秘方：本題考查動能與勢能的轉化過程，關鍵掌握影響動能和彈性勢能的因素。
解析：“魔罐”被推出后向前滾動的過程中，速度變小，動能轉化為橡皮筋的彈性勢能，魔罐開始向回滾動過程中，橡皮筋的彈性勢能轉化為動能，“魔罐”滾動的過程中，“魔罐”的質量不變，高度不變，重力勢能不變，故A 正確。
答案：A
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2. [期末·達州通川區]如圖的滾擺實驗中，當滾輪向下滾動時， 滾輪的_______能轉化為_____能。
重力勢
動
知識點
機械能同其他形式能量的相互轉化
知3－講
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2
1. 機械能是與物體的機械運動相關的能量，不僅動能和勢能之間可以相互轉化，在一定條件下機械能還可以與內能、聲能、電能等其他形式的能量相互轉化。
2. 機械能與其他形式的能量之間相互轉化時，機械能總量會發生變化。機械能轉化為其他形式能量，機械能總量減少，其他形式能量轉化為機械能，機械能總量增加。
物體對外做功
外界對物體做功
知3－講
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3.自然界中各種形式的能，在一定條件下可以相互轉化，如摩擦生熱——機械能轉化為內能；發電機發電——機械能轉化為電能；電動機轉動——電能轉化為機械能，以上過程中機械能總量將發生相應改變。
知3－講
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知識鏈接：
1. 水電站將水的機械能轉化為電能；
2. 自行車運動員奮力蹬車時，人體內的一部分化學能轉化為動能；
3.汽車在剎車過程中，將動能轉化為內能，剎車片會發熱。
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知3－練
[模擬·長沙開福區] 如圖4 所示，小涵從滑梯上勻速下滑時，臀部感到灼熱，在此過程中小涵的機械能______(填“增大”“減小”或“不變”)，因為有部分機械能轉化為______。
例 3
減小
內能
知3－練
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解題秘方：判斷物體機械能的變化時，若物體對外做功則機械能減小，若外界對物體做功則機械能增大。
解析：小涵從滑梯上滑下，下滑的過程中，克服摩擦做功，機械能減小，有部分機械能轉化為內能。
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3. [期中·天津河北區]如圖，小明同學拍攝了一張小球掉落地面彈跳的頻閃照片，在這個過程中小球有一部分機械能轉化成了_______。
內能
知識點
水能和風能
知4－講
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4
1. 水能 流動的水具有動能，高處的水具有重力勢能，水具有的機械能統稱為水能。自然界中的瀑布、湍急的河水和海浪等都具有水能。
知4－講
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2. 風能 空氣在流動過程中所具有的機械能叫風能。
風是流動的空氣，由于不同地區、不同高度等的空氣溫度不同，壓強也不同，空氣就會流動起來，形成風。風具有機械能，即風能。
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3. 水能和風能的利用
水能 風能
特點 無污染、蘊藏量大、可循環利用 資源豐富、無污染、不穩定、不便于儲存
利用 (1)人們利用水輪機汲水； (2)18 世紀，人們利用大功率水輪機帶動紡織機、冶金鼓風機工作； (3)利用水輪機帶動發電機發電 (1)利用風能驅動帆
船航行；
(2)利用風能推動風車做功；
(3)利用風能發電
知4－講
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延伸拓展:
1.水能的大小由流量、流速和水位差決定。
2.風能的大小由風速和流動空氣的質量決定。
感悟新知
知4－練
如圖5 是利用水能發電的示意圖，請你思考回答：
例4
知4－練
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解題秘方：根據動能和勢能的影響因素判斷水的能量變化，根據水從高處流向低處的過程中能量的轉化判斷水輪機的安裝位置。
感悟新知
知4－練
(1)修建攔河大壩是為了增加水的_________能。
重力勢
解析：修建大壩，提高了水位，水的質量和水位都
會增加，使水的重力勢能增大。
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知4－練
(2)從水能利用的角度考慮，水輪機安裝的位置應該靠近 ________(填“上游”或“下游”)。
下游
解析：從水能利用的角度考慮，水位下降越多，重力勢能轉化成的動能越多，推動水輪機做功越多，轉化成的電能就越多，故水輪機安裝的位置應該靠近下游。
知4－練
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誤區警示:
◆利用水能時，一般是水的重力勢能轉化為動能，再利用水的動能做功，也就是說，主要是利用水的重力勢能，故不能認為修建攔河大壩是為了增大水的動能。
◆水帶動水輪機做功的過程，其實是一個動能的轉移過程。
課堂小結
機械能及其轉化
水能和風能
機械能
其他形式的能量
相互轉化
動能
勢能
轉化
空氣流動
風能
重力勢能
彈性勢能
提高水位
水能

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