第十章功與機(jī)械能第四節(jié)機(jī)械能轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用情景導(dǎo)入思考：滾擺在上升過(guò)程中，它的動(dòng)能和勢(shì)能如何變化？減小的能去哪里了？增加的能又從哪來(lái)？能量是否能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式呢？點(diǎn)擊圖片播放視頻合作探究探究點(diǎn)一機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化蕩秋千時(shí)閉上眼睛，那種時(shí)高時(shí)低的感覺(jué)如同在飛，你知道在蕩秋千的過(guò)程中小孩具有哪些能量嗎？這些能量是怎樣變化的呢？提出問(wèn)題如圖所示是小剛在玩彈弓的情境，小剛用形變的橡皮條將“子彈”彈射出去的過(guò)程中，具有哪些能量？這些能量是怎樣變化的？

從以上的兩個(gè)實(shí)例中，你能夠發(fā)現(xiàn)能量的變化有什么規(guī)律？

根據(jù)上節(jié)所學(xué)的知識(shí)，回答上面兩個(gè)情境中的物體所具有的能量，并分析出每一個(gè)階段中能量的變化情況和能量變化的規(guī)律。交流討論A→B過(guò)程中具有的能量是勢(shì)能和動(dòng)能，其中能量的變化是重力勢(shì)能減小，動(dòng)能增大；B→C過(guò)程中具有的能量是動(dòng)能和勢(shì)能，其中能量的變化是重力勢(shì)能增大，動(dòng)能減小。ABC

把蕩秋千的過(guò)程轉(zhuǎn)化為如圖所示的圖片:橡皮條將“子彈”射出的過(guò)程中，橡皮條具有彈性勢(shì)能，“子彈”具有動(dòng)能，橡皮條的彈性勢(shì)能減小，“子彈”的動(dòng)能增大。

在某一階段能量的變化中，一種能量在減小的同時(shí)，另一種能量在增大。動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化做中學(xué)如圖所示，將偏離了一定角度的擺球由靜止釋放，觀察擺球速度隨高度的變化情況，你可得出什么結(jié)論？點(diǎn)擊播放視頻歸納總結(jié)

物體的動(dòng)能和勢(shì)能是可以相互轉(zhuǎn)化的。

如果只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，則機(jī)械能的總和不變，即機(jī)械能是守恒的。機(jī)械能=動(dòng)能+勢(shì)能勢(shì)能動(dòng)能+保持不變你迷實(shí)驗(yàn)室小制作——拋擲裝置材料：橡皮筋、薄木板、瓶蓋。參照左圖，制作一個(gè)拋擲小球的裝置。把橡皮筋拉得緊一點(diǎn)，手指松開后，看看球會(huì)不會(huì)被拋得更遠(yuǎn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，請(qǐng)注意安全。你能用所學(xué)的知識(shí)解釋這一現(xiàn)象嗎？物體的動(dòng)能與勢(shì)能是可以相互轉(zhuǎn)化的，橡皮筋的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為了小球的動(dòng)能，小球被拋出。橡皮筋被拉得越緊，它具有的彈性勢(shì)能越大，松手后轉(zhuǎn)化成小球的動(dòng)能就越大。而小球的質(zhì)量一定，因此小球被拋出時(shí)的速度就越大，會(huì)被拋得更遠(yuǎn)。杜絕高空拋物倡導(dǎo)文明生活知識(shí)延伸動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化的應(yīng)用：

城市鐵路車站的設(shè)計(jì)方案如圖所示，進(jìn)站的軌道都與站臺(tái)構(gòu)成一個(gè)緩坡，就是利用了動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。這樣設(shè)計(jì)的好處是什么？

如圖所示，我們看雜技演員從高處跳下落在蹦床上，又被彈起的過(guò)程中是利用了動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。

如圖表示撐竿跳高運(yùn)動(dòng)的幾個(gè)階段：助跑、撐竿起跳、越橫桿。在這幾個(gè)階段中也是利用了能量的轉(zhuǎn)化。過(guò)山車中的物理知識(shí)乘坐過(guò)山車是一項(xiàng)富有刺激性的娛樂(lè)活動(dòng)。那種風(fēng)馳電掣、有驚無(wú)險(xiǎn)的快感令不少人著迷。如果你對(duì)物理學(xué)感興趣，那么在乘坐過(guò)山車的過(guò)程中不僅能夠體驗(yàn)到冒險(xiǎn)的快感，還有助于理解力學(xué)定律。實(shí)際上，過(guò)山車的運(yùn)動(dòng)包含了許多物理學(xué)原理，人們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)山車時(shí)巧妙地運(yùn)用了這些原理。如果能親身體驗(yàn)一下由能量守恒、加速度和力交織在一起產(chǎn)生的效果，那感覺(jué)真是妙不可言。這次同物理學(xué)打交道不用動(dòng)腦子，只要收緊你的腹肌，保護(hù)好腸胃就行了，當(dāng)然，如果你受身體條件和心理承受能力的限制，無(wú)法親身體驗(yàn)過(guò)山車帶來(lái)的種種感受，你不妨站在一旁仔細(xì)觀察過(guò)山車的運(yùn)動(dòng)和乘坐者的反應(yīng)。材料拓展在剛剛開始時(shí)，過(guò)山車的小列車是靠一個(gè)機(jī)械裝置的推力推上最高點(diǎn)的，但在第一次下行后，就再也沒(méi)有任何裝置為它提供動(dòng)力了。事實(shí)上，從這時(shí)起，帶動(dòng)它沿著軌道行駛的唯一的“發(fā)動(dòng)機(jī)”將是重力勢(shì)能，即由重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、又由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，這樣一種不斷轉(zhuǎn)化的過(guò)程構(gòu)成的。第一種能，即重力勢(shì)能是物體因其所處位置而自身?yè)碛械哪芰?，是由于它的高度和地球的引力相互作用而產(chǎn)生的。對(duì)過(guò)山車來(lái)說(shuō)，它的重力勢(shì)能在處于最高點(diǎn)時(shí)達(dá)到了最大值，也就是當(dāng)它爬升到“山丘”的頂峰時(shí)最大。當(dāng)過(guò)山車開始下降時(shí)，它的重力勢(shì)能就不斷地減少（因?yàn)楦叨认陆盗耍芰坎粫?huì)消失，而是轉(zhuǎn)化成了動(dòng)能，也就是運(yùn)動(dòng)的能量。不過(guò)，在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，由于過(guò)山車的車輪與軌道的摩擦而產(chǎn)生了熱量，從而損耗了少量的機(jī)械能（動(dòng)能和重力勢(shì)能）。這就是為什么要設(shè)計(jì)成隨后的小山丘比開始時(shí)的小山丘要低的原因：過(guò)山車已經(jīng)沒(méi)有上升到像前一個(gè)小山丘那樣的高度所需要的機(jī)械能了。過(guò)山車最后一節(jié)小車廂是過(guò)山車贈(zèng)送給勇敢的乘客最為刺激的禮物。事實(shí)上，下降的感受在過(guò)山車的尾部車廂最為強(qiáng)烈。因?yàn)樽詈笠还?jié)車廂通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)的速度比過(guò)山車頭部的車廂要大，這是由于重力作用于過(guò)山車中部的重心的緣故。這樣，乘坐在最后一節(jié)車廂的人就能快速地達(dá)到和跨越最高點(diǎn)，從而產(chǎn)生一種要被拋離的感覺(jué)，因?yàn)橹匦恼诩铀傧蛳?。尾部車廂的車輪是牢固地扣在軌道上的，否則在到達(dá)頂峰附近時(shí)，小車廂就可能脫軌甩出去。車頭部的車廂情況就不同了，它的重心在“身后”，在短時(shí)間內(nèi)，它雖然處在下降的狀態(tài)，但是它要“等待”重心越過(guò)高點(diǎn)被重力推動(dòng)。到達(dá)“瘋狂之圈”時(shí)，沿直線軌道行進(jìn)的過(guò)山車突然向上轉(zhuǎn)彎。這時(shí)，乘客就會(huì)有一種被擠壓到軌道上的感覺(jué)，因?yàn)檫@時(shí)產(chǎn)生了一種表觀的離心力。事實(shí)上，在環(huán)形軌道上由于鐵軌與過(guò)山車相互作用產(chǎn)生了一種向心力。這種環(huán)形軌道是略帶橢圓形的，目的是“平衡”引力的制動(dòng)效應(yīng)。當(dāng)過(guò)山車達(dá)到圓形軌道的最高點(diǎn)時(shí)，事實(shí)上它會(huì)慢下來(lái)，但如果彎曲的程度較小，這種現(xiàn)象會(huì)減弱。一旦過(guò)山車走完了它的行程，機(jī)械制動(dòng)裝置就會(huì)非常安全地使過(guò)山車停下來(lái)。減速的快慢是由氣缸來(lái)控制的。合作探究探究點(diǎn)二機(jī)械能的應(yīng)用水能和風(fēng)能是自然界中豐富的機(jī)械能資源。水能水的流動(dòng)風(fēng)能空氣的流動(dòng)古人很早就開始利用水能，通過(guò)水流沖擊水輪轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)汲水、磨粉、碾壓谷物等。點(diǎn)擊圖片播放視頻1.水能的利用古代對(duì)水能的利用水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，通過(guò)水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，可以將水的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，再通過(guò)輸電線送到用電地區(qū)。水力發(fā)電2.風(fēng)能的利用風(fēng)把風(fēng)箏吹到天空，對(duì)風(fēng)箏做了功風(fēng)使小風(fēng)車飛轉(zhuǎn)，對(duì)風(fēng)車做了功風(fēng)具有機(jī)械能。點(diǎn)擊圖片播放視頻我國(guó)早在2000多年前就開始利用風(fēng)來(lái)驅(qū)動(dòng)帆船航行。古代對(duì)風(fēng)能的利用風(fēng)力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化：風(fēng)能→風(fēng)車葉片的動(dòng)能→電能點(diǎn)擊圖片播放視頻：風(fēng)力發(fā)電原理風(fēng)力發(fā)電

水力發(fā)電機(jī)工作時(shí)是將水的勢(shì)能（或機(jī)械能）轉(zhuǎn)化為電能；風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作時(shí)是將空氣的動(dòng)能（或機(jī)械能）轉(zhuǎn)化為電能。目前節(jié)約能源、開發(fā)新能源是人類面臨的重大課題，而風(fēng)能和水能是自然界中最常見(jiàn)的環(huán)保能源。這兩種能源都有著廣闊的發(fā)展前景。歸納總結(jié)水力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電課堂小結(jié)機(jī)械能轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用機(jī)械能動(dòng)能機(jī)械能的應(yīng)用重力勢(shì)能彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化水力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電隨堂檢測(cè)1.跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中勻速下落的過(guò)程中，其動(dòng)能、勢(shì)能、機(jī)械能是否變化？請(qǐng)具體說(shuō)明。跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中勻速下落的過(guò)程中，質(zhì)量不變，速度不變，因而動(dòng)能不變；高度降低，所以重力勢(shì)能減?。粰C(jī)械能等于動(dòng)能與勢(shì)能之和，因此機(jī)械能減小。2.三峽水庫(kù)修建大壩提高水位差是為了增加水的________能。高處的水奔流而下時(shí)_____能轉(zhuǎn)化為________能。重力勢(shì)重力勢(shì)動(dòng)3.據(jù)報(bào)道，一個(gè)雞蛋從十幾層樓落下可能傷及行人，從二十幾層樓落下會(huì)危及行人的生命。由此可知，重力勢(shì)能與__________________有關(guān)，在雞蛋的下落過(guò)程中，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為________。物體所處的高度動(dòng)能4.興趣小組研討火車站進(jìn)站段鐵路工程的設(shè)計(jì)。小明提交了圖(a)所示的設(shè)計(jì)方案示意圖，小蘭提交了圖(b)所示的設(shè)計(jì)方案示意圖。從節(jié)能角度考慮，你選擇哪個(gè)設(shè)計(jì)方案？為什么？選擇小蘭提交的設(shè)計(jì)方案。理由：根據(jù)動(dòng)能與重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化可知，小明提交的設(shè)計(jì)方案中，火車進(jìn)站時(shí)下坡，這一過(guò)程中有一部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為車的動(dòng)能，會(huì)使車速提高，難以剎車，所以該方案不合理。小蘭提交的設(shè)計(jì)方案中，火車進(jìn)站時(shí)上坡，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，車速減小，既便于剎車，出站時(shí)還可以將儲(chǔ)存的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，節(jié)省能源，所以該方案合理。5.怎樣向地板拋乒乓球，才能使它彈跳到高于原來(lái)拋球的位置？說(shuō)明選擇這種拋法的理由。用力向下拋乒乓球，使球拋出時(shí)具有一定的動(dòng)能。理由：忽略空氣阻力，根據(jù)機(jī)械能守恒，乒乓球彈跳到原來(lái)拋出的位置時(shí)仍有一定的動(dòng)能，還能繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能等于乒乓球拋出時(shí)的重力勢(shì)能和動(dòng)能之和，因此這樣做能使乒乓球彈跳到高于原來(lái)拋球的位置。6.你蕩過(guò)秋千嗎？請(qǐng)定性分析蕩秋千過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能是如何轉(zhuǎn)化的。在蕩秋千時(shí)，從高處蕩向低處的過(guò)程中，高度降低，重力勢(shì)能減小，速度增大，動(dòng)能增大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；從低處蕩向高處的過(guò)程中，高度升高，重力勢(shì)能增大，速度減小，動(dòng)能減小，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。7.*在玩蹦蹦桿時(shí)，小明依靠自身的重力擠壓蹦蹦桿下端的彈簧。當(dāng)他躍起時(shí)，彈性勢(shì)能被釋放出來(lái)，幫助小明向上跳躍。請(qǐng)分析此過(guò)程中機(jī)械能是