8．6 合理利用机械能

2003年6月1日零时，举世闻名的三峡工程大坝正式下闸蓄水。图8-89所示为水力发电站的流程示意图，你知道三峡工程为什么要修筑拦河大坝吗？

智 能 提 要

问：物体是不是一定要在对外做功时，才具有能？

答：分析动能、势能的变化，必须抓住决定动能和势能大小因素不放．动能的大小决定与物体的质量和速度，重力势能的大小决定与物体的质量和高度，不能只考虑其中的一个因素，而忽略了另一个因素．例如，公路上匀速行驶的正在洒水的洒水车，尽管速度没有变化，但它的动能还是在不断减小，因为洒水车的总质量在不断减小．

问：你观察过滚摆的上下运动吗？在滚摆上下运动的过程中动能和势能是如何转化的？

答：滚摆由上向下运动时，高度降低，速度加快，重力势能转化为动能；向上运动时，高度升高，速度减慢，动能转化为重力势能．

问：为什么滚摆每次上升的高度都比前一次低呢？

答：在滚摆上升的过程中，如果没有任何摩擦等阻力，那么它每次上升的高度应该是相等的． 之所以一次比一次低，是因为滚摆在上下运动的过程中受到空气等阻力的作用，机械能总量不断减小的缘故．

问：乒乓球从空中下落、撞地、弹起的过程中，动能和势能的转化是比较复杂的，你能分析一下吗？

答：乒乓球在下落过程中，是重力势能转化为动能；当球落地撞击地面时，球发生弹性形变，球的动能转化为弹性势能；球在恢复原状的过程中，球的弹性势能又转化为动能；球弹起后，球在上升过程中，是动能转化为重力势能．

智 能 拓 展

大海中蕴含的机械能

大海中蕴藏着丰富的机械能，它可以 通过不同的形式表现出来，如潮汐、波浪、海流等．

潮汐能

海水每天都有固定的涨潮和退潮时间，这种海水定时涨落的现象就是潮汐现象．海水一涨一落，水位的高度差可达几十米．为了利用潮汐的机械能，工程师设计在海湾或河口附近兴建蓄水池，在蓄水池下有一个装有水轮机的闸门，当海水涨落时流经闸门，带动水轮发电机发电．

海浪能

海洋中的波浪，有时微波细浪，有时波涛汹涌，能把几十吨重的石头推走，能使万吨巨轮颠簸摇晃．海啸是灾难性的波浪，它能把轮船冲上陆地，能推翻岸边建筑物，具有十分巨大的能量，经科学家估测，在1km2的海面上，海浪能的功率可达2.0×105kW，如果合理地利用，将能提供非常可观的能量．

海流能

大海中的海水受海洋环流的影响，像陆地的河流一样，保持着一种固定方向的运动，这种现象叫做海流．海流中蕴藏着巨大的动力资源．科学家们设想利用海洋中海流流动的动力推动水轮发电机发电──海流发电．据统计，世界大洋中所以海流的发电功率达109kW．

智 能 归 例

题型一 理解能、动能、势能和机械能的概念

例1 关于能的概念，下列说法正确的是（ ）

A．用线悬挂着的物体，它没有做功，它不具有机械能

B．在空中飞行的子弹，因为它能做功，所以它具有机械能

C．甲物体的运动速度比乙物体的大，则甲物体的动能一定比乙物体的大

D．甲物体的高度比乙物体的高度大，则甲物体的势能一定比乙物体的大

闯关点拨 用线悬挂的物体，由于被举高而具有做功的本领，它具有重力势能；重力势能的大小是由物体的质量和高度共同决定的，被举得越高的物体具有的重力势能不一定大；物体动能的大小是由物体的质量和速度大小共同决定的，速度大的物体动能不一定大．

答 选B

例2 判断下列物体是否具有机械能，如果有，请说明具有什么形式的机械能，如果没有，说明原因．

（1）在水平地面上滚动的铅球：____________，_____________；

（2）悬挂在室内的电灯：____________，_____________；

（3）玩具汽车中被卷紧的发条：____________，_____________；

（4）弹簧：____________，_____________；

（5）在空中飞行的波音747客机：____________，_____________；

（6）静止在水平轨道上的列车：____________，_____________．

闯关点拨 物体只要具有做功的本领，它就具有能，与当时是否正在做功无关．有质量和运动速度的物体就具有动能；有质量和高度的物体就具有重力势能；弹性物体一定要发生弹性形变时，才具有弹性势能．

解 （1）在水平地面上滚动的铅球：既有质量又有运动速度，具有机械能，是动能；

（2）悬挂在室内的电灯：既有质量又有高度，具有机械能，是重力势能；

（3）玩具汽车中被卷紧的发条：发条是弹性物体，卷紧后发生了弹性形变，具有机械能，是弹性势能；

（4）弹簧：尽管是典型的弹性物体，但它没有发生弹性形变，因而不具有机械能；

（5）在空中飞行的波音747客机：有质量，有运动速度，还有高度，具有机械能，而且是既有动能又有重力势能；

（6）静止在水平轨道上的列车：尽管质量很大，但它不在运动，也没有高度，所以它不具有机械能．

题型二 会探究决定动能大小和重力势能大小的因素

例 如图8-90所示，是用来探究“动能大小跟哪些因素有关”的实验装置图。（小球在光滑斜面上由静止开始下滑，到达底端的速度只与起点高度有关，起点越高，到达底端的速度就越大，运动小球撞击停在平面上的木块后，木块运动距离越长，说明小球具有动能越大）

（1）分析比较实验甲与实验乙，可得出结论：______________________________。

实验中被控制的物理量是________________。

（2）分析比较实验乙与实验丙，可得出结论：______________________________。

实验中被控制的物理量是_______________________。

（3）实验结果表明，物体动能与物体的 和 有关，____________越大，____________越大，动能就越大。

2019-2020年物理：第九章第六节合理利用机械能同步辅导与练习（沪科版第八年级）