第十一章 第4节 机械能及其转化-【教材笔记】2025-2026学年八年级下册物理（人教版·新教材）

第4节1 机城能及转化 问题 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（图11.4-1)。你认为铁 锁摆回时会打到你的鼻子吗？ 不会，铁锁在摆动的过程中，与空气之间存在摩擦，克服 摩擦做功，机穢能转化为内能，使机械能总量减少，所以 图11.4-1摆动的铁锁 铁锁每次摆回时高度会逐新降低，不会超过初始高度，因 此不会碰到鼻子 新知解读 松手后，铁锁离你而去，且速度的大小不断变化，到达左侧最高点后，铁锁 又向你运动，接近你的鼻子之后，又会离你而去，循环往复。在这个过程中，铁 锁的运动快慢在变化，说明动能在发生变化。同时，铁锁的高度也在变化，说明 铁锁的重力势能也在发生变化。但铁锁并不会碰到你的鼻子，这是什么原因呢？ 知识点1)机械能及其转化 具有机椒能的物体有三种情况：(1)只有动能，如水平路面上行驶的汽车；(2)只有势 能，如高山上静止的石块；(3)既有动能又有势能，如空中飞行的飞机 在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能（mechanical energy)。 例如，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，把这两种能量加在一起，就可以得到它的总机械能。 图11.4-2蹦床运动 一个苹果从高处下落，高度变小了，它的重力势能变小了；另外，苹果的速 96教材笔记物理八年级下册 动能和重力势能之间的转化发生在同一个物体上 度越来越大，说明苹果的动能变大了。这说明，苹果的重力势能转化成了它的动 能。弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成了箭的动能；蹦床运动员从高处落下（图 11.4-2),在与蹦床床面将要接触时，具有一定的动能，与蹦床床面接触后，床 面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能。也就是说，动能和势能 可以相互转化。 动能和弹性势能之间的转化发生在不同的物体之间 ®想想做做 1.观察滚摆的运动（图11.4-3甲），讨论滚摆在运动过程中动能和势能 是如何转化的。 2.如图11.4-3乙所示，分析小球在摆动过程中动能和势能的相互转化。 OAOB●C 甲滚摆的运动 乙小球从A点摆动到C点 图11.4-3动能和势能的转化 在图11.4-3甲中，滚摆下降时，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重 力势能转化为动能。滚摆上升时，它的动能越来越小，重力势能越来越大，动能 转化为重力势能。 分析动能和势能相互转化的步骤： (1)明确研究对象和所要研究的过程； (2)确定物体在起始位置所具有的动能、势能； (3)分析在运动过程中，物体的高度、形变、速度是否变化，如何变化，物体的重力势 能、弹性势能、动能是否变化，如何变化； (4)得出结论：藏少的一种形式的能水定转化为增加的另一种形式的能 在图11.4-3乙中，小球从A点下落到B点，重力势能逐渐转化成动能，到最 低点B时动能最大，之后又从B点上升到C点，动能逐渐转化成重力势能。 第十一章功和机械能97 大量研究结果表明，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。 在实际生活中，由于存在各种摩擦，所以机械能一般是不守恒的 节前“问题”栏目中，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。 知识点2>水能和风能的利用 地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔腾；有时微风拂面，有时狂风劲吹。从 能量的角度看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。我们的祖先 很早就开始利用水能和风能了。让水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉；靠风力 鼓起帆来推动船航行。到19世纪，人类开始利用水能发电。 流动的水具有动能，高处的水具有重力 势能，水所具有的机椒能统称为水能。 水能的大小由流量、流速和水位差决定 图11.4-4水电站剖面图 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，由水轮机带动发电机发电（图11.4-4)。 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。 空气在流动过程中所具有的机機能叫作风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定 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”，联网供电。 98 教材笔记物理八年级下册 科学世界 抽水蓄能电站 在生产生活中，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11.4-5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。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”。 当前，我国抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。截至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。 图11.4-5天荒坪抽水蓄能电站 第十一章功和机械能99 练习与应用 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？ 1.从高处摆向低处的过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能； 从低处摆向高处的过程中，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。 ②跳台滑雪运动中，运动员从助滑开始，直到下落至着陆坡的运动过程中经过了 各个不同的位置，如图11.4-6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）。 助滑A D 着陆坡 图11.4-6 2.从A位置运动到B位置的过程中，重力势能转化为动能；从B位置运动到C位置 的过程中，动能转化为重力势能：从C位置运动到D位置的过程中，重力势能转 化为动能。 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。 3.用力向下抛；略。 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（图11.4-7)。做好后将它从不太陡的斜 面滚下。观察有什么出人意料的现象。怎样解释看到的现象？ 图11.4-7 4.略。 100教材笔记物理八年级下册 复习与提高 ①请判断下列事例中人是否对物体做功，并说明理由。 (1)踢出去的足球在草地上滚动。 (2)水平拉着行李箱在平路上行走。 (3)推桌子未推动。 (4)将杠铃从地面举起。 1.(1)人对足球不做功；足球由于惯性在草地上滚动，有距离，但不再受人的作用力。 (2)人对行李箱假功；人对行李箱施加了拉力，行李箱在拉力的方向上移动了距离。 (3)人对桌子不做功；人对桌子施加了推力，桌子没有在推力的方向上移动距离。 (4)人对杠铃做功；人对杠铃施加了力的作用，杠铃在该力的方向上移动了距离。 ②如图11-1所示，小孩用40N的力水平推着大人和冰车前进10m后松手， 冰车又滑行了2后停下。小孩对大人和冰车做了多少功？ 图11-1 2.松手前小孩对大人和冰车慢了功；松手后，冰车由于惯性继续滑行，小孩不再 对大人和冰车做功；小孩对大人和冰车做的功 W=Fs=40N×10m=400J ③在2022年世界举重锦标赛中，我国选手以171kg的抓举成绩获得金牌。如 果该选手在整个抓举过程中，平均用1710N的力抓起杠铃，使杠铃升高 1.0m,随后站起，又使杠铃继续升高0.8m,那么该选手在抓举过程中对 杠铃做了多少功？ 3.选手在整个抓举过程中让杠铃升高了1.8，故该选手在抓举过程中对杠铃做 的功等于克服重力做的功W=Gh=1710N×1.8m=3078J ④某同学住在11楼，他在1楼乘电梯回家。电梯运行20s直接到达11楼。假 设电梯匀速运行，每层楼高3m,该同学重600N,在搭乘电梯的过程中， 电梯对他做功的功率是多少？ 4.电梯对他做功时，上升的高度 h=10×3m=30m 电梯对他所做的功等于克服重力做的功，即 W=Gh=600N×30m=1.8×104J 电梯对他做功的功率 p=F_1.8x10J =900W t20s 第十一章功和机械能101 ⑤在居民小区我们常看到一些标志，如图11-2所示。这些标志的含义是什 么？试着从能量的角度说明设置这些标志的物理意义。 甲 乙 图11-2 5.第一个标志是限速标志，限制车辆在小区内的行驶速度不能超过5km/h,是因 为车辆的动能与速度有关，质量一定的情况下，速度越大动能越大。第二个标 志是禁止高空抛物标志，禁止小区内的住户高空抛物，是因为物体的重力势能 与高度有关，质量一定的情况下，高度越大，重力势能越大。 ⑥物体的质量和速度都能影响物体的动能。 一头质量为300kg的黄牛以1m/s的速度行走时，它的动能为150J; 另一头质量为400kg的黄牛以同样的速度行走时，它的动能为200J。 一颗质量为10g的步枪子弹从枪口射出时的速度为860m/s,动能为 3698J;飞行一段距离后速度变为630m/5,动能变为1985J。 请你根据以上数据，想一想，质量与速度相比，哪个因素对物体的动 能影响更大？并说明猜想的根据。 6.路。★ ⑦撑竿跳高一般要经历持竿助跑、撑竿起跳、越杆下落三个阶段。说说在上 述过程中动能和势能的转化情况。 7.运动员持竿助跑过程中，质量不变，速度变大，此时动能增大；撑竿起跳过程 中，质量不变，速度减小，高度增加，此时动能减小，重力势能增大，即动能 转化为重力势能；越杆下落过程中，高度减小，速度变大，此时重力势能减小， 动能增大，即重力势能转化为动能。 ⑧利用钢珠、橡皮泥等物品可以定性探究重力势能与高度的关系。动手做一 做，写出实验步骤和结论。 8.步骤：①将钢珠举高5cm,使其自由下落，测量纲珠陷入橡发泥中的深度； ②将钢珠再分别举高10cm、15cm,重复上述慢法； ③整理分析数据。 结论：当质量一定时，物体所处的高度越高，其重力势能越大。 102 教材笔记物理八年级下册