資源簡介

(共63張PPT)
人教八下物理同步精品課件
人教版八年級下冊
第十一章 功和機械能
第4節 機械能及其轉化
2022春人教版八年級（下）物理同步精品課件
人民教育出版社
滿載游客的過山車，在機械的帶動下向著軌道的最高端攀行……忽然，它像一匹脫韁的野馬，從軌道的最高端飛駛而下!它又如一條蛟龍，時而上下翻騰，時而左搖右擺，時而駛上高高聳立著的大回環的頂端……
你知道過山車的速度為什么有那么多的變化嗎 你知道過山車為什么能夠到達大回環的最高處嗎
第十一章 功和機械能
八年級物理下冊
第4節 機械能及其轉化
機械能
及其轉化
01
水能和風能的利用
02
學習內容導覽
第4節 機械能及其轉化
學習目標
Learning objectives
知道動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能。
01
能通過實驗或實例，認識物體的動能和勢能可以相互轉化，能解釋與機械能轉化有關的現象。
02
通過實例認識能量可以從一個物體轉移到另一個物體，不同形式的能量可以相互轉化。通過水能和風能的利用知道人類如何利用機械能的轉化與守恒解決實際問題。
03
復 習
動能：物體由于運動而具有的能。
動能、勢能
重力勢能：物體由于被舉高而具有的能量。
彈性勢能：物體由于彈性形變而具有的能量。
導入新課
你會害怕嗎？
用繩子把一個鐵鎖懸掛起來，把鐵鎖拉動自己的鼻子附近，穩定后松手，頭不要動。鐵鎖向前擺去又擺回來。鐵鎖擺回時會碰到你的鼻子嗎？
在這個實驗里，鐵鎖的動能和勢能是怎樣發生轉化的呢？在轉化過程中，機械能的總量有什么變化嗎？
導入新課
第4節 機械能及其轉化
觀看視頻并思考：
圖中的過山車具有什么能？過山車為什么能夠不斷地翻滾？動能和勢能發生變化嗎？
機械能
及其轉化
目 錄
Contents
水能和風能
的利用
課堂總結
課堂練習
動手動腦學物理
機械能
及其轉化
1. 機械能
一、機械能及其轉化
①動能、重力勢能和彈性勢能統稱為機械能。
高空飛行中的飛機具有什么能量？
飛行中的飛機
機械能
動能
勢能
重力勢能
彈性勢能
飛行中的飛機因為它在運動而具有動能，又因為它處于高空而具有重力勢能，一個物體可以既有動能，又有勢能， 把這兩種能量加在一起，就是它的機械能。
2. 動能和勢能的轉化
①分析籃球下落、上升過程中動能和勢能的轉化
下落
籃球下落時：
高度減小，速度增大，重力勢能減小，動能增大，重力勢能轉化為動能。
籃球上升時：
速度減小，高度增大，動能減小，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能。
上升
一、機械能及其轉化
從高處落下
②蹦床運動員在蹦床過程動能和勢能的轉化
蹦床運動員從高處落下，在與蹦床面將要接觸時，具有動能，與蹦床面接觸后，床面發生彈性形變，運動員的動能轉化成蹦床的彈性勢能。
動能 蹦床的彈性勢能
上升
蹦床的彈性勢能 動能
2. 動能和勢能的轉化
一、機械能及其轉化
蹦床在發生彈性形變時，蹦床的彈性勢能轉化為運動員的動能，運動員被彈起，從而上升。
③滾擺運動過程中動能和勢能的轉化
從最高處釋放滾擺，分階段記錄滾擺的運動速度和高度的變化情況。
2. 動能和勢能的轉化
一、機械能及其轉化
高度 重力勢能 運動速度 動能
減小
減小
增大
增大
結論： 滾擺下降的過程中，重力勢能減小，動能增大，重力勢能轉化為動能。
最高點
下降
下降階段滾擺的運動速度和高度的變化情況。
2. 動能和勢能的轉化
一、機械能及其轉化
高度 重力勢能 運動速度 動能
增大
增大
減小
減小
結論： 滾擺上升的過程中，動能減小，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能。
上升階段滾擺的運動速度和高度的變化情況。
最低點
上升
視頻講解—
《觀察滾擺的運動》
④單擺運動過程中動能和勢能的轉化
h
A
B
C
擺球向下擺動（A→B）的過程中，擺球的運動速度和高度的變化情況。
2. 動能和勢能的轉化
一、機械能及其轉化
高度 重力勢能 運動速度 動能
減小
減小
增大
增大
擺球向下擺動（A→B）的過程中，擺球的重力勢能減小，動能增大，重力勢能轉化為動能。
h
A
B
C
擺球向下擺動（B→C）的過程中，擺球的運動速度和高度的變化情況。
2. 動能和勢能的轉化
一、機械能及其轉化
高度 重力勢能 運動速度 動能
增大
增大
減小
減小
視頻講解—
《單擺的動能和勢能的轉化》
擺球向上擺動（B→C）的過程中，擺球的動能減小，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能。
⑤歸納結論
動能和重力勢能可以相互轉化
動能和彈性勢能可以相互轉化
動能和勢能可以相互轉化
動能和勢能的相互轉化過程中，必定有動能和勢能各自變化，而且一定是此增彼減。
動能和勢能的相互轉化的條件：
動能的增減變化要以速度的變化來判斷；重力勢能的增減變化要以物體離地面高度的變化來判斷；彈性勢能的增減要根據形變大小的變化來判斷。
2. 動能和勢能的轉化
一、機械能及其轉化
人從滑梯下滑時，重力勢能轉化為動能。
拉開的弓把箭射出去的過程中，弓的彈性勢能轉化為箭的動能。
⑤動能和勢能相互轉化的實例
人從滑梯下滑
拉弓射箭
2. 動能和勢能的轉化
一、機械能及其轉化
①
③
②
動能 彈性勢能（跳桿） 重力勢能 動能
①
②
③
撐桿跳高
2. 動能和勢能的轉化
一、機械能及其轉化
動能、勢能的大小會變化，它們的和是否變化呢？物理學家經過大量的實驗研究與理論推導，得出了如下規律：
①機械能守恒
機械能守恒
如果只有動能和勢能相互轉化，盡管動能、勢能的大小會變化，但機械能的總和不變。或者說，機械能是守恒的。
3. 機械能守恒
一、機械能及其轉化
注意機械能守恒的條件：
只有動能和勢能的相互轉化，而沒有機械能與其他形式的能的相互轉化。【即忽略摩擦力造成的能量損失，所以機械能守恒也是一種理想化的物理模型】
在物理學中常常出現“光滑的表面”、“不計空氣阻力” 、“不計摩擦”等文字描述，表示沒有摩擦阻力，機械能是守恒的。
機械能守恒的情況
3. 機械能守恒
一、機械能及其轉化
②一些機械能不守恒的事例
人騎自行車爬坡
跳傘運動員勻速下落
升空的航天器
3. 機械能守恒
一、機械能及其轉化
用繩子把一個鐵鎖懸掛起來。把鐵鎖拿近自己的鼻子，穩定后松手，頭不要動。鐵鎖向前擺去又擺回來。鐵鎖擺回時會碰到你的鼻子嗎？
鐵鎖下降的過程是重力勢能轉化為動能，上升的過程是動能轉化為重力勢能。在上升和下降的過程中，鐵鎖和空氣之間存在摩擦，克服摩擦做功，一部分機械能轉化為內能，機械能不守恒（減小），也就是重力勢能的最大值越來越小，所以擺動的高度會越來越低，不會達到鼻尖的。
①本節開始提出的問題：
4. 用機械能守恒及其轉化解釋現象
一、機械能及其轉化
過山車運行過程中車與軌道之間有摩擦力，還受到空氣的阻力，機械能并不守恒，機械能轉化為內能，不給其他動力的情況下，過山車最終停下來。
②分析過山車在運動過程中的能量轉化情況。
一、機械能及其轉化
4. 用機械能守恒及其轉化解釋現象
③人造地球衛星的機械能轉化
衛星在遠地點時勢能最大，當它從遠地點向近地點運動時，勢能減小，動能增大，速度也增大。
當衛星從近地點向遠地點運動時，它的動能減小，勢能增大，速度也減小。
許多人造地球衛星沿橢圓軌道繞地球運行。離地球最近的一點叫近地點，最遠的一點叫遠地點。衛星在大氣層外運行，不受空氣阻力，只有動能和勢能的轉化，因此機械能守恒。
人造地球衛星的軌道示意圖
一、機械能及其轉化
4. 用機械能守恒及其轉化解釋現象
【 例題1】小明從光滑的滑梯上下滑過程中，下列說法正確的是（不計空氣阻力）（ ）
A. 重力勢能減小，動能增加，機械能不變。
B. 重力勢能增加，動能減小，機械能不變。
C. 重力勢能增加，動能不變，機械能增加。
D. 重力勢能減小，動能不變，機械能減小。
A
小明從光滑的滑梯上下滑過程中，不計空氣阻力，機械能是守恒的。因為高度減小，速度增大，所以重力勢能減小，動能增加。
選項A正確。
典型例題
一、機械能及其轉化
【 例題2】運動會上，跳遠運動的幾個階段如圖所示，不計空氣阻力，則運動過程中運動員（　　）
A．加速助跑階段機械能不變
B．起跳時機械能最小
C．最高點重力勢能最大
D．最高點動能為零
C
典型例題
一、機械能及其轉化
解析見下頁
A．助跑階段，運動員的質量、高度不變，速度增大，因此動能增大，重力勢能不變；機械能等于動能和勢能的總和，機械能增大，故A錯誤；
B．由A可知，當運動員到達起跳時機械能最大，由于不計空氣阻力，從起跳到落地的過程中機械能不變，落地后速度為零，動能為零，高度最低，重力勢能最小，因此落地后的機械能最小，故B錯誤；
C．重力勢能與質量、高度有關，最高點的高度最高，質量不變，故重力勢能最大，故C正確；
D．運動員在最高點有水平向前的速度，故最高點動能不為零，D錯誤。
典型例題
一、機械能及其轉化
選項C正確
機械能
及其轉化
目 錄
Contents
水能和風能
的利用
課堂總結
課堂練習
動手動腦學物理
水能和風能
的利用
二、水能和風能的利用
地球上，海水潮汐漲落，江河日夜奔騰；有時微風拂面，有時狂風勁吹。從能量的角度來看，自然界的流水和風都具有大量機械能的天然來源。
水能和風能都是機械能
1. 水能的利用
①古代對水能的利用
二、水能和風能的利用
早在1900多年前，我們的祖先就制造了木質水輪，讓流水沖擊水輪轉動，用來汲水、磨粉、碾谷。
水磨（摘自《天工開物》) 水車 水碓：利用水的動能舂米
1. 水能的利用
修筑攔河壩提高上游水位，壩底裝水輪機，發電機裝在水輪機上面，它們的軸連接在一起，水輪機帶動發電機發電。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力勢能越大，能發出的電就越多。
②水能發電站：
將水的機械能轉化成電能.
二、水能和風能的利用
1. 水能的利用
立軸式大風車，是中國古代一項杰出的發明，主要應用于我國沿海地區及長江流域，用來帶動龍骨水車等提取海水制鹽或提水灌溉水田。
①古代對風能的利用
二、水能和風能的利用
2. 風能的利用
我國早在2000多年前就開始利用風來驅動帆船航行。至少1700多年前已開始利用風來推動風車做功。
立軸式大風車（模型）
利用風能的帆船
單個風力發電機的輸出功率較小，在風力資源豐富的地區，可以同時安裝幾百臺風力發電機，組成“風車田”，連在一起供電。
②風能發電站
風車田
二、水能和風能的利用
2. 風能的利用
將風的機械能轉化成電能.
【 例題3】下列關于水能和風能的說法中，正確的是（ ）
A. 流動的河水只有動能，沒有重力勢能
B. 風只具有動能，不具有重力勢能
C. 利用水能和風能都可以做連續性的工作
D. 水能和風能都不會污染環境
D
流動的河水、風都具有動能和重力勢能；利用水能和風能（不穩定）不可以做連續性的工作；
水能和風能都不會污染環境；
所以選項A、B、C均錯誤，D正確。
二、水能和風能的利用
典型例題
機械能
及其轉化
目 錄
Contents
水能和風能
的利用
課堂總結
課堂練習
動手動腦學物理
三、 課堂總結
課堂總結①
機械能
及其轉化
水能和風
能的利用
① 、 能和 能統稱為機械能.
水能發電.
③機械能守恒：
如果只有 能和 能相互轉化，盡管動能、勢能的大小會變化，但機械能的 不變.
②動能和勢能之間可以相互 .
風能發電.
機械能
及其轉化
動能
動
總和
重力勢
彈性勢
轉化
勢
視頻總結——《機械能及其轉化》
課堂總結②
機械能
及其轉化
目 錄
Contents
水能和風能
的利用
課堂總結
課堂練習
動手動腦學物理
動手動腦學物理
1. 分析章首圖的過山車在運動過程中的能量轉化情況。
過山車下降時速度越來越大，重力勢能轉化成動能；
上升時速度越來越小，動能轉化成重力勢能。
動手動腦學物理
2. 怎樣向地板拋乒乓球，才能使它彈跳到高于原來拋球的位置 說明這種拋法的理由。
用力向下拋出乒乓球，使球拋出時具有一定的動能。
根據機械能守恒，乒乓球彈跳到原來的位置時仍有一定的動能，還能繼續運動，達到最高點時重力勢能等于乒乓球拋出時的重力勢能與動能之和，因此能使乒乓球彈跳到高于拋出時的位置。還可以向上拋出乒乓球，理由相同。
動手動腦學物理
3. 2011年蹦床世錦賽中我國運動員以優異成績奪得金牌和獎牌總數第一。設想有一個重物從蹦床上方某點下落，經蹦床反彈后上升。請你說說這個過程中機械能是如何轉化的。
物體在最高點時重力勢能最大，重物下落過程中，重力勢能轉化為動能；重物與蹦床接觸使蹦床發生形變時，動能轉化為彈性勢能；蹦床恢復原狀時，彈性勢能轉化為動能；重物離開蹦床上升過程中，動能轉化為重力勢能。
動手動腦學物理
4. 在一個罐子的蓋和底各開兩個小洞。將小鐵塊用細繩綁在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋兩端穿過小洞用竹簽固定。做好后將它從不太陡的斜面滾下觀察有什么出人意料的現象。怎樣解釋看到的現象
動手動腦學物理
解析見下頁
觀察到罐子滾下斜面后會再沿斜面向上滾動。
開始時，罐子和鐵塊在重力作用下都將沿斜面向下運動。向下運動時，罐子滾動，鐵塊沿斜面向下做直線運動且相對罐子靜止。由于罐子和橡皮筋捆綁在一起，在罐子和鐵塊的共同作用下，橡皮筋會被卷緊，它的彈性勢能持續增加。當橡皮筋卷緊到一定程度時，整個裝置的運動速度將會減小。當罐子和鐵塊的動能全部轉化為橡皮筋的彈性勢能時，整個裝置處于靜止狀態。此時，橡皮筋要恢復原狀，其彈性勢能會轉化為罐子的動能，所以罐子會再沿斜面向上滾動。
動手動腦學物理
機械能
及其轉化
目 錄
Contents
水能和風能
的利用
課堂總結
課堂練習
動手動腦學物理
課 堂 練 習
1. 三峽大壩的高度可達185米，建造這么高的攔河壩，其目的是____________，使水的__________能儲存起來，打開水閘，河水的_________能轉化成_______能沖擊水輪機發電。
提高水位
重力勢
重力勢
動
三峽大壩的高度可達185米，建造這么高的攔河壩，其目的是提高水位，使水的重力勢能儲存起來，打開水閘，河水的重力勢能轉化成動能沖擊水輪機發電。
返回艙在減速下降的過程中，質量不變，高度變小，重力勢能減小，速度變小，動能變小，所以機械能減小，故ABC不符合題意，D符合題意。
2. 2022年4月16日，神舟十三號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸。返回艙在減速下降過程中（ ）
A．動能增加
B．重力勢能增加
C．機械能增加
D．機械能減少
D
所以選D
擺球從左側A點擺到右側最高點B的過程圖，克服空氣的阻力做功，一部分機械能轉為內能，所以在該過程中，擺球的機械能逐漸減小。所以在A點的機械能是最大的，應標注“1”；擺球運動到B點時，擺球的質量不變，速度最小，動能最小，應標注“2”。
3. 如圖為一擺球從左側A點擺到右側最高點B的過程圖，請在圖中三個位置的擺球上用“1”和“2”分別標注出機械能最大位置和動能最小位置。
跳傘運動員在空中勻速直線下降的過程中，質量不變，速度不變，則動能不變；高度降低，則重力勢能變小；機械能等于動能與勢能之和，則機械能變小。所以選C。
A. 動能不變，重力勢能不變，機械能不變
B. 動能變大，重力勢能變小，機械能不變
C. 動能不變，重力勢能變小，機械能變小
D. 動能變小，重力勢能變小，機械能變小
4. 如圖所示，跳傘運動員在空中勻速直線下降的過程中，關于運動員(不包含降落傘和繩)下列說法正確的是 （ ）
C
5. 如圖所示，先用繩子把一把鐵鎖懸掛起來，然后把鐵鎖拿近自己的鼻子，穩定后松手，頭不動，鐵鎖向前擺去后又擺回來。下列說法正確的（ ）
B
A、鐵鎖擺回后能碰到鼻子
B、鐵鎖下降的過程中，重力勢能轉化為動能
C、鐵鎖的機械能始終不變
D、鐵鎖擺動到最低點時，動能最小
鐵鎖在擺動過程中，由于存在空氣阻力，機械能不守恒，是越來越小；所以當鐵鎖擺回來時機械能減小，高度變小，不能碰到鼻子。選項A、C錯誤。
鐵鎖下降的過程中，是重力勢能轉化為動能，擺動到最低點時，動能最大；所以選項B正確，D錯誤。
所以選B
6. 北京冬奧會引入的AI評分系統，能逐幀抓取運動員從起跳到落地之間的空中姿態，將運動員的精彩表現在最短時間內真切地呈現給觀眾，為裁判評分提供可視依據。如圖所示，某次比賽系統呈現運動員上升（ab）及下落（bc）瞬間，下列說法中正確的是（　　）
A．運動員在ab段重力勢能增大，動能減小
B．運動員在ab段重力勢能減小，動能增大
C．運動員在bc段重力勢能減小，動能減小
D．運動員在bc段重力勢能增大，動能增大
A
AB．由圖可知，運動員在ab段上升時，高度變大，速度減小，說明運動員重力勢能增大，動能減小，故A正確，B錯誤。
CD．運動員在bc段下落時，高度變小，速度變大，運動員重力勢能減小，動能增大，故CD錯誤。
所以選A
7. 如圖，讓小球從光滑軌道AOB的A點由靜止開始自由滑下，A點的高度H大于B點的高度h，沿軌道AOB到達B點后離開（不計空氣阻力）。則小球離開B點后的運動軌跡最符合實際的是（　　）
A．a B．b C．c D．d
C
解析見下頁
A．根據題意，小球從A點由靜止滑下，小球的機械能等于A點時的重力勢能，整個過程中，軌道光滑，不計空氣阻力，機械能守恒。a圖線的最高點超過了A點的高度，這是不可能的，A不符合題意；
B．b圖線的最高點與A點的高度相同，而在最高點時，小球仍具有向右運動的速度，即b圖線的最高點，小球還具有動能，所以b圖線的機械能大于A點的機械能，故B不符合題意；
C．c圖線的最高點低于A點，由于在最高點時小球仍運動，有一定動能，其總機械能可能與開始時的機械能相等，故C符合題意；
D．小球離開軌道時，由于慣性，
應具有沿軌道方向向上運動的速度，
故D不符合題意。
所以選C
8. 圖甲中過山車從A點出發，先后經過B、C、D、E點。圖乙是過山車在B、C，D、E點的動能和重力勢能大小的示意圖，則過山車的動能在_____點最大，B點重力勢能的大小______E點動能的大小。在這個過程中，過山車的機械能是_______（選填“變化”或“不變”）的。
C　
等于
　變化
解析見下頁
過山車在B點重力勢能最大. 在下降的過程中，重力勢能轉化為動能，再加上之前前進的動能，所以在C點動能最大。
由圖乙可知，B點的重力勢能與E點的動能大小在一個水平線上，所以大小相等。
因為有摩擦以及空氣阻力的原因，一部分機械能轉化為內能，所以過山車的機械能是變化的。
9. 2022年2月北京冬奧會，中國代表團共收獲9金4銀2銅共15枚獎牌，金牌數和獎牌數均創歷史新高。如圖為高速攝影機記錄的單板滑雪男子大跳臺金牌得主蘇翊鳴在比賽中，從跳臺起跳到落地過程的情景。下列關于這一過程說法正確的是（　　）
A
A．他從起跳到最高點的過程中，動能逐漸轉化成重力勢能
B．他起跳后到達最高點時，機械能最大
C．他從空中下落過程中，重力做功越來越慢
D．他從起跳到落地的整個過程中，機械能是守恒的
解析見下頁
A．他從起跳到最高點的過程中，質量不變，速度逐漸變小，高度逐漸升高，動能逐漸變小，重力勢能逐漸增大，動能逐漸轉化成重力勢能， 故A正確；
B．由于存在阻力，他起跳后到達最高點的過程中，機械能不斷減小，在最高點機械能最小，故B錯誤；
C．他從空中下落過程中，速度越來越大，由P=W/t=Fs/t=Fv=Gv得，重力做功越來越快，故C錯誤；
D．由于存在阻力，他從起跳到落地的整個過程中，機械能不斷減小，機械能不守恒，故D錯誤。
所以選A
10．如圖所示，小球沿軌道由靜止從A處運動到D處的過程中，忽略空氣阻力和摩擦力，僅有動能和勢能互相轉化，則（ ）
忽略空氣阻力和摩擦力，僅有動能和勢能互相轉化，則小球的機械能保持不變，即各點的動能與勢能之和不變。
小球在A處是靜止的，動能為0，重力勢能最大；小球在D處的重力勢能比在A處的小，則一定具有動能；故A、B、C均錯誤，D正確。
D
A. 小球在A處的動能等于在D處的動能
B. 小球在A處的動能大于在D處的動能
C. 小球在B處的機械能小于在C處的機械能
D. 小球在B處的機械能等于在C處的機械能
所以選D
利用水泵將水從下水庫抽到上水庫時，抬升了水的高度，增大了水的重力勢能；將上水庫的水放出時，水的高度減小，速度增大，重力勢能減小，動能增大，重力勢能轉化為動能，從而推動發電機發電。
11. 抽水蓄能水力發電是為了解決電網高峰、低谷之間供需矛盾而設計的一種間接儲存電能的方式，其工作原理如圖所示。它利用下半夜過剩的電力驅動水泵，將水從下水庫抽到上水庫，
增大了水的　　　 能；在次日白天或
上半夜將上水庫的水放出，使水從高處
流向低處將水的　 　能轉化為 能，
從而推動發電機發電。
動
重力勢　
重力勢　
12. 一小球在沒有空氣阻力的情況下，沿光滑軌道運動。
（1）如圖甲所示，小球從A點靜止釋放，從A到B的運動過程中動能______（選填“變大”、“變小”或“不變”）；到達與A等高的C點時速度______零（選填“大于”、“小于”或“等于”）；小球在圖甲的運動過程中，機械能______（選填“守恒”或“不守恒”）；
（2）如圖乙所示，若將軌道BC段改為水平，小球仍從A點靜止釋放，小球在BC段將做_________運動，BC段小球的重力________（選填“做”或“不做”）功。
守恒
等于　
變大　
勻速直線
不做功
解析見下頁
（1）小球在A點由靜止釋放，即最初動能為0，從A到B的運動過程中，小球的重力勢能轉化為動能，所以重力勢能變小，動能變大。
由于不計空氣阻力且軌道是光滑的，則小球的機械能守恒，小球在A和C兩點的機械能相等，重力勢能相等（高度相同），則此時小球的動能為零，速度為零。
（2）將圖甲中的軌道BC段改為水平，如圖乙所示，小球還從A點靜止釋放，小球運動到B點，由于軌道是光滑的，且不計空氣阻力，小球在水平方向上不受力的作用，所以小球將保持B點的運動速度和方向，做勻速直線運動。重力方向豎直向下，小球在BC段沒有在重力方向上移動距離，所以重力對小球沒有做功。
謝謝
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