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11.3动能和势能（原卷版）
知识
清单
1.机械能及其转化；
2.水能和风能
知识点1：机械能及其转化
1.机械能
（1）定义：动能、重力势能、弹性势能统称为机械能。机械能是和物体运动紧密联系的能量。机械能的单位是焦耳（J）。
（2）对机械能的理解
一个物体可以只有动能，也可以只有势能，还可以既有动能又有势能，都称为物体具有机械能。
物体只有动能，如在水平路面上行驶的汽车；
物体只有势能，如悬挂在空中静止的物体、射箭时发生弹性形变的弓；
物体同时具有动能和势能，如在空中飞行的飞机、小鸟等。
2.机械能守恒
（1）机械能守恒
大量研究结果证明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说机械能守恒。
★特别提醒
机械能守恒的条件是只有动能和势能之间发生转化，没有其他形式的能参与转化。但在现实生活中，由于摩擦阻力的存在，动能和势能相互转化的过程中总要克服摩擦力做功，总有部分机械能转化为其他形式的能，机械能的总量减少。
▲拓展培优
能量转化的普遍性
自然界中，各种形式的能量都可以相互转化，能量转化过程中总是一种形式的能量减少，另一种形式的能量增加动能和势能的相互转化只是各种能量转化的一种。
（2）判断机械能如何变化
①当物体的机械能守恒时，动能和势能中一种形式的能量减少，另一种形式的能量必然增加。
示例（忽略空气阻力和摩擦导致的机械能损失）
判断依据
能的转化
速度
高度
形变
滚摆上升时
减小
增大
——
动能转化为重力势能
过山车下降时
增大
减少
——
重力势能转化为动能
运动的小球压缩弹簧时
减小
——
增大
动能转化为弹性势能
弯弓射箭时
增大
——
减小
弹性势能转化为动能
②物体受外力作用机械能不守恒时，可先分析动能和势能的变化情况，再结合“机械能=动能+势能”来判断。
示例
动能变化
势能变化
机械能
水平路面上加速运动的小车
增大
不变
增大
水平路面上减速运动的小车
减小
不变
减小
匀速上升的热气球
不变
增大
增大
匀速下降的热气球
不变
减小
减小
斜面上减速下滑的滑块
减小
减小
减小
汽车加速冲上斜面
增大
增大
增大
③人造卫星运行时的机械能转化
人造卫星绕地球椭圆轨道运行过程中，不受空气阻力，只有动能与势能的相互转化，故卫星的机械能守恒。如图所示，它离地球中心最远的一点叫远地点，离地球中心最近的一点叫近地点，卫星在两点间运行时能量转化情况如图所示。
【典例1】如图所示，小明在做模拟“蹦极”“的小实验，一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，C点是小石块从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小石块从A点到C点的运动过程，下列说法中正确的是（）。
A．小石块在B点时的动能最大；
B．小石块在C点时的动能最大；
C．从A点下落到C点的过程中，小石块的动能一直在增大；
D．从B点下落到C点的过程中，小石块的动能先增大后减小
知识点2：水能和风能
1.水能：流动的水具有动能，高处的水具有势能，水所具有的机械能统称为水能。
2.风能：风是流动的空气，风具有的机械能叫风能。
3.风能和水能的利用
水能
风能
本质
机械能
特点
无污染、蕴藏量大、可循环利用
资源丰富、无污染、不稳定、不便于储存
利用
（1）早期，人们利用水流冲击水轮机转动来汲水、磨粉、碾谷；
（2）到18世纪，人们利用大功率水轮机来带动纺织机、冶金鼓风机工作；
（3）近代，利用水轮机带动发电机发电
（1）利用风能来驱动帆船航行；
（2）利用风能来推动风车做功；
（3）利用风能来发电
【典例2】如图所示，这是水电站的示意图。?
（1）我们知道水电站是利用水能资源的一项重大工程。那么，水电站到底是怎样“发电”的？其实它是利用能量的转化来“发电”的：把水库里的水蓄高后，打开水坝导管的闸门，水就会沿着导管泻下，推动水轮机把“电”发出来。请你根据以上的文字说明，试从能量转化的角度来说明水电站的工作原理。
（2）建设水电站选址时，从能量的利用来看，你将选择图中的（A）址还是（B）址？请说说你的看法。
实验
清单
1.实验探究：动能和重力势能的相互转化；
2.实验探究：动能和弹性势能的相互转化
实验、探究1动能和重力势能的相互转化
实验探究：动能和重力势能的相互转化
单摆实验
滚摆实验
图示
现象
将小球拉至A点释放，小球加速摆向B点，然后摆向C点，速度越来越小，到C点的速度为零，之后再经过B点回到A点，不断往复（因为有空气阻力，实际上不能回到A点）
捻动滚摆的轴，使滚摆上升至某一高度后松开，滚摆开始旋转下降，转速越来越大，到最低点后，开始缠绕悬线上升，转速逐渐变小，最终再次上升到原来的高度，之后再次下降，不断重复（因为有空气阻力，滚摆不能回答原来的高度）
能
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