15.5 《机械能及其转化》学习指导（人教版九年级）doc--初中物理

永久免费在线组卷 课件教案下载 无需注册和点数人教版15.5 机械能及其转化基础知识精讲及学习方法指导【学习目标】1理解动能和势能可以相互转化； 2能用实例说明机械能和其他形式的能的转化；3通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能可以相互转化的过程【基础知识精讲】1机械能前一节我们学习了动能和势能的相关知识，在这里，我们提出一个新的名词：机械能动能和势能之和称为机械能关于“机械能”的定义，我要向你说明两点：（1）动能和势能都属于机械能动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，它们虽然是两种形式不同的能量，但都属于机械能，或者说动能和势能是机械能的两种表现形式（2）一个物体既可以有动能，也可以有势能上面说了，动能和势能是形式不同的能量，它们有各自的定义和存在方式，有各自的影响因素只要一个物体同时满足动能和势能的定义条件，它就可以同时具有动能和势能例如，在空中飞行的飞机，是运动的而且有高度，因此这时它同时具有动能和重力势能2动能和势能的相互转化物体在运动过程中，其速度、高度、弹性形变都可能发生变化，这时就可能伴随着能量的转化，不同形式的能量之间是可以相互转化的，即：动能和重力势能之间可以相互转化，动能和弹性势能之间可以相互转化，但重力势能和弹性势能之间不能相互转化，因为它们属于同种形式的能量下面我们来看几个能量相互转化的例子 图14-4把一个滚摆挂在框架上，如图14-4所示，用手捻动滚摆使悬线缠在轴上，滚摆升到最高点放开手，观察滚摆的运动情况我们可以看到滚摆旋转着下降，越转越快到最低点时，滚摆转而上升，上升中它越转越慢，直到差不多回到原来的位置然后它又下降、上升，重复原来的运动根据滚摆运动中高度和速度的变化，不难看出：滚摆下降时，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能；滚摆上升时，它的动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能如图14-5所示，小球在轨道ABCD上滚动，其能量转化要分段来分析 图14-5小球由A点出发，从图中可以看到，A点是轨道的最高点，重力势能最大，开始下落的一刹那，速度为零，动能最小由A到B的下落过程中，其高度逐渐减小，使重力势能减小，而下落速度越来越大，使其动能越来越大因此由A到B阶段，小球的重力势能转化为动能B点是轨道的最低点，小球到达时重力势能最小，速度最大，动能最大，由B到C是小球上升的阶段，速度越来越小，动能越来越小，高度不断上升，重力势能不断增大因此，由B到C阶段是动能转化为重力势能接下来，小球由C点落回B点，是重力势能转化为动能，到达B点时仍然速度最大最后一个阶段，小球由B点上升到D点，动能越来越小，重力势能越来越大因此，由B到D阶段小球的动能转化为重力势能在以上两个分析过程中，我们都未谈到物体的质量，虽然它也是影响动能和重力势能的因素，但在这两个过程中，滚摆的质量和小球的质量都是不变的因此我们未做讨论图14-6如果你把以上两个能量转化的分析都弄明白了，你可以试着分析一下图14-6所示的小球在摆动过程中的能量转化你会吗？结论应该是：假设小球由A点开始运动，由A到B过程，小球的重力势能转化为动能，由B到C过程是动能转化为重力势能，由C到B过程是重力势能转化为动能，由B到A过程是动能转化为重力势能，由此往复你分析对了吗？以上三个例子都是关于动能和重力势能相互转化的情况分析下面我们来看动能和弹性势能相互转化的情况如图14-7所示，小球从A点落到B点时，重力势能全部转化为动能图14-7在B点，小球具有动能，如图14-7甲所示，C点竖直有一个弹簧片，弹簧片下端固定，木球刚刚接触弹簧片接下来，木球将动能释放，把弹簧片压弯，如图14-7乙所示，弹簧片的形变在增大，弹性势能在不断增大，在此过程中，动能转化为弹性势能，紧接着，弹簧片恢复原状，把木球弹回，如图14-7丙所示，此时弹簧片将弹性势能释放，而木球速度越来越大，动能也越来越大，在这个过程中弹性势能转化为动能 图14-8在图14-8中，一个简单的玩具很好地体现出了动能与弹性势能、重力势能间的转化当上紧发条后，由于发条发生了弹性形变，具有了弹性势能，它使体操人开始翻转，这时是弹性势能转化成动能，而体操人上下翻转过程中，又进行了动能和重力势能间的相互转化讲到这里，你可能会得到这样的结论：当动能和势能可以不断地相互转化下去时，物体就可以不停地往复运动下去而不会停止如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的但我们看到的现象往往是：往复运动的物体如果不给它再施加外力，它最终会停下来这并不是说机械能不守恒了，而是因为物体在运动过程中是会遇到阻力的，物体克服阻力时要消耗一部分能量，所以物体的机械能总和是减小的我们可以举两个例子来说明上述问题 图14-9用绳子把一个铁锁悬挂起来如图14-9所示，把铁锁拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不要动铁锁向前摆去又摆回来，你会害怕铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？不用怕，它不会碰到你的鼻子，而且每次荡回时都比上一次荡回距离你的鼻子远了一些，最终铁锁会停下来在这个实验中，铁锁的动能和势能在不断转化在转化过程中，机械能的总量是减小的在图14-10中，让小球沿半圆形轨道由A点向B点运动小球在A点静止，松手后，小球会到达B点吗？会一直从A到B，再从B到A地这样运动下去吗？实验结果是：小球不会再到达A点和B点，而且最后会停在轨道最底部这是因为小球在运动过程中要克服摩擦，因此消耗一部分机械能，使其机械能总和减小，最终为零时，小球就停在最低点了 图14-10动能和势能相互转化的事例在日常生活中还有很多例如，炮弹从炮口斜向上射出，又落到远处地上，这时是动能转化为重力势能，重力势能又转化为动能；弹簧门打开后，可自动关闭，是弹性势能转化为动能 如图14-11所示人造地球卫星绕地球沿椭圆轨道运行，它的位置有时离地球中心较近，有时离地球中心较远离地球中心最近的一点叫近地点，这里卫星的势能最小；离地球最远的一点叫远地点，这里卫星的势能最大卫星从远地点向近地点运动时，势能减小，动能增大，速度越来越大；反之，从近地点向远地点运动时，势能增大，动能越来越小，速度越来越小卫星在运行过程中，也发生了动能和势能的相互转化【学习方法指导】 图14-11如何分析能量的转化 学习本节内容时，有的同学可能会遇到这样的困难：分析某一过程的能量转化，不知到底是动能转化成重力势能，还是由重力势能转化成动能现在我来教你一个分析能量转化的方法在动能和势能相互转化的过程中，总有一种形式的能量在增加，另一种形式的能量在减少那么我们根据各种能量影响因素的变化来判断能量的增加或是减少例如，物体的高度减小，那么它的重力势能就减少，它的速度增大，那么它的动能就增加而在能量转化的过程中，能量总是从逐渐减少的那种向逐渐增加的那种转化我们就以滚摆为例：滚摆上升过程中，速度在不断减小，因此其动能减少，而高度在不断增大，因此其重力势能在增加，所以我们可得出结论：滚摆上升过程中，动能转化成重力势能你明白了吗？那就试着分析一下滚摆下降过程中的能量转化其实，不仅是在机械能的转化中，在分析其他能量转化过程中，也可以使用这种方法【知识拓展】水能的利用早在一千九百多年前，我们的祖先就制造了木制的水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷这类水轮机的功率不大随着生产规模的扩大，社会上越来越需要强大的动力机，这种需要推动了科学技术的发展到18世纪，人们已造出大功率的水轮机，供纺织厂、冶金厂等使用，但是工厂必须建造在河流旁自从掌握了电的知识以后，到19世纪人类就会用水轮机带动发电机发电，再把电送到工厂中去这样，工厂就可以建在更为合适的地方，不必一定要建在河边了要想让水轮机产生很大的功率，单位时间内流入水轮机的水要具有较大的能量为此，可以修筑拦河坝来提高坝前的上游水位，而在下游一侧坝的下方安装水轮机水位提得越高，水的重力势能越大，单位时间内流入水轮机的水具有的能量就越大，转化成水轮机的动能就越大，即水轮机的功率越大现代大型水电站的拦河坝修得很高，甚至超过300 m海水的潮汐也具有巨大的能量近年来，人们在潮汐发电上的研究已取得成功我国海岸线长达18000 km，沿海省份已经建成一些中小型潮汐电站我国有较大的河流1500多条，水能蕴藏量达6.8108kW，其中可以开发利用的有3.8108 kW，居世界第一位建国以来，我们在水能利用上已取得了很大成绩在黄河上，已在龙羊峡、刘家峡、盐锅峡、八盘峡、青铜峡、天桥、三门峡等地修建了大型水电站，总发电能力达356104 kW在西南各省水源丰富的地方，还建立了许多中小型水电站有些地区还建设了蓄能电站用电低峰时，利用富裕的电能把水从低水位抽到高水位，到用电高峰时再放水发电我国还有许多水能资源有待开发，这正需要我们青年一代继续努力【问题点拨】1撑杆跳高运动员撑杆起跳时，弹性势能转化为动能，从起跳到跳得最高过程中，动能转化成重力势能，从最高点下落到地面上时，重力势能转化成动能2根据翻滚过山车的简化模型课本第92页图1422乙所示，当过山车从最高点A向最低点B运动时，重力势能转化成动能，由低点B向较高点C运动时，动能转化成重力势能，然后再由C点向B点运动时，重力势能转化成动能，由B点向D点运动时，动能转化成重力势能简单地说，过山车由高处向低处运动时，是重力势能转化为动能，由低处向高处运动时，是动能转化成重力势能3用力向下抛出乒乓球，使球抛出时具有一定的动能，根据机械能守恒，球被弹到最高点时的势能等于球抛出时的动能与势能之和，这样就使球弹跳到高于抛出时的位置4当滚摆上下滚动时，其动能和势能不断相互转化从理论上讲，滚摆应不停地一直运动下去，但由于摩擦阻力，滚摆在运动过程中会消耗一部分机械能，使机械能总量逐渐减小，因此滚摆最终会停下来5这个小制作很有趣，你可以自己做一做 永久免费在线组卷 课件教案下载 无需注册和点数