11.4 机械能及其转化（讲义）-2022-2023学年八年级物理下册同步教学综合备课资源（人教版）

第4节 机械能及其转化 知识点1：机械能及其转化 1.机械能 （1）定义∶动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 （2）单位∶焦耳，简称焦，符号是J。 （3）大小∶机械能 = 动能 + 势能。（势能包括重力势能和弹性势能） ①对机械能的理解 一个物体可以同时具有动能和势能，如天空中飞行的飞机、跳水过程中的运动员等;也可以只具有动能或只具有势能，如在水平地面上行驶的汽车只具有动能，吊在天花板上的灯只具有重力势能。 ②机械能的决定因素 机械能由动能和势能（包括重力势能和弹性势能）共同决定。由于动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，弹性势能与弹簧的弹性形变程度有关，因此机械能的决定因素有质量、速度、高度、弹性形变程度等。 2.动能和势能的相互转化 （1）动能和重力势能的相互转化 单摆实验：如图所示，将摆球从A 点静止释放，摆球从 A 点摆向最低点 B的过程中，位置越来越低，速度越来越快，所以重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，重力势能转化为动能;从 B 点摆向 C点的过程中，位置越来越高，速度越来越慢直至为零，所以重力势能逐渐增大，动能逐渐减小，动能转化为重力势能。 除此之外，常见的动能和重力势能相互转化的例子还有滚摆、过山车等。 （2）动能和弹性势能的相互转化 小球碰撞弹簧实验：如图所示，从斜面上滚下的小球从接触弹簧到把弹簧压缩到最短的过程中（图甲→乙），小球速度越来越小，弹簧的形变越来越大，即小球的动能减小，弹簧的弹性势能增大，小球的动能转化为弹簧的弹性势能;弹簧从最短到恢复原状的过程中（图乙→丙），弹簧的弹性形变越来越小，小球的速度越来越大，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。 另外，篮球落地反弹的过程、撑竿跳高的过程中也发生了动能和弹性势能的相互转化。 对动能和势能相互转化过程的理解 （1）在动能和势能相互转化的过程中，只要其中一种能量在减少，另一种能量就在增加; （2）动能和势能的转化可以发生在同一物体之间，比如单摆实验中摆球的动能和重力势能的相互转化;也可以发生在不同物体之间，比如小球碰撞弹簧实验中小球的动能与弹簧的弹性势能的相互转化。 3.机械能守恒 （1）机械能守恒∶大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 （2）机械能守恒的条件∶机械能守恒是有条件的，只有动能和势能相互转化时，或者说只有重力和弹力做功时，机械能才守恒。 机械能不守恒的情况 ①受到阻力作用的物体机械能不守恒。如果运动的物体受到摩擦或空气阻力，机械能就会转化为其他形式的能，从而使机械能逐渐减小，不再守恒。如落地的篮球越跳越低，最终静止在地面上，机械能逐渐减小。 ②有重力或弹力以外的力对物体做功时，机械能不守恒。 应用1：机械能的大小 【典例1】一个在空中下落的物体，在某一时刻具有50J的机械能，若它具有的动能为35J，则它具有的重力势能大小为　 　J。 应用 2：动能和重力势能的相互转化
 【典例2】下列过程中，重力势能转化为动能的是（　　） A．热气球匀速下落 B．滚摆减速上升 C．雨滴加速下落 D．用弓将箭射出 应用3：动能和弹性势能的相互转化 【典例3】下列事例中，弹性势能转化为动能的是 （　　） A．苹果从树上落下来 B．秋千从低处荡到高处 C．拉弯的弓把箭射出 D．商场中扶梯匀速上升 应用4：机械能变化的判断 【典例4】用细线将小球系好后，固定在天花板上，做成一个摆。如图所示，小球从A点静止释放经过最低点B，再摆至C点的过程中，下列说法正确的是（　　） A．在C点小球的动能最大 B．在B点小球的重力势能最大 C．从B点摆至C点的过程，小球的动能转化为重力势能 D．从A点摆至B点的过程，小球的动能转化为重力势能 知识点2水能和风能的利用 1.水能的利用 （1）水能：流动的水具有动能，高处的水具有势能，水所具有的机械能统称为水能。 （2）水能的利用———水力发电 如图所示，修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机，发电机装在水轮机的上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。 能量传递和转化过程∶水的机械能→水轮机的机械能→发电机的机械能→电能。 2.风能的利用 （1）风能：空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。 （2）风能的利用——风力发电 如图所示，风吹动风车，风车转动带动发电机发电。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成"风车田"，联在一起供电。 能量传递和转化过程：风的机械能→风车叶片的机械能→发电机的机械能→电能。 应用5：风能的利用 【典例5】（多选）12．风能可以用来发电，风吹动风车，可以带动发电机