第十一章

功和機械能第四節(jié)

機械能及其轉(zhuǎn)化素養(yǎng)目標(biāo)1新課講解3課程導(dǎo)入2經(jīng)典例題4總結(jié)歸納5課堂練習(xí)6目錄物理觀念1.知道動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機械能2.理解機械能的轉(zhuǎn)化3.能解釋動能、重力勢能、彈力勢能間相互轉(zhuǎn)化的簡單物理現(xiàn)象科學(xué)思維通過參與科學(xué)探究活動，初步認(rèn)識機械能及其轉(zhuǎn)化素養(yǎng)目標(biāo)科學(xué)探究通過觀察和實驗，認(rèn)識動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化的過程科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過水能和風(fēng)能的利用，知道人類如何利用機械能的轉(zhuǎn)化與守恒解決實際問題，提高運用機械能轉(zhuǎn)化與守恒觀點分析力學(xué)問題的意識素養(yǎng)目標(biāo)課程導(dǎo)入

把一個鐵鎖用繩子懸掛起來，將鐵鎖拉到你的鼻子附近，穩(wěn)定后松手，鐵鎖向前擺去（如圖所示）。你認(rèn)為鐵鎖擺回時會打到你的鼻子嗎？一、機械能及其轉(zhuǎn)化（一）機械能機械能動能勢能重力勢能彈性勢能1.動能、勢能統(tǒng)稱為機械能。2.物體具有機械能的總量等于動能、勢能兩種能量之和。重力勢能動能彈性勢能動能動能彈性勢能重力勢能觀察滾擺的運動，滾擺的運動過程中動能與勢能是如何變化的。運動階段高度重力勢能速度動能能的轉(zhuǎn)化下降段降低減小變大增大重力勢能轉(zhuǎn)化為動能上升段升高增大變小減小動能轉(zhuǎn)化為重力勢能實驗表明：動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，忽略阻力時，滾擺每次上升的高度都相同。觀察單擺的小球的運動速度和高度的變化情況運動階段高度重力勢能速度動能能的轉(zhuǎn)化下降段降低減小變大增大重力勢能轉(zhuǎn)化為動能上升段升高增大變小減小動能轉(zhuǎn)化為重力勢能實驗表明：動能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，忽略阻力時，單擺小球每次上升的高度都相同。實際實驗時，因為摩擦及空氣阻力的存在，小球和滾擺并不能完全回到初始的位置。機械能動能勢能重力勢能彈性勢能=+大量研究結(jié)果表明：如果只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能的總和不變，或者說機械能守恒二、水能和風(fēng)能的利用從能量的角度來看，自然界的流水和風(fēng)都是具有大量機械能的天然資源，其利用如圖所示。水電站風(fēng)車水輪帆船①古代對水能的利用水碓水碾修筑攔河壩提高上游水位，壩底裝水輪機，發(fā)電機裝在水輪機上面，它們的軸連接在一起，水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力勢能越大，能發(fā)出的電就越多。②水能發(fā)電站：將水的機械能轉(zhuǎn)化成電能.立軸式大風(fēng)車，是中國古代一項杰出的發(fā)明，主要應(yīng)用于我國沿海地區(qū)及長江流域，用來帶動龍骨水車等提取海水制鹽或提水灌溉水田。①古代對風(fēng)能的利用

我國早在2000多年前就開始利用風(fēng)來驅(qū)動帆船航行。至少1700多年前已開始利用風(fēng)來推動風(fēng)車做功。

立軸式大風(fēng)車（模型）利用風(fēng)能的帆船單個風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率較小，在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，可以同時安裝幾百臺風(fēng)力發(fā)電機，組成“風(fēng)車田”，連在一起供電。②風(fēng)能發(fā)電站將風(fēng)的機械能轉(zhuǎn)化成電能.

抽水蓄能電站建有上、下兩座水庫，兩座水庫互通，水流雙向運行。抽水蓄能電站利用電力負(fù)荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負(fù)荷高峰期再放水至下水庫，進(jìn)行發(fā)電。這樣的抽水蓄能電站可以提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力，具有調(diào)峰、填谷、儲能等功能，能提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，為實現(xiàn)新能源安全可靠替代傳統(tǒng)能源、推動綠色低碳發(fā)展提供條件。因此，抽水蓄能電站也被稱為“超級充電寶”。

當(dāng)前，我國抽水蓄能電站技術(shù)已處于世界先進(jìn)水平。截至2022年年底，已建的抽水蓄能電站總裝機容量為4579萬千瓦，居世界首位。

抽水蓄能電站新農(nóng)人助力鄉(xiāng)村振興，如圖所示，用無人機給農(nóng)田施肥方便快捷又節(jié)省勞動力。若無人機在施肥的過程中水平勻速飛行，則它的()A.動能減小，重力勢能減小，機械能減小B.動能減小，重力勢能增大，機械能不變C.動能減小，重力勢能減小，機械能不變D.動能不變，重力勢能不變，機械能不變A經(jīng)典例題答案：A解析：若無人機在施肥的過程中水平勻速飛行，高度不變，速度不變，無人機的質(zhì)量減小，無人機的動能減小，重力勢能減?。粺o人機沒有發(fā)生彈性形變，不具有彈性勢能，所以機械能=動能+重力勢能，機械能減小。神舟十三號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸，載人飛行任務(wù)取得圓滿成功。在返回艙減速著陸的過程中，下列說法正確的是()A.返回艙的機械能總量不變

B.返回艙的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能C.返回艙的重力勢能減小，動能減小

D.返回艙的重力勢能減小，動能增大C經(jīng)典例題答案C解析：A.返回艙減速著陸，速度減小，動能減少，高度降低，重力勢能減少，所以機械能減少，故A錯誤；B.返回艙減速著陸，速度減小，動能減少，高度降低，重力勢能減少，所以減少的重力勢能沒有轉(zhuǎn)化為動能，故B錯誤；C.返回艙減速著陸，速度減小，動能減少，高度降低，重力勢能減少，故C正確；D.返回艙減速著陸，速度減小，動能減少，高度降低，重力勢能減少，故D錯誤。故選C。機械能及其轉(zhuǎn)化機械能動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機械能機械能及其轉(zhuǎn)化機械能守恒：如果只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能的總量保持不變，水能和風(fēng)能的利用水能發(fā)電風(fēng)能發(fā)電課堂練習(xí)1.如圖所示，從空中落下的排球先后在草地和水泥地面上彈起，你認(rèn)為排球運動的軌跡最有可能的是()A. B.C. D.A1.答案：A解析：從空中落下的排球先后在草地和水泥地面上彈起，由于草地松軟，撞擊時損失的機械能較多，彈起的高度比原來的高度低較多，當(dāng)?shù)诙螐乃嗟厣蠌椘饡r，水泥地堅硬，撞擊損失的能量較少，反彈后最大高度降低較小，但一定比草地上反彈最大高度小，故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。2.如圖所示，為滾擺沿豎直方向運動的情景。在滾擺向上減速運動的過程中，下面的說法中正確的是()A.滾擺的動能增大，重力勢能減小

B.滾擺的動能增大，重力勢能增大C.滾擺的動能減小，重力勢能減小D.滾擺的動能減小，重力勢能增大D2.答案：D解析：滾擺向上減速運動的過程中，速度減小，動能減小；高度增加，重力勢能增大；故ABC錯誤，D正確。故選D。3.如圖所示，吊機將建材勻速直線放下，經(jīng)過A、B兩點，下列說法正確的是()A.建材在A、B兩點的動能相等

B.建材在A、B兩點的機械能相等C.建材在A、B兩點的重力勢能相等

D.此過程建材的重力勢能轉(zhuǎn)換為動能A3.答案：A解析：A.建材勻速直線放下，質(zhì)量不變，速度不變，所以動能不變，即建材在A、B兩點的動能相等，故A正確；BC.建材在A、B兩點的動能相等，而A點比B點位置高，質(zhì)量不變，所以建材在A點比B點的重力勢能大，建材的動能與勢能的總和等于機械能，所以建材在A的機械能大于B點的機械能，故BC錯誤；D.此過程中，建材的重力勢能減小，動能不變，則重力勢能沒有轉(zhuǎn)換為動能，故D錯誤。4.嚴(yán)浪宇在杭州亞運會奪得男子蹦床冠軍（圖甲），圖乙為其在比賽中的示意圖。某時刻他從A點自由下落，與水平床面接觸點為B，能到達(dá)的最低點為C點。下列說法正確的是(

)A.A點到B點過程中，運動員動能轉(zhuǎn)化為蹦床的彈性勢能B.在B點時，運動員的重力勢能最小C.在C點時，蹦床的彈性勢能最大D.B點到C點過程中，運動員動能逐漸變小C4.答案：C解析：A.A點到B點過程中，運動員質(zhì)量不變，高度減小，重力勢能減小；運動員質(zhì)量不變，速度增大，動能變大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，故A錯誤；B.在B點時，運動員重力大于彈力，還會繼續(xù)向下運動，運動員重力勢能不是最小，故B錯誤；