資源簡介

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第4節《機械能及其轉化》導學案
【學習目標】
物理觀念:通過生活實例和自主學習課本知道動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能;通過實驗或實例,認識動能和勢能可以相互轉化;能解釋與機械能轉化有關的現象。
科學思維:經歷機械能概念的建立過程,提升從復雜物理現象中歸納簡單物理規律的思維;經歷實例分析的過程,掌握解決科學問題時把握必要因素的思維方法。
科學探究:經歷滾擺和單擺實驗,分析動能和勢能的相互轉化。
科學態度與責任:通過對生活實例進行分析計算的過程中,感悟物理與生活的緊密聯系;認識分析科學問題是要把握必要因素的科學方法,養成交流合作的習慣。
【學習重點】
動能和勢能的相互轉化.
【學習難點】
解釋有關動能和勢能相互轉化的簡單物理現象.
【自主預習】
1．_____能和_____能統稱為機械能.一個物體具有的機械能是__________之和.
2．動能和勢能之間_____（選填“可以”或“不可以”)相互轉化.
3．機械能守恒：如果只有_____和_____的相互轉化，盡管動能和勢能的大小會變化，但機械能的總和_____，或者說，機械能_ _.
4.水能和風能的利用：自然界中的流水和風都具有大量_____的.
探究點一　　機械能及其轉化
（一）機械能
1.自主學習：什么是機械能？如何判斷機械能的變化？
__________統稱為機械能.
機械能是__________的和，判斷機械能的變化要分別判斷動能和勢能的變化情況.
2.判斷下列情境中機械能的變化
(1)勻速上升的氣球:動能___，勢能___，機械能_____.
(2)勻速下降的氣球:動能___，勢能___，機械能_____.
(3)勻速水平運動的汽車:動能___，勢能___，機械能_____.
(4)加速上升的火箭:動能___，勢能___，機械能_____.
(5)邊灑水邊勻速行駛的灑水車: 動能___，機械能_____.
（二）動能和重力勢能的轉化
1.實驗：觀察滾擺的運動，小組討論滾擺運動過程中能量的轉化過程.
滾擺下降時，速度增大，_____能增大；高度減小，_____能減小，_____能轉化為_____能.滾擺上升時，速度減小，_____能減小，高度增加，_____能增大，_____能轉化為_____能.
2.實驗：觀察單擺的運動，小組討論小球在運動過程中能量的轉化過程.
單擺下降時，_____能減小，_____能增大,在此過程中_____能轉化為_____能.單擺上升時，_____能減小，_____能增大,在此過程中_____能轉化為_____能.
3.以上分析表明：_____能和_____能之間可以發生相互轉化.
（三）動能和彈性勢能的轉化
1.彈簧固定在水平軌道末端，小球從斜面頂端由靜止滾下，撞擊彈簧后又將沿水平軌道返回，接著滾上斜面.分析整個過程中能量的轉化過程.
小球下降時，_____能轉化為_____能；小球接觸彈簧時，_____能轉化為_____能；小球離開彈簧時，_____能轉化為_____能；小球上升時，_____能轉化為_____能.
2.分析蹦床過程中能量轉化過程.
人在落下時，未接觸蹦床前：_____能轉化為_____能；接觸蹦床后，重力勢能和動能轉化為_____能.
人在上升時，未離開蹦床前：_____能轉化為_____能和_____能；離開蹦床后：_____能轉化為_____能.
3.以上分析表明：_____能和_____能、_____能之間可以發生相互轉化.
（四）機械能守恒
1.用繩子把一個鐵鎖懸掛起來.把鐵鎖拿近自己的鼻子，穩定后松手，頭不要動.鐵鎖向前擺去又擺回來.鐵鎖擺回時會碰到你的鼻子嗎？小組討論分析整個過程能量的轉化并思考其中的原因.
分析：鐵鎖下降的過程是_____能轉化為_____能，上升的過程是_____能轉化為_____能.在上升和下降的過程中，鐵鎖和空氣之間存在摩擦，克服摩擦做功，消耗一部分能量，機械能_____，所以碰到鼻尖.
如果整個過程中，鐵鎖和空氣之間沒有摩擦，會出現什么現象.
分析：不會碰到鼻子，因為整個過程中機械能減少.
2.歸納：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_____.或者說，機械能是_____的.
點撥：機械能守恒的條件：忽略摩擦，忽略摩擦力造成的能量損失，所以機械能守恒也是一種理想化的物理模型.在物理學中常常出現“光滑的表面”、“不計空氣阻力”、“不計摩擦”等文字描述，表示沒有摩擦阻力，機械能是守恒的.
3.分析過山車在運動過程中的能量轉化情況.
從A到B的過程中，_____能轉化為_____能；從B到C的過程中，_____能轉化為_____能；從C到D的過程中，_____能轉化為_____能.過山車運行過程中車與軌道之間有摩擦力，還受到空氣的阻力，機械能并_____守恒，機械能_____，不給其他動力的情況下，過山車最終停下來.
4.自主學習：閱讀課本“科學世界――人造地球衛星的機械能轉化”，回答下列問題.
①衛星在運動過程中機械能是否守恒？
衛星在大氣層外運行，_____空氣阻力，只有動能和勢能的轉化，因此機械能_____.
②衛星由遠地點向近地點運動時，能量轉化過程？
衛星在遠地點時_____最大，當它從遠地點向近地點運動時，_____能轉化為_____能.
③衛星由近地點向遠地點運動時，能量轉化過程？
衛星在近地點時，_____能最大，當衛星從近地點向遠地點運動時，_____能轉化為_____能.
探究點二 水能和風能的利用
在地球上，海水朝夕漲落，江河日夜奔流.有時微風拂面，有時狂風勁吹.從能量的角度來看，自然界的流水和風都是具有大量_____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_____，讓流水沖擊水輪轉動，用來汲水、磨粉、碾谷.
通過水輪機帶動發電機_____，可以將水的機械能轉化為_____能，再通過輸電線送到用電地區.修筑攔河壩提高上游水位來發電，主要目的是增加水的_____能.
2.風能的利用
風是流動的_____,風把風箏吹到天空,也就是對風箏做功;風能使你做的小風車飛轉,即對小風車做功.所以,風具有_____能.
我國早在2000多年前就開始利用風來驅動_____航行.至少1700多年前已開始利用風來推動_____做功.
利用風吹動風車葉片旋轉，將風能轉化為風車葉片的_____能，再通過發電機或其他機器將動能轉化為_____能.
【當堂練習】
1.如圖所示，小明和同學一起蕩秋千.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．到達最高點的重力勢能最大
D．上升過程中的重力勢能減小
2.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化
C．鐵鎖由高處擺到低處的過程中動能轉化為重力勢能
D．鐵鎖上升的最大高度逐次降低，是由于受到重力作用
3.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．重力勢能全部轉化為動能 D．機械能總量保持不變
4.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化
C．因為能量之間可以相互轉化，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
5.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
6.如圖，滾擺下降過程中，滾擺的_____能轉化為_____能.滾擺上下往復運動過程中，其每次上升所能達到的高度越來越低，滾擺在運動過程中的機械能_______（ 選填“增加”、“減少”或“不變”）.
7.會蕩秋千的人，不用別人幫助，就能把秋千蕩得很高.做法是：當人從高處向下擺時，身體由直立變為下蹲，此過程降低重心高度，將更多的重力勢能轉化為　 　能；而從最低點向上擺時，用力將身體由下蹲變為直立，此過程克服身體重力做功，增加了　 　能.如此循環往復，機械能越積越多，秋千就越蕩越高.
8.如圖為某抽水蓄能電站的工作原理圖，用電低谷時(如深夜)，電站利用電網多余電能把水從下水庫抽到上水庫中儲存起來；用電高峰時，再利用上水庫中的水發電.
（1）蓄能時，水被抽到上水庫，此過程是將________能轉化為水的機械能.
（2）抽水蓄能電站選址衢江黃壇口，不僅因當地水資源豐富，同時還考慮到當地地勢較陡，這樣建成的電站上、下水庫的高度差比較________，有利于蓄能與發電.
【課后反思】本節課學習中，你有哪些收獲，還有哪些不足，有什么體會.
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參考答案
【自主預習】
1．動 勢 動能和勢能
2．可以
3動能 勢能 不變 守恒
4.機械能
探究點一　　機械能及其轉化
（一）1動能、重力勢能和彈性勢能 動能和勢能
2.（1）不變　　增加　　增加　　
（2）不變　　減少　　減少
（3）不變　　不變　　不變
（4）增加　　增加　　增加
（5）減少　　減少
（二）1.動 重力勢 重力勢 動 動 重力勢 動 重力勢
2.重力勢 動 重力勢 動 動 重力勢 動 重力勢
3.動 重力勢
（三）1.重力勢 動 動 彈性勢 彈性勢 動 動 重力勢
2.重力勢 動 彈性勢 彈性勢 重力勢 動 動 重力勢
3.動 重力勢 彈性勢
（四）1.重力勢 動 動 重力勢 減少 不會 沒有
2.不變 守恒
3.動 重力勢 重力勢 動 動 重力勢 不 減少
4.①不受 守恒 ②勢 重力勢 動 ③動 動 重力勢能
探究點二 水能和風能的利用
機械
1．水輪 電 重力勢
2.空氣 機械 帆船 風車 動 電
【當堂練習】
1.C 2.B 3.B 4.C 5.C 6.重力勢 動 減少 7.動 機械（重力勢） 8.電 大
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第4節　機械能及其轉化
物理觀念:通過生活實例和自主學習課本知道動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能;通過實驗或實例,認識動能和勢能可以相互轉化;能解釋與機械能轉化有關的現象。
科學思維:經歷機械能概念的建立過程,提升從復雜物理現象中歸納簡單物理規律的思維;經歷實例分析的過程,掌握解決科學問題時把握必要因素的思維方法。
科學探究:經歷滾擺和單擺實驗,分析動能和勢能的相互轉化。
科學態度與責任:通過對生活實例進行分析計算的過程中,感悟物理與生活的緊密聯系;認識分析科學問題是要把握必要因素的科學方法,養成交流合作的習慣。
教學重點:動能和勢能的相互轉化。
教學難點:解釋有關動能和勢能相互轉化的簡單物理現象。
教師準備:教學課件、易拉罐、斜面、橡皮筋、小鐵塊、單擺、滾擺、鐵鎖、繩子、動能和勢能演示器等。
學生準備:滾擺、單擺、鐵鎖、繩子。
教學環節 設計意圖
一、創設情境　導入新課 實驗引入:搭建小坡度的斜面,從斜面頂端由靜止釋放易拉罐,引導學生仔細觀察現象。 提出問題:易拉罐沿不太陡的斜面滾下,為什么會沿斜面來回滾動,滾動幾次最終會停下來 今天我們學習“第4節　機械能及其轉化”,學習后你會找到答案。 觀察演示實驗,思考問題,激發興趣,進入情景,主動參與到課堂學習中
二、新課講解　探究新知 探究點一　機械能及其轉化 (一)機械能 自主學習,閱讀課本:什么是機械能 如何判斷機械能的變化 學生:動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能。 學生:機械能是動能和勢能的和,判斷機械能的變化要分別判斷動能和勢能的變化情況。 課件展示:判斷機械能的變化。 1.勻速上升的氣球:動能　　　　,勢能　　　　,機械能　　　　。 2.勻速下降的氣球:動能　　　　,勢能　　　　,機械能　　　　。 3.勻速水平運動的汽車:動能　　　　,勢能　　　　,機械能　　　　。 4.加速上升的火箭:動能　　　　,勢能　　　　,機械能　　　　。 5.邊灑水邊勻速行駛的灑水車: 動能　　　　,勢能　　　　,機械能　　　　。 課件展示答案。 (二)動能和重力勢能的轉化 學生實驗1:觀察滾擺的運動,小組討論滾擺在運動過程中能量的轉化。 小組展示:滾擺下降時,速度增大,動能增大,高度減小,重力勢能減小,重力勢能轉化為動能;滾擺上升時,速度減小,動能減小,高度增加,重力勢能增大,動能轉化為重力勢能。 學生實驗2:觀察單擺的運動,小組討論小球在運動過程中能量的轉化。 小組展示:單擺下降時,重力勢能減小,動能增大,在此過程中,重力勢能轉化為動能;單擺上升時,動能減小,重力勢能增大,在此過程中,動能轉化為重力勢能。 提問:通過以上兩個實驗,我們可以得到什么結論 歸納總結(課件展示):物體的動能和重力勢能是可以相互轉化的,動能可以轉化為重力勢能,重力勢能也可以轉化為動能。 培養自主學習能力 判斷機械能的變化情況,為下面學習機械能的轉化做鋪墊 學生參與實驗,從實驗現象分析歸納,體現學生學習主體地位
(三)動能和彈性勢能的轉化 1.利用動能和勢能演示器進行實驗:彈簧固定在水平軌道末端,小球從斜面頂端由靜止滾下,撞擊彈簧后又將沿水平軌道返回,接著滾上斜面。 討論整個過程中能量的轉化過程。 學生:重力勢能→動能→彈性勢能→動能→重力勢能。 2.播放蹦床比賽視頻片段,分析蹦床過程中能量轉化過程。 人在落下時,接觸蹦床前:重力勢能轉化為動能;接觸蹦床后,重力勢能和動能轉化為彈性勢能。 人在上升時,離開蹦床前:彈性勢能轉化為重力勢能和動能;離開蹦床后,動能轉化為重力勢能。 (四)機械能守恒 1.兩名學生上臺演示:用繩子把一個鐵鎖懸掛起來。把鐵鎖拿近自己的鼻子,穩定后松手,頭不要動。鐵鎖向前擺去又擺回來。鐵鎖擺回時會碰到你的鼻子嗎 小組討論分析整個過程能量的轉化并思考其中的原因。 學生:鐵鎖下降的過程是重力勢能轉化為動能,上升的過程是動能轉化為重力勢能。在上升和下降的過程中,鐵鎖和空氣之間存在摩擦,克服摩擦做功,消耗一部分能量,機械能減少,所以不會碰到鼻尖。 教師:如果整個過程中,鐵鎖和空氣之間沒有摩擦,會出現什么現象。 學生:會碰到鼻子,因為整個過程中機械能沒有減少。 歸納總結(課件展示):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,但動能和勢能的總和不變。或者說,機械能是守恒的。 點撥:在物理學中常常出現“光滑的表面”“不計空氣阻力”“不計摩擦”等文字描述,表示沒有摩擦阻力,機械能是守恒的。 播放視頻——“機械能守恒”。 2.小組合作學習:用機械能及其轉化解釋現象 (1)分析過山車在運動過程中的能量轉化情況,過山車為什么最終會停下來 學生:從A到B的運動過程中,動能轉化為重力勢能;從B到C的運動過程中,重力勢能轉化為動能;從C到D的運動過程中,動能轉化為重力勢能。 學生:過山車運行過程中車與軌道之間有摩擦力,還受到空氣的阻力,機械能逐漸減小,過山車最終停下來。 與老師共同分析小球撞到彈簧到被彈開的過程中,動能與彈性勢能的相互轉化情況,歸納出結論 通過親身實踐,激發學生學習的興趣,培養分析歸納能力
(2)拓展學習:人造地球衛星的機械能轉化。 1.衛星在運動過程中機械能是否守恒 2.衛星由遠地點向近地點運動時,能量如何轉化 3.衛星由近地點向遠地點運動時,能量如何轉化 學生:衛星在大氣層外運行,不受空氣阻力,只有動能和勢能的轉化,因此機械能守恒。 學生:衛星在遠地點時勢能最大,當它從遠地點向近地點運動時,重力勢能轉化為動能。 學生:衛星在近地點時,動能最大,當衛星從近地點向遠地點運動時,動能轉化為重力勢能。 探究點二　水能和風能的利用 自主學習:總結水能和風能的利用。 1.水能的利用 (1)古代對水能的利用:我們的祖先很早就制造了木質水輪,讓流水沖擊水輪轉動,用來汲水、磨粉、碾谷。 (2)水力發電:通過水輪機帶動發電機,可以將水的機械能轉化為電能。 2. 風能的利用 (1)古代對風能的利用:利用風來驅動帆船航行,利用風來推動風車做功提取海水制鹽或提水灌溉水田。 (2)風力發電:利用風吹動風車葉片旋轉,將風能轉化為風車葉片的動能,再通過發電機或其他機器將動能轉化為電能。 播放視頻——“水能、風能的利用”。 學以致用,從物理走向社會 運用機械能轉化與守恒的觀點分析水能、風能的有關問題
三、歸納概括　課堂小結 學生總結本節所學知識,教師課件展示。 培養學生歸納總結的意識和能力
　　　　　　 　　　　　 　　　　　
第4節　機械能及其轉化
1.機械能及其轉化
(1)動能和勢能統稱為機械能。
(2)動能和重力勢能之間是可以相互轉化的。
(3)動能和彈性勢能之間是可以相互轉化的。
(4)機械能守恒: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,但動能和勢能的總和不變,或者說,機械能是守恒的。
2.水能和風能的利用
(1)水的重力勢能。
(2)風的動能。
揭秘上課開始進行的演示實驗,請同學們課后完成下面的小制作,解釋易拉罐為什么會來回滾動 在一個易拉罐的蓋和底各開兩個小洞。將小鐵塊用細繩綁在橡皮筋的中部穿入罐中,橡皮筋兩端穿過小洞用竹簽固定(如圖所示)。做好后將它從不太陡的斜面滾下。
答案:當易拉罐從斜面滾下時,兩根橡皮筋絞到一起發生形變,獲得彈性勢能,當橡皮筋恢復原狀時,彈性勢能又轉化為動能,動能又轉化為重力勢能,所以易拉罐可以滾上斜面。
本節課主要采用以實驗設疑來調動學生的好奇心和求知欲,然后以問題為切入點展開討論,讓學生在情境問題中來感悟物理知識,樂中求學,學中求樂,不知不覺中總結出動能和勢能之間可以轉化的知識點。為了加深學生對動能、勢能的相互轉化的印象,再進一步舉出生活事例進行分析。教學中增加了動能和彈性勢能的相互轉化的探究,通過演示實驗、觀看視頻等來增加學生的感性認識,增加對機械能轉化的理解。由于現象皆從身邊來,故討論時都踴躍發言,經過一定的交流,討論出的結果正確性更高而且深刻。經過這樣熱烈的討論,學到的知識一定印象深刻,從枯燥無味的課堂中感受到學習物理的樂趣。
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第4節　機械能及其轉化
一、機械能及其轉化
1.機械能:　 　、　 　和彈性勢能統稱為機械能。
2.機械能間的轉化:　 　能和　 　能可以相互轉化。
3.機械能守恒:如果只有　 　和　 　相互轉化,盡管動能、勢能的大小會變化,但動能和勢能的總和　 　,或者說,機械能是守恒的。
[注意] 機械能守恒是有條件的,若考慮摩擦等阻力,機械能的總量就會變小,這是因為有部分機械能轉化成了其他形式的能,如落地的乒乓球越跳越低,最后靜止在地面上,機械能的總量在減小。
知識清單
動能
重力勢能
動
勢
動能
勢能
不變
二、水能和風能的利用
1.特點:自然界的流水和風都是具有大量　 　能的天然資源。
2.利用:人們利用水的　 　和風的　 　來發電。
機械
重力勢能
動能
深度理解
1.彈性勢能和重力勢能之間不能直接轉化,只能伴隨動能的轉化才能實現彈性勢能和重力勢能之間的轉化。
2.機械能守恒
機械能守恒不是普遍存在的現象,在有關動能和勢能的轉化問題中,機械能守恒是有條件的:只有動能和勢能的相互轉化的運動,其機械能才是守恒的。
【典例分析】
[例]如圖所示,鉛球從出手到將要落地的過程中,(不計空氣阻力)下列說法中正確的是( )
A.鉛球在a點時,動能最大
B.鉛球在b點時,勢能最大
C.鉛球由b→c時,動能轉化為勢能
D.鉛球由a→b時,機械能增大
B
基礎題
1.下列各個過程中,物體的重力勢能轉化為動能的是( )
A.水壩上流下來的水沖擊水輪機轉動
B.汽車沿斜面向上勻速行駛的過程中
C.向上拋出的小石塊在上升的過程中
D.乒乓球觸地后向上彈起的過程中
A
2.(2024廣安)如圖所示是一款用于某校“五四”匯演航拍的新型智能無人機,在它豎直向上勻速運動的過程中( )
A.動能增大,重力勢能增大,機械能增大
B.動能減小,重力勢能增大,機械能不變
C.動能不變,重力勢能增大,機械能增大
D.動能減小,重力勢能增大,機械能減小
C
3.在水平地面上鋪一張白紙,將皮球表面涂黑,使其分別從不同高度處自由下落,在紙上留下黑色圓斑A、B,如圖所示。下列說法中正確的是( )
A.皮球下落過程中動能轉化為重力勢能
B.皮球落地發生形變的過程中動能轉化為彈性勢能
C.形成圓斑B時皮球是從更高處下落的
D.形成圓斑A時皮球接觸地面后形變程度更小
B
4.如圖所示,滾擺下降過程中,滾擺的　 　能轉化為　 　能。滾擺上下往復運動的過程中,每次上升所能達到的高度越來越低,滾擺在運動過程中的機械能　 　(選填“增加”“減少”或“不變”)。
重力勢
動
減少
5.(物理學與工程實踐)構皮灘水電站位于余慶縣境內,是貴州省實施“西電東送”戰略的標志性工程。水從高處下落時,它的　 　能轉化為　 　能,帶動水輪機轉動;水電站水庫的蓄水位較高,是為了增大水的重力勢能,從而能夠發更多電。
重力勢
動
中檔題
6.(2024自貢)很多同學都玩過蕩秋千,下列說法正確的是( )
A.秋千蕩到最低點時只有動能
B.秋千蕩到最高點時有重力勢能和動能
C.從最低點蕩到最高點的過程中重力勢能轉化為動能
D.從最高點蕩到最低點的過程中動能增大,重力勢能減少
D
7.(2024黔東南期末)圖甲中過山車從A點出發,先后經過B、C、D、E點。圖乙是過山車在B、C、D、E點的動能和重力勢能大小的示意圖,下列說法正確的是( )
A.過山車在E點動能最大
B.B點重力勢能大小等于E點動能的大小
C.在整個過程中過山車的機械能守恒
D.B點的機械能小于C點的機械能
B
8.如圖所示是某運動員在自由式滑雪女子大跳臺比賽中的軌跡圖,其中D為落地點,A、B、C三點中,B為最高點,C為最低點。不計空氣阻
力,A到B的過程中,該運動員的　 　能轉化成　 　能,A、B、C三點中動能最大的是　 　點。若在B點時她受到的力全部消失,則她將保持　 　(選填“靜止”或“勻速直線運動”)狀態。
動
重力勢
C
勻速直線運動
9.某城市鐵路車站的設計方案如圖所示,進站和出站的軌道都與站臺構成一個緩坡。從能量利用的角度分析,這種設計的優點是什么
答案:車進站時的部分動能轉化為重力勢能,減少因剎車損耗的機械能;車出站時儲存的重力勢能又轉化為動能,起到節能作用。
素養題
10.(2023貴州)如圖甲所示水平面AB段光滑,B點右側粗糙,一輕質彈簧左端固定于豎直墻面。用小木塊P壓縮彈簧至A點由靜止釋放,小木塊離開彈簧
后,動能隨位置變化關系的大致圖像如圖乙所示。若換另一相同底面的小木塊Q(mQ>mP)將彈簧同樣壓縮至A點由靜止釋放,彈簧形變均在彈性限度內。請在同一坐標中畫出小木塊Q從離開彈簧至靜止的過程中,動能隨位置變化關系的大致圖像。
答案:如圖所示(共19張PPT)
第十一章 功和機械能
第4節 機械能及其轉化
【學習目標】
物理觀念:通過生活實例和自主學習課本知道動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能;通過實驗或實例,認識動能和勢能可以相互轉化;能解釋與機械能轉化有關的現象。
科學思維:經歷機械能概念的建立過程,提升從復雜物理現象中歸納簡單物理規律的思維;經歷實例分析的過程,掌握解決科學問題時把握必要因素的思維方法。
科學探究:經歷滾擺和單擺實驗,分析動能和勢能的相互轉化。
科學態度與責任:通過對生活實例進行分析計算的過程中,感悟物理與生活的緊密聯系;認識分析科學問題是要把握必要因素的科學方法,養成交流合作的習慣。
導入新課
實驗：搭建小坡度的斜面，從斜面頂端由靜止釋放易拉罐。易拉罐沿不太陡的斜面滾下，為什么會沿斜面來回滾動，滾動幾次最終會停下來？
探究新知
①動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能。
機械能
動能
勢能
重力勢能
彈性勢能
探究點一　　機械能及其轉化
（一）機械能
歸納總結
探究新知
判斷下列機械能的變化
(1)勻速上升的氣球:動能_____ ，勢能___，機械能_____。
(2)勻速下降的氣球:動能_____，勢能_____，機械能_____。
(3)勻速水平運動的汽車:動能_____，勢能_____，機械能_____。
(4)加速上升的火箭:動能_____，勢能_____，機械能_____。
(5)邊灑水邊勻速行駛的灑水車: 動能_____，機械能_____。
不變
增加
增加
不變
減少
減少
不變
不變
不變
增加
增加
增加
減少
減少
探究新知
（二）動能和重力勢能的轉化
滾擺下降
重力勢能
動能
滾擺上升
重力勢能
動能
滾擺在最低點時動能最大,速度最大。
滾擺在最高點時重力勢能最大。
滾擺
探究新知
單擺下降
重力勢能
動能
單擺上升
重力勢能
動能
單擺
物體的動能和重力勢能是可以相互轉化的，動能可以轉化為重力勢能，重力勢能也可以轉化為動能。
歸納總結
探究新知
（二）動能和彈性勢能的轉化
小球下降
重力勢能
動能
小球接觸彈簧
彈性勢能
動能
小球離開彈簧
動能
彈性勢能
小球上升
動能
重力勢能
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探究新知
①人在落下時，未接觸蹦床前
重力勢能
動能
②接觸蹦床后
彈性勢能
重力勢能動能
③人在上升時，未離開蹦床前
彈性勢能
重力勢能動能
④離開蹦床后：
重力勢能
動能
討論蹦床過程中能量轉化過程
探究新知
（三）機械能守恒
你會害怕嗎？
用繩子把一個鐵鎖懸掛起來，把鐵鎖拉動自己的鼻子附近，穩定后松手，頭不要動。鐵鎖向前擺去又擺回來。鐵鎖擺回時會碰到你的鼻子嗎？
①從鼻尖釋放的鐵鎖，會再次打到鼻尖嗎？
不會
②鐵鎖除了受到重力和拉力外還受到什么力？
空氣阻力
空氣阻力越小，鐵鎖克服阻力做功就越少，擺回的高度就越高。當阻力為零時，鐵鎖擺回原高度，會碰到鼻子。
③鐵鎖會一直運動嗎？
不會
④鐵鎖在運動過程，如果所受空氣阻力為零，會不會碰到鼻子？
機械能守恒
大量研究結果表明，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。
只有動能和勢能相互轉化，機械能的總和不變。
但現實生活里，物體在運動過程中總會克服摩擦力做功，從而消耗機械能。
探究新知
歸納總結
過山車運行過程中車與軌道之間有摩擦力，還受到空氣的阻力，機械能并不守恒，機械能減少，不給其他動力的情況下，過山車最終停下來。
分析過山車在運動過程中的能量轉化情況。
探究新知
V排=V物
V排=V物
V排 人造地球衛星的機械能轉化
衛星在遠地點時勢能最大，當它從遠地點向近地點運動時，勢能減小，動能增大，速度也增大。
當衛星從近地點向遠地點運動時，它的動能減小，勢能增大，速度也減小。
許多人造地球衛星沿橢圓軌道繞地球運行。離地球最近的一點叫近地點，最遠的一點叫遠地點。衛星在大氣層外運行，不受空氣阻力，只有動能和勢能的轉化，因此機械能守恒。
探究新知
V排=V物
V排=V物
V排 探究新知
①古代對水能的利用
早在1900多年前，我們的祖先就制造了木質水輪，讓流水沖擊水輪轉動，用來汲水、磨粉、碾谷。
水磨（摘自《天工開物》) 水車 水碓：利用水的動能舂米
探究點三 水能和風能的利用
探究新知
修筑攔河壩提高上游水位，壩底裝水輪機，發電機裝在水輪機上面，它們的軸連接在一起，水輪機帶動發電機發電。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力勢能越大，能發出的電就越多。
②水能發電站：將水的機械能轉化成電能.
探究新知
立軸式大風車，是中國古代一項杰出的發明，主要應用于我國沿海地區及長江流域，用來帶動龍骨水車等提取海水制鹽或提水灌溉水田。
①古代對風能的利用
我國早在2000多年前就開始利用風來驅動帆船航行。至少1700多年前已開始利用風來推動風車做功。
立軸式大風車（模型）
利用風能的帆船
探究新知
單個風力發電機的輸出功率較小，在風力資源豐富的地區，可以同時安裝幾百臺風力發電機，組成“風車田”，連在一起供電。
②風能發電站
風車田
將風的機械能轉化成電能.
V排=V物
V排=V物
探究新知
水能和風能的利用
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課堂小結
機械能及其轉化
機械能
動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能
機械能及其轉化
機械能守恒
水能和風能的利用
水能發電
風能發電

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