机械能导学案

机械能学习目标、重点、难点【学习目标】1.理解能的概念。2.理解动能、重力势能，知道弹性势能，并知道影响它们的因素3.能用实例说明物体动能和势能的变化以及它们的相互转化，知道在相互转化的过程中能的总量保持不变。【本节重点】能用实例说明物体的动能和势能的变化及它们的相互转化【本节难点】判断物体是否具有能本节知识概览图定义：物体由于运动而具有的能量决定因素：动能物体的质量物体的速度大小定义：物体由于运动而具有的能量决定因素：动能物体的质量物体的速度大小定义：受到重力的物体由于被举高而具有的能量定义：受到重力的物体由于被举高而具有的能量重力势能：物体的质量重力势能：物体的质量物体的位置弹性势能：决定因素：物体弹性形变的大小（在一定范围内）机械能决定因素：决定因素：势能定义：具有弹性的物体由于发生弹性形变而具有的能量定义：具有弹性的物体由于发生弹性形变而具有的能量形变而具有的能量机械能守恒：物体的动能和势能之间是可以转化.在只有动能和势能互相转化的过程中，机械能的总量保持不变机械能守恒：物体的动能和势能之间是可以转化.在只有动能和势能互相转化的过程中，机械能的总量保持不变新课导引某些游乐场有一种令人紧张的游乐项目――高架滑车，它还有一个名称叫“疯狂的老鼠”.一辆载有数人的小车，从高空启动，而后在没有任何动力的情况下自行下滑，开始时小车的速度很小，随着轨道转弯、下降，小车的速度越来越大，使人感到似乎随时有冲出轨道的危险.当小车到达最低位置时速度达到最大，然后沿轨道逐渐回升，最后又回到原来出发的高架站台.一辆高架滑车在下滑过程中既然没有什么动力，为什么每次总能如此准确地完成这一连串有惊无险的动作呢？试用能量转化的观点来解释.教材精华知识点1机械能√能（1）能的定义：发生形变的跳板、被拉满的弓弦、被举高的重锤、流动的水等都能对别的物体做功，即它们都具有做功的本领.物体能对外做功，我们就说这个物体具有能.（2）能的大小：物体能够做的功越多，它具有的能量越大.我们就可以得出这样的结论：用物体能够做功的多少去衡量能的大小.（3）能和功的区别能量是与做功有密切联系的概念，能量反映了物体做功本领的大小，能量的大小可以用能够做功的多少来量度，功是能的量度，能是做功的本领，二者单位相同，意义不同。√动能定义：物体由于运动而具有的能叫做动能.一切运动的物体都具有动能.探究动能的大小与哪些因素有关.探究实验【提出问题】动能的大小与哪些因素有关？【猜想与假设】可能与物体运动速度有关，还可能与物体的质量有关.【制订计划与设计实验】（1）将小盒放在水平木板上，让钢球由静止开始沿光滑斜面滚下，撞上小盒，通过比较小盒运动的距离，来比较小球动能的大小.（2）同一钢球从不同高度滚下，比较被撞击小盒运动的距离.（3）不同质量的钢球从同一高度滚下，比较被撞击小盒运动的距离。【进行实验与收集证据】（1）将小盒放在水平木板上，分别让同一钢球从光滑斜面的不同高度由静止开始滚下撞击小盒，比较小盒被撞击后运动的距离，如图10-1所示.图10-1（2）分别将质量不同的钢球从同一高度沿光滑斜面滚下，撞击小盒，比较小盒被撞击后运动的距离，如图10-2所示.图10-2【分析与论证】（1）当同一钢球从同一光滑斜面的不同高度释放时，起点高的钢球，到达底端速度大并且撞击后使小盒运动的距离长，表明它的动能大.（2）不同质量的钢球从同一高度释放时，到达底端的速度相同，但质量大的钢球撞击小盒运动的距离长，表明它的动能大.【实验结论】（1）质量相同时，速度大的物体具有的动能大.（2）速度相同时，质量大的物体具有的动能大.（3）物体的动能与物体的质量和速度有关，质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大.√重力势能（1）定义：受到重力的物体由于被举高而具有的能叫做重力势能.（2）探究重力势能的大小跟哪些因素有关.探究实验【提出问题】重力势能的大小跟哪些因素有关？【猜想与假设】可能与物体运动速度有关，还可能跟物体被举起的高度有关.【制订计划与设计实验】（1）让重物从某一高度自由下落，撞击平整的沙面，比较沙面的凹陷程度来比较重力势能的大小.（2）让同一重物从不同高度自由下落，比较平整沙面的凹陷变化.（3）让体积相同质量不同的重物从同一高度自由下落，比较平整沙面的凹陷变化.【进行实验与收集证据】（1）同一重物从不同高度自由下落，撞击平整的沙面，位置越高的沙面凹陷程度越大.（2）相同体积不同质量的重物从同一高度自由下落，撞击平整的沙面，质量越大的沙面凹陷程度越大.【实验结论】（1）质量相同时，物体被举得越高，它具有的重力势能越大.(2)物体被举起的高度相同时，质量越大，它具有的重力势能越大．(3)物体的重力势能与物体的质量和被举起的高度有关，物体质量越大，被举得越高，它具有的重力势能就越多．√弹性势能(1)定义：具有弹性的物体由于发生形变而具有的能叫做弹性势能.(2)影响弹性势能的大小的因素．同—弹性物体，形变越大，它具有的弹性势能就越多．(在一定限度内)√机械能(1)定义：动能与势能统称为机械能.(2)机械能的理解．①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有动能和势能的物体具有机械能．知识点2机械能守恒√探究动能和势能的相互转化探究实验【提出问题】动能与势能之间是否可以相互转化?【实验器材】滚摆、弹簧、小车．【设计实验与进行实验】（1）如图10—3所示，捻动滚摆的轴使它升高后释放．图10-3图10-4(2)如图10—4所示，将小车固定在弹簧一端，将弹簧的另一端固定．开始时弹簧处于自然伸长状态，小车在B点，沿弹簧所在直线方向拉动小车，使其到达C点后松手．【实验论证】(1)滚摆在下降过程中越转越快，即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；滚摆在上升过程中，越转越慢，即重力势能越来越大，动能越来越小，动能转化为重力势能．(2)小车在C点时，弹簧伸长，小车的速度为零，即具有弹性势能，没有动能；松手后，小车开始运动，到达b点前，小车越来越快，弹簧的伸长量—直在变小，即弹簧的弹性势能变小，小车的动能变大，弹性势能转化为动能；到达A点时，弹簧被压缩到最短，小车的速度为零，即弹簧的弹性势能变大，小车的动能变小，动能转化为弹性势能．【实验结论】动能与势能之间是可以相互转化的．√动能和势能间的相互转化规律一机械能守恒物体的动能和势能之间是可以转化的．在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变．新课导引解读：高架滑车从高处下落过程中，重力势能逐渐转化为动能，因此滑车的速度越来越大，滑车到达最低位置时速度达到最大．滑车沿轨道逐渐回升的过程中，滑车的动能又转化为重力势能．由于运行轨道之间的摩擦较小，机械能近似守恒，因此滑车最后又回到原来出发的高架站台上．知识点3机械能的天然资源——水能和风能√水流的动能和势能——水能(1)水轮机在地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔流．海水涨落和江河的奔流都具有大量的动能．早在一千九百多年前，我们的祖先就制造了木制的水轮，利用流水冲击水轮转动带动水磨来碾谷子、磨面．流水的动能通过带动水轮转化为水轮的动能．由于物体的动能大小决定于物体的质量和速度，所以水轮应安装在水的流量大，流速大的地方．随着生产力的发展，生产规模的扩大，社会上需要功率越来越大的动力机械．在河流上选择合适的地方修筑拦河坝提高上游水位，水位越高、水量越大，水具有的重力势能也越大，当水流下时转化成的动能也越大．水通过进水闸门和导管流下来带动水轮机工作，从而带动发电机发电．(2)潮汐能海水潮汐也具有巨大的能量．人们在潮汐发电方面的研究已经取得了成功，利用海水涨潮和退潮时海水的动能带动水轮机工作．为开发新的能源开辟了新的道路．我国的沿海省份已经建成了一些中小型潮汐电站．√风的动能——风能（1）风车地球上除了水流能可以利用外，风能也能利用．我国早在两千多年前就开始利用风来驱动帆船航行．至少在一千七百年前就已经能利用风来推动风车做功．风车安装在高铁架上端的水平轴上，轴可以随风转动，它的尾翼能使风车迎着风吹来的方向．风车转动，可带动发电机或其他机器工作．(2)风力发电机风能的利用比较简单，造价低廉，不会造成污染.但是风能不稳定，也不便于储存，一般用风力发电机做一些可以间断的工作．我国的新疆、内蒙一带地形空旷，风力较大，而且发展水电的条件较差，因此利用风能较多．单个风力发电机功率小，可以安装几十台甚至几百台风力发电机，联在一起使用．课堂检测1下列关于动能的说法中正确的是()A．速度大的物体动能大B．质量大的物体动能大C．物体由于运动而具有的能叫做动能D．有动能的物体一定有势能2一块砖分别平放、侧放、竖放在水平地面上，下列有关它的重力势能的说法中正确的()A．平放时最大B．侧放时最大C竖放时最大D．三种放法相同3荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动，也是我国民族运动会的一个比赛项目．小丽同学在从右侧最高点荡到左侧最高点这一过程中，小丽的()A．动能一直增大，重力势能一直减小B．动能一直减小，重力势能一直增大C．动能先减小后增大，重力势能先增大后减小D．动能先增大后减小，重力势能先减小后增大4(2022·泰安)如图10—5所示是四川大凉山深处彝寨同学攀登木制云梯上学的情景，在攀登上升过程中，如果以为参照物，可以判定其中一位同学是运动的；他的重力势能会(填“增大”“不变”或“减小”)．5(2022·重庆)许多同学都很喜欢设计和参加“多米诺骨牌效应”活动(按一定距离排列的骨牌，碰倒第一块骨牌后，其他所有骨牌会依次倒下)，其中的物理原理是：骨牌倒下时，转化为，这部分能量就转移给下一张骨牌，下一张骨牌倒下时具有的能量更大，骨牌被推倒的速度越来越快．(填“动能”或“重力势能”)6(2022·广州)如图10—6所示，忽略空气阻力，由空中A处释放的小球经过B，C两位置时具有相同的()A．速度B．动能C.机械能D．重力势能7(2022·绵阳)如图10—7所示：一根不可伸长的细绳一端固定在点，另一端系一小球，点的正下方固定有一根钉子P．位置1在点的正下方，位置3与A点等高，位置5是A与1之间的某点，位置2是1与3之间的某点，位置4是高于3的某点．不考虑空气阻力，小球从A点静止释放()A．第一次过位置1后最高能到达位置2B．第一次过位置1后最高能到达位置4C．第二次过位置1后最高能到达位置5D．第二次过位置1后最高能到达位置A8如图10—8所示，原长为L的弹簧上端固定，下端挂一小重球，从图示位置A处释放时，弹簧长仍为L，小球从A处运动到最低位置B处的过程中，能减小，能和能增大．体验中考1(2022·鸡西)在温哥华冬奥会上，来自黑龙江省的选手李妮娜在自由式滑雪比赛中获得银牌．她在比赛过程中运动的轨迹如图10—11所示，如果不计空气阻力，下列说法正确的是()A．从点向点运动过程中，重力势能全部转化为动能B．在点和点速度都为零，因此重力势能相等C．从点下落到点过程中，重力势能转化为动能D．在点和点都处于静止状态，因此机械能相等2(2022·烟台)如图10—12所示，过山车是一项非常惊险刺激的娱乐休闲活动．过山车时而从轨道的最低端上升到最高端，时而从最高端飞驰而下．不计能量损失，下列说法正确的是()A．点机械能小于点机械能b．点动能最大，点势能最大，点机械能最大C．由到的过程中，动能减少，势能增大，机械能不变D．由到的