12.1 机械能-2025-2026学年物理苏科版（2024）九年级上册

第十二章 机械能和内能 第1节 机械能 第2课时 （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？ 新知导入 （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？ 新知导入 1.了解机械能的概念、知道动能与势能可以相互转化； 2.由秋千摆动引出摆球摆动实验，并分析该过程中动能和重力势能的转化情况； 3.了解海洋中的机械能。 学习目标 许多人都有荡秋千的经历。如图所示，在秋千摆动的过程中，人距离地面的高度不断变化，同时速度也不断变化。也就是说，人的重力势能和动能都在不断变化。 知识点一：机械能及其转化 新知探究 图12-9 摆球动能和重力势能的转化 如图12-9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。 做一做 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?重力势能样变化? 说一说 速度增大，动能增大，重力势能减小。 活动：观察摆球动能和重力势能的转化 新知探究 2. 摆球到达最低点O′ 时，它的动能是否达到最大?重力势能呢? 3.摆球由点O '向点B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B时，它的动能是否为零?重力势能是否为最大? 图12-9 摆球动能和重力势能的转化 是（它的动能达到最大），重力势能达到最小。 速度减小，动能转化为重力势能； 当到达最高点B时，它的动能为零，重力势能最大。 新知探究 4. 根据前面的观察和分析，简要说明荡秋千过程中动能和重力势能转化的情况。 A→ O ′，速度越来越大，动能逐渐                 ， 重力势能逐渐                  . 到达最低点 O ′时，动能最              、重力势能最               . 在此过程中，重力势能逐渐转化为               能. O ′→B ，速度越来越              ，动能逐渐转化为                 能.  当摆球到达最高处B点时，它的动能为                ，重力势能最                  . 增大 减小 大 小 动 小 重力势 零 大 A→ B:第一段（A→ O ′）重力势能转化为动能； 第二段（O ′→B ）动能转化为重力势能。 新知探究 1.在上述活动中，若不考虑阻力的情况下，A、B两点的高度相同，即A、B两点的重力势能相同，且A→ B、B→ A，是一个循环过程。 2.在上述活动中，若考虑阻力的情况下，如右图，B点高度小于A点，A1点小于B点，以此类推，直至最后与O O ′重合，即处于静止状态。 这也是模拟真实的荡秋千过程。 拓展 新知探究 (a) 游乐场的过山车 (b) 落地后又弹起的皮球 图12-10动能和势能的转化 观察图12-10,分析各情景中动能和势能的转化情况。 在物理学中，动能和势能统称为机械能 。一个物体可以同时具有动能和势能。例如，正被起重机吊起的重物，跳水过程中的运动员，等等。 大量事实说明，动能和势能可以相互转化。 想一想：生活中还有哪些现象表明动能和势能可以相互转化? 新知探究 动能和势能相互转化的实例 （1）滑梯下滑：人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。 （2）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。 新知探究 ① ③ ② 动能 弹性势能（跳杆） 重力势能 动能 ① ② ③ （3）撑杆跳高 新知探究 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。 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1 km² 的海面上，海浪能的功率高达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。 生活•物理•社会 海洋中的机械能 新知探究 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用来发电，其发电功率可达5×10⁹kW。 新知探究 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。当海面涨落时，海水流经泄水闸，带动发电机发电(图12-11)。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12-12所示。 请查阅相关资料，了解海洋中的航标灯是利用何种能源发光的。 图12-11 潮汐发电示意 图12-12 江厦潮汐电站 新知探究 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. 机械能及其转化 机械能 及其转化 大海中的机械能 大海中的机械能：海浪能、海流能、潮汐能. 新知探究 1. 如图，在2022年北京冬奥会开幕式上，质量约为3t 的奥运五环缓缓升起。若将升起过程看成匀速直线运动，则该过程中奥运五环的（　　） A．重力势能不变 B．动能增大 C．机械能不变 D．机械能增大 D 当堂检测 2. 2022年2月北京冬奥会，中国代表团共收获9金4银2铜共15枚奖牌，金牌数和奖牌数均创历史新高。如图为高速摄影机记录的单板滑雪男子大跳台金牌得主苏翊鸣在比赛中，从跳台起跳到落地过程的情景。下列关于这一过程说法正确的是（　　） A A．他从起跳到最高点的过程中，动能逐渐转化成重力势能 B．他起跳后到达最高点时，机械能最大 C．他从空中下落过程中，重力做功越来越慢 D．他从起跳到落地的整个过程中，机械能是守恒的 当堂检测 3. 如图，让小球从光滑轨道AOB的A点由静止开始自由滑下，A点的高度H大于B点的高度h，沿轨道AOB到达B点后离开（不计空气阻力）。则小球离开B点后的运动轨迹最符合实际的是（　　） A．a B．b C．c D．d C 当堂检测 4. 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 当堂检测 A ．不能到达 C 点 B ．到达 C 点时动能为 0 ，机械能也为 0 C ．从 A 点运动到 B 点的过程中重力势能转化为动能，机械能守恒 D ．从 B 点运动到 C 点的过程中动能转化为重力势能，机械能减小 5 ．如图所示，光滑的半圆形轨道固定在水平桌面上，轨道上的A 点、C 点在同一高度，B点为最低点，小球从 A 点由静止自由释放，不计空气阻力，则小球 ( ) C 当堂检测 Lavf59.27.100 $$第十二章 机械能和内能 第1节 机械能 第1课时 1. 知道能量的概念。 2. 掌握动能的概念及其影响因素。 3. 知道弹性势能、重力势能的概念及其影响因素。 学习目标 图12-1 高速公路上的限速标志牌 图12-2 脚踩滑板从高处滑下 为什么要规定汽车在公路上行驶的最大速度(图12-1)? 脚踩滑板从高处滑下，为什么会越来越快(图12-2)? 新知导入 知识点一：能量 1. 现象探究：什么情况下能做功。 湍急的流水能推动水车 拉开的弓能将箭射出 分析：流动的水对水车做了功；飞行的子弹对鸡蛋做了功；拉开的弓对箭做了功。 探究归纳：上述实例的共同特点是物体对外做了功。 飞行的子弹能射穿鸡蛋 新知探究 2.能量 （1）概念 一个物体能对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量。 （2）能量的实质 物体做功的过程就是能的转化过程。物体做的功越多，说明某种能转化为别的形式的能就越多，就表示这个物体的能量越大。即能量是表示物体做功本领的物理量。 （3）能量的单位 物体做功的过程就是能的转化过程，因此能的单位与功的单位相同，都是焦耳（J）。 新知探究 呼啸的海浪有时会冲坏海堤、推到房子；踢出去的足球能使静止的球球网发生形变…… 这些都说明，运动的物体能对其他物体做功，具有能量。物体由于运动而具有的能量叫作动能。 足球入网 海啸“吞噬”海堤 知识点二：动能 新知探究 湍急的流水能推动水车，对水车做功，具有动能。 风吹动船帆使船航行，对船帆做功，具有动能。 飞行的子弹能穿透鸡蛋，对鸡蛋做功，具有动能。 猜想与假设：动能的大小可能与物体的速度、质量等因素有关。 提出问题：汽车速度越大，出事故时破坏就越严重；一辆汽车以同一速度运动，重载比空载时出事故更严重，那么动能与什么因素有关？ 物体的动能越大，它能对其他物体做的功就越多。 新知探究 如图12-4所示，小车从斜面上滑 下，在水平面上与木块相撞，两者共同滑行一段距离，运动的小车对木块做了功。小车动能的大小可能与哪些因素有关?怎样用该装置验证你的猜想? 想一想 图12-4 探究影响动能大小的因素 信息快递：在木块的碰撞面上粘贴海绵片，可使小车与木块在碰撞后一起运动。 活动12.1 探究影响动能大小的因素 新知探究 做一做 1.将同一小车分别从不同高度由静止开始下滑，撞击置于水平面上相同位置的同一木块，比较木块运动的距离。 2.在小车上放一些槽码，改变小车的质量，让不同质量的小车从同一高度由静止开始下滑，撞击置于水平面上相同位置的同一木块，比较木块移动的距离。 信息快递：质量不等的小车从斜坡的同一高度由静止开始下滑，运动到水平面时的速度相等。 质量相同时，速度越大，物体的动能越大。 速度相同时，质量越大，物体的动能越大。 高度越高，木块移动的距离越大。 质量越大，木块移动的距离越大。 新知探究 通过上述实验，你能得出什么结论? 议一议 研究表明： 物体动能的大小与物体的速度和质量有关，速度越大、质量越大，物体的动能越大。 为什么汽车在高速公路上要限速? 为什么不同车型的限速标准不一 样?你能解释其中的原因吗? 1. 机动车的质量一定时，速度越大，机动车具有的动能越大，机动车的动能越大，它对其他物体做的功越大，发生交通事故时造成的损失就越大，所以对机动车的行驶速度要进行限制，也就是限制它动能的大小； 2.由于动能与质量和速度有关，对质量较小的车，其限制速度可大些，对质量较大的车，其限制速度就要小些。 思考 新知探究 有一种玩具车，只要用手按住它往后拉一下，松手后它就能往前运动。 它运动的能量来自哪里? 这种玩具小车内部有一个类似弹簧的装置。在向后拉的过程中，该装置发生弹性形变；松手后，这个装置在恢复形变的过程中对小车做功，使小车运动。 1.弹性势能：发生弹性形变的物体能对其他物体做功，表明它具有能量，这种能量叫作弹性势能。 知识点三：势能 新知探究 如图所示，图(a)中橡皮筋的形变越大，“子弹”被弹射得越远；图(b)中发条上得越紧，钟表走的时间越长；图(c)中弹簧的形变越大，小车被弹得越远。事实表明，弹性形变越大，物体的弹性势能就越大。 （a） 用弹弓弹射“子弹” （b） 发条带动钟表的 齿轮和指针转动 （c）压缩的弹簧弹开小车 新知探究 如图12-6所示，强夯机的重锤落下时能将地基打实；从山上滚落的石头会摧毁山下的建筑物。 2.重力势能：大量事实表明，处在一定高度的物体具有做功的本领， 即具有能量。这种能量叫作重力势能。 图12-6 高处的物体具有重力势能 (a) (b) 新知探究 如左图所示，让高处的重物自由下落，观察重物陷入沙中的深度。 1. 将同一重物分别从不同的高度由静止落下，比较重物陷入沙中的深度，你能得到什么结论？ 结论： 物体的重力势能与物体的 有关， 越高，物体的重力势能越大。 所处的高度 高度 重力势能大小与哪些因素有关呢？ 活动12.2 模拟打桩 新知探究 2. 将质量不同的重物分别从同一高度由静止落下，比较重物陷入沙中的深度，你又能得到什么结论？ 结论： 物体的重力势能与物体的 有关， 越大，物体的重力势能越大。 质量 质量 研究表明， 物体的重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大。 新知探究 异同点 动能 势能 重力势能 弹性势能 不同点 形成原因 物体由于运动而具有的能量 物体由于被举高 物体由于发生弹性形变而具有的能量 特点 一切运动的物体都具有动能 一切处在一定高度的物体都具有重力势能 一切发生弹性形变的物体都具有弹性势能 决定因素 质量和速度 　质量和高度　 弹性形变程度、材料 相同点 都是能量的一种具体形式,都能对其他物体做功 比较动能和势能的异同 新知探究 机 械 能 能量 动能和 势能 动能 定义：一个物体能对另一个物体做功，就表明这个物体具有能量 单位：焦耳（J） 势能 弹性势能 重力势能 定义：物体由于运动而具有的能量叫作动能 物体的动能越大，它对其他物体做的功就越多 影响因素 质量 速度 定义：发生弹性形变的物体能对其他物体做功 影响因素 - 弹性形变程度 定义：处在一定高度的物体具有做功的本领 影响因素 质量 高度 新知导入 1. 关于功和能的关系的说法中，下列说法中正确的是（ ） A. 一个物体没有做功，它一定不具有能量 B. 一个物体能够做的功越多，其动能一定越大 C. 一个物体具有能量，说明它正在做功 D. 一个物体能够做功，说明它具有能量 D 当堂检测 2. 下列物体中: ①卷紧的钟表发条；②扔在空中的橡皮；③被适当拉伸的弹簧；④充满气的气球。具有弹性势能的是（ ） A. ①②③④　　　　     B. ①③④ C. 只有①　　　　     D. 只有①③ B 当堂检测 3. 如图所示，舰载机在“山东舰”航母上起飞，其在加速上升过程中（　　） A．动能减小，重力势能增大 B．动能增大，重力势能减小 C．动能增大，重力势能增大 D．动能减小，重力势能减小 C 当堂检测 4．如图所示，在跳板跳水比赛中，运动员总是尽可能把跳板向下压弯一点，然后再高高腾起。不计空气阻力，下列分析正确的是（ ） A．向下压弯跳板的过程中，跳板的弹性势能变小 B．离开跳板向上腾起的过程中，运动员的动能变大 C．向下压弯跳板的过程中，跳板的弹性势能变大 D．尽可能把跳板向下压弯点，为了增大运动员惯性 C 当堂检测 $$