机械能及其转化导学案

这是机械能及其转化导学案，是优秀的物理教案文章，供老师家长们参考学习。

　　【学习目标】

　　1.理解动能和势能可以相互转化;

　　2.能用实例说明机械能和其他形式的能的转化;

　　3.通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能可以相互转化的过程.

　　一、【基础知识精讲】

　　一).机械能：动能和势能之和称为机械能.

　　关于“机械能”的定义，注意以下两点：

　　1、动能和势能都属于机械能.动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，它们虽然是两种形式不同的能量，但都属于机械能，或者说动能和势能是机械能的两种表现形式.

　　2、一个物体既可以有动能，也可以有势能.上面说了，动能和势能是形式不同的能量，它们有各自的定义和存在方式，有各自的影响因素.只要一个物体同时满足动能和势能的定义条件，它就可以同时具有动能和势能.

　　例如，在空中飞行的飞机，是运动的而且有高度，因此这时它同时具有动能和重力势能.

　　二.动能和势能的相互转化

　　物体在运动过程中，其速度、高度、弹性形变都可能发生变化，这时就可能伴随着能量的转化，不同形式的能量之间是可以相互转化的，即：动能和重力势能之间可以相互转化，动能和弹性势能之间可以相互转化，但重力势能和弹性势能之间不能相互转化，因为它们属于同种形式的能量.

　　1、动能和重力势能之间的相互转化：

　　1)、下面我们来看几个能量相互转化的例子.把一个滚摆挂在框架上，如图14-4所示，用手捻动滚摆使悬线缠在轴上，滚摆升到最高点.放开手，观察滚摆的运动情况.

　　可以看到滚摆旋转着下降，越转越快.到最低点时，滚摆转而上升，上升中它越转越慢，直到差不多回到原来的位置.然后它又下降、上升，重复原来的运动.

　　根据滚摆运动中高度和速度的变化，不难看出：滚摆下降时，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能;滚摆上升时，它的动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能.

　　2)、如图14-5所示，小球在轨道ABCD上滚动，其能量转化要分段来分析.

　　小球由A点出发，从图中可以看到，A点是轨道的最高点，重力势能最大，开始下落的一刹那，速度为零，动能最小.由A到B的下落过程中，其高度逐渐减小，使重力势能减小，而下落速度越来越大，使其动能越来越大.因此由A到B阶段，小球的重力势能转化为动能.

　　B点是轨道的最低点，小球到达时重力势能最小，速度最大，动能最大，由B到C是小球上升的阶段，速度越来越小，动能越来越小，高度不断上升，重力势能不断增大.因此，由B到C阶段是动能转化为重力势能.

　　接下来，小球由C点落回B点，是重力势能转化为动能，到达B点时仍然速度最大.

　　最后一个阶段，小球由B点上升到D点，动能越来越小，重力势能越来越大.因此，由B到D阶段小球的动能转化为重力势能.

　　在以上两个分析过程中，我们都未谈到物体的质量，虽然它也是影响动能和重力势能的因素，但在这两个过程中，滚摆的质量和小球的质量都是不变的.因此我们未做讨论.

　　3)、如果你把以上两个能量转化的分析都弄明白了，你可以试着分析一下图14-6所示的小球在摆动过程中的能量转化.

　　结论应该是：假设小球由A点开始运动，由A到B过程，小球的重力势能转化为动能，由B到C过程是动能转化为重力势能，由C到B过程是重力势能转化为动能，由B到A过程是动能转化为重力势能，…由此往复.

　　2、下面来看动能和弹性势能相互转化的情况.

　　1)如图14-7所示，小球从A点落到B点时，重力势能全部转化为动能.

　　在B点，小球具有动能，如图14-7甲所示，C点竖直有一个弹簧片，弹簧片下端固定，木球刚刚接触弹簧片.接下来，木球将动能释放，把弹簧片压弯，如图14-7乙所示，弹簧片的形变在增大，弹性势能在不断增大，在此过程中，动能转化为弹性势能，紧接着，弹簧片恢复原状，把木球弹回，如图14-7丙所示，此时弹簧片将弹性势能释放，而木球速度越来越大，动能也越来越大，在这个过程中弹性势能转化为动能.

　　2)、在图14-8中，一个简单的玩具很好地体现出了动能与弹性势能、重力势能间的转化.

　　当上紧发条后，由于发条发生了弹性形变，具有了弹性势能，它使体操人开始翻转，这时是弹性势能转化成动能，而体操人上下翻转过程中，又进行了动能和重力势能间的相互转化.

　　讲到这里，你可能会得到这样的结论：当动能和势能可以不断地相互转化下去时，物体就可以不停地往复运动下去而不会停止.

　　三、机械守恒

　　如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量保持不变，即机械能守恒。实际生活中，在机械能的相互转化过程中，往往要克服摩擦力，使机械能总和减小。

　　我们可以举两个例子来说明上述问题.

　　1、用绳子把一个铁锁悬挂起来.如图14-9所示，把铁锁拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不要动.铁锁向前摆去又摆回来，你会害怕铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗?不用怕，它不会碰到你的鼻子，而且每次荡回时都比上一次荡回距离你的鼻子远了一些，最终铁锁会停下来.在这个实验中，铁锁的动能和势能在不断转化.在转化过程中，机械能的总量是减小的.

　　2、在图14-10中，让小球沿半圆形轨道由A点向B点运动.小球在A点静止，松手后，小球会到达B点吗?会一直从A到B，再从B到A地这样运动下去吗?实验结果是：小球不会再到达A点和B点，而且最后会停在轨道最底部.这是因为小球在运动过程中要克服摩擦，因此消耗一部分机械能，使其机械能总和减小，最终为零时，小球就停在最低点了.

　　动能和势能相互转化的事例在日常生活中还有很多.例如，炮弹从炮口斜向上射出，又落到远处地上，这时是动能转化为重力势能，重力势能又转化为动能;弹簧门打开后，可自动关闭，是弹性势能转化为动能.

　　3、如图14-11所示.人造地球卫星绕地球沿椭圆轨道运行，它的位置有时离地球中心较近，有时离地球中心较远.离地球中心最近的一点叫近地点，这里卫星的势能最小;离地球最远的一点叫远地点，这里卫星的势能最大.卫星从远地点向近地点运动时，势能减小，动能增大，速度越来越大;反之，从近地点向远地点运动时，势能增大，动能越来越小，速度越来越小.卫星在运行过程中，也发生了动能和势能的相互转化.

　　二、解题策略：

　　题型一 理解机械能的概念

　　1. 关于动能、机械能，下列说法中错误的是( )

　　A.一辆汽车具有动能，它一定具有机械能 B.两辆汽车以相同速度行驶时，质量大的动能大

　　C.汽车的机械能增加，运动速度一定加大 D.平直公路上行驶的汽车，速度变化机械能变化

　　2.在9·11中，恐怖分子利用劫持的飞机具有较大的 撞击世贸大厦，导致其成为一片废墟.

　　题型二 动能和势能的相互转化

　　3. 下列过程中，属于动能转化为势能的是( )

　　A.雪撬从山坡上滑下　 B.玩具弹簧枪将“子弹”水平射出

　　C.雨滴从屋檐落向地面　 D.斜向上射出的炮弹在上升过程

　　4. 电动车沿斜面匀速运动到车站站台上，在这个过程中电动车( )

　　A.动能减少，重力势能增加，总机械能不变B.动能增加，重力势能减少，总机械能不变

　　C.动能不变，重力势能增加，总机械能不变D.动能不变，重力势能增加，总机械能增加

　　题型三 解释生活中常见的机械能转化现象

　　5.如图15-5-3所示，用绳子拴住一个苹果并悬挂下来，把苹果拉近自己的鼻子静止，松手

　　后，苹果将向前摆去，接着又反向摆回来，你原地不动，苹果会打到你的鼻子吗?为什么?

　　不会。因为苹果前后摆动时，能量的转化过程是：在下降过程中，重力势能转化为动能;到最低点时，速度达最大，推动苹果上升，动能转化为重力势能;在此循环过程中，如果不计空气阻力，将遵守机械恒。也就是说苹果最大能达到的高度就是接近鼻子处(也就是起实放下它的位置)。所以不会打着鼻子。

　　三、【学习方法指导】

　　如何分析能量的转化

　　学习本节内容时，有的同学可能会遇到这样的困难：分析某一过程的能量转化，不知到底是动能转化成重力势能，还是由重力势能转化成动能.现在我来教你一个分析能量转化的方法.

　　在动能和势能相互转化的过程中，总有一种形式的能量在增加，另一种形式的能量在减少.那么我们根据各种能量影响因素的变化来判断能量的增加或是减少.例如，物体的高度减小，那么它的重力势能就减少，它的速度增大，那么它的动能就增加.而在能量转化的过程中，能量总是从逐渐减少的那种向逐渐增加的那种转化.

　　我们就以滚摆为例：滚摆上升过程中，速度在不断减小，因此其动能减少，而高度在不断增大，因此其重力势能在增加，所以我们可得出结论：滚摆上升过程中，动能转化成重力势能.

　　你明白了吗?那就试着分析一下滚摆下降过程中的能量转化.

　　其实，不仅是在机械能的转化中，在分析其他能量转化过程中，也可以使用这种方法.