12.1 动能 势能 机械能（第2课时）（教学课件）-【上好课】九年级物理上册同步高效课堂（苏科版）

江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 上册 义务教育教科书 第十二章 机械能和内能 无论是玩具车还是汽车，都深深地吸引着我们. 为什么有的玩具车不使用电池，它也能向前跑？ 为什么汽车要加注燃料后才能行驶？ 为什么要向汽车发动机的水箱中加水？ ………… 这其中的奥秘是什么呢？ 致老师、同学 说明 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约100MB. 本ppt共有54张、5段视频，可根据需要选择点播. 本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. 视频 资源 ①视频引入—《过山车》 ②视频演示—《滚摆实验》 ③动画讲解—《摆球动能和势能的转化》 ④动画讲解—《机械能守恒》 ⑤课堂总结—《机械能》 免责 声明 ppt中的部分视频来源于自有媒体，其版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系我们删除。 导入新课 （1）想想做做 你会害怕吗？ 用绳子把一个铁锁悬挂起来，把铁锁拉动自己的鼻子附近，稳定后松手，头不要动。铁锁向前摆去又摆回来。铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？ 在这个实验里，铁锁的动能和势能是怎样发生转化的呢？在转化过程中，机械能的总量有什么变化吗？ 导入新课 第一节 动能 势能 机械能 （2）观看视频 思考：图中的过山车具有什么能？过山车为什么能够不断地翻滚？动能和势能发生变化吗？ 学习目标 1 知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 2 通过实验探究，知道机械能的转化，并能解释与机械能相关的一些现象。 实践与练习 03 学习新课 01 课堂总结 02 综合提升训练 04 目录导航 01 学习新课 第一节 动能 势能 机械能 知识一 机械能 1. 机械能 （1）机械能 动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。机械能是和物体的运动紧密联系的能量。机械能的单位是焦耳（J）。 （2）机械能大小的决定因素 质量、速度、高度、弹性形变量等。 飞行中的飞机 想一想：高空飞行中的飞机具有什么能量？ 飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，一个物体可以既有动能，又有势能， 把这两种能量加在一起，就是它的机械能。 知识二 动能和势能的转化 1. 动能和重力势能的转化 动能和重力势能可以相互转化。下面以单摆和滚摆的运动为例分析。 （1）单摆实验 【实验】如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时最低，所以摆球的运动可分为下降段和上升段。 其能量转化情况见下表。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 A→B 降低 减小 变大 增大 B→C 升高 增大 变小 减小 C→B 降低 减小 变大 增大 B→A 升高 增大 变小 减小 《观察单摆的运动》 重力势能转化为动能 重力势能转化为动能 动能转化为重力势能 动能转化为重力势能 知识二 动能和势能的转化 【结论】 单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 知识二 动能和势能的转化 （2）滚摆实验 如图所示，将滚摆挂起来，捻动滚摆，使悬线缠绕在轴上，当滚摆上升到最高点后，放开手，滚摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 下降 降低 减小 变大 增大 上升 升高 增大 变小 减小 下降 最高点 上升 重力势能转化为动能 动能转化为重力势能 知识二 动能和势能的转化 【结论】 滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 《观察滚摆的运动》 知识二 动能和势能的转化 如图所示，一个木球从高处滚下来，撞到弹簧上。分析其能量转化的情况。 丙 弹簧恢复原状把木球弹回 甲 木球刚刚接触弹簧 乙 木球进一步把弹簧压缩 2. 动能和弹性势能的转化 知识二 动能和势能的转化 研究的 过程 球的速度 球的动能 弹簧的 形变程度 弹簧的 弹性势能 能的转化 乙 木球 压缩弹簧 【结论】动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。 动能转化为 弹性势能 弹性势能 转化为动能 知识二 动能和势能的转化 逐渐减小 直至为零 逐渐减小 直至为零 由小变大 逐渐增大 由零逐渐 增大 由零逐渐 增大 丙 弹簧把 木球弹回 由大变小 逐渐减 小直至为零 3. 归纳结论 动能和重力势能可以相互转化 动能和弹性势能可以相互转化 动能和势能可以相互转化 知识二 动能和势能的转化 4. 注意：动能和势能的相互转化的条件 （1）动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且一定是此增彼减。 （2）动能的增减变化要以速度的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面高度的变化来判断；弹性势能的增减要根据形变大小的变化来判断。 知识二 动能和势能的转化 5. 动能和势能相互转化的实例 （1）滑梯下滑：人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。 （2）拉弓射箭：拉弓射箭时拉开的弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。 知识二 动能和势能的转化 ① ③ ② 动能 弹性势能（跳杆） 重力势能 动能 ① ② ③ （3）撑杆跳高 知识二 动能和势能的转化 投掷实心球时，实心球离开手后继续上升，是因为实心球具有惯性，此时实心球不再受到手的作用力；实心球在上升过程中，质量不变，速度减小，动能减小；高度增大，重力势能增大。故C符合题意，ABD不符合题意。 选项C正确。 【例题1】掷实心球是我市中考体测项目之一。不计空气阻力，投掷后的实心球在上升过程中（　　） A．动能变大，重力势能变大 B．动能变小，重力势能变小 C．动能变小，重力势能变大 D．动能变大，重力势能变小 C 知识二 动能和势能的转化 小球在A点时静止，动能为零，从A点由静止释放，能达到与A点等高的B点，说明没有能量损失，即机械能守恒。由于B点与A点等高，重力势能相等，所以B点动能与A点相同也为0。 摆球从A点运动到O点的过程中，摆球的质量不变，高度减小，重力势能逐渐减小，速度变大，动能逐渐变大。此过程中，重力势能转化为动能。 【例题2】如图所示，将摆球从A点静止释放，经过最低点O到达B点，A、B两点等高，摆球到达B点时动能为_____J；摆球从A点到O点的过程中，_______能转化为动能。整个过程中，摆球的机械能大小______（选填“不变”或“减小”）。 不变 知识二 动能和势能的转化 0 重力势 撑杆起跳上升过程中，人的质量不变，速度减小，动能减小；高度增大，重力势能增大，是由动能和弹性势能转化为重力势能。 下落过程中，重力势能转化为动能，动能逐渐增大。 【例题3】撑杆跳高是一项技术性很强的体育运动，完整的过程可以简化成如图所示的三个阶段：持杆助跑、撑杆起跳上升、越杆下落，到达最高点的过程中是动能和_________（动/重力势/弹性势，下同）能转化为______能，下落过程中______能逐渐增加。 动 知识二 动能和势能的转化 弹性势 重力势 知识三 机械能守恒 动能、势能的大小会变化，它们的和是否变化呢？物理学家经过大量的实验研究与理论推导，得出了如下规律： 1. 机械能守恒 机械能守恒 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 只有动能和势能的相互转化，而没有机械能与其他形式的能的相互转化。【即忽略摩擦力造成的能量损失，所以机械能守恒也是一种理想化的物理模型】 在物理学中常常出现“光滑的表面”、“不计空气阻力” 、“不计摩擦”等文字描述，表示没有摩擦阻力，机械能是守恒的。 机械能守恒的情况 知识三 机械能守恒 3. 机械能不守恒的一些事例 人骑自行车爬坡 跳伞运动员匀速下落 发射的航天器 知识三 机械能守恒 4. 用机械能守恒解释现象 （1）铁锁碰鼻子 用绳子把一个铁锁悬挂起来。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。铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？ 分析：铁锁下降的过程是重力势能转化为动能，上升的过程是动能转化为重力势能。在上升和下降的过程中，铁锁和空气之间存在摩擦，克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，机械能不守恒（减小），也就是重力势能的最大值越来越小，所以摆动的高度会越来越低，不会达到鼻尖的。 知识三 机械能守恒 过山车运行过程中车与轨道之间有摩擦力，还受到空气的阻力，机械能并不守恒，机械能转化为内能，不给其他动力的情况下，过山车最终停下来。 （2）分析过山车在运动过程中的能量转化情况 A B C D ①A→B，重力势能转化为动能； ②B→C，动能转化为重力势能； ③ C→D，重力势能转化为动能. 知识三 机械能守恒 （3）人造地球卫星的机械能转化 卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时，势能减小，动能增大，速度也增大。 当卫星从近地点向远地点运动时，它的动能减小，势能增大，速度也减小。 许多人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。卫星在大气层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。 人造地球卫星的轨道示意图 知识三 机械能守恒 小明从光滑的滑梯上下滑过程中，不计空气阻力，机械能是守恒的。因为高度减小，速度增大，所以重力势能减小，动能增加。 选项A正确。 【 例题4】小明从光滑的滑梯下滑过程中，下列说法正确的是（不计空气阻力）（ ） A. 重力势能减小，动能增加，机械能不变。 B. 重力势能增加，动能减小，机械能不变。 C. 重力势能增加，动能不变，机械能增加。 D. 重力势能减小，动能不变，机械能减小。 A 知识三 机械能守恒 她在a点处的机械能 _______ 她在c点处的机械能；c点的机械能______d点的机械能（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【 例题5】在温哥华冬奥会上，来自黑龙江省的选手李妮娜在自由式滑雪比赛中获得银牌。她在比赛过程中运动的轨迹如图所示，如果不计空气阻力，则从a点向b点运动过程中，动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）； 等于 增大 大于 从a点下滑到b点过程中，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大；从a点运动到c点的过程中，由于要克服雪面摩擦力做功，会消耗一部分机械能，则在a点的机械能大于c点的机械能。 运动员从c点到d点运动时腾空运动，d点是落地点，运动过程中与雪面没有接触，忽略空气阻力，机械能不变，则c点的机械能与d点的机械能相等。 知识三 机械能守恒 【例题6】小明用力斜向下将篮球掷向地面，篮球碰到地面后斜向上反弹，篮球在运动过程中经过A、B两点，如图所示。从A到B的过程中，下列数据可能正确的是（　　） C A．a=40，b=0 B．a=60，b=0 C．a=70，b=20 D．a=50，b=20 篮球位置 A B 重力势能/J 60 100 动能/J a b 知识三 机械能守恒 篮球在运动过程中受到空气阻力作用，机械能逐渐减小， 所以A点的机械能大于B点的机械能。 A．若a=40， b=0，则A点的机械能为 40J+60J=100J B点的机械能为100J，与事实不符，故A错误； B．若a=60， b=0，则A点的机械能为 60J+60J=120J B点的机械能为0J+100J=100J 但小球在B点时仍有一定速度，则动能不为0，与事实不符，故B错误； C．若a=70， b=20，则A点的机械能为 70J+60J=130J B点的机械能为20J+100J=120J 与事实相符，故C正确； D．若a=50 ，b=20，则A点的机械能为 50J+60J=110J B点的机械能为 20J+100J=120J 与事实不符，故D错误。 所以选C. 知识三 机械能守恒 知识四 大海中的机械能 大海中有着丰富的机械能，它可以通过不同的形式表现出来，如海浪、海流、潮汐等。 （1）海浪能 海洋中波涛汹涌，蕴藏着巨大能量。海浪能把几十吨的石头推走，能使万吨巨轮颠簸摇晃。 海啸——一种灾难性的海浪，能把轮船冲上陆地，甚至能冲毁岸上的建筑物。据科学家估测，在 1 km2的海面上，海浪能的功率可高达2.0×105kW，如果能有效地开发和利用，将可以获得非常可观的能量。 知识四 大海中的机械能 （2）海流能 海水受风力、海底地形等影响，沿一定方向大规模流动，这种现象称为海流。海流中蕴藏着巨大的动力资源。科学家们设想利用海流的动力推动水轮发电机发电——海流发电。据估测，如果世界大洋中的海流都被利用来发电，其发电功率可达5×109kW。 知识四 大海中的机械能 （3）潮汐能 由于太阳和月球的引力作用，地球上海洋水面出现周期性涨落的现象称为海洋潮汐。海水一涨一落，水位的高度差可达十几米。为了利用潮汐的机械能，人们在海湾或河口建筑拦水堤坝，形成水库，并在坝下设置一些装有水轮机的闸门。当海水涨落时，海水流经闸门，带动水轮发电机发电。位于浙江省温岭市的江厦潮汐发电站，是我国最大的潮汐发电站，也是世界第四大潮汐发电站，如图所示。 江厦潮汐发电站 02 课堂总结 第一节 动能 势能 机械能 课堂总结（1） ①机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能. ②动能和重力势能可以相互转化； 动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化. ③机械能守恒：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. 大海中的机械能：海浪能、海流能、潮汐能. 机械能及其转化 机械能 及其转化 大海中的机械能 课堂总结（2） 视频总结——《机械能及其转化》 03 实践与练习 第一节 动能 势能 机械能 实践与练习 2. 图是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案图，与站台连接的轨道有一定的坡度。请你从节能的角度分析这样设计的优点。 一般情况下，列车在进站过程中要减速，而出站时要加速。利用这种设计方案可以使列车在进站时上坡，将动能转化为重力势能，速度减小；出站时下坡，将重力势能化为动能，速度增大，从而节约能源。 实践与练习 3. 如图所示，一个玩具弹簧放在斜面（倾角约30°）上端，将弹簧弯曲一定程度后释放观察弹簧的运动情况，说说在弹簧运动的过程中，有哪些机械能发生了转化。 可以观察到，弹簧圈的上端向下运动接触到斜面，“带动”一圈圈的弹簧逐渐从高处向低处运动；这个过程完成后，弹簧圈的另一端翘起，变成新的上端向低处运动……如此不断弯曲、翻滚。在此过程中重力势能、弹簧的弹性势能和动能之间发生了转化。 实践与练习 4. 在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，如图所示。皮球从较高处下落形成的圆斑是图中的哪一个?你判断的依据是什么? 皮球从较高处下落形成的圆斑是图中的B。 球在较高处具有较大的重力势能，下落过程中重力势能转化为动能，球在接触地面前具有较大的动能，在和地面接触过程中动能转化为弹性势能就较大，因此球的弹性形变程度较大，在地面上形成的圆斑也就较大。 实践与练习 5. 做一个能自动回转的“魔罐”。如图所示，在金属罐的盖子和罐底各开两个小孔，用细线将一个钩码系在橡皮筋的中部，并将橡皮筋的两端分别穿过盖子和罐底的小孔固定起来，这样，一个“魔罐”就做成了。试一试，当你将“魔罐”在水平地面上滚出后，它能自动滚回来吗?仔细观察“魔罐”的运动，想一想，在此过程中动能和势能是如何转化的? “魔罐”在开始滚动的时候，具有动能，滚动的过程中，橡皮筋的弹性形变程度增大，动能转化为弹性势能；当动能为0时，弹性势能最大，“魔罐”开始向回滚动，在“魔罐”滚回来的过程中弹性势能减小，动能增大，弹性势能转化为动能。“魔罐”不能滚回原来滚出点的位置，主要原因是“魔罐”克服摩擦做功消耗了一部分机械能，使机械能总量减小。 实践与练习 6. 如图所示，将一张卡片（约9cmx5cm）对折，在开口的一边剪两个小豁口，然后套上橡皮筋，就做成了一个会跳的卡片。将卡片反过来，用手把它在桌面上压平，使橡皮筋伸长，迅速松开手，会出现什么现象?在此过程中，弹性势能、动能、重力势能是如何转化的? 本题是一个取材简单的小制作，实验中将卡片在桌面上压平，迅速松开手，会看到卡片跳起来。在此过程中橡皮筋的弹性势能转化为卡片的动能，跳起来的卡片的动能又转化为重力势能。 视频播放 04 综合提升训练 第一节 动能 势能 机械能 综合提升训练 滚摆从上到下运动的过程中，高度减小，重力势能减小，速度增加，动能增加，因此是重力势能转化为动能。 滚摆每次上升的高度逐渐减小，运动过程中需要克服阻力做功，因此机械能减小。 1. 某科技兴趣小组用两个输液用的葡萄糖瓶子，从瓶口以下约 处截断，将截断处用胶水黏合在一起，再从瓶口的橡胶塞中心穿一根长约 的细木棒，用两条悬线拴住木棒的两端，将悬线固定在支架上，就构成了如图所示的滚摆。当滚摆从上到下运动的过程中重力势能主要转化为_______能；滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能_______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 变小 动 综合提升训练 2. 如图，在2022年北京冬奥会开幕式上，质量约为3t 的奥运五环缓缓升起。若将升起过程看成匀速直线运动，则该过程中奥运五环的（　　） A．重力势能不变 B．动能增大 C．机械能不变 D．机械能增大 A．重力势能与物体的质量和高度有关，被提升的过程中，质量不变，高度增大，所以重力势能增大，故A不符合题意； B．动能与物体的质量和速度有关，物体匀速提升，质量不变，速度不变，所以动能不变，故B不符合题意； CD．物体动能不变，重力势能增大，所以机械能增大，故C不符合题意，D符合题意. D 所以选D. 综合提升训练 摆球从左侧A点摆到右侧最高点B的过程图，克服空气的阻力做功，一部分机械能转为内能，所以在该过程中，摆球的机械能逐渐减小。所以在A点的机械能是最大的，应标注“1”；摆球运动到B点时，摆球的质量不变，速度最小，动能最小，应标注“2”。 3. 如图为一摆球从左侧A点摆到右侧最高点B的过程图，请在图中三个位置的摆球上用“1”和“2”分别标注出机械能最大位置和动能最小位置。 综合提升训练 4. 2022年2月北京冬奥会，中国代表团共收获9金4银2铜共15枚奖牌，金牌数和奖牌数均创历史新高。如图为高速摄影机记录的单板滑雪男子大跳台金牌得主苏翊鸣在比赛中，从跳台起跳到落地过程的情景。下列关于这一过程说法正确的是（　　） A A．他从起跳到最高点的过程中，动能逐渐转化成重力势能 B．他起跳后到达最高点时，机械能最大 C．他从空中下落过程中，重力做功越来越慢 D．他从起跳到落地的整个过程中，机械能是守恒的 综合提升训练 A．他从起跳到最高点的过程中，质量不变，速度逐渐变小，高度逐渐升高，动能逐渐变小，重力势能逐渐增大，动能逐渐转化成重力势能， 故A正确； B．由于存在阻力，他起跳后到达最高点的过程中，机械能不断减小，在最高点机械能最小，故B错误； C．他从空中下落过程中，速度越来越大，由P=W/t=Fs/t=Fv=Gv得，重力做功越来越快，故C错误； D．由于存在阻力，他从起跳到落地的整个过程中，机械能不断减小，机械能不守恒，故D错误。 所以选A. 综合提升训练 5. 如图，让小球从光滑轨道AOB的A点由静止开始自由滑下，A点的高度H大于B点的高度h，沿轨道AOB到达B点后离开（不计空气阻力）。则小球离开B点后的运动轨迹最符合实际的是（　　） A．a B．b C．c D．d C A．根据题意，小球从A点由静止滑下，小球的机械能等于A点时的重力势能，整个过程中，轨道光滑，不计空气阻力，机械能守恒。a图线的最高点超过了A点的高度，这是不可能的，A不符合题意； B．b图线的最高点与A点的高度相同，而在最高点时，小球仍具有向右运动的速度，即b图线的最高点，小球还具有动能，所以b图线的机械能大于A点的机械能，故B不符合题意； C．c图线的最高点低于A点，由于在最高点时小球仍运动，有一定动能，其总机械能可能与开始时的机械能相等，故C符合题意； D．小球离开轨道时，由于惯性，应具有沿轨道 方向向上运动的速度，故D不符合题意。 所以选C. 综合提升训练 综合提升训练 6. 将小球水平抛出，其部分运动轨迹如图甲所示，位置①和③离地高度相等。小球在运动过程中经过①、②、③位置中的某两点M、N，其动能和重力势能的数据如图乙所示，则下列说法正确的是（ ） A．小球在整个运动过程中，机械能保持不变 B．小球在“①”点的动能可能小于“②”点的动能 C．小球在M点的重力势能大于在N点的重力势能 D．小球经过的M点就是“③”点 D 综合提升训练 ACD．在M点，重力势能为240J，动能为 机械能为EM＝EpM＋EkM＝240J＋80J＝320J 在N点，动能为200J，重力势能为 所以M点就是“③”点，N点就是“②”点，N点的机械能为 EN＝EpN＋EkN＝300J＋200J＝500J＞EM 所以小球机械能逐渐减小；故AC错误，D正确； B．因为小球在运动过程中机械能在减小，则小球在“①”点的机械能大于“②”点的机械能，而小球在“①”点的重力势能小于“②”点的重力势能，所以小球在“①”点的动能大于“②”点的动能，故B错误。 所以选D. Lavf59.27.100 Lavf58.45.100 Lavf58.45.100 Lavf58.45.100 $$