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1、九年级新课：机械能的概念及动能和势能转化 二. 重点、难点：理解动能和势能的相互转化。（1）知道动能和重力势能、弹性势能可以相互转化并能举例说明。 （2）能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能在内的转化的简单物理现 象。（3）常识性了解水能和风能的利用及其对我国社会主义建设的意义。三. 知识点分析：1. 怎样理解“机械能”这个概念？动能和势能统称为机械能，机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。一个物体具有机械能时，可以表现为只有动能，没有势能。例如，在水平 地面上运动的物体，它的动能为 200J，势能为零，这个物体的机械能为 200J+0，等于 200J。一个物体具有机械能时，也可以表现为只
2、有势能，没有动能。例如，被举 在空中静止的杠铃，它的动能为零，重力势能为 6000J，那么这个杠铃具有的 机械能是 6000J+0，为 6000J。一个物体既有动能，又有势能，它的机械能等于它的动能与势能之和，比 如，在空中飞行的一颗子弹，它的动能是 5000J，势能是 150J，那么这颗子弹 的机械能是 5150J。一切物体可以既具有动能又具有势能，也可以只具有动能或只具有势能。 机械能大小的决定因素：质量、速度、高度、形变量。2. 怎样分析物体动能和势能的变化？物体的动能是由它的质量和速度两个因素决定的。注意：注意：（1）一个物体的动能与其质量的大小，运动的速度的大小有关。分析问题 时不能
3、只考虑其中一个因素。（2）对于一个物体而言，当速度不变时，质量越大其动能越大；当质量不 变时，速度越大动能越大。改变物体的质量和速度都可以改变物体动能的大小。（3）若物体做的是匀速运动，则表示该物体的速度大小不变，若该物体的 质量又一定，则表明该物体的动能大小不变。对于同一个物体来说，可能通过它的速度是否改变来判定它的动能是否变 化。物体的速度不变，它的动能不变，物体的速度变大，它的动能增加；物体 的速度变小，它的动能减少。物体的速度是零，它的动能也是零。物体的重力势能是由它的质量和高度两个因素决定的，对于同一个物体来 说，可以通过它的高度是否改变来判定它的重力势能是否变化。高度不变，物 体的
4、重力势能不变，高度增大，它的重力势能变大；高度减小，它的重力势能 减小，初中阶段是以地面做为高度的计算起点，则地面上物体的重力势能为零。3. 动能和势能相互转化的问题（1）在动能和势能的相互转化过程中，机械能是否一定保持不变？在动能和势能的转化过程中，若不考虑转化过程中的能量损失，则机械能 的总量保持不变；在转化过程中若有能量损失（如克服阻力做功）或其他形式 能的补充，则机械能的总量将发生变化。在做滚摆的实验时，可以看到滚摆从高处旋转下降，越转越快，它的重力 势能转化成了动能；到达最低点后，滚摆转而上升，它越转越慢，滚摆的动能 又转化成重力势能。但滚摆不能回到原来的高度上，这表明滚摆的机械能减
5、小 了。这是因为滚摆与绳之间有摩擦，滚摆在运动中还受到了空气阻力，由于克 服阻力做功，使滚摆的一部分机械能转化成其它能（内能），它的机械能总量 就减小了，不再保持不变。（2）在分析物体的动能和势能的转化过程中，机械能是否守恒，应注意题 设条件。如一小孩从光滑的斜面上滑下，速度越来越快，到斜面底端时：动能 _，势能_，机械能总量_（选填“增大”、“减小”或“不 变”）。在这里“光滑”的标准即认为可以不考虑摩擦，因此在能量的转化中不考 虑摩擦及能量的损失，小孩在下滑时，减少的势能全部转化成小孩的动能，机 械能的总量不变。所以应是：动能增加，势能减少，机械能总量不变。又如，一小孩从斜面上匀速下滑，到
6、斜面底端时，动能_，势能 _，机械能总量_。由于小孩从斜面上“匀速”下滑，到底端时速度不变，因此动能不变，而 由于高度降低，势能减少，因而机械能的总量减少。在题目中虽没明确说明摩 擦的存在，但小孩从斜面上“匀速”下滑，就隐含了存在摩擦这个条件。因此， 在转化中必然有一部分机械能消耗在克服阻力做功上，而引起机械能总量的减 少。【典型例题典型例题】例 1 一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升，在整个过程中，乒乓球 机械能转化的情况是（ ）A. 势能动能势能B. 动能势能势能C. 动能势能动能势能动能D. 势能动能势能动能势能分析：分析：乒乓球在高处，由于被举高具有势能。在下落过程中，高度降低，
7、 速度增大，在撞击地面前，球的全部势能转化为动能。在撞击地板的一瞬间， 由于球发生形变，球的动能转化为球的弹性势能。球在恢复形变的过程中，弹 性势能又转化成动能，使球产生一个反方向的速度（如不考虑能的损失，则此 速度与球撞击地板前的速度大小相同），向上跳起。在上升的过程中，动能又 逐渐转化成势能，直至动能为零。从下落到反跳的全过程中，经历的能量变化 过程是：重力势能动能弹性势能动能重力势能。解答：解答：D。说明：说明：在解答同一物体的重力势能和动能之间的转化问题时，由于同一物 体质量一定，所以重力势能和动能的变化，主要表现在离地面的高度与速度的 大小变化。例 2 物体沿斜面匀速滑下时，它的（
8、）A. 动能增加，重力势能减少，机械能不变B. 动能不变，重力势能不变，机械能不变C. 动能不变，重力势能减少，机械能减少D. 动能增加，重力势能减少，机械能减少分析：分析：注意物体是“匀速滑下”，说明物体运动的速度不变，所以动能不 变。但随高度的降低，势能减少。因为机械能是动能与势能的统称，所以机械 能由于动能不变而势能减少，因而也减少了。解答：解答：C。说明：说明：对于一个物体（质量一定），它的动能是否变化就看它的速度是否 变；它的重力势能是否变化就看它的高度是否变。例 3 用一根不可伸长的细线，一端拴住一小球，另一端固定，如图所示。使小球偏离它静止时的位置 O 移至 B 点，然后释放，小
9、球就沿弧摆动，小 球从 BOC的过程中机械能发生怎样的转化？分析：分析：小球运动过程中，没有摩擦阻力，也没有外力对小球做功，只有动 能和重力势能之间的转化。把小球从 O 点移到 B 点，是小球被举高的过程，因 此小球在 B 点具有重力势能，但在 B 点速度为零，不具有动能。小球从 BO 运动时，高度逐渐减小，说明小球的重力势能逐渐减少；而 小球的运动速度逐渐增大，说明小球的动能逐渐增大。在这个过程中，小球的 重力势能转化成它的动能。小球从 OC 运动时，高度逐渐增加，说明小球的重力势能逐渐增加；而 小球的运动速度逐渐减小至零，说明小球的动能逐渐减少至零。在这个过程中， 小球的动能又转化成它的重
10、力势能了。解答：解答：BO 重力势能减小，动能增加；OC 重力势能增加，动能减小；CO 同 BO；OB 同 OC。例 4 竖直向上抛起的石块，上升过程中，它的速度越来越小（空气的作用不 计），这是为什么？分析：分析：可以从力的角度和能的角度去考虑。解答：解答：从力的角度分析，在石块向上的过程中，石块受到的重力跟它的运 动方向相反，因此使石块的速度越来越小。从能的角度分析，在石块上升的过程中，它的势能增加，而势能是石块的 动能转化来的，因此石块的动能减小，它的速度就会减小。【模拟试题模拟试题】一. 判断题1. 向上抛出的小球速度越来越小，因而动能越来越小。（ ）2. 一块大石头与一块小石头都被高
11、举以后，大石头的势能一定比小石头势能 大。（ ）3. 一个人乘在电梯里，当电梯匀速上升时，人的势能增加了，动能减少了。 （ ）4. 小孩在荡秋千的过程中，一定是动能转化为势能。（ ）5. 悬挂在天花板上的吊灯处于静止状态，没有做功，所以也就没有能。 （ ）6. 因为机械能可以相互转化，所以有动能的物体就一定有势能。（ ）7. 被抛出的铅球在空中运动时，因为没有对其他物体做功，所以它没有能。 （ ）8. 一个人乘在飞机里，当飞机在匀速飞行时人的势能一定保持不变。（ ）9. 跳伞运动员在匀速下降过程中势能在减少，动能在增加。（ ）10. 所谓机械能就是机械所具有的能。（ ）二. 填空题1. 人造地
12、球卫星在近地点的速度比它在远地点的速度_，这是因为它在 近地点的重力势能比它在远地点的重力势能_。从近地点到远地点的过程 中，它的_能转化为_能。它在近地点的机械能_它在远地点 的机械能（填“大于”、“小于”或“等于”）。2. 弹簧门在推开后，能自动关闭，这是由于被推开后，弹簧被卷紧变形，具 有_能，放手后，这个能转化为门的_能，使门被关上。3. 物体在自由下落的过程中，物体的_减少，物体的_增加。4. 如图 1 所示，摆球运动到最高点 A 点时，势能最_，动能为 _；摆球从 A 点运动到 B 点的过程中，是_转化为_；在 B 点 时势能为_，摆球的速度最_；当摆球运动到 C 点时，此时势能为
13、 _，动能为_。5. 重锤从高处落下将桩打入土中，重锤在高处时具有_能，落下后转化 为_能，在这个过程中_能不变。6. 如图 2 所示，让摆在最高点 A 点时，势能最_，动能为_；从 A 滚动到 B 点时，是_转化为_，此时既有_又有_；从 B 点滚动到最低点 C 点时，势能最_，动能最_。图 2 7. 在空气中匀速下落的降落伞，它的动能_，重力势能_，机械 能_（填“增大”、“减小”、“不变”）8. 小孩在打秋千时，别人把他推高一下后，他就来回悠荡，秋千由高处荡回 再向另一侧升高的过程中，是由_能转化为_能，再由_能转 化为_能的过程。三. 选择题1. 如图 3 所示，同一木块沿 AB，AC
14、，AD 三个光滑的斜面（高度相等）滑 下的过程中，重力势能都转化成动能，滑至底端时，动能较大的是（ ）A. 沿 AB 滑下的木块B. 沿 AC 滑下的木块C. 沿 AD 滑下的木块D. 它们的动能一样大图 32. 风力发电是（ ）A. 将风变成电B. 将风的势能转变为电能C. 将风的动能转变为电能D. 将风的动能转变为势能3. 下列各个过程中，属于动能转化为势能的是（ ）A. 钟表的发条使指针转动B. 冰雹从空中落下C. 篮球从地上弹起后上升过程D. 大型塔式起重机将货物匀速吊起4. 如图 4 所示，A、B、C 是三个高度相同而倾角不同的光滑斜面，让质量相 同的小球沿斜面从顶端运动到底端，比较
15、小球滚到底端时速度大（ ） 图 4A. 在 A 的速度最大B. 在 C 点的速度最大C. 在 A、B、C 三点速度相同D. 无法判断5. 如图 5 所示，小球从离地 h 的高度沿着光滑的轨道滑下，使小球滑到光滑 的离心轨道顶端 A 而不下落，此时（ ）图 5A. 小球既有势能，又有动能B. 小球只有势能，没有动能C. 小球只有动能，没有势能D. 以上说法都不正确6. 一个人乘在电梯里，当电梯匀速上升时，人的（ ）A. 势能增加，动能减少 B. 势能减少，动能不变C. 势能增加，动能增加 D. 势能增加，动能不变7. 如图 6 所示，让一个小球分别沿着光滑的斜面 BA 或 BC 滚下，比较小球 滚到 A 处与 C 处的速度大小是（ ）图 6A. 小球在 A 点的速度大于在 C 点的速度B. 小球在 A 点的速度等于在 C 点的速度C. 小球在 A 点的速度小于在 C 点的速度D. 无法判定8. 把玩具汽车的发条旋紧后，它能在桌面上水平前进。这是因为（ ）A. 发条的动能转化为小车的动能B. 发条的弹性势能转化为小车的动能C. 由于能量守恒，所以小车会一直运动下
