第五节 机械能及其转化（教学课件）物理新教材鲁科版（五四学制）八年级下册

第十章 功与能 第5节 机械能及其转化 八年级下册鲁科版五四学制2024 （本课件包含PPT35张；图片：33张，动图视频12个；教学视频2个） 教学 目标 新课 导入 3.水能风能 1.机械能 课堂 小结练习 2.机械能的转化 目录 知道动能和势能可以相互转化和机械能及其守恒的条件，知道水能和风能的利用。 能解释与机械能转化有关的现象；具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。 能从做功的视角认识能量，知道机械能会转化为其他形式的能量，机械能守恒是一种理想状态。 体会能量的转化；能欣赏我国古人关于能量转化的技术成就。 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 教学目标 学习目标 1. 理解速度的概念，能用速度来描述物体的运动。 2. 知道匀速直线运动和变速直线运动的特征。 3. 能用速度公式进行简单的计算。 看一看 想一想 你荡过秋千吗？你知道时高时低、时快时慢的过程中动能与势能是如何转化的吗？ 新课导入 本节课我们将一起解决这个问题。 新课学习 想一想： 物体有时既具有动能又具有势能。例如，空中飞行的飞机具有动能，还具有重力势能；投出的篮球具有动能，还具有重力势能等。 归纳总结：在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 一 机械能 新课学习 机械能： 1.概念：动能和势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能。 2.单位：焦耳（J）。 3.大小：机械能等于动能、势能之和。 例如：一个空中飞行的物体具有100J的动能，若它的重力势能为50J，则它的机械能就为________J。 一 机械能 新课学习 自由上升的篮球速度越来越慢，它减小的动能去哪了？下落的物体高度越来越低，它减小的重力势能去哪了？弯弓射箭，松手后弓弦恢复原状，它的弹性势能去哪了？ 原来，物体的动能和势能有时会相互转化。下面我们通过实验，探究动能和势能是怎样转化的。 二 机械能的转化 新课学习 1.动能和重力势能的相互转化： （1）实验器材及装置图：铁架台、滚摆、细绳等。 二 机械能的转化 新课学习 1.动能和重力势能的相互转化： （2）实验步骤：如把一个滚摆悬挂在框架上。用手捻动滚摆，使悬线缠在轴上，让滚摆升到最高点。放开手，观察滚摆的运动，思考它的动能与势能是如何变化的？ 二 机械能的转化 新课学习 1.动能和重力势能的相互转化： （3）分析论证： 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 二 机械能的转化 新课学习 1.动能和重力势能的相互转化： （4）实验结论： 从实验可知，滚摆下降的过程中，重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。滚摆上升的过程中，动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能。 也就是，滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 二 机械能的转化 新课学习 2.动能和弹性势能的相互转化： （1）实验器材及装置图：斜面、钢球、弹簧、支架等。 二 机械能的转化 新课学习 2.动能和弹性势能的相互转化： （2）实验步骤：如图，当钢球从高处滚下来，撞到弹簧上后会发生什么现象？这些过程中弹簧的能量是如何转化的？。 二 机械能的转化 新课学习 2.动能和弹性势能的相互转化： （3）分析论证： 球的速度 球的动能 弹簧形变程度 弹簧的弹性势能 能的转化 钢球压缩弹簧 减小 减小 变大 增大 弹簧把钢球弹回 增大 增大 变小 减小 二 机械能的转化 新课学习 2.动能和弹性势能的相互转化： （4）实验结论： 动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。 二 机械能的转化 新课学习 3.生活中的动能与势能转化： （1）荡秋千： 秋千从高处摆向低处时，重力势能转化为动能；从低处摆向高处时，动能转化为重力势能。 二 机械能的转化 新课学习 3.生活中的动能与势能转化： （2）蹦床表演： 蹦床运动员从高处下落过程中，重力势能转化为动能，他与蹦床面接触后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。 二 机械能的转化 新课学习 4.机械能守恒：从鼻尖释放的橡皮，会再次打到鼻尖吗？ 如图，用绳子把一块橡皮悬挂起来，让橡皮贴近自己 的鼻子，稳定后轻轻松手，让橡皮无初速度开始摆动，头 不要动。橡皮向前摆去又摆回来，橡皮摆回时会碰到鼻子 吗？在这个实验里，橡皮的动能和势能在不断转化，在转 化过程中，其机械能的总量有什么变化？ 二 机械能的转化 新课学习 4.机械能守恒：从鼻尖释放的橡皮，会再次打到鼻尖吗？ 不会； 因为铁锁除了受到重力和拉力外还受空气阻力。 铁锁在运动过程中会克服摩擦力做功，从而消耗机械能， 把机械能转化为内能，从而使机械能越来越小。 二 机械能的转化 新课学习 4.机械能守恒： （1）机械能守恒：大量实验研究表明： 物体的动能和势能是可以相互转化的。如果只有动能和势能相互转化，则机械能的总和不变，即机械能是守恒的。 机械能守恒的条件： 忽略摩擦阻力造成的能量损失，并且只有动能和势能相互转化。 （机械能守恒是一种理想化的物理模型） 二 机械能的转化 新课学习 4.机械能守恒： （2）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。 ； 二 机械能的转化 新课学习 1.水能： （1）观察与实验： 如图 所示，将水倒入高处的漏斗，水流冲击空 瓶中的“水轮机”叶片，观察叶片的转动和钩码高度 的变化。思考在此过程中能量的转化，并与同学交流。 三 水能与风能 新课学习 1.水能： （2）水能属于机械能：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。 水能是自然界中丰富的机械能资源。水能的大小由流量、流速和水位差决定。 三 水能与风能 新课学习 1.水能： （3）水能的利用：古人很早就开始利用水能，通过水流冲击水轮转动来汲水、磨粉、碾压谷物等。 三 水能与风能 水磨（摘自《天工开物》) 水车 水碓：利用水的动能舂米 新课学习 1.水能： （3）水能的利用：利用水能来发电需要建水电站。三峡水电站是目前世界上最大的水力发电站和清洁能源生产基地，它的总装机容量为 2 250 万千瓦。当前，以抽水蓄能电站为代表的绿色储能电站已进入高质量发展的新时代。 三 水能与风能 新课学习 2.风能： （1）风能：流动的空气---风具有能量。风能是自然界中丰富的机械能资源。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。 三 水能与风能 新课学习 2.风能： （2）风能的利用：风能的利用较之于水能利用时间更早，我国是世界上较早利用风能驱动帆船航行的国家之一。现在对风能的利用，主要是风力发电。在风力资源丰富的地区，可同时安装几十台到几百台风力发电机一起供电。 三 水能与风能 机械能及 其转化 机械能 动能、重力势能和弹性势能统称为机械能 机械能及其转化 机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和不变 机械能的应用：水能、风能发电等 动能和重力势能可以相互转化 （物体的运动速度和高度位置发生改变） 动能和弹性势能可以相互转化 （物体的速度改变且发生弹性形变） 弹性势能和重力势能可以相互转化 （物体发生弹性形变和高度位置的变化） 课堂小结 课堂练习 【例题1】天舟八号货运飞船由货物舱和推进舱组成，在加速升空过程中，货物舱的动能 ，重力势能 。天和核心舱运行轨道近似圆形，远地点和近地点高度可视作不变，核心舱在轨运行时动能 ，因而空间站内部处于稳定状态。    【详解】[1]在加速升空过程中，货物舱的质量不变，速度变大，货物舱的动能变大。 [2]在加速升空过程中，货物舱的质量不变，高度变大，货物舱的重力势能变大。 [3]天和核心舱运行轨道近似圆形，远地点和近地点高度可视作不变，重力势能不变，则核心舱在轨运行时动能不变，所以，核心舱在轨运行时动能不变，因而空间站内部处于稳定状态。 课堂练习 【例题2】如图所示，“蹦床”不仅是奥运会的正式比赛项目，也是小朋友非常喜欢的游戏项目。小朋友通过对蹦床施力，蹦床发生弹性形变，因而具有 能；同时由于力的作用是 的，蹦床对小朋友也施力，把小朋友弹到高处，小朋友由于被弹到高处而具有重力势能，小朋友达到最高点时动能大小为 J。    【详解】[1]物体发生弹性形变而具有的能叫弹性势能，小朋友落下接触到蹦床后，蹦床发生弹性形变，故具有了弹性势能。 [2]由于力的作用是相互的，蹦床对小朋友施加相反的作用力，小朋友被弹起时，蹦床的弹性势能减小，减小的弹性势能转化为小朋友的动能，把小朋友弹到高处，动能转化为重力势能，所以小朋友由于被弹到高处而具有重力势能。 [3]小朋友达到最高点时质量不变，速度为0，动能为0J。 课堂练习 【例题3】人造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。当卫星从远地点向近地点运行时（如图）。卫星的动能 ，重力势能 机械能 （均选“增大”“减小”或“不变”）。    【详解】[1][2][3]卫星沿椭圆轨道绕地球运行时，不受空气阻力，机械能守恒。当卫星从远地点向近地点运行时，它的质量不变而高度减小，所以重力势能减小；又因为机械能守恒，所以卫星的动能增大。 课堂练习 【例题4】如图所示，小球从竖直光滑轨道最高点A由静止下滑，经过某一点B，到达轨道最低点C，再沿轨道上升并飞出，到达空中最高点D（D点未画出）后落地。下列说法错误的是（　　） A．若考虑空气阻力，小球运动过程中机械能一直减小 B．若考虑空气阻力，D点可能比B点高 C．小球从A点运动到D点的过程中，重力一直对小球做功 D．若不存在一切阻力，D点与A点等高    【详解】AB．若考虑空气阻力，小球运动过程中会克服空气阻力做功，部分机械能会转化为内能，因此小球的机械能会减小，D点位置一定比A点要低，但可能比B点高，故AB正确，不符合题意； C．小球从A点运动到D点的过程中，小球一直受到重力的作用，且在重力方向上有位移，所以重力一直对小球做功，故C正确，不符合题意； D．由于不存在阻力，小球在D点的机械能与A点相等，但小球在D点会有水平方向的运动速度，具有动能，所以小球在D点的重力势能比A点小，所以D点不可能与A点等高，故D错误，符合题意。 故选D。 课堂练习 【例题5】在水平地面上铺一张白纸，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。下列说法中正确的是（   ） A．皮球下落过程中动能转化为重力势能 B．形成圆斑B时皮球是从较低处下落的 C．形成圆斑A时皮球接触地面后形变程度更小 D．皮球落地发生形变的过程中重力势能转化为弹性势。    【详解】A．球在下落的过程中，高度减小，重力势能减小，速度变大，动能变大，重力势能转化为动能，故A错误； BC．球的动能越大，转化成的弹性势能越大，则小球的形变越大，在地面上形成的圆斑较大，故形成圆斑A时皮球接触地面后形变程度更大，即从更高处下落的，同理可知，形成圆斑B时皮球是从较低处下落的。故B正确，C错误； D．当球接触地面时，球会发生形变，球的动能转化为球的弹性势能，故D错误。。 课堂练习 【例题6】如图所示是一个乒乓球抛出后的部分运动轨迹，其中a、b、c为轨迹中的三个位置，a、b在同一高度，则下列说法中正确的是（　　） A．乒乓球在b点时的动能为零 B．乒乓球在b、c两点时的重力势能相等 C．乒乓球在a点的机械能一定大于在b点的机械能 D．在整个运动过程中，由于机械能守恒，所以a、b、c三点的机械能都相等。    【详解】A．由图知，乒乓球在b点时的速度不为零，动能不为零，故A错误； B．乒乓球在b、c两点时的高度不同，重力势能不相等，故B错误； CD．在乒乓球经过a、b、c三个位置的整个运动过程中，乒乓球克服空气阻力做功，与地面碰撞做功，机械能逐渐减小，乒乓球在a点的机械能一定大于在b点的机械能，a、b、c三点的机械能不相等，综上分析知，故C正确，D错误。 故选C。 ENDING! 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