精选 高效课时通机械能及其转化.docx

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精选高效课时通机械能及其转化

机械能及其转化

适用学科

初中物理

适用年级

初中二年级

适用区域

人教版

课时时长（分钟）

60

知识点

动能、势能的相互转化；能量.

教学目标

一、知识与技能

1、知道机械能包括动能和势能。

能用实例理解动能和势能的相互转化。

2、能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单现象。

3、初步了解机械能守恒的含义。

二、过程与方法

通过观察和实验，认识动能和势能的转化过程。

三、情感、态度与价值观

1、关心机械能与人们生活的联系，有将机械能应用于生活的意识。

2、培养学生具有爱国意识。

教学重点

理解动能和势能的相互转化。

教学难点

动能和势能的转化过程。

教学过程

一、复习预习

1.机械能。

2.机械能守恒。

3.机械能及其转化。

二、知识讲解

课程引入：

过山车在运动的过程中，动能和势能会发生什么变化？

考点/易错点1

动能和势能的相互转化（重点；掌握）

1、现象探究：

动能和势能的转化

探究归纳：

动能、势能在一定条件下可以相互转化。

转化过程就是一种形式的能量转变为另一种形式的能量的过程。

2、动能与势能转化问题的分析

（1）动能与重力势能之间的转化：

动能转化为重力势能的标志是速度减小，所处的高度增加；重力势能转化为动能的标志是所处的高度减小，速度增大。

如：

滚摆在运动过程中，滚摆上升时，动能转化为重力势能；过山车在运动过程中，它的重力势能在处于最高点时达到了最大值，当过山车开始下降时，它的重力势能就不断减小，减少的重力势能转化成了动能，在过山车再一次沿轨道向高处运动的过程中，动能又转化为重力势能。

（2）动能与弹性势能之间的转化：

动能转化为弹性势能的标志是速度减小，形变增大；弹性势能转化为动能的标志是速度增大，形变减小。

动能和弹性势能相互转化可以发生在同一个物体上，也可以发生在不同物体之间，如：

拉弯的弓具有弹性势能，当把箭射出时，弓的弹性势能就转化为箭的动能，弓拉得越弯，转化成箭的动能就越大，箭射出的距离就越远。

知识拓展

各种形式的能量都可以相互转化。

如电能可以转化为光能和内能；太阳能可以转化为电能等。

动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式。

能量转化过程中一种能量减少，另一种能量就增加。

考点/易错点2

机械能及其守恒（重点；理解）

1、机械能

（1）机械能：

动能和势能统称为机械能。

机械能是一种常见的能量形式，如空中飞行的小鸟，由于小鸟飞行具有一定的速度，所以小鸟具有一定的动能，又由于小鸟距地面有一定的高度，所以小鸟具有一定的重力势能，我们就说小鸟具有一定的机械能。

（2）动能

机械能弹性势能

势能

重力势能

难点聚焦

一个物体可以同时具有动能和势能（包括重力势能和弹性势能），把物体的动能和势能相加，就是物体的机械能。

当一个物体只有动能或只有势能时，也可以称物体具有机械能，此时机械能的大小就是该物体的动能或势能。

2、机械能守恒与机械能不守恒

（1）机械能守恒：

如果在动能和势能的相互转化过程中，只有动能和势能之间的转化，机械能的总和不变，即机械能是守恒的。

“只有动能和势能之间的转化”意思是：

动能的增减量=势能的减增量。

（2）机械能不守恒：

在动能和势能相互转化的过程中，由于存在空气阻力或地面的摩擦力等，使一部分机械能转化为其他形式的能量，物体的机械能总量减小。

此时机械能是不守恒的。

如落地的篮球越跳越低，最后静止在地面上。

（3）判断机械能是否变化的方法

无外力情况下的机械能变化

有外力情况下的机械能变化，根据“机械能=动能+势能”判断。

若质量和速度不变，高度增加，则动能不变，重力势能增大，机械能增大。

例如：

一辆汽车匀速驶上斜坡，在这个过程中，汽车的质量和速度都不变，动能不变，但高度增加，重力势能增大，汽车的机械能总量增大。

考点/易错点3

水能（了解）

早在1900多年前，我们的祖先就制造了木制的水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。

如图所示的就是古老的水磨。

自然界中的瀑布、湍流、急速的河水和海浪都具有能量，如潮汐涨落

的海水，日夜奔流的江河都可以用来为人类服务，提高生活水平。

1、水流动时具有机械能，称之为水能。

2、水能发电是指利用水轮发电机，将水的机械能转化为电能，再用输电

线送到全国各地。

3、建立水力发电站时，要用拦河坝将水蓄积起来，既增大了水的质量，

又提高了水所处的高度，因而增大了水的机械能。

考点/易错点4

风能（了解）

风是流动的空气。

风能把风筝吹到天空，说明有力作用在风筝上，风筝在力的方向上移动了很远的距离，也就是风对风筝做了功；风还能使你做的小风车飞转，说明有力作用在小风车的轮子上，小风车的轮子在力的方向上移动了距离，即风对小风车做了功，所以风具有机械能。

著名的荷兰风车，是以风作为动力，方便了广大劳动人民的生产和生活。

在我国的新疆也建立了一座风力发电站，风吹动风车转动，可带动发电机或其他机器工作。

1、风是流动的空气，所以风具有机械能，称之为风能。

2、风能利用较简单，而且不会污染环境，但是风能不稳定，也不便于存储。

3、利用风力可以发电。

三、例题精析

【例题1】

【题干】如图所示，电动小车沿斜面从A匀速运动到B，则在这个过程中小车（）

A．动能减少，重力势能增加，总机械能不变

B．动能增加，重力势能减少，总机械能不变

C．动能不变，重力势能增加，总机械能不变

D．动能不变，重力势能增加，总机械能增加

【答案】D

【解析】因为电动小车的质量是一定的，而且是沿斜面匀速运动，说明电动小车的速度不变，所以电动小车的动能不变。

又因为电动小车沿斜面向上运动的过程中高度不断增加，所以它的重力势能不断增大，因此小车的机械能增大。

方法点拨：

解决此类问题必须克服“物体向上运动速度一定变小，向下运动速度一定变大”、“物体重力势能增大则动能一定减小，重力势能减小则动能一定增大”的错误思维，应根据具体的物理情境进行分析，挖掘已知条件和隐含条件，找出其联系，从而得出正确答案。

【例题2】

【题干】如图是位于水平桌面上的玩具“不倒翁”摆动过程的示意图，O点是“不倒翁”的重心。

将“不倒翁”扳到位置1后释放，“不倒翁”向右摆动，经过竖直位置2，到达另一侧最大摆角的位置3。

请分析说明“不倒翁”由位置1经2到3的摆动过程中能量是如何转化的。

【答案】见解析

【解析】在位置1，“不倒翁”有一定的重力势能，动能为零。

在由1到2摆动的过程中，重心降低，重力势能减小，重力势能转化为动能，动能增大。

在位置2，重力势能最小，动能最大。

在由2到3摆动过程中，重心升高，重力势能增大，动能转化为重力势能，动能减小。

在位置3，重力势能最大，动能为零。

方法点拨：

对于能量的转化这类题，我们要注意分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，因为总是减少的这种能量转化为增加的那种能量。

【例题3】

【题干】如图所示，小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和重力势能互相转化。

则（）

A．小球在A处的动能等于在D处的动能 

B．小球在A处的动能大于在D处的动能 

C．小球在B处的机械能小于在C处的机械能

D．小球在B处的机械能等于在C处的机械能

【答案】D

【解析】忽略空气阻力和摩擦力，则小球运动过程仅有动能和重力势能的相互转化，所以可以通过比较小球所处的高度来分析重力势能和动能的大小。

小球在A处所处的高度最高，重力势能最大，动能最小；小球在B处所处的高度最低，重力势能最小，但动能最大。

另外，小球在运动的过程中没有能量损耗，故其机械能是不变的。

方法点拨：

对于动能和势能的相互转化问题，物体在势能最大的时候动能最小，物体动能最大的时候势能最小。

如果忽略空气阻力和摩擦力，就没有能量的损耗，其动能和势能的总和是守恒的。

【例题4】

【题干】（多选）如图所示的情景是一种游戏，叫做蹦极。

游戏者将一根有弹性的绳子一端系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下。

图中a电势弹性绳自然下垂时绳下端的位置，c点是游戏者所达到的最低点。

对于游戏者离开跳台至最低点的过程，下列说法正确的是（）

A．游戏者的动能一直在增加 

B．游戏者减少的重力势能全部转化为动能

C．绳子末端通过a电之后，绳子具有弹性势能

D．游戏者到达c点时，他的动能为零

【答案】CD

【解析】物体的动能跟物体的质量和速度有关，物体发生弹性形变时，具有弹性势能。

本题中，游戏者下落至a点之前，重力势能转化为动能，但绳子没有发生弹性形变，没有弹性势能；绳子末端通过a点后，绳子发生弹性形变，具有弹性势能；到达c点时，速度为零，动能为零。

方法点拨：

分析动能和势能转化过程的一般步骤是：

明确研究对象和要研究的过程；

明确物体在初始状态、最终状态所具有的动能和势能；

物体在运动过程中，如果不考虑摩擦力，则动能与势能的总和不变，如果考虑摩擦力，则机械能减少。

【例题5】

【题干】将一支有弹力后盖的圆珠笔按在桌面上，松开手会发现圆珠笔将竖直向上。

下列是圆珠笔从松手到上升至最高点的过程中有关能量转化的分析，正确的是（）

A．动能——重力势能——弹性势能

B．内能——动能——重力势能

C．弹性势能——动能——重力势能

D．动能——重力势能——内能

【答案】C

【解析】压缩后盖时，弹簧发生弹性形变具有弹性势能，松手后，弹性势能转化为动能，在上升过程中再转化为重力势能，故正确选项为C。

【例题6】

【题干】如图所示，a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线（不计空气阻力），其中________是动能——高度关系图线，小石块达到的最大高度为________m，小石块在最高点时的机械能为________J。

【答案】a42

【解析】因为石块上升时，速度减小，因此动能减小，动能随高度变化的图线与图线a一致。

石块最高上升4m，这时动能为0J，重力势能为2J。

方法点拨：

关键有两点：

一是注意根据图象信息确定最大势能；二是若“不及空气阻力”，则物体的机械能守恒。

四、课程小结

（一）动能和势能的相互转化（重点；掌握）

1、动能、势能在一定条件下可以相互转化。

转化过程就是一种形式的能量转变为另一种形式的能量的过程。

2、动能与势能转化问题的分析

（1）动能与重力势能之间的转化

（2）动能与弹性势能之间的转化

（二）机械能及其守恒（重点；理解）

1、机械能

（1）机械能：

动能和势能统称为机械能

（2）动能

机械能弹性势能

势能

重力势能

2、机械能守恒与机械能不守恒

（1）机械能守恒：

如果在动能和势能的相互转化过程中，只有动能和势能之间的转化，机械能的总和不变，即机械能是守恒的。

“只有动能和势能之间的转化”意思是：

动能的增减量=势能的减增量。

（2）机械能不守恒：

在动能和势能相互转化的过程中，由于存在空气阻力或地面的摩擦力等，使一部分机械能转化为其他形式的能量，物体的机械能总量减小。

此时机械能是不守恒的。

如落地的篮球越跳越低，最后静止在地面上。

（3）判断机械能是否变化的方法

无外力情况下的机械能变化

有外力情况下的机械能变化，根据“机械能=动能+势能”判断。

若质量和速度不变，高度增加，则动能不变，重力势能增大，机械能增大。

例如：

一辆汽车匀速驶上斜坡，在这个过程中，汽车的质量和速度都不变，动能不变，但高度增加，重力势能增大，汽车的机械能总量增大。

（三）水能

1、水流动时具有机械能，称之为水能。

2、水能发电是指利用水轮发电机，将水的机械能转化为电能，再用输电

线送到全国各地。

3、建立水力发电站时，要用拦河坝将水蓄积起来，既增大了水的质量，

又提高了水所处的高度，因而增大了水的机械能。

（四）风能

1、风是流动的空气，所以风具有机械能，称之为风能。

2、风能利用较简单，而且不会污染环境，但是风能不稳定，也不便于存储。

3、利用风力可以发电。