12.1 动能 势能 机械能课件- 2024-2025学年苏科版物理九年级上册

第十二章 机械能和内能 第1节 动能 势能 机械能 车撞人、椰子砸人 说明它们具有能量 不同形式的能量　 高举的杠铃 疾驰的汽车 树上的椰子 拉伸的弹弓 拉开的弓 流动的水 高举的杠铃　　 能把地面　　 砸陷 流动的水　 能把船只 冲走 拉弯的弓　 能把箭　 弹射出去 物体 高举的哑铃 流动的水 拉弯的弓 具有能量 不同形式的能量　 能够对外 做功 物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。 能量的单位与功相同，也是焦耳(J)。 一个物体能够做的功越多， 表示这个物体的能量越大。 能量　 （1）动能：物体由于运动而具有的能 （2）势能 重力势能：物体由于被举高而具有的能量 弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量 是否可以理解成运动的物体具有的能量？ 运动的物体不仅仅具有动能 不同形式的能量 不可以 动能 重力势能 动能 势能 能量的不同形式 重力势能 弹性势能 做功的实质：能量的转化。物体做功越多，说明某种形式的能量转化为其他形式的能量就越多。（重物下落，将重力势能转化为动能） 功与能的区别：功是过程量，能是状态量。 功是能量转化的一种形式，用来衡量能量变化的多少，是相对于一个过程而言； 能是描述一个物体做功本领强弱的物理量，是相对于某时刻的状态而言 功与能的联系： 具有能量的物体不一定在做功，在做功的物体一定具有能量 能量与功的关系　 探究：物体的动能大小跟哪些因素有关？ 猜想： ①动能的大小跟物体运动的 有关 ②动能的大小跟物体的 有关 设计实验方案： ①研究方法？ ②怎样改变速度？怎么比较动能的大小？ 速度 质量 探究动能的影响因素 5m/s 20m/s 20m/s 控制变量法 探究动能的影响因素 实验器材 大钢球 小钢球 木块 斜面 控制变量法：保证速度相同，研究质量对动能的影响； 保证质量相同，研究速度对动能的影响； 如何保证速度相同？ 将不同质量小球从同一高度释放即可 如何定量地比较动能的大小？ 转换法：将能转化为功 有动能的球对木块做功 木块运动距离 h1 h2 比较图2、图1可得结论： 质量相等的物体，运动的速度越大，其动能越大。 S1 > S2 探究动能的影响因素 S1 S2 运动物体速度相等时，运动物体的质量越大，其动能越大。 h3 比较图3、图1可得结论： h1 图1 图3 探究动能的影响因素 S1 S3 S1 > S3 结 论 物体动能的大小跟速度、质量有关。 质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大； 运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 拓展 动能大小的表达式：Ek＝mv2 探究动能的影响因素 某段道路的标示牌显示：小型客车最高行驶速度不得超过100km/h；大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过80km/h。请利用物理知识解释： 为什么要对机动车的最高行驶速度进行限制？ 为什么在同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？ 速度越大，动能越大。限制机动车的最高行驶速度才能保证机动车行驶的安全性。车型不同，载重量不同，如果车的行驶速度相同，质量大的，动能大，行驶的危险性大。 思考 抛出去的篮球，约为30J 行驶的小汽车，约为2×105J 跑百米的运动员， 约为3×103J 行走的牛，约为60J 飞行的步枪子弹，约为5×103J 10m高落下的砖块，约250J 了解常见物体的动能 如图是探究“物体的动能的大小与什么因素有关？”的实验示意图． （1）该实验要探究的是物体动能的大小与物体__________的关系． （2）该实验物体动能的大小是通过_______________来反映的． （3）该实验物体的速度是指物体A从斜面上静止滚下与物体B碰撞时______（选填“碰前A”、“碰后A”、“碰前B”或“碰后B”）的速度，它是通过_____（选填“高度”或“质量”）来改变的。 （4）实验中多次让物体从斜面同一高度上静止滚下时，应改变______（选填“物体A”或“物体B”）的质量，这是为了研究物体动能与物体质量的关系． （5）该实验中若水平面绝对光滑，将______（选填“能”或“不能”）达到探究目的，原因是_______________________________． 质量和速度 物体B移动的距离 碰前A 高度 物体A 不能 物体将做匀速直线运动，不会停下来 典型例题 ①一辆汽车加速运动，它的动能 。 ②火车进站时做减速运动，它的动能 ；停止后，它的动能等于 。 ③一辆洒水车在马路上匀速前进并洒水，它的动能 。 ④汽车空载和满载时以相同速度前进： 时动能大。 ⑤某同学慢跑和快跑： 时动能大。 ⑥不断抛下物资的匀速飞行的飞机的动能怎么变？ ⑦匀速行驶的扫地机器人呢？ 满载 快跑 变大 减小 0 减小 减小 变大 典型例题 猜想： 2.重力势能的大小可能跟哪些因素有关？ ① 重力势能的大小跟物体被举高度有关 ② 重力势能的大小跟物体的质量有关 实验设计： 怎么比较重力势能的大小？ 转换法 具有重力势能的小球对桌子做功 实验器材： 质量不同的铁球、沙子、刻度尺、小桌 桌子的下陷的深度 探究重力势能的影响因素 ①质量相同时,物体被举得越__ ，重力势能越大 ②被举高度相同时,物体的质量越 ，重力势能越大 高 大 结 论 实验： 探究重力势能的影响因素 m1 = m2 < m3 m1 m2 m3 重力势能大小与高度、质量有关 质量一定，位置越高，重力势能越大 高度一定，质量越大，重力势能越大 重力势能的影响因素 为什么？ 思 考 重力势能的影响因素 3.弹性势能大小和哪些因素有关呢？ 在弹性限度内，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大 弓箭如何可以射的更远？ 弹性势能还可能可与什么因素有关？ 材料种类 探究弹性势能的影响因素 结 论 重力势能的大小与高度、质量有关，质量相同的物体，高度越大，重力势能越大；高度相同的物体，质量越大，它的重力势能也越大。 弹性势能大小与弹性形变大小有关，物体的弹性形变越大，弹性势能越大。 势能的影响因素 某学校“牛顿小组”的同学在探究重力势能的实验中用到三个体积相同的小球，它们的质量关系为m1< m2 = m3，实验的情景如图所示。 (1)通过观察小球陷人细沙的深度来反映重力势能的大小，应用的物理方法是 ( 填“转换法”或“类比法”)。 (2)分析甲、乙两种情况可知,重力势能的大小与物体 的 有关。 (3)分析 两种情况可知,重力势能的大小与物体的高度有关。 转换法 质量 典型例题 乙丙 动能和势能 动能 势能 重力势能 弹性势能 与被举高度和质量有关 与速度和质量有关 与弹性形变大小有关 能量 单位： 焦耳(J) 课堂小结 1.下列关于能量的说法中正确的是（ ） A.做功的物体具有能量，不做功的物体没有能量 B.做功多的物体能量就多，做功少的物体能量就少 C.能够对外做功的物体具有能量，但不一定在做功 D.能量多的物体所做的功一定就多 C 练一练 2.在空中盘旋的老鹰和刚出枪口的子弹，关于它们所具有的动能大小的说法正确的是（ ） A.老鹰的动能一定大于子弹的动能 B.子弹的动能一定大于老鹰的动能 C.老鹰的动能不可能等于子弹的动能 D.子弹的动能可能会大于老鹰的动能 D 练一练 3.如图所示生活中的物品，使用时具有弹性势能的是（ ） C 练一练 4.下列关于各种形式的能量的说法正确的是（ ） A.质量大的物体具有的重力势能一定大 B.速度大的物体具有的动能一定大 C.同一物体的弹性形变越大，则它具有的弹性势能也越大 D.以一定速度运动的物体，对于不同的参照物，它的动能是相同的 C 练一练 随堂小练 15页 将一只铁罐沿不太陡的斜面向左滚、沿着水平面向右滚。 会有什么样的现象发生？ 思考 过山车在运动的过程中，同一段时间内，动能和重力势能会发生什么变化？ 过山车开始后为什么要先沿着一个斜坡爬升？ 思考 变化方向总是相反 过山车具有什么能量？ 飞行中的飞机具有动能和重力势能 跳水运动员具有动能和重力势能 很多物体不仅仅只具有一种能量 思考 这些物体具有什么能量？ 机械能 动能 势能 重力势能 弹性势能 1.动能、势能统称为机械能 2.物体具有机械能的总量等于动能、势能两种能量之和； 动能和势能是可以相互转化的 机械能 弓的弹性势能哪里去了？ 弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成箭的动能 思考 弹性形变消失 举高的球释放后，下落过程中，高度降低。 重力势能减小， 重力势能是不是消失了？ 自由下落的球，重力势能转化成动能 思考 动能和势能能够相互转化 机械能的转化 观察滚摆的运动，想想滚摆在运动过程中动能和势能是如何变化的？ ①动能和重力势能之间的转化 机械能的转化 滚摆 初始态 最低点 最高点 为什么滚摆在松手后能够不停的上下运动呢？ 机械能的转化 重力势能和动能在相互转化 分析单摆小球在摆动过程中动能和势能是怎样相互转化的？ 单摆 A B C 小球从A点下落到B点，重力势能逐渐转化成动能，到最低点B时动能最大，之后又从B点上升到C点，动能逐渐转化成重力势能。 机械能的转化 ②动能和势能之间的转化 分析小球从斜面上滚下到最后挤压弹簧过程中动能和势能是怎样相互转化的 机械能的转化 小球从斜面上滚下来，高度变小，重力势能减小，速度变快，动能增大，所以此过程是重力势能转化为动能；在小球与弹簧碰撞后，小球速度减小，动能变小，但此时弹簧受到小球的挤压作用，发生弹性形变，因而弹性势能变大，所以这个过程为动能转化为弹性势能。 高度减小 速度增大 重力势能减小 动能增大 转 化 a.皮球下落： ③皮球下落过程中的重力势能、动能和弹性势能是如何变化的？ 机械能的转化 b.皮球接触地面： 开始发生弹性形变，弹性势能逐渐增大。向下的速度变小，动能减小。这时是动能转化为弹性势能。 动能减小 弹性势能增大 转 化 速度减小 形变增大 机械能的转化 c.皮球在恢复原状的过程中： 弹性形变程度变小，向上的速度变大,弹性势能变小，动能变大。 动能增大 弹性势能减小 转 化 形变减小 速度增大 机械能的转化 d.皮球上升时： 高度增大 速度减小 重力势能增大 动能减小 转 化 机械能的转化 分析整个过程，皮球能量的转化是： 动 能 重力势能 弹性势能 机械能的转化 2018年世界杯在俄罗斯举行。某时段足球正在加速下降,在此过程中,对其机械能的变化情况，下列分析正确的是( ) A.动能增大，重力势能减小 B.动能减小，重力势能增大 C.动能增大，重力势能增大 D.动能减小，重力势能减小 A 典型例题 2.机械能守恒 当只有动能和势能互相转化时，机械能总量不变。 机械能 = 动能 + 势能 势能 动能 + 保持不变 1.动能和势能能够相互转化。 机械能守恒 铁锁会打到鼻子吗？ 由于铁锁在摆动过程中要克服阻力做功，机械能不断减小，因此，上升的高度越来越小，不会碰到鼻子。 思考 要是没有阻力的话，那么铁锁再次摆回的高度与原先的高度相同吗？ 相同 机械能总量没有变化 思考 有外力做功 机械能不守恒 推力、拉力对物体做功 克服阻力、摩擦力做功 机械能 机械能 只有内力做功 机械能守恒 物体自身重力 组合物体的内部相互作用力 过山车为什么能够不断地翻滚？ 机械能守恒 水能和风能是机械能 水能和风能的利用 流动的水和风有没有能量？ 水能的破坏性释放造成灾害 水能和风能的利用 在水（风）力发电站，水（风）的机械能转化为电能 水能和风能的利用 风力发电 水能和风能的利用 机械能及其转化 动能 机械能守恒 势能 水能和风能的利用 转化 如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的。 课堂小结 1.如图所示，直升飞机悬停在空中。下列对直升飞机能量的分析，正确的是（ ） A.直升飞机具有重力势能 B.直升飞机的动能不断转化为重力势能 C.直升飞机的重力势能不断转化为动能 D.直升飞机的机械能在不断增大 A 练一练 2.如图所示，小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化，则（ ） A.小球在A处的动能等于在D处的动能 B.小球在A处的动能大于在D处的动能 C.小球在B处的机械能小于在C处的机械能 D.小球在B处的机械能等于在C处的机械能 D 练一练 3.李白赋诗“飞流直下三千尺，疑似银河落九天”描述了瀑布的壮观。瀑布飞流而下时，水的（ ） A.动能增加，重力势能增加 B.动能减小，重力势能增加 C.动能减小，重力势能减小 D.动能增加，重力势能减小 D 练一练 4.如图所示，一个小球由静止从光滑曲面的顶端自由滑下，若它在顶端的重力势能为65J，则滑到底端的动能是（ ） A.35J B.50J C.55J D.65J D 练一练 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(如图)。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。 $$