第11章《功和机械能》11.4 机械能及其转化（四大重点考向）（导图+知识梳理+精讲精练+新题速递）2023-2024学年人教版物理八年级下册同步精编讲义

11.4 机械能及其转化 1.了解机械能概念； 2.会分析动能和势能之间的转化过程； 3.会利用机械能分析生活中常见动能与势能之间的转化； 4.了解机械能守恒定律。 考点01：机械能的概念 考点02：机械能的转化 考点03：机械能守恒条件 考点04：机械能和其他形式能的转化 知识点01：机械能及其转化 1.机械能 (1)定义：动能、重力势能、弹性势能统称为机械能。机械能是和物体运动紧密联系的能量。机械能的单位是焦耳(J)。 (2)对机械能的理解 一个物体可以只有动能，也可以只有势能，还可以既有动能又有势能，都称为物体具有机械能。 1 物体只有动能，如在水平路面上行驶的汽车； 2 物体只有势能，如悬挂在空中静止的物体、射箭时发生弹性形变的弓； 3 物体同时具有动能和势能，如在空中飞行的飞机、小鸟等。 2.动能和势能的转化 (1)实验探究：动能和重力势能的相互转化 单摆实验 滚摆实验 图示 现象 将小球拉至A点释放，小球加速摆向B点，然后摆向C点，速度越来越小，到C点的速度为零，之后再经过B点回到A点，不断往复(因为有空气阻力，实际上不能回到A点) 捻动滚摆的轴，使滚摆上升至某一高度后松开，滚摆开始旋转下降，转速越来越大，到最低点后，开始缠绕悬线上升，转速逐渐变小，最终再次上升到原来的高度，之后再次下降，不断重复(因为有空气阻力，滚摆不能回答原来的高度) 能量转化情况分析 单摆的运动可分为上升段和下降段。其动能和重力势能转化情况见下表。 运动 阶段 高度 重力势能 速度 动能 能的 转化 下降段 A→B C→B 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 上升段 B→A B→C 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 滚摆的运动也可分为上升段和下降段。其动能和重力势能转化情况见下表。 运动 阶段 高度 重力势能 速度 动能 能的 转化 下降段 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 上升段 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 探究归纳 在一定条件下，动能和重力势能可以互相转化。 (2)实验探究：动能和弹性势能的相互转化 【进行实验】一个木球以一定的速度v0撞到弹簧片上。 【分析论证】 探究过程 球的速度 球的动能 弹簧片形变程度 弹簧片的弹性势能 能的转化 木球压弯弹簧片 不断减小，直至为零 不断减小，直至为零 由小变大 不断增大 动能转化为弹性势能 弹簧片把木球弹回 由零不断增大 由零不断增大 由大变小 不断减小，直至为零 弹性势能转化为动能 【归纳总结】在一定条件下，动能和弹性势能可以互相转化。 ★特别提醒 动能和弹性势能的之间的转化，可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间。例如，由高处落下的篮球在撞击地面发生了弹性形变过程中，球的动能转化为自身的弹性势能；球在恢复原状的过程中，球的弹性势能转化为自身的动能，动能和弹性势能在一个物体上相互转化。运动员进行蹦床表演时，运动员的动能和蹦床的弹性势能在两个物体间相互转化。 3.机械能守恒 (1)机械能守恒 大量研究结果证明，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，或者说机械能守恒。 ★特别提醒 机械能守恒的条件是只有动能和势能之间发生转化，没有其他形式的能参与转化。但在现实生活中，由于摩擦阻力的存在，动能和势能相互转化的过程中总要克服摩擦力做功，总有部分机械能转化为其他形式的能，机械能的总量减少。 ▲拓展培优能量转化的普遍性 自然界中，各种形式的能量都可以相互转化，能量转化过程中总是一种形式的能量减少，另一种形式的能量增加动能和势能的相互转化只是各种能量转化的一种。 (2)判断机械能如何变化 ①当物体的机械能守恒时，动能和势能中一种形式的能量减少，另一种形式的能量必然增加。 示例(忽略空气阻力和摩擦导致的机械能损失) 判断依据 能的转化 速度 高度 形变 滚摆上升时 减小 增大 —— 动能转化为重力势能 过山车下降时 增大 减少 —— 重力势能转化为动能 运动的小球压缩弹簧时 减小 —— 增大 动能转化为弹性势能 弯弓射箭时 增大 —— 减小 弹性势能转化为动能 ②物体受外力作用机械能不守恒时，可先分析动能和势能的变化情况，再结合“机械能=动能+势能”来判断。 示例 动能变化 势能变化 机械能 水平路面上加速运动的小车 增大 不变 增大 水平路面上减速运动的小车 减小 不变 减小 匀速上升的热气球 不变 增大 增大 匀速下降的热气球 不变 减小 减小 斜面上减速下滑的滑块