這是機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化導(dǎo)學(xué)案，是優(yōu)秀的物理教案文章，供老師家長們參考學(xué)習(xí)。

　　【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

　　1.理解動(dòng)能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化;

　　2.能用實(shí)例說明機(jī)械能和其他形式的能的轉(zhuǎn)化;

　　3.通過實(shí)例認(rèn)識(shí)能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，不同形式的能可以相互轉(zhuǎn)化的過程.

　　一、【基礎(chǔ)知識(shí)精講】

　　一).機(jī)械能：動(dòng)能和勢能之和稱為機(jī)械能.

　　關(guān)于“機(jī)械能”的定義，注意以下兩點(diǎn)：

　　1、動(dòng)能和勢能都屬于機(jī)械能.動(dòng)能是物體運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的能量，勢能是存儲(chǔ)著的能量，它們雖然是兩種形式不同的能量，但都屬于機(jī)械能，或者說動(dòng)能和勢能是機(jī)械能的兩種表現(xiàn)形式.

　　2、一個(gè)物體既可以有動(dòng)能，也可以有勢能.上面說了，動(dòng)能和勢能是形式不同的能量，它們有各自的定義和存在方式，有各自的影響因素.只要一個(gè)物體同時(shí)滿足動(dòng)能和勢能的定義條件，它就可以同時(shí)具有動(dòng)能和勢能.

　　例如，在空中飛行的飛機(jī)，是運(yùn)動(dòng)的而且有高度，因此這時(shí)它同時(shí)具有動(dòng)能和重力勢能.

　　二.動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化

　　物體在運(yùn)動(dòng)過程中，其速度、高度、彈性形變都可能發(fā)生變化，這時(shí)就可能伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，不同形式的能量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，即：動(dòng)能和重力勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，動(dòng)能和彈性勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，但重力勢能和彈性勢能之間不能相互轉(zhuǎn)化，因?yàn)樗鼈儗儆谕N形式的能量.

　　1、動(dòng)能和重力勢能之間的相互轉(zhuǎn)化：

　　1)、下面我們來看幾個(gè)能量相互轉(zhuǎn)化的例子.把一個(gè)滾擺掛在框架上，如圖14-4所示，用手捻動(dòng)滾擺使懸線纏在軸上，滾擺升到最高點(diǎn).放開手，觀察滾擺的運(yùn)動(dòng)情況.

　　可以看到滾擺旋轉(zhuǎn)著下降，越轉(zhuǎn)越快.到最低點(diǎn)時(shí)，滾擺轉(zhuǎn)而上升，上升中它越轉(zhuǎn)越慢，直到差不多回到原來的位置.然后它又下降、上升，重復(fù)原來的運(yùn)動(dòng).

　　根據(jù)滾擺運(yùn)動(dòng)中高度和速度的變化，不難看出：滾擺下降時(shí)，它的重力勢能越來越小，動(dòng)能越來越大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;滾擺上升時(shí)，它的動(dòng)能越來越小，重力勢能越來越大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能.

　　2)、如圖14-5所示，小球在軌道ABCD上滾動(dòng)，其能量轉(zhuǎn)化要分段來分析.

　　小球由A點(diǎn)出發(fā)，從圖中可以看到，A點(diǎn)是軌道的最高點(diǎn)，重力勢能最大，開始下落的一剎那，速度為零，動(dòng)能最小.由A到B的下落過程中，其高度逐漸減小，使重力勢能減小，而下落速度越來越大，使其動(dòng)能越來越大.因此由A到B階段，小球的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.

　　B點(diǎn)是軌道的最低點(diǎn)，小球到達(dá)時(shí)重力勢能最小，速度最大，動(dòng)能最大，由B到C是小球上升的階段，速度越來越小，動(dòng)能越來越小，高度不斷上升，重力勢能不斷增大.因此，由B到C階段是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能.

　　接下來，小球由C點(diǎn)落回B點(diǎn)，是重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)仍然速度最大.

　　最后一個(gè)階段，小球由B點(diǎn)上升到D點(diǎn)，動(dòng)能越來越小，重力勢能越來越大.因此，由B到D階段小球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能.

　　在以上兩個(gè)分析過程中，我們都未談到物體的質(zhì)量，雖然它也是影響動(dòng)能和重力勢能的因素，但在這兩個(gè)過程中，滾擺的質(zhì)量和小球的質(zhì)量都是不變的.因此我們未做討論.

　　3)、如果你把以上兩個(gè)能量轉(zhuǎn)化的分析都弄明白了，你可以試著分析一下圖14-6所示的小球在擺動(dòng)過程中的能量轉(zhuǎn)化.

　　結(jié)論應(yīng)該是：假設(shè)小球由A點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)，由A到B過程，小球的重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，由B到C過程是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能，由C到B過程是重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，由B到A過程是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能，…由此往復(fù).

　　2、下面來看動(dòng)能和彈性勢能相互轉(zhuǎn)化的情況.

　　1)如圖14-7所示，小球從A點(diǎn)落到B點(diǎn)時(shí)，重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.

　　在B點(diǎn)，小球具有動(dòng)能，如圖14-7甲所示，C點(diǎn)豎直有一個(gè)彈簧片，彈簧片下端固定，木球剛剛接觸彈簧片.接下來，木球?qū)?dòng)能釋放，把彈簧片壓彎，如圖14-7乙所示，彈簧片的形變在增大，彈性勢能在不斷增大，在此過程中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，緊接著，彈簧片恢復(fù)原狀，把木球彈回，如圖14-7丙所示，此時(shí)彈簧片將彈性勢能釋放，而木球速度越來越大，動(dòng)能也越來越大，在這個(gè)過程中彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.

　　2)、在圖14-8中，一個(gè)簡單的玩具很好地體現(xiàn)出了動(dòng)能與彈性勢能、重力勢能間的轉(zhuǎn)化.

　　當(dāng)上緊發(fā)條后，由于發(fā)條發(fā)生了彈性形變，具有了彈性勢能，它使體操人開始翻轉(zhuǎn)，這時(shí)是彈性勢能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，而體操人上下翻轉(zhuǎn)過程中，又進(jìn)行了動(dòng)能和重力勢能間的相互轉(zhuǎn)化.

　　講到這里，你可能會(huì)得到這樣的結(jié)論：當(dāng)動(dòng)能和勢能可以不斷地相互轉(zhuǎn)化下去時(shí)，物體就可以不停地往復(fù)運(yùn)動(dòng)下去而不會(huì)停止.

　　三、機(jī)械守恒

　　如果只有動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總量保持不變，即機(jī)械能守恒。實(shí)際生活中，在機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化過程中，往往要克服摩擦力，使機(jī)械能總和減小。

　　我們可以舉兩個(gè)例子來說明上述問題.

　　1、用繩子把一個(gè)鐵鎖懸掛起來.如圖14-9所示，把鐵鎖拿近自己的鼻子，穩(wěn)定后松手，頭不要?jiǎng)?鐵鎖向前擺去又?jǐn)[回來，你會(huì)害怕鐵鎖擺回時(shí)會(huì)碰到你的鼻子嗎?不用怕，它不會(huì)碰到你的鼻子，而且每次蕩回時(shí)都比上一次蕩回距離你的鼻子遠(yuǎn)了一些，最終鐵鎖會(huì)停下來.在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，鐵鎖的動(dòng)能和勢能在不斷轉(zhuǎn)化.在轉(zhuǎn)化過程中，機(jī)械能的總量是減小的.

　　2、在圖14-10中，讓小球沿半圓形軌道由A點(diǎn)向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng).小球在A點(diǎn)靜止，松手后，小球會(huì)到達(dá)B點(diǎn)嗎?會(huì)一直從A到B，再從B到A地這樣運(yùn)動(dòng)下去嗎?實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：小球不會(huì)再到達(dá)A點(diǎn)和B點(diǎn)，而且最后會(huì)停在軌道最底部.這是因?yàn)樾∏蛟谶\(yùn)動(dòng)過程中要克服摩擦，因此消耗一部分機(jī)械能，使其機(jī)械能總和減小，最終為零時(shí)，小球就停在最低點(diǎn)了.

　　動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化的事例在日常生活中還有很多.例如，炮彈從炮口斜向上射出，又落到遠(yuǎn)處地上，這時(shí)是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能，重力勢能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;彈簧門打開后，可自動(dòng)關(guān)閉，是彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能.

　　3、如圖14-11所示.人造地球衛(wèi)星繞地球沿橢圓軌道運(yùn)行，它的位置有時(shí)離地球中心較近，有時(shí)離地球中心較遠(yuǎn).離地球中心最近的一點(diǎn)叫近地點(diǎn)，這里衛(wèi)星的勢能最小;離地球最遠(yuǎn)的一點(diǎn)叫遠(yuǎn)地點(diǎn)，這里衛(wèi)星的勢能最大.衛(wèi)星從遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，勢能減小，動(dòng)能增大，速度越來越大;反之，從近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，勢能增大，動(dòng)能越來越小，速度越來越小.衛(wèi)星在運(yùn)行過程中，也發(fā)生了動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化.

　　二、解題策略：

　　題型一 理解機(jī)械能的概念

　　1. 關(guān)于動(dòng)能、機(jī)械能，下列說法中錯(cuò)誤的是( )

　　A.一輛汽車具有動(dòng)能，它一定具有機(jī)械能 B.兩輛汽車以相同速度行駛時(shí)，質(zhì)量大的動(dòng)能大

　　C.汽車的機(jī)械能增加，運(yùn)動(dòng)速度一定加大 D.平直公路上行駛的汽車，速度變化機(jī)械能變化

　　2.在9·11中，恐怖分子利用劫持的飛機(jī)具有較大的 撞擊世貿(mào)大廈，導(dǎo)致其成為一片廢墟.

　　題型二 動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化

　　3. 下列過程中，屬于動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能的是( )

　　A.雪撬從山坡上滑下　 B.玩具彈簧槍將“子彈”水平射出

　　C.雨滴從屋檐落向地面　 D.斜向上射出的炮彈在上升過程

　　4. 電動(dòng)車沿斜面勻速運(yùn)動(dòng)到車站站臺(tái)上，在這個(gè)過程中電動(dòng)車( )

　　A.動(dòng)能減少，重力勢能增加，總機(jī)械能不變B.動(dòng)能增加，重力勢能減少，總機(jī)械能不變

　　C.動(dòng)能不變，重力勢能增加，總機(jī)械能不變D.動(dòng)能不變，重力勢能增加，總機(jī)械能增加

　　題型三 解釋生活中常見的機(jī)械能轉(zhuǎn)化現(xiàn)象

　　5.如圖15-5-3所示，用繩子拴住一個(gè)蘋果并懸掛下來，把蘋果拉近自己的鼻子靜止，松手

　　后，蘋果將向前擺去，接著又反向擺回來，你原地不動(dòng)，蘋果會(huì)打到你的鼻子嗎?為什么?

　　不會(huì)。因?yàn)樘O果前后擺動(dòng)時(shí)，能量的轉(zhuǎn)化過程是：在下降過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;到最低點(diǎn)時(shí)，速度達(dá)最大，推動(dòng)蘋果上升，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能;在此循環(huán)過程中，如果不計(jì)空氣阻力，將遵守機(jī)械恒。也就是說蘋果最大能達(dá)到的高度就是接近鼻子處(也就是起實(shí)放下它的位置)。所以不會(huì)打著鼻子。

　　三、【學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)】

　　如何分析能量的轉(zhuǎn)化

　　學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容時(shí)，有的同學(xué)可能會(huì)遇到這樣的困難：分析某一過程的能量轉(zhuǎn)化，不知到底是動(dòng)能轉(zhuǎn)化成重力勢能，還是由重力勢能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能.現(xiàn)在我來教你一個(gè)分析能量轉(zhuǎn)化的方法.

　　在動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中，總有一種形式的能量在增加，另一種形式的能量在減少.那么我們根據(jù)各種能量影響因素的變化來判斷能量的增加或是減少.例如，物體的高度減小，那么它的重力勢能就減少，它的速度增大，那么它的動(dòng)能就增加.而在能量轉(zhuǎn)化的過程中，能量總是從逐漸減少的那種向逐漸增加的那種轉(zhuǎn)化.

　　我們就以滾擺為例：滾擺上升過程中，速度在不斷減小，因此其動(dòng)能減少，而高度在不斷增大，因此其重力勢能在增加，所以我們可得出結(jié)論：滾擺上升過程中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成重力勢能.

　　你明白了嗎?那就試著分析一下滾擺下降過程中的能量轉(zhuǎn)化.

　　其實(shí)，不僅是在機(jī)械能的轉(zhuǎn)化中，在分析其他能量轉(zhuǎn)化過程中，也可以使用這種方法.