一、 机械能（第2课时）（教学课件）（培优教学课件）物理苏科版2024九年级上册

第十二章 机械能和内能 第一节 机械能（第2课时） 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 儿时，各种玩具车吸引着我们， 为什么有的玩具车不用电池也能向前运动? 现在，我们有了更多的疑问: 为什么汽车要加注燃料才能行驶? 为什么要向发动机的水箱中加水? ......... 让我们从能量的视角来探究其中的奥秘! 1. 说明: ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约50MB. ……………………………………………………………………… 2. 视频资源：本ppt共有59张、3段视频，可根据需要选择点播. ①视频演示—《单摆实验》 ②动画讲解—《滚摆实验》 ③动画讲解—《机械能守恒》 ……………………………………………………………………… 3. 免责声明：视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 4. 追责声明：课件版权归本工作室，侵权必究。 致老师、同学 导入新课 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？ 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。 学习目标 1. 动能和势能的相互转化 2. 机械能与守恒 3. 课堂总结 4. 实践与练习 5. 综合提升训练 学习内容 一、动能和势能的相互转化 第1节 机械能（第2课时） 一、动能和势能的相互转化 1. 动能和重力势能的相互转化 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 【做一做】如图所示，将摆球从点A由静止释放，观察摆球的高度和速度是怎样变化的。 一、动能和势能的相互转化 【说一说】 1. 摆球从点A向下摆动的过程中，它的速度怎样变化?动能怎样变化?重力势能怎样变化? 2. 摆球到达最低点B时，它的动能是否达到最大?重力势能呢? 3. 摆球由点B向点C运动的过程中，它的速度怎样变化?动能转化为什么能?当到达最高点C时，它的动能是否为零?重力势能是否为最大? 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 【实验与分析】 一、动能和势能的相互转化 【分析论证】 1. 摆球从点A向下摆动的过程中，它的速度变大，动能变大，重力势能变小。 2. 摆球到达最低点B时，它的速度最大，它的动能最大，重力势能为0。 3. 摆球由点B向点C运动的过程中，它的速度变小，动能转化重力势能，当到达最高点C时，它的动能为零，重力势能为最大。 一、动能和势能的相互转化 结论：单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 一、动能和势能的相互转化 （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 一、动能和势能的相互转化 【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》 一、动能和势能的相互转化 如图所示，是一个木球从高处滚到水平面上，撞到弹簧上的情景。请你分析这一过程中能量转化的情况。 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. 动能和弹性势能的相互转化 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 逐渐减小 直至为0 逐渐减小 直至为0 由小变大 逐渐增大 丙 弹簧把 木球弹回 由0逐渐 增大 由0逐渐 增大 由大变小 逐渐减 小直至为0 动能转化为 弹性势能 弹性势能 转化为动能 【结论】动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。 一、动能和势能的相互转化 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 一、动能和势能的相互转化 4. 判断动能和势能的相互转化的方法 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。 一、动能和势能的相互转化 5. 动能和势能转化的实例 （1）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。 一、动能和势能的相互转化 （2）分析过山车运动过程中的动能和势能转化情况 A B C D ①A→B过程，重力势能转化为动能； ②B→C过程，动能转化为重力势能； ③ C→D过程，重力势能转化为动能。 一、动能和势能的相互转化 ①皮球从高处落下质量不变，高度减小，重力势能减少，动能增加，重力势能转化为动能； ②撞击地面变形，动能转化为弹性势能； ③再弹起上升的过程中弹性势能转化为动能再转化为重力势能； （3）分析落地后又弹起的皮球的能量转化情况 一、动能和势能的相互转化 （4）撑杆跳高 ①起跳瞬间‌：运动员的动能转化为撑竿的弹性势能。 ②上升过程‌：撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能。 ③下落过程‌：重力势能转化为动能‌。 一、动能和势能的相互转化 【例题1】很多同学都玩过荡秋千，下列说法正确的是（　　） A．秋千荡到最低点时只有动能 B．秋千荡到最高点时有重力势能和动能 C．从最低点荡到最高点的过程中重力势能转化为动能 D．从最高点荡到最低点的过程中动能增大，重力势能减少 D 【解析】A．秋千荡到最低点时距地面有一定的高度，既具有动能又具有重力势能，故A错误； B．秋千荡到最高点时，瞬时速度为0，只有重力势能没有动能，故B错误； C．从最低点荡到最高点的过程中动能转化为重力势能，故C错误； D．从最高点荡到最低点的过程重力势能转化为动能，所以动能增大，重力势能减少，故D正确。故选D。 一、动能和势能的相互转化 【例题2】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 弹性势 重力势 【解析】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。 二、机械能与守恒 第1节 机械能（第2课时） 二、机械能与守恒 1. 机械能 （1）现象与分析 荡秋千时，秋千会从最高点荡到最低点，然后从最低点向上荡，循环往复。 在这个过程中，秋千的运动快慢在变化，说明动能在发生变化。 同时，秋千的高度也在变化，说明秋千的重力势能也在发生变化。 二、机械能与守恒 （2）机械能 在物理学中，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）。 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。一个物体可以同时具有动能和势能。 二、机械能与守恒 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 2. 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。 二、机械能与守恒 （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。（即忽略摩擦阻力造成的能量损失，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 二、机械能与守恒 ①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，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 （3）用机械能守恒及其转化解释现象 二、机械能与守恒 ②铁锁会碰到鼻子吗 用绳子将一把铁锁悬挂起来。把铁锁拉近你的鼻子，头保持不动，当手放开铁锁后，铁锁会摆出去。铁锁向前摆去又摆回来，摆回时会碰到你的鼻子吗？ 分析：在运动过程中铁锁的动能和重力势能相互转化，但它们的总和不变（忽略空气阻力）。所以，铁锁在摆回时，不会打到鼻子。 注意：实际上是存在空气阻力的，所以铁锁的机械能并不守恒，逐渐变小，最终停下来。 二、机械能与守恒 （4）机械能不守恒的一些事例 跳伞运动员匀速下落 发射的航天器 ①跳伞运动员匀速下落 跳伞运动员匀速下落时，动能不变，重力势能减小，机械能减小，不守恒。 ②发射的航天器 刚发射的航天器是加速上升的，动能变大，重力势能变大，机械能变大，不守恒。 二、机械能与守恒 【例题3】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 0 重力势 【解析】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。 二、机械能与守恒 【 例题4】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”）；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”）。 等于 增大 大于 二、机械能与守恒 【解析】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。 二、机械能与守恒 【例题5】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（　　） A．a=40，b=0 B．a=60，b=0 C．a=70，b=20 D．a=50，b=20 C 篮球位置 A B 重力势能/J 60 100 动能/J a b 【解析】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. 二、机械能与守恒 二、机械能与守恒 3. 海洋中的机械能 海洋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1km2的海面上，海浪能的功率可高达2.0×105kW。 如果能对其进行有效的开发和利用，将可以获得非常可观的能量。 二、机械能与守恒 （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。科学家们设想，可以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。 二、机械能与守恒 （3）潮汐能 由于太阳和月球的引力作用，海面会出现周期性涨落，这种现象称为海洋潮汐。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，并在坝下设置装有水轮机的泄水闸。当海水涨落时，海水流经泄水闸，带动发电机发电。 位于浙江省温岭市的江厦潮汐电站，是我国最大的潮汐电站，也是世界第四大潮汐电站，如图所示。 江厦潮汐发电站 三、课堂总结 第1节 机械能（第2课时） 课堂总结 ①机械能：动能和势能统称为机械能。 ②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 机械能 及其转化 海洋中的机械能 四、实践与练习 第1节 机械能（第1课时） 【解析】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 2. 图是某轻轨车站的设计方案示意图，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。 【解析】“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。 3. 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? 【解析】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 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? 实践与练习 5. 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，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? 【解析】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。 实践与练习 视频播放 五、综合提升训练 第1节 机械能（第1课时） 综合提升训练 1. 如图所示，用轻质细绳悬挂一小球在竖直平面内摆动。在某次摆动过程中，小球依次经过A、B、C三点，A、C两点高度相同，B点为最低点，不计空气阻力，下列说法正确的是（     ） A．小球在B点动能最大 B．小球从B点运动到C点，重力势能转化为动能 C．A、C两点速度大小不同 D．小球机械能不守恒 A 综合提升训练 【解析】A．根据题意可知，B点为最低点，则小球在B点时速度最大，所以在B点时动能最大，故A正确； B．小球从B点运动到C点，质量不变，高度变大，速度变小，则重力势能增多，动能减少，将动能转化为重力势能，故B错误； CD．不计空气阻力，小球机械能守恒，则小球在A、C两点的机械能相等，A、C两点高度相等，重力势能相等，机械能等于动能和势能之和，所以A、C两点动能相等，根据动能大小的影响因素可知，A、C两点速度大小相同，故CD错误。 故选A。 【解析】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”。 综合提升训练 2. 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 3. 如图所示的摩天轮是武汉的一个地标建筑——“东湖之眼”，直径达49.9米，有28个座舱，游客可以通过它看到东湖的别样之美。若小明随座舱在竖直平面内匀速转动，从最低点转动到最高点的过程中，小明的动能______，重力势能_______；从最高点转动到最低点的过程中，小明的机械能_______ （以上均选填“增大”、“减小”或“不变”）。 减小 不变 增大 【解析】小明随座舱在竖直平面内匀速转动，从最低点转动到最高点的过程中，质量不变，速度不变，所以动能不变；质量不变，高度变大，所以重力势能变大。 从最高点转动到最低点的过程中，质量不变，速度不变，所以动能不变；质量不变，高度减小，所以重力势能减小；动能不变，重力势能减小，所以机械能减小。 综合提升训练 综合提升训练 4. 掷实心球是通辽中考体育测试项目之一，如图所示是某同学掷出的实心球的运动轨迹，O点是实心球刚离开手的位置，A点是实心球运动到最高点的位置，B点是实心球落地前瞬间的位置，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） B A．实心球在最高点A时，动能为零 B．实心球从O点运动到A点时，动能转化为重力势能 C．实心球从O点运动到B点的动能先增大后减小 D．实心球在O点的机械能大于在B点的机械能 综合提升训练 【解析】A．实心球在最高点时，具有水平方向的速度，故动能不为零，A错误。 B．实心球从O点运动到A点时，高度增大，重力势能增大，速度减小，动能减小，故为动能转化为重力势能，故B正确； C．实心球从O点运动到B点，速度先减小后增大，所以动能先减小后增大，故C错误； D．因为不及空气阻力，只有动能和重力势能之间进行转化，机械能守恒，故D错误。 故选B。 5. 如图所示，光滑水平桌面上的弹性小球被弹出后，经过A点和B点后落到地面，又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。下列有关小球的运动，描述正确的是（　　） A．小球从A点运动到B点的过程中机械能不断减少 B．小球反弹经过D点时动能为零 C．若将弹性小球表面涂黑，则会 在C、F两点留下等大的黑色圆斑 D．小球经过E点的机械能大于经过 G点的机械能 D 综合提升训练 【解析】A．机械能等于动能与重力势能之和，因为桌面光滑，因此从A点到B点小球速度不变，动能不变，因桌面高度不变，因此小球重力势能不变，故机械能不变，故A错误； B．当小球在D点时，在竖直方向上速度为0，但在水平方向上速度不是0，因此动能不是0，故B错误； C．小球在地面上的黑斑大小取决于小球的形变程度，即此时小球的弹性势能大小。而B点的重力势能大于D点的重力势能，B点的重力势能转化为C点的弹性势能，D点的重力势能转化为F点的弹性势能，因此C点弹性势能大于F点的弹性势能，即C点黑斑大，故C错误； D．在运动过程中，小球要克服空气阻力而消耗机械能，机械能越来越小，E点在G点之前，因此E点机械能大于G点机械能，故D正确。故选D。 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 【解析】 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。故选D. 综合提升训练 Lavf59.27.100 Lavf58.45.100 Lavf58.45.100 $$