初中人教版（2024）机械能及其转化教学ppt课件

这是一份初中人教版（2024）机械能及其转化教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了机械能及其转化，机械能，3归纳结论，机械能守恒，水能和风能的利用，课堂总结，练习与应用，提升训练等内容，欢迎下载使用。
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致 老师同学
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。你认为铁锁摆回时会打到你的鼻子吗?
第4节 机械能及其转化
1. 能通过生活实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。知道机械能，能解释与机械能转化有关的现象。2. 通过分析生活现象和实验中的动能和势能相互转化情况，发展科学推理、科学论证、质疑创新等思维能力。3. 经历动能和势能相互转化的探究过程，用科学方法进行分析，基于证据得出结论，并对探究过程和结果进行交流，提升科学探究能力。4. 通过了解水能和风能的利用，培养节约能源的意识，激发利用科学技术发展新能源的动力。
1. 机械能及其转化2. 水能和风能的利用3. 课堂总结4. 练习与应用5. 提升训练
（1）现象与分析节前“问题”中，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?
（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
注意：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。
（4）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‌。
（1）机械能守恒 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：
（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节前“问题”栏目中，用绳子把一个铁锁悬挂起来。把铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。你认为铁锁摆回时会打到你的鼻子吗？
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。
过山车运行过程中车与轨道之间有摩擦力，还受到空气的阻力，机械能并不守恒，机械能转化为内能，在不给其他动力的情况下，过山车最终会停下来。
③分析过山车运动过程中的能量转化情况
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。
（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地球上，海水潮汐涨落，江河日夜奔腾；有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看，自然界的流水和风都具有大量机械能的天然来源。
（2）水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。水能的大小由流量、流速和水位差决定。（3）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。
（4）水能发电站 将水的机械能转化成电能。修筑拦河坝提高上游水位，坝底装水轮机，发电机装在水轮机上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。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。
（1）风能：空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。（2）古代对风能的利用：我国早在2000多年前就开始利用风来驱动帆船航行。至少1700多年前已开始利用风来推动风车做功。
（3）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。
在生活和生产中，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。如图所示，是浙江省北部安吉县境内的天荒坪抽水蓄能电站。上水库蓄能能力1046万kW·h，其中日循环蓄能量866万kW·h，年发电量31.6亿kW·h。
【 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，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.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.③抽水蓄能电站具有调峰、填谷、储能等功能.
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?
荡秋千过程中，从高处摆向低处的过程中，速度增大，动能增加，高度降低，重力势能减少，重力势能转化为动能；他从低处摆向高处的过程中，速度减小，动能减小，高度升高，势能增大，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）。
A～B段：运动员高度逐渐减小，重力势能逐渐减小，速度逐渐增大，动能逐渐增大，减小的重力势能全部转化为动能；B～C段：运动员速度逐渐减小，动能逐渐减小，高度逐渐增加，重力势能逐渐增大，减小的动能全部转化为重力势能；C～D段能量转化情况与A～B段相同。
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。
用力向下抛出乒乓球，使球抛出时具有一定的动能。根据机械能守恒，乒乓球弹跳到原来的位置时仍有一定的动能，还能继续运动，达到最高点时重力势能等于乒乓球抛出时的重力势能与动能之和，因此能使乒乓球弹跳到高于抛出时的位置。还可以向上抛出乒乓球，理由相同。
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。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?
现象：罐子滚下斜面后会再自动沿斜面向上滚动。开始时，罐子和铁块在重力作用下都将沿斜面向下运动。向下运动时，罐子滚动，铁块沿斜面向下做直线运动且相对罐子静止。由于罐子和橡皮筋捆绑在一起，在罐子和铁块的共同作用下，橡皮筋会被卷紧，它的弹性势能持续增加。当橡皮筋卷紧到一定程度时，整个装置的运动速度将会减小为0，罐子和铁块的动能全部转化为橡皮筋的弹性势能。然后，橡皮筋要恢复原状，其弹性势能会转化为罐子的动能，所以罐子会再沿斜面向上滚动。
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. 球竖直向上运动，并落回地面，这过程中先后经过M、S两点。球在这两点的动能和重力势能如图所示，则球在M点的（　　）A．速度比在S点的大 B．机械能大于在S点的C．机械能等于在S点的 D．离地高度比在S点的低