11.4 机械能及其转化-2024-2025学年人教版八年级物理下册

初中物理鹿老师 第4节 机械能及其转化 第十一章 功 初中物理鹿老师 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.通过生活实例，认识物体的动能和势能可以相互转化； 3.初步理解机械能守恒的含义； 4.通过了解水能和风能的利用，培养节约能源的意识，激发利用科学技术发展新能源的动力。 初中物理鹿老师 把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到你的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。你认为铁锁摆回时会打到你的鼻子吗？ 11.4 机械能及其转化 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能 在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。 下降过程 高度降低 重力势能减小 下降 速度增大 动能增大 重力势能转化为动能 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。 上升过程 高度升高 重力势能增大 下降 速度减小 动能减小 动能转化为重力势能 上升 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。 上升过程 下降 动能转化为重力势能 上升 下降过程 重力势能转化为动能 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 观察单摆的运动，讨论单摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。 A点到O点 高度降低 重力势能减小 速度增大 动能增大 重力势能转化为动能 A O B 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。 O点到B点 高度升高 重力势能增大 速度减小 动能减小 动能转化为重力势能 A O B 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能是如何转化的。 动能转化为重力势能 重力势能转化为动能 O点到B点 A点到O点 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 如图是一个木球从高处坠落后撞到弹簧上的情景，请你分析这一过程中能量转化的情况。 弹性势能增大 速度减小 动能减小 动能转化为弹性势能 接触弹簧到弹簧被压缩到最短 弹性形变程度变大 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 如图是一个木球从高处坠落后撞到弹簧上的情景，请你分析这一过程中能量转化的情况。 弹性势能减小 速度增大 动能增大 弹性势能转化为动能 弹簧被压缩到最短处到弹簧恢复原长 弹性形变程度变小 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 如图是一个木球从高处坠落后撞到弹簧上的情景，请你分析这一过程中能量转化的情况。 接触弹簧到弹簧被压缩到最短 动能转化为弹性势能 弹性势能转化为动能 弹簧被压缩到最短处到弹簧恢复原长 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 动能和势能可以相互转化 A O B 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 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。 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高度的变化来判断； 弹性势能的增减变化要以弹性形变程度的变化来判断。 A O B 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 大量研究结果表面，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，但动能和势能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 1.人造地球卫星的机械能转化 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，只有动能和势能相互转化，因此机械能守恒。 人造地球卫星的轨道示意图 近地点 高度最低 重力势能减小 速度增大 动能增大 重力势能转化为动能 远地点 高度最高 重力势能增大 速度减小 动能减小 动能转化为重力势能 A O B 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 2.铁锁不撞鼻的机械能转化 A点到O点 高度降低 重力势能减小 速度增大 动能增大 重力势能转化为动能 O点到B点 高度升高 重力势能增大 速度减小 动能减小 动能转化为重力势能 当忽略空气阻力时，动能和势能相互转化，它们的总和不变，所以，铁锁在摆回时，不会打到鼻子。 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 机械能及其转化 3.过山车的机械能转化 如果过山车运行过程中忽略摩擦力和空气阻力，那么过山车将一直运动下去。 现实生活中，车与轨道之间有摩擦力，还有空气阻力，所以一部分机械能会转化为内能，机械能并不守恒。所以没有提供动力的情况下，过山车最终会停下来。 A B C D A→B 重力势能转化为动能 B→C 动能转化为重力势能 C→D 重力势能转化为动能 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 水能和风能的利用 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 水能和风能的利用 人们修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机。 将发电机装在水轮机的上面，并把它们的轴连接在一起，由水轮机带动发动机发电。 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。 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 水能和风能的利用 风能也可以用来发电，风吹动风车，带动发电机发电。 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。 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 科学世界：抽水蓄能电站 在生活和生产中，人们用电的情况时常会发生变化。有时电力系统发出的电无法得到使用，电网又没办法储存，既造成大量的浪费，又影响供电系统的安全。 如图所示，抽水蓄能电站建有上、下两座水库，两座水库互通，水流双向运行。 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 科学世界：抽水蓄能电站 抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库，进行发电。这样的抽水蓄能电站可以提升电力系统的灵活调节能力，具有调峰、填谷、储能等功能，能提高电网运行的稳定性，为实现新能源安全可靠替代传统能源、推动绿色低碳发展提供条件。因此，抽水蓄能电站也被称为“超级充电宝”。 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 科学世界：抽水蓄能电站 当前，我国抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。截止2022年年底，已建的抽水蓄能电站总装机容量为4579万千瓦，居世界首位。 初中物理鹿老师 课后练习 1.某同学荡秋千时，在他从高处摆向低处的过程中，其动能和重力势能是如何变化的？在他从低处摆向高处的过程中，其动能和重力势能是如何变化的？ 荡秋千过程中，从高处摆向低处的过程中，速度增大，动能增加，高度降低，重力势能减小，重力势能转化为动能。 当他从低处摆向高处的过程中，速度减小，动能减小，高度升高，重力势能增大，动能转化为重力势能。 11.4 机械能及其转化 初中物理鹿老师 课后练习 2.跳台滑雪运动中，运动员从助滑开始，直到下落至着陆破的运动过程中经过了各个不同的位置，如图所示。请分析运动员在这个过程中各阶段的能量转化情况（不考虑摩擦和空气阻力）。 A~B段：运动员的高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能； B~C段：运动员的高度增加，重力势能增大，速度减小，动能减小，动能转化为重力势能； C~D段：运动员的高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能。 11.4 机械能及其转化 初中物理鹿老师 课后练习 3.怎样向地板抛乒乓球，才能使它弹跳到高于原来抛球的位置？说明这种抛法的理由。 用力向下抛出乒乓球，使球抛出时具有一定的动能。 根据机械能守恒，乒乓球弹跳到原来的位置时仍有一定的动能，还能继续运动，达到最高点时重力势能等于乒乓球抛出时的重力势能与动能之和，因此能使乒乓球弹跳到高于抛出时的位置。还可以向上抛出乒乓球，理由相同。 11.4 机械能及其转化 初中物理鹿老师 课后练习 4.在一个罐子的盖和底各开两个小洞。将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定。做好后将它从不太陡的鞋面滚下。观察有什么出人意料的现象。怎样解释看到的现象？ 现象：罐子滚下斜面后会再自动沿斜面向上滚动。 开始时，罐子和铁块在重力作用下都将沿斜面向下运动。向下运动时，罐子滚动，铁块沿斜面向下做直线运动且相对罐子静止。由于罐子和橡皮筋捆绑在一起，在罐子和铁块的共同作用下，橡皮筋会被卷紧，它的弹性势能持续增加。当橡皮筋卷紧到一定程度时，整个装置的运动速度将会减小为0.罐子和铁块的动能全部转化为橡皮筋的弹性势能。 然后，橡皮筋要恢复原状，其弹性势能会转化为罐子的动能，所以罐子会再沿斜面向上滚动。 11.4 机械能及其转化 课堂小结 初中物理鹿老师 11.4 机械能及其转化 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、弹性势能可以相互转化。 动能和势能可以相互转化。 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，但动能和势能的总和不变。或者说，机械能是守恒的。 ①水能：流动的水具有机械能。水能发电站将水的机械能转化成电能. ②风能：空气在流动过程中具有机械能。风能发电站将风的机械能转化成电能. ③抽水蓄能电站具有调峰、填谷、储能等功能. 机械能及其转化 机械能 及其转化 水能和风 能的利用 初中物理鹿老师 谢 谢 $$