5.4.2机械能及其转化（课件）-【上好课】2024-2025学年九年级科学上册同步精品课堂（华东师大版）

4.2 机械能及其转化 YF 教学目标 一 01 知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 通过分析实例知道动能和势能可以相互转化，知道如果只有动能和势能相互转化，机械能是守恒的。 02 03 能通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化,了解机械能转化在生活中的应用。 课堂引入 二 （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？ 3 课堂引入 二 （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？ 4 机械能及其转化 三 1、机械能 （1）概念：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 机械能的单位是焦耳（J）。 动能 势能 重力势能 弹性势能 机械能 物体具有机械能的总量等于动能、势能两种能量之和 （2）机械能大小的决定因素 　　 质量、速度、高度、弹性形变量等。 机械能及其转化 三 弹弓的弹性势能哪儿去了？ 人的重力势能哪儿去了？ 机械能及其转化 三 2、动能和势能的转化 【实验1】单摆实验 摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时最低。 （1）动能和重力势能可以相互转化。 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 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 单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化 机械能及其转化 三 　　此后，摆球又向另一侧运动，随着高度的上升，它的速度越来越____，动能逐渐转化成____能。当摆球到达最高处C时，它的动能为____、势能最____。 　　当摆球从A点向下摆动时，它的速度越来越快，它的动能逐渐_____，势能逐渐______。当摆球到达最低点B时，它的动能最____、势能最____，此过程中是摆球的势能逐渐转化成_____能。 增大 减小 小 大 动 慢 势 零 大 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 重力势能转化为动能 动能转化为重力势能 【实验2】滚摆实验 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。 滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 机械能及其转化 三 机械能及其转化 三 上升：速度_____，动能_____，高度_____， 重力势能_____，___能转化为_______能。 下降：速度______，动能_____，高度_____， 重力势能_____ ，_______能转化为____能。 变慢 变高 变小 变大 动 动 重力势 重力势 变快 变低 变大 变小 滚摆实验 滚摆运动过程中动能和势能是如何转化的？ 机械能及其转化 三 （2）动能和弹性势能的转化 【实验3】如图所示，当铁球从高处滚下来，撞到弹簧上。此 时弹簧的能量转化的情况是怎样的？ 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 钢球 压缩弹簧 逐渐减小 直至为零 逐渐减小 直至为零 由小变大 逐渐增大 弹簧把 钢球弹回 由零逐渐 增大 由零逐渐 增大 由大变小 逐渐减 小直至为零 钢球刚接触弹簧 钢球进一步压缩弹簧 弹簧恢复原状把钢球弹回 动能转化为 弹性势能 弹性势能 转化为动能 动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化 机械能及其转化 三 （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 动能和势能的相互转化的条件 动能和势能转化过程中，定有动能和势能的变化，且是此增彼减。 动能的增减要以速度变化来判断；重力势能的增减变化以物体离 地面高度变化来判断；弹性势能的增减根据形变程度变化来判断。 （4）交流讨论 （5）动能和势能相互转化的实例 ①小球从高处释放后 小球向下运动过程中 高度变小,重力势能变小;速度变大,动能变大 小球向上运动过程中 高度变大,重力势能变大;速度变小,动能变小 重力势能转化为动能 动能转化为重力势能 机械能及其转化 三 机械能及其转化 三 篮球接触地面过程中: 弹性形变变大,弹性势能变大; 速度变小,动能变小。 篮球离开地面过程中： 弹性形变变小,弹性势能变小; 速度变大,动能变大 动能转化为弹性势能 弹性势能转化为动能 ②篮球从高处落下 机械能及其转化 三 3、机械能守恒 （1）机械能守恒 科学家经过大量的实验研究与理论推导，得出了如下规律： 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。即机械能是守恒的。 只有动能和势能的相互转化，没有机械能与其他形式能的相互转化。 即忽略摩擦力造成的能量损失，机械能守恒是一种理想化的物理模型。 （2）机械能守恒的条件 机械能及其转化 三 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 机械能及其转化 三 所以， 即， 小球静止释放时，到水平面的初速度只与初始位置的高度有关(不计摩擦)。 因为， 动能和势能可以相互转化，在转化和转移过程中，系统内机械能总量不变。 机械能及其转化 三 动能和势能可以相互转化，在转化和转移过程中，系统内机械能总量不变。 所以， 即， 因为， 为什么最终机械能为0。 如果不计摩擦会出现哪些可能的运动情况。 木块所受的摩擦力为f, 木块被推动的最大距离s=？(斜面光滑) 小球初状态的重力势能全用于克服摩擦力做功， 机械能及其转化 三 ①把一个铁锁用绳子悬挂起来,将铁锁拉到自己的鼻子附近,稳定后松手,铁锁向前摆去。想想看,铁锁摆回时会打到你的鼻子吗? 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。 （3）用机械能守恒解释现象 机械能及其转化 三 ②过山车启动之后总会先有一个“爬坡”的过程,你知道这是为什么?说说看,过山车的运行过程中有哪些能量转化? 重力势能 动能 上坡 下坡 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，不给其他动力的情况下，过山车最终停下来。 机械能及其转化 三 ③人造地球卫星的机械能转化 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。 重力势能 动能 远地点到近地点 近地点到远地点 机械能及其转化 三 机械能及其转化 三 ④滚筒内的机械能转化 O到B：动能转化为弹性势能 A B O 滚筒的内部结构示意图 B到O：弹性势能转化为动能 A到O：弹性势能转化为动能 O到A：动能转化为弹性势能 弹性势能 动能 皮筋 松开 皮筋 绕紧 机械能及其转化 三 闹钟表为何需要上发条? 使发条获得弹性势能 闹钟工作的过程发生了 怎样的能量化? 发条的弹性势能转化为 齿轮、指针的动能 思考一下 生活中还有哪些物品是利用这一原理工作的呢？ 机械能及其转化 三 各种各样的发条玩具 水能和风能的利用——水能 四 （1）水能和风能都是机械能 地球上，海水潮汐涨落，江河日夜奔腾；有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看，自然界的流水和风都具有大量机械能的天然来源。 （2）水能 流动的水具有动能，高处的水具有重力势能，水所具有的机械能统称为水能。水能的大小由流量、流速和水位差决定。 （3）古代对水能的利用 早在1900多年前，我们的祖先就制造了木质水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。 水磨（摘自《天工开物》) 水车 水碓：利用水的动能舂米 水能和风能的利用——水能 四 （4）水能发电站 将水的机械能转化成电能。 修筑拦河坝提高上游水位，坝底装水轮机，发电机装在水轮机上面，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。 水能和风能的利用——水能 四 水能和风能的利用——风能 四 （1）风能 空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。 （2）古代对风能的利用 我国早在2000多年前就开始利用风来驱动帆船航行。至少1700多年前已开始利用风来推动风车做功。 利用风能的帆船 立轴式大风车（模型） 水能和风能的利用——风能 四 （3）风能发电站 将风的机械能转化成电能。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几百台风力发电机，组成“风车田”，连在一起供电。 风车田 当堂测试 五 1、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 C 当堂测试 五 2、下列关于水能的说法，正确的是（　　） A．自然界的流水是具有大量机械能的天然资源 B．利用水能发电不会破坏生态环境，所以要尽可能多地修建水力发电站 C．江河湖海中流动的水只具有动能 D．水量大的地方水能一定大 A 当堂测试 五 3、如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，下列关于过山车的 机械能说法正确的是（　　） A．刚开始过山车匀速被拉升时，机械能不变 B．过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能 C．通过环形轨道最高点时，重力势能最大，动能为0 D．过山车在运行过程中机械能守恒 B 当堂测试 五 4、为了提高全校师生的身体素质，学校买回了乒乓球发球机，如图甲所示。如果乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个质量相同的球，如图乙，若不计空气阻力，则下列说法正确的是（　　） A.整个过程中，c球的运动状态不变 B.三个球在运动过程中机械能不守恒 C.使球落向桌面的力的施力物体是发球机 D.下落的乒乓球碰到桌面后被弹起, 是由于桌面发生了弹性形变 D 当堂测试 五 5、如图所示，某同学在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小球, 另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置, C点是小球从A点自由释放后所能达到的最低点, 关于小球从A点到C点的运动过程，下列说法中正确的是（　　） A．小球在B点时的动能最大 B．从B点下落到C点的过程中，小球的动能先增大后减小 C．从A点下落到C点的过程中，橡皮筋对小球的拉力不断增大 D．小球在C点时，橡皮筋的弹性势能最小 B 课堂总结 六 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. ①水能：流动的水具有动能，高处的水具有重力势能， 水所具有的机械能统称为水能. ②水能发电站：将水的机械能转化成电能. ③风能：空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能. ④风能发电站：将风的机械能转化成电能. 机械能及其转化 机械能 及其转化 水能和风 能的利用 36 THANKS THIS IS A ART TEMPLATE ,THE TEMPLATE DESIGN BY JERRY. THANK YOU WATCHING THIS ONE. Lavf59.27.100 $$