第四节

知识点一 机械能及其转化

1.机械能

（1）动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。机械能的单位是焦耳（J）。

注意

具有机械能的物体有三种情况：（1）只有动能；（2）只有势能；（3）既有动能又有势能。

各种形式能的单位以及功的单位都是焦耳（J）。

（2）机械能大小的决定因素：质量、速度、高度、弹性形变量。

2.动能和重力势能的转化

动能与重力势能可以相互转化。下面以单摆与滚摆的运动为例说明。

（1）单摆实验

如图11-4-1所示摆球在a、b时最高，在c点时最低，所以单摆的运动可分为下降段和上升段。其能量转化情况见下表。

（2）滚摆实验如图11-4-2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：

注意

分析动能和重力势能的转化问题时，不能只看表面现象，有时由于其他形式的能量参与了转化，会号致动能和重力势能之间没有发生转化。如某物体以斜面上匀速滑下时，重力势能减小，动能不变，重力势能没有转化为动能。

3.动能和弹性势能的转化

如图11-4-3所示，一个木球从高处滚下来，撞到弹簧片上。

注意

动能和弹性势能之间发生转化时，可以发生在同一个物体上，也可以发生在不同的物体之间。如运动员进行蹦床表演时，运动员刚被弹起时，蹦床的弹性势能转化为远动员的动能。

归纳：动能和势能在一定条件下是可以相互转化的，转化过程就是一种形式的能量转化为另一种形式的能量的过程。

规律总结

分析动能和势能相互转化四部曲

（1）明确研究对象和所要研究的过程。

（2）物体在起始位置所具有的动能、势能。

（3）在运动过程中，物体的高度、形变、速度是否变化，如何变化物体的重力势能、弹性势能、动能是否变化，如何变化。

（4）得出结论：减少的一种形式的能必定转化为增加的另一种形式的能。

知识点二 机械能的守恒

1.机械能守恒

大量研究结果表明，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，机械能是守恒的。

机械能守恒是有条件的，若考虑摩擦阻力等，机械能的总量就会变小，这是因为机械能转化成了其他形式的能，如落地的乒乓球越跳越低，最后静止在地面上，机械能的总量在减小。

2.判断机械能是否变化的方法

（1）无外力（除重力及物体弹力之外的力）情况下的机械能转化：此时机械能守恒，动能和势能中一种能量减少，另一种能量必然增加。

（2）存在除重力、弹力外其他外力情况下的机械能变化，由“机械能=动能+势能”判断。若质量和速度不变，高度增加，则动能不变，重力势能增大，机械能增大。例如：一辆汽车匀速驶上斜坡，在这个过程中，汽车的质量和速度都不变，动能不变，但高度增加，重力势能增大，汽车的机械能增大，因为汽车的牵引力对汽车做了功。

注意

在比较物体机械能大小或分析机械能是否发生变化时，必须同时考虑物体的动能和势能大小是否在改变，不能忽略其中任何一个。

3.人造地球卫星的机械能转化如图11-4-6所示，人造地球卫星绕地球沿椭圆轨道运行，它的位置离地球中心最远的一点叫远地点，在这里卫星的势能最大；离地球中心最近的一点叫近地点，在这里卫星的势能最小。

（1）卫星由远地点向近地点运行时，势能逐渐减小，速度增大，动能增大，能量转化是势能转化为动能。

（2）卫星由近地点向远地点运行时，势能逐渐增大，速度减小，动能减小，能量转化是动能转化为势能。

（3）卫星在近地点时动能最大，在远地点时动能最小。

（4）人造地球卫星围绕地球沿椭圆轨道运行的过程中，不受空气阻力，只有动能与势能相互转化，卫星的机械能守恒。

点拨

在判断卫星的能量转化时，可将远地点看成高处，近地点看成低处，所以当卫星从远地点向近地点运动时，相当于物体从高处向低处下落，势能转化为动能；同理，卫星从近地点向远地点运动时，相当于物体从低处向高处运动，动能转化为势能。

知识点三 风能和水能的利用

1.风能

空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。

2.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。水能的大小由流量、流速和水位差决定。

3.风能与水能的利用

我国是利用风能最早的国家之一，现在人们在风力大的地方建造风力发电站，风能是一种永不枯竭的清洁能源。水能发电是水库上游的水冲击水轮机叶片时，把部分动能传给水轮机，使水轮机转动起来，由此带动发电机发电。水力发电的过程是水能转化为电能的过程。

注意

（1）水能、风能都属于自然界中的机械能。

（2）水力发电修建很高的拦河坝，目的是提高水位，从而提高水的重力势能，流下时转化为更多的动能，发出更多的电。

易误点 不能正确判断机械能是否守恒。

【易误点辨析】在能量转化的过程中，如果只有动能和势能相互转化，机械能的总和就保持不变。

判断机械能是否守恒可以通过以下两种方法。

（1）物体在运动中如果不受摩擦等阻力作用，只有动能和势能相互转化的情况下，机械能守恒；若在动能和势能相互转化过程中，受到摩擦力或其他力作用（即重力以外的力的作用）会使机械能转化成其他形式的能，使机械能减小，或其他形式的能转化为机械能，使机械能增大。

（2）在动能和势能相互转化过程中，通过机械能等于动能和势能的和来判断机械能是否改变。

【例】电梯匀速上升过程中，电梯的( )

A.动能保持不变

B.机械能保持不变

C.重力势能保持不变

D.动能转化为重力势能

【解析】电梯匀速上升过程中，速度不变，高度增加，因此动能不变，重力势能增加，故A选项正确，C选项错误；机械能是动能和势能的和，所以机械能增加，故B选项错误；重力势能增加是因为有外力对电梯做功，而不是由动能转化而来，如果是动能转化为重力势能，则动能会减少，故D选项错误。

【答案】A

Blies.,Wwwwwwww...前面几张图片丢了呜呜呜