初中人教版11.4 机械能及其转化导学案及答案

这是一份初中人教版11.4 机械能及其转化导学案及答案，共9页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，自主预习，精讲点拨，归纳整理，当堂练习，课后反思等内容，欢迎下载使用。

【学习目标】
1．理解机械能的概念.
2．理解动能、势能的相互转化，能解释一些能之间转化的物理现象.
3．初步了解机械能守恒的含义。
【学习重点】
1.理解动能和势能的相互转化.
2.能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单物理现象.
【学习难点】：知道什么情况下机械能守恒.
【自主预习】
1．动能和势_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。
2．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_守恒_。
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。
探究一：动能和重力势能的相互转化
1．滚摆实验：观察滚摆的运动，讨论滚摆在运动过程中动能和势能的相互转化。
把滚摆从某一高度释放，开始释放滚摆时，滚摆在最高点静止，此时滚摆只有重力势能，没有动能。理想情况下,每次应上升到原来的高度, 因空气阻力,每次上升的高度都比上次低。
（1）滚摆在下降时：它的高度变小，速度变大，即重力势能减小，动能增大。滚摆的重力势能转化为动能。
（2）滚摆在上升时：它的高度变大，速度变小，即重力势能增大，动能减小。滚摆的动能转化为重力势能。
结论:滚摆的动能和重力势能可以相互转化.
2．单摆实验：观察单摆的运动，讨论摆球在运动过程中动能和势能的相互转化
如上图所示，摆球在A点时静止，此时摆球只有重力势能，没有动能。
（1）摆球从A点摆到B点时：它的高度减小，速度变大，即重力势能减小，动能增大。摆球的重力势能转化为动能。
（2）摆球摆到最低点B点时，重力势能最小，动能最大
（3）摆球从B点摆到点C时：它的高度变大，速度变小，即重力势能增大，动能减小。摆球的动能转化为重力势能。
由以上分析可知，摆球的动能和重力势能可以相互转化。
想想做做 铁锁会碰到你的鼻子吗？
用绳子把一个铁锁悬挂起来。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。铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？会距离你的鼻子很远吗？
在这个实验里，铁锁的动能和势能在不断转化。在转化过程中，机械能的总量有什么变化吗？
不会（会或不会）打到鼻子.因为铁锁拉到一定高度,具有的重力势能是一定的, 来回摆动的过程中,铁锁的动能和势能相互转化,在转化的过程中,铁锁的机械能的总量不会增加,铁锁上升的高度不会超过原来的高度,打不到鼻子上.
铁锁最终会停下来，铁锁的机械能去哪了？
最后铁锁的机械能完全被用来克服摩擦和空气阻力做功消耗掉了，所以物体最后要停下来。消耗掉的机械能并未消失，而是转化为其他形式的能了
探究二：动能和弹性势能的相互转化
1.弓的弹性势能哪里去了？
拉开的弓把箭射出去 ,弓的弹性势能减小,箭的动能增大,弓的弹性势能转化为箭的动能.

2. 弹簧门在推开以后为什么能自己关闭？
推开弹簧门的过程,动能转化为弹簧的弹性势能;弹簧门自动关闭的过程,弹簧的弹性势能转化为门的动能.
探究三：动能、重力势能、弹性势能的相互转化
1.分析撑杆跳高的运动员助跑、撑杆、跨杆、落地的过程中的能量转化。

运动员助跑尽量增大动能,在起跳瞬间,使撑杆发生弹性形变,把自身的动能转化为撑杆的弹性势能.在撑杆恢复原状的过程中,撑杆的弹性势能转化成运动员的动能,动能又不断地转化为运动员的重力势能.在下落的过程中高度逐渐降低,速度越来越大,重力势能转化为动能。
（2）试分析蹦床运动中，能量的转化情况。
蹦床运动员从高处落下,随着高度降低,重力势能转化为动能,在与蹦床将要接触时,具有动能最大,与蹦床接触后,床面发生弹性形变,运动员的动能转化成蹦床的弹性势能.当反弹时，蹦床的弹性势能转化为运动员的动能,随着高度上升,动能转化为重力势能.
以上分析表明：动能和重力势能、弹性势能之间可以发生相互转化。
探究四：机械能守恒
1. 在以上单摆、滚摆、铁索的摆动、蹦床事例中，动能和势能相互转化的过程中,由于不可避免地要克服阻力对外做功,消耗一部分自身的机械能,所以机械能总量会变小，直至全部转化为其他形式的能。
2．机械能守恒：如果只有动能和势能的转化，即机械能未与其他形式的能量发生相互转化时，机械能的总量保持不变。在理想情况下(忽略对外所做的功),可以认为在动能和势能相互转化过程中,机械能的总量保持不变.
人造地球卫星的机械能转化
当卫星从远地点向近地点运动时,它的势能、动能、速度如何变化？
卫星在地球大气层外运行,不受空气阻力,因此机械能守恒.在远地点时,势能最大.从远地点向近地点运动时,势能减小,动能增大,势能转化为动能,速度增大.在近地点时,动能最大,速度最大.
探究五：水能和风能的利用
在地球上，海水朝夕涨落，江河日夜奔流。有时微风拂面，有时狂风劲吹。从能量的角度来看，自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源。
1．水能的利用
早在1900多年前，我们的祖先就制造了木质水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。
通过水轮机带动发电机，可以将水的机械能转化为电能，再通过输电线送到用电地区。修筑拦河坝提高上游水位来发电，主要目的是增加水的重力势能。
2.风能的利用
风是流动的空气,风把风筝吹到天空,也就是对风筝做功;风能使你做的小风车飞转,即对小风车做功.所以,风具有机械能.
我国早在2000多年前就开始利用风来驱动帆船航行。至少1700多年前已开始利用风来推动风车做功。
利用风吹动风车叶片旋转，将风能转化为风车叶片的动能，再通过发电机或其他机器将动能转化为电能.
【精讲点拨】
1.机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和不变，即机械能守恒。
注意：机械能总量不变，不代表机械能守恒。如水平面匀速行驶的汽车，有牵引力和摩擦力这些外力做功，机械能不守恒。但是因为动能不变，重力势能不变，机械能的总量不变。
2.机械能不守恒的情况：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，机械能总和减小。
（1）机械能转化为其他能.例如：滚摆在摆动时与空气摩擦，机械能转化为空气的内能，最后会停下来。
（2）其他能转化为机械能.例如：火箭升空，燃料的能量转化为机械能。
【归纳整理】
【当堂练习】
1.（2020 盐城）如图所示，小明和同学一起荡秋千。下列说法正确的是（ ）
A．通过最低点时的动能为零
B．下降过程中的动能不变
C．到达最高点的重力势能最大
D．上升过程中的重力势能减小
【答案】C
【解析】A、人的质量一定，通过最低点时速度最大，动能最大，故A错误；
B、下降过程中，高度变小，重力势能变小，速度增大，动能增大，故B错误；
C、到达最高点时，高度最大，重力势能最大，故C正确；
D、上升过程中，高度增大，重力势能增大，故D错误。故选：C。
2.（2020黄冈）避险车道是在长且陡的下坡路段､行车道外侧增设的､供刹车失灵车辆驶离正线并安全减速的专用车道｡如图所示是上坡险车道型避险车道，避险车道上铺有很多小石子，车道尽头有废旧轮胎或防撞墙｡下列分析错误的是（ ）
A．小石子可以増大失控车辆与避险车道之间的摩擦力
B．失控车辆在避险车道向上运动速度减小时，动能减少
C．失控车辆撞击废旧轮胎时，将动能转化成重力势能
D．在避险车道上停下来的失控车辆仍具有惯性
【答案】C
【解析】A．小石子增大了地面的粗糙程度，可以増大失控车辆与避险车道之间的摩擦力，故A正确，不符合题意；
B．动能的大小和速度有关，物体质量不变时其速度减小，动能会随之减小，故B正确，不符合题意；
C．失控车辆撞击废旧轮胎时，将动能转化成废旧轮胎的弹性势能，故C错误，符合题意；
D．一切物体都有惯性，故D正确，不符合题意。故选C。
3.（2020鄂州）把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去，如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A．铁锁摆回时会打到鼻子
B．铁锁在摆动过程中动能与重力势能可以相互转化
C．铁锁由高处摆到低处的过程中动能转化为重力势能
D．铁锁上升的最大高度逐次降低，是由于受到重力作用
【答案】B
【解析】A．铁锁在摆动过程中，不断与空气摩擦，一部分机械能转化为内能，机械能减小，所以铁锁摆回时不会打到鼻子，A错误；
B．铁锁在摆动过程中动能与重力势能相互转化,同时克服空气阻力做功，转化为内能，B正确；
C．铁锁由高处摆到低处的过程中重力势能转化为动能和内能，C错误；
D．铁锁上升的最大高度逐次降低，是由于受空气阻力的作用，机械能不断减小，高度不断减小，D错误。故选B。
4.（2020 天津）2020年6月23日，我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星发射成功｡若某卫星沿椭圆轨道从远地点向近地点运动时速度增大了，由此可知其动能（ ）
A．减小 B．增大 C．不变 D．消失
【答案】B
【解析】卫星沿椭圆轨道从远地点向近地点运动时，高度减小重力势能减小，速度增大，动能增大，总的机械能不变。故选B。
5.（2020十堰）高空抛物被称为“悬在城市上空的痛”，会给社会带来很大的危害。关于高空物体的下落过程，下列分析正确的是（ ）
A．只受重力作用B．动能越来越大
C．重力势能全部转化为动能 D．机械能总量保持不变
【答案】B
【解析】A．高空物体在下落过程中，除了受到重力的作用，还受到空气阻力的作用，故A错误；
B．高空物体下落时，质量不变，其速度越来越快，则动能越来越大，故B正确；
CD．高空物体下落过程中，受到空气的阻力，所以机械能不守恒，那么重力势能除了转化为动能外，还有一小部分转化为内能，故CD错误。故选B。
6.（2020 大连）体育课上，同学们进行投掷铅球的练习。铅球在空中下落时，铅球的（ ）。
A. 重力势能变大，速度变小B. 重力势能变小，速度变小
C. 重力势能变大，速度变大D. 重力势能变小，速度变大
【答案】D。
【解析】铅球在空中下落时，其高度降低、速度不断增大，所以它的重力势能减小，动能增大，重力势能不断向动能转化。故选D。
7．（2020 临沂）2019年10月27日7时35分，临沂国际马拉松赛鸣枪开赛。本次赛事使用无人机（如图）进行了航拍，无人机匀速下降的过程中（ ）。
A．失去了惯性B．重力不做功C．动能减小D．机械能减小
【答案】D。
【解析】A、任何物体都有惯性，无人机匀速下降的过程中具有惯性，故A错误；
B、无人机匀速下降的过程中，在重力方向上通过了距离，所以重力做了功，故B错误；
CD、无人机匀速下降的过程中，质量不变，速度不变，动能不变；高度越来越小，重力势能越来越小；所以机械能减小，故C错误，D正确。故选：D。
8.（2020荆州）如图所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞。将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿人罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定。做好后将它从不太陡的斜面滚到水平面。下列说法正确的是（ ）
A．罐子从斜面滚下，重力势能只转化为动能
B．罐子从斜面滚下的过程中，只有动能和弹性势能的相互转化
C．因为能量之间可以相互转化，所以罐子滚下后可能再次滚上斜面
D．如果水平面是光滑的，则罐子会一直滚动下去
【答案】C
【解析】A．罐子从斜面滚下，要克服摩擦力做功而使重力势能转化为内能，故A错误；
B．罐子从斜面滚下的过程中，重力势能转化为动能和内能，故B错误；
C．罐子从不太陡的斜面上滚下，罐子的高度减小，速度先增大后减小，橡皮筋的弹性形变逐渐增大，则罐子的重力势能减小，动能先增大后减小，橡皮筋的弹性势能增大，即该过程中罐子的重力势能会转化为动能和橡皮筋的弹性势能；发生形变的橡皮筋由于要恢复原状，故罐子可能再次滚上斜面，故C正确；
D．罐子在滚动的过程中，由于和斜面之间存在摩擦，机械能会转化为内能，所以整个罐子的机械能不守恒，机械能会逐渐变小，最终罐子会停止运动，故D错误。故选C。
9.（2020 南京）如图所示是荡秋千的简化模型，摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高，下列说法正确的是（ ）。
A. 球在B、C两点的动能相等；
B. 球在A、D两点的机械能相等；
C. 球从B点到O点的过程中机械能减少；
D. 球从O点到C点的过程中重力势能减少
【答案】C。
【解析】A．B、C两点等高，重力势能相等，小球从B点到C点过程中，由于空气阻力，机械能减小，机械能包括动能和势能，所以C点的动能减小，球在B、C两点的动能不相等，故A错误；
B．球从A点到D点过程中，由于空气阻力，机械能减小，故B错误；
C．球从B点到O点的过程中，由于空气阻力，机械能减小，故C正确；
D．球从O点到C点的过程中，高度增大，重力势能增大，故D错误。故选C。
10（2020黄石）如图，弹簧下端悬挂一个实心小球，用手托住小球，小球静止在A点，此时弹簧处于自然长度。释放小球，小球向下运动到最低点B（不超过弹簧弹性限度），小球从A点运动到B点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A
B
A．小球的重力势能--直在减少，动能一直在增加
B．小球减少的重力势能全部转化为动能
C．弹簧的弹性势能不断增大
D．小球运动到B点时，重力势能最小，动能最大
【答案】C
【解析】A．小球高度下降，故小球的重力势能一直减小，小球受重力和弹力作用，在开始阶段时，重力大于弹力物体将一直加速，当弹力等于重力后物体开始减速，故小球的动能先增大后减小，故A错误；
B．弹簧的形变量增大，小球减少的重力势能转化为动能和弹簧的弹性势能，故B错误；
C．弹簧的形变量一直增大，弹簧的弹性势能不断增大，故C正确；
D．小球运动到B点时，高度最小，重力势能最小，速度为0，动能为0，故D错误。故选C。
11.（2020 丹东）如图，滚摆下降过程中，滚摆的_____能转化为_____能。滚摆上下往复运动过程中，其每次上升所能达到的高度越来越低，滚摆在运动过程中的机械能_______（ 选填“增加”、“减少”或“不变”）。
【答案】(1)重力势；(2)动；(3)减少。
【解析】滚摆在下降过程中，高度逐渐减小，重力势能减小，速度越来越大，动能增大，滚摆的重力势能转化为动能。
滚摆上下往复运动过程中，要克服阻力做功，部分机械能转化为内能，故总的机械能减少。
12．（2019 宿迁）会荡秋千的人，不用别人帮助，就能把秋千荡得很高。做法是：当人从高处向下摆时，身体由直立变为下蹲，此过程降低重心高度，将更多的重力势能转化为 能；而从最低点向上摆时，用力将身体由下蹲变为直立，此过程克服身体重力做功，增加了 能。如此循环往复，机械能越积越多，秋千就越荡越高。
【答案】（1）动；（2）机械（重力势）
【解析】由题意可知，当人从高处向下摆时，身体由直立变为下蹲，此过程降低重心高度，可以获得更大的速度，将更多的重力势能转化为动能；
而从最低点向上摆时，用力将身体由下蹲变为直立，此过程克服身体重力做功，此时高度增加，重力势能增大，从而增加了机械（重力势）能。
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些不足，有什么体会。