初中物理沪科版（2024）八年级全册（2024）第四节 机械能转化及其应用背景图课件ppt

这是一份初中物理沪科版（2024）八年级全册（2024）第四节 机械能转化及其应用背景图课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了机械能的相互转化，机械能，3归纳结论，机械能的应用，课堂总结，作业解析，提升训练等内容，欢迎下载使用。
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第四节 机械能转化及其应用
你喜欢荡秋千吗？当秋千荡到最高点时，即使你坐在秋千上不动，秋千也会从最高点荡到最低点，然后从最低点向上荡。荡秋千过程中，动能和势能是如何转化的？动能和势能在生产生活中有哪些应用？
本节我们学习相关内容。
1. 知道机械能及其守恒的条件，能举例说明动能与势能的相互转化，能解释与机械能转化有关的现象。2. 具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。
1. 机械能的相互转化2. 机械能的应用3. 课堂总结4. 作业解析5. 提升训练
（1）现象与分析节前“问题”中，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。
（2）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。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）。
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。一个物体可以既有动能，又有势能， 把这两种能量加在一起，就可以得到它的总机械能。
2. 动能和势能的转化
（1）动能和重力势能的转化 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【实验】如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时最低，所以摆球的运动可分为下降段和上升段。其能量转化情况见下表。
【结论】单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。
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。
【结论】滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。
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。
（2）动能和弹性势能的转化
【结论】动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。
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
（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。
（5）动能和势能相互转化的实例
①人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。②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。
③撑杆跳高起跳瞬间‌：运动员的动能转化为撑竿的弹性势能。‌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。‌下落过程‌：重力势能转化为动能‌。
我们还发现，摆球每次上升的高度都比前一次要低一些，这说明摆球的机械能减少了一些，这是由于受到空气阻力等因素影响，摆球的部分机械能转化为其他形式的能量了。大量实验研究表明：
（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。
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，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。
（3）用机械能守恒及其转化解释现象
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。
③小制作——抛掷装置参照图，利用橡皮筋、薄木板及瓶盖，制作一个抛掷小球的装置。把橡皮筋拉得紧一点，手指松开后，看看球会不会被抛得更远。实验过程中，请注意安全。你能用所学的知识解释这一现象吗？
分析：把橡皮筋挂在离轴最远的挂钩上，橡皮筋形变量最大，产生的弹性势能最大。当松开手指，橡皮筋的弹性势能减小，弹性势能转化为乒乓球的动能，乒乓球的动能增加，速度增大，会被抛得更远。
（4）机械能不守恒的一些事例
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。
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。
【例题1】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”）。
【 例题2】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”）。
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。
（1）水能和风能都是机械能资源奔流不息的江河，潮起潮落的海水，呼啸的狂风都具有能量。水能和风能是自然界中丰富的机械能资源。
（2）古代对水能的利用早在1900多年前，我们的祖先就制造了木质水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。
（3）水能发电站 人们利用水能发电，修筑拦河坝来提高上游的水位，奔流而下的水的重力势能转化成动能，通过水轮机带动发电机发电。储水越多，上、下水位差越大，水能就越大，能发出的电就越多。
（1）古代对风能的利用我国早在 2 000 多年前就开始利用风能驱动帆船，后来沿海及长江流域地区还出现了利用风能来推动风车做功，带动“龙骨水车”等提取海水制盐或提水灌溉农田。
（2）风能发电站 将风的机械能转化成电能。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几百台风力发电机，组成“风车田”，连在一起供电。
【 例题3】衢江抽水蓄能电站全面投产发电，工作原理如图所示，用电低谷时（如深夜），电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电。（1）蓄能时，水被抽到上水库，此过程是将____能转化为水的机械能。（2）抽水蓄能电站选址衢江黄坛口，不仅因当地水资源丰富，同时还考虑到当地地势较陡，这样建成的电站上、下水库的高度差比较____，有利于蓄能与发电。
（1）蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的机械能；（2）抽水蓄能电站在发电时，从能量的角度看，是将水的机械能最终转化为电能，水的机械能越大转化获得的电能越多，所以建成的电站上、下水库的高度差应该比较大，最初水的重力势能较大，有利于蓄能与发电．
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.③机械能守恒：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。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.
1．跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，其动能、势能、机械能是否变化？请具体说明。
跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，质量不变，速度不变，他的动能不变；高度变小，重力势能变小，机械能等于动能与重力势能之和，所以机械能变小。
2. 三峡水库修建大坝提高水位差是为了增加水的 _______ 能。高处的水奔流而下时_______能转化为 ________能。
飞船离地加速升空时，质量不变，而速度增大，所以动能增大；因为高度增大，所以重力势能增大；因此动能和重力势能都增大。
3. 据报道，一个鸡蛋从十几层楼落下可能伤及行人，从二十几层楼落下会危及行人的生命。由此可知，重力势能与 ______ 有关，在鸡蛋的下落过程中，重力势能转化为 _______。
一个鸡蛋的质量并不大，从十几层楼落下可能伤及行人，从二十几层楼落下会危及行人的生命。由此可知，重力势能与高度有关。鸡蛋下落过程中，质量不变，高度减小，因此重力势能减小，同时速度增大，因此动能增加，增加的动能是由重力势能转化来的，即鸡蛋下落过程是将重力势能转化为动能。
4. 兴趣小组研讨火车站进站段铁路工程的设计。小明提交了图（a） 所示的设计方案示意图，小兰提交了图（b）所示的设计方案示意图。从节能角度考虑，你选择哪个设计方案？为什么？
根据动能与重力势能的转化可以知道，（a）图中火车进站时下坡，这一过程中又有一部分重力势能转化为车的动能，就会使得车速提高，难以刹车；故不合理。（b）图进站时上坡，将动能转化为重力势能，既便于刹车，出站时还可以将储存的重力势能转化为动能，节省能源。该方案合理。
5. 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？说明选择这种抛法的理由。
应用力向下抛出。为了使抛向地板的乒乓球，它弹跳到高于原来抛球的位置，应用力向下抛出，使它一开始就具有较多的机械能，这样小球的机械能大于抛出点的重力势能，当弹到原点时，即使有空气阻力的作用，仍具有动能，还可以上向运动。
6. 你荡过秋千吗？请定性分析荡秋千过程中动能和势能是如何转化的。
荡秋千过程中，从最高点向最低点运动时，速度增大，动能增加，高度降低，重力势能减少，重力势能转化成动能；从最低点向上运动时，速度减小，动能减小，高度升高，势能增大，动能转化成重力势能。
7. 在玩蹦蹦杆时，小明依靠自身的重力挤压蹦蹦杆下端的弹簧。当他跃起时，弹性势能被释放出来，帮助小明向上跳跃。请分析此过程中机械能是怎样转化的。
重力势能与物体的质量和高度有关；弹性势能与物体的弹性形变程度有关。
小明依靠自身的重力挤压蹦蹦杆下端的弹簧时，小明的质量不变，所处的高度变小，重力势能减小，弹簧的形变量变大，弹性势能变大，所以小明的重力势能转化为弹簧的弹性势能的形式储存在弹簧中；当弹簧恢复原长后，弹簧的形变量变小，弹性势能变小，在上升过程中，小明的质量不变，所处的高度变大，重力势能变大，此时弹性势能转化为重力势能。
1．既然自然界的能量守恒，我们为什么还要节约能源呢？答：（1）不可再生能源的枯竭：虽然能量守恒，但某些能源资源，如化石燃料是有限的，不可再生的。这些资源的形成需要数百万年的时间，在人类的历史尺度上几乎是不可再生的。节约能源可以减缓这些资源的枯竭速度，延长其使用寿命。（2）环境影响：能源的生产和消费过程往往伴随着环境污染，如温室气体排放、空气污染、水体污染等。节约能源可以减少污染物的排放，有助于改善空气质量和保护环境，减缓气候变化。（3）经济效益：节约能源可以降低能源成本，对消费者和企业都有直接的经济效益。同时，减少能源浪费可以提高能源利用效率，促进经济的可持续发展。
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．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。
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”。
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。
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”）。
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。
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（　　）
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
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。
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
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。
6. 图1中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点。图2是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则：（1）过山车的动能在___ 点最大，过山车的重力势能在____点最大；（2）B点重力势能的大小______E点动能的大小。（选填“大于”“小于”“等于”）；（3）过山车从B点运动到C点_______转化为______（两空均选填“重力势能”“动能”）；（4）在这个过程中，过山车的_______选填“变化”“不变”）。