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学而优教有方
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11.4机械能及其转化（导学案）
【学习目标】
1.知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
2.能通过实验或实例，认识物体的动能和势能可以相互转化，能解释与机械能转化有关的现象。
3.通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化。通过水能和风能的利用知道人类如何利用机械能的转化与守恒解决实际问题。提高运用机械能转化与守恒观点分析力学问题的意识。
【学习重点】
动能和势能之间的转化。
【学习难点】
机械能守恒。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1．机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。机械能是动能和势能之和。
2．机械能及其转化：动能和势能之间可以(选填“可以”或“不可以”)相互转化。
3．机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，尽管动能和势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
4.水能和风能的利用：自然界中的流水和风都具有大量的机械能，可以用来发电。
【合作探究】
探究一、机械能及其转化
1.机械能
【想一想】高空飞行中的飞机具有什么能量？
【分析】飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，一个物体可以既有动能，又有势能，把这两种能量加在一起，就是它的机械能。
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
一个物体具有的机械能是动能和势能之和。例如，如果飞行中的飞机的动能是4×108J，重力势能为5×108J，那么总的机械能为：动能+势能=4×108J+5×108J=9×108J。
2.动能和势能的转化
（1）动能和重力势能的转化
动能和重力势能可以相互转化。下面以单摆和滚摆的运动为例分析。
①单摆实验
如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时最低，所以摆球的运动可分为下降段和上升段。其能量转化情况见下表。
运动过程
高度
重力势能
速度
动能
能的转化
A→B
降低
减小
变大
增大
重力势能转化为动能
B→C
升高
增大
变小
减小
动能转化为重力势能
C→B
降低
减小
变大
增大
重力势能转化为动能
B→A
升高
增大
变小
减小
动能转化为重力势能
【结论】单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。
②滚摆实验
如图所示，将滚摆挂起来，捻动滚摆，使悬线缠绕在轴上，当滚摆上升到最高点后，放开手，滚摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。
运动过程
高度
重力势能
速度
动能
能的转化
下降
降低
减小
变大
增大
重力势能转化为动能
上升
升高
增大
变小
减小
动能转化为重力势能
【结论】滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。
（2）动能和弹性势能的转化
如图所示，让一个木球从斜面上滚下来，撞到水平面的一根弹簧上。分析其能量转化的情况。
研究的
过程
球的速度
球的动能
弹簧的
形变程度
弹簧的
弹性势能
能的转化
乙木球
压缩弹簧
逐渐减小
直至为零
逐渐减小
直至为零
由小变大
逐渐增大
动能转化为
弹性势能
丙弹簧把木球弹回
由零逐渐
增大
由零逐渐
增大
由大变小
逐渐减小
直至为零
弹性势能
转化为动能
【结论】动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。
（3）归纳结论
动能和势能可以相互转化。动能和重力势能可以相互转化，动能和弹性势能可以相互转化。
注意：动能和势能的相互转化的条件
①动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且一定是此增彼减。
②动能的增减变化要以速度的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面高度的变化来判断；弹性势能的增减要根据弹性形变大小的变化来判断。
（4）动能和势能相互转化的实例
①人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。
②拉弓射箭时，拉开的弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。
③撑杆跳高时，能量的转化过程：动能→弹性势能（跳杆）→重力势能→动能。
3.机械能守恒
（1）机械能守恒
动能、势能的大小会变化，它们的和是否变化呢？物理学家经过大量的实验研究与理论推导，得出了如下规律：
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，机械能是守恒的。
（2）机械能守恒的条件
只有动能和势能的相互转化，而没有机械能与其他形式的能的相互转化。（即忽略摩擦力造成的能量损失，机械能守恒也是一种理想化的物理模型）
在物理学中常常出现“光滑的表面”、“不计空气阻力”、“不计摩擦”等文字描述，表示没有摩擦阻力，机械能是守恒的（选填“守恒”或“不守恒”）。
（3）机械能不守恒的一些事例
汽车爬坡匀速下落的跳
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