第十一章

功和機(jī)械能第四節(jié)

機(jī)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(jī)械能2.理解機(jī)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(jī)械能及其轉(zhuǎn)化素養(yǎng)目標(biāo)科學(xué)探究通過觀察和實(shí)驗(yàn)，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(jī)械能的轉(zhuǎn)化與守恒解決實(shí)際問題，提高運(yùn)用機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒觀點(diǎn)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(jī)械能及其轉(zhuǎn)化（一）機(jī)械能機(jī)械能動能勢能重力勢能彈性勢能1.動能、勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。2.物體具有機(jī)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(yùn)動，滾擺的運(yùn)動過程中動能與勢能是如何變化的。運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)動速度和高度的變化情況運(yùn)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(shí)驗(yàn)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(shí)際實(shí)驗(yàn)時，因?yàn)槟Σ良翱諝庾枇Φ拇嬖冢∏蚝蜐L擺并不能完全回到初始的位置。機(jī)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(jī)械能的總和不變，或者說機(jī)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(jī)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(jī)，發(fā)電機(jī)裝在水輪機(jī)上面，它們的軸連接在一起，水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)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(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能.立軸式大風(fēng)車，是中國古代一項(xiàng)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(jī)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(jī)，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(jī)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(yùn)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(yùn)行的穩(wěn)定性，為實(shí)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(jī)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(jī)給農(nóng)田施肥方便快捷又節(jié)省勞動力。若無人機(jī)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(jī)械能減小B.動能減小，重力勢能增大，機(jī)械能不變C.動能減小，重力勢能減小，機(jī)械能不變D.動能不變，重力勢能不變，機(jī)械能不變A經(jīng)典例題答案：A解析：若無人機(jī)在施肥的過程中水平勻速飛行，高度不變，速度不變，無人機(jī)的質(zhì)量減小，無人機(jī)的動能減小，重力勢能減小；無人機(jī)沒有發(fā)生彈性形變，不具有彈性勢能，所以機(jī)械能=動能+重力勢能，機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械能及其轉(zhuǎn)化機(jī)械能動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化機(jī)械能守恒：如果只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)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(yùn)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(jī)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(jiān)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(yùn)動的情景。在滾擺向上減速運(yùn)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(yùn)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(jī)將建材勻速直線放下，經(jīng)過A、B兩點(diǎn)，下列說法正確的是()A.建材在A、B兩點(diǎn)的動能相等

B.建材在A、B兩點(diǎn)的機(jī)械能相等C.建材在A、B兩點(diǎn)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(diǎn)的動能相等，故A正確；BC.建材在A、B兩點(diǎn)的動能相等，而A點(diǎn)比B點(diǎn)位置高，質(zhì)量不變，所以建材在A點(diǎn)比B點(diǎn)的重力勢能大，建材的動能與勢能的總和等于機(jī)械能，所以建材在A的機(jī)械能大于B點(diǎn)的機(jī)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(yùn)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(diǎn)自由下落，與水平床面接觸點(diǎn)為B，能到達(dá)的最低點(diǎn)為C點(diǎn)。下列說法正確的是(

)A.A點(diǎn)到B點(diǎn)過程中，運(yùn)動員動能轉(zhuǎn)化為蹦床的彈性勢能B.在B點(diǎn)時，運(yùn)動員的重力勢能最小C.在C點(diǎn)時，蹦床的彈性勢能最大D.B點(diǎn)到C點(diǎn)過程中，運(yùn)動員動能逐漸變小C4.答案：C解析：A.A點(diǎn)到B點(diǎn)過程中，運(yùn)動員質(zhì)量不變，高度減小，重力勢能減小；運(yùn)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(diǎn)時，運(yùn)動員重力大于彈力，還會繼續(xù)向下運(yùn)動，運(yùn)動員重力勢能不是最小，故B錯誤；