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第12章 機(jī)械能
第2節(jié) 機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化
1.能用實例說明動能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化。
2.能解釋有關(guān)動能、重力勢能、彈性勢能之間相互轉(zhuǎn)化的簡單現(xiàn)象。
3.了解機(jī)械能可以和其他形式能量相互轉(zhuǎn)化。
同學(xué)們有體驗過這些項目嗎？嘗試說一下，在運動的過程中動能和勢能是怎樣變化的。
動能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。
一個物體既可以同時具有動能和勢能，也可以只具有動能或只具有勢能。
機(jī)械能
動能
勢能
重力勢能
彈性勢能
物體具有的機(jī)械能的總量等于動能、勢能兩種能量之和。
知識點一：機(jī)械能
空中飛行的球由于運動具有動能，又由于它在高處而具有重力勢能。
如果：
球的動能是 4 J
重力勢能是 5 J
這兩種能量相加等于 9 J
9 J
——球的總機(jī)械能
弓的彈性勢能哪里去了？
思考
舉高的球釋放后，重力勢能變小，是不是能量消失了？
你蕩過秋千嗎？閉上眼睛，那種時高時低、時快時慢的感覺如同在飛。
你知道其中能量的轉(zhuǎn)化過程嗎？
知識點二：動能和勢能的轉(zhuǎn)化
圖中小聰蕩秋千的過程可簡化為一個球的擺動過程。
如圖所示，用細(xì)線把一個小球懸掛起來，將小球從位置 B 拉到位置 A，釋放小球，觀察它在A→B→C過程中高度和速度的變化，分析這一過程中動能和重力勢能的變化情況。
擺球動能和勢能的轉(zhuǎn)化
狀態(tài)或 過程 A A→B B B→C C
動能 零 增大 最大 減小 最小
勢能 最大 減小 最小 增大 最大
動能和勢能的轉(zhuǎn)化 — 勢能轉(zhuǎn)化為動能 動能最大，勢能最小 動能轉(zhuǎn)化為勢能 動能最小，勢能最大
結(jié)論：動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化。
滾擺在運動過程中動能和重力勢能也在相互轉(zhuǎn)化。
實驗表明，物體的動能和勢能是可以相互轉(zhuǎn)化的，動能可以轉(zhuǎn)化為重力勢能，重力勢能也可以轉(zhuǎn)化為動能。
彎弓射箭時，弓的彈性勢能轉(zhuǎn)化成箭的動能；
自由下落的球，重力勢能轉(zhuǎn)化成動能。
高度減小
速度增大
重力勢能減小
動能增大
轉(zhuǎn) 化
（1）皮球下落：
皮球在下落過程中的動能與勢能的轉(zhuǎn)化
（2）皮球接觸地面：
開始發(fā)生彈性形變，彈性勢能逐漸增大。向下的速度變小，動能減小。這時是動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能。
動能減小
彈性勢能增大
轉(zhuǎn) 化
速度減小
形變增大
（3）皮球在恢復(fù)原狀的過程中： 彈性形變程度變小，向上的速度變大。
動能增大
彈性勢能減小
轉(zhuǎn) 化
形變減小
速度增大
（4）皮球上升時：
高度增大
速度減小
重力勢能增大
動能減小
轉(zhuǎn) 化
蹦床運動員從高處落下，在與蹦床床面將要接觸時，具有一定的動能，與蹦床床面接觸后，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。
動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，使撐桿跳高運動員完成了助跑、撐桿、跨桿、落地的過程。
大量研究結(jié)果表明，如果只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)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(jī)械能是守恒的。
機(jī)械能 = 動能 + 勢能
勢能
動能
+
保持不變
機(jī)械能守恒是一種理想狀態(tài)。現(xiàn)實生活中，由于存在摩擦阻力等因素，在動能與勢能的轉(zhuǎn)化中，需克服摩擦阻力做功，機(jī)械能會轉(zhuǎn)化為其他形式的能，則機(jī)械能的總量會減小。
過山車的能量轉(zhuǎn)化
游樂場的過山車，可讓你充分感受上起下落的樂趣，體驗重力勢能和動能的轉(zhuǎn)化。
如圖是一幅簡單的過山車漫畫。假如在以下情形中過山車已經(jīng)關(guān)閉了動力系統(tǒng)，在軌道上滑行，請描述這個過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。
過山車從高處向低處運動時，高度減小，但速度增大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，當(dāng)過山車運動到最低點時，動能最大；
過山車從低處向高處運動時，速度減小，但高度增大，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，當(dāng)過山車運動到最高點時，重力勢能最大。
由于空氣阻力、摩擦等因素，過山車會慢慢停下來，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。
由于空氣阻力、摩擦等因素，過山車會慢慢停下來，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。
物質(zhì)世界中，能量的形式是多樣的。
研磨輪高速轉(zhuǎn)動，熾熱的金屬屑從工件上飛出，研磨輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為金屬屑的動能和內(nèi)能。
知識點三：機(jī)械能同其他形式能量的相互轉(zhuǎn)化
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片在風(fēng)的推動下旋轉(zhuǎn)，帶動內(nèi)部的設(shè)備轉(zhuǎn)動，最終將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
鼓皮在敲擊時振動，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為聲能，發(fā)出聲音
騎自行車時，人體內(nèi)的一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能
汽車在剎車過程中，剎車片會發(fā)熱，將動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
在一定的條件下，機(jī)械能還可以與內(nèi)能、聲能、電能等其他形式的能量相互轉(zhuǎn)化。
機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化
動能
勢能
轉(zhuǎn)化
其他形式的能量
一定
條件
2. 三峽水庫修建大壩提高水位差是為了增加水的________能。高處的水奔流而下時________能轉(zhuǎn)化為________能。
重力勢
重力勢
動
1. 據(jù)報道，一個雞蛋從十幾層樓落下可能傷及行人，從二十幾層樓落下會危及行人的生命。由此可知，重力勢能與__________________有關(guān)，在雞蛋的下落過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為________。
物體所處的高度
動能
3.如圖所示為掉在地上的彈性小球在地面上彈跳的頻閃照片。彈性小球從 A 點運動到 B 點的過程中，它的__________轉(zhuǎn)化為動能；彈性小球在 B 點的機(jī)械能________（選填“大于”“小于”或“等于”）在 C 點的機(jī)械能。
重力勢能
大于

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