最新人教版 八年级上物理机械能.docx
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最新人教版八年级上物理机械能
一、考点突破
1.了解能量的初步概念。
2.知道什么是动能及影响动能大小的因素。
3.知道什么是势能及影响势能大小的因素。
4.理解动能与势能之间的相互转化，探索机械能守恒的条件。
5.进一步学会用控制变量法探究物理规律，尝试用能量转化的观点解释物理现象和规律。
本讲内容在中考物理中的要求如下：
正确理解机械能（动能和重力势能）的影响因素，设计探究机械能影响因素的实验，在不同情形尤其是实际情景下判断动能和势能（主要指重力势能）的大小和转化。
机械能与其他形式的能之间的转化，是每年中考必考内容，所占分值约为2分。
题型相对稳定，常以选择题、填空题、探究题的形式出现。
比如摩擦生热——机械能与内能之间的转化问题。
二、重难点提示
重点：
知道什么是动能、弹性势能、重力势能，并能探究出影响动能、重力势能大小的因素。
难点：
探究影响动能、重力势能大小的因素。
一、知识脉络图
二、知识点拨
（一）什么是能
物体能够对外做功，表示这个物体具有能量。
【说明】“能够做功”与“做了功”是有区别的，“能够做功”是指这个物体具有做功的本领，但不一定做了功，具有能量的物体能够做功，但是否做功还要看具体的条件。
“做了功”是一个过程，它是一个力经过一段过程后取得了某种成效。
具有能量的物体不一定在做功，但做功的物体一定具有能。
能量的单位：
焦耳（J）
（二）动能
定义：
物体由于运动而具有的能叫做动能。
物体的动能越大，它可以对其他物体做的功就越多，反之越少。
运动物体的动能大小与物体的质量和运动速度有关，物体的质量越大，运动速度越大，它具有的动能就越大。
【说明】
1.一个物体是否具有能要看它是否具有能够做功的本领，要判断一个物体是否具有动能的关键是看它是否具有速度。
2.动能的大小取决于物体的质量和运动速度，物体的动能、质量、运动速度的关系可用公式：
表示。
可见，在比较动能大小时，不能只考虑一个因素，不要简单地认为质量大，动能一定大，或者认为速度大，动能一定大，而要考虑影响动能的所有因素。
（三）重力势能和弹性势能
重力势能和弹性势能统称为势能。
1.重力势能
定义：
物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。
物体的重力势能越大，对其他物体做功的本领越大。
物体的重力势能大小与其质量和被举高的高度有关，质量越大，被举得越高，物体所具有的重力势能就越大。
2.弹性势能
定义：
物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
物体的弹性势能越大，对其他物体做功的本领越大。
同一物体弹性形变越大，具有的弹性势能越多。
【说明】
1.物体被举高的高度是相对高度，是指相对于最低位置的竖直高度，在没有特别指明的情况下，一般是相对地面而言的。
通常把地面上的物体具有的重力势能视为零，在某些特殊的情况下也可以选其他物体作为参照物，如：
以教室的地板为参照物作为零势能面，则放在地板上的书的重力势能为零，而放在桌面上的书由于相对于地板有一定的高度，所以放在桌面上的书具有重力势能。
2.重力势能的大小取决于物体的质量和物体所处的高度，物体的重力势能、质量、高度的关系可用公式：
表示。
可见，在比较重力势能的大小时，不能只考虑一个因素，不要简单地认为质量大，重力势能一定大，或者认为物体被举得高，重力势能一定大，而要考虑影响重力势能大小的所有因素。
（四）机械能
动能与势能统称为机械能。
动能是物体运动时具有的能量，势能是物体被举高或发生弹性形变而具有的能量，它们都属于机械能。
具有机械能的物体有三种情况：
（1）只有动能的物体；
（2）只有势能的物体；（3）既有动能又有势能的物体。
（五）动能和势能可以相互转化
1.动能和重力势能的相互转化通常发生在物体上升或下降的过程中，即发生在重力做功或克服重力做功的过程中，分析时根据动能和重力势能的影响因素，通过速度和高度的变化来判断能量的转化方向。
2.动能和弹性势能之间的相互转化一般发生在物体发生弹性形变或恢复形变的过程中，即发生在弹力做功或克服弹力做功的过程中。
分析动能和弹性势能之间的转化时，要通过物体速度和形变的变化，从而判断能量的转化方向。
【说明】
1.能量的种类有很多，如太阳能、电能、原子能等，而机械能是与物体的机械运动情况有关的一种能量，单位跟其他形式的能量单位相同，都是焦耳（J）。
2.各种形式的能量都可以相互转化，如电能可以转化为光能，太阳能可以转化为电能等，动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式，能量转化过程中总是一种能量减少，另一种能量增加。
（六）机械能守恒
机械能内部（动能和势能之间）可以相互转化，也可以转化成其他形式的能。
如果只有动能和势能相互转化——没有转化成其他形式的能，则物体的机械能总量保持不变，机械能是守恒的。
永动机是不可能实现的。
【注意】
如果运动的物体受到的摩擦力或受到的空气阻力不能忽略，机械能会转化成其他形式的能，机械能将减小。
物理学中谈及的“光滑”的含义是“摩擦力可以忽略不计”，解题时要注意。
（七）机械能相互转化在生活中的应用
机械能是一种常见的能量形式，在实际生活中，人们利用机械能的相互转化，能够很好地解决生活、学习、工作中的实际问题。
生活中利用机械能的事例：
（1）荡秋千是利用了动能和势能的相互转化。
（2）公园中的“过山车”是利用了动能和重力势能的相互转化。
（3）射箭运动员弯弓射箭是利用了弹性势能和动能的相互转化。
能力提升类
例1在探究重力势能与什么因素有关时，同学们经过讨论，提出如下猜想：
重力势能的大小可能跟物体的质量有关；也可能跟物体所处的高度有关。
下面是小明和小聪关于这个猜想讨论后的实验设计。
设计一：
让质量为m的物体从不同高度落向插入沙坑中的木桩。
设计二：
让质量为m和2m的两个大小不同的物体从同一高度落向插入沙坑中的木桩。
实验发现木桩B比A插入得深，D比C插入得深，如图所示。
请解答下列问题：
（1）要探究重力势能与物体所处高度的关系应选用。
（2）根据设计二及实验结果的图示，可得出的结论是。
（3）拓展：
游乐场的过山车为什么不需要引擎来推动就能“翻山越岭”呢？
原来过山车在开始运行时，是靠一个机械装置被推上最高点的，但在第一次下行后，从这时起带动它沿轨道行驶的唯一“发动机”就是重力势能。
在生产与生活中，利用了类似“发动机”的事例有________（举一例即可）。
一点通：
（1）影响物体重力势能大小的因素有多个，要探究重力势能与物体所处高度的关系，应保证物体的质量相同。
（2）由乙图可知，两个质量不同的物体从同一高度落下，通过观察木桩陷入沙中的深度可知重力势能与质量的关系。
（3）分析题中例子可知，在生活中利用重力势能的现象很多，如骑自行车下坡时的滑行等。
答案：
（1）设计一（甲图）；
（2）在物体所处的高度一定时，质量越大，物体的重力势能也越大；
（3）骑自行车下坡时的滑行；飞行员跳伞后打开降落伞之前的下落等（其他合理答案也可）。
点评：
在该实验探究中，是采用转换法和控制变量法来研究重力势能与质量及高度的关系，解题的关键是要清楚研究一个影响因素时，必须保证其他的影响因素相同。
例2如图表示撑竿跳高运动的几个阶段：
助跑、撑竿起跳、越横竿。
在这几个阶段中能量的转化情况是：
（1）助跑阶段，运动员消耗体内的化学能（选填“大于”、“小于”或“等于”）运动员和撑竿获得的动能。
（2）撑竿起跳阶段，运动员的能增加。
（3）运动员越过横竿后，运动员将能转化为能。
一点通：
（1）由于能量转化时的效率都小于100%，故在助跑阶段，运动员消耗体内的化学能大于转化成的动能；
（2）撑竿起跳阶段，运动员的高度上升，故重力势能增大；
（3）运动员越过横竿后，运动员的高度下降，速度增加，故是重力势能转化为动能。
答案：
（1）大于；
（2）重力势；（3）重力势；（4）动。
点评：
本题考查了能量转化时的效率变化和动能与重力势能的转化知识。
动能与质量和速度有关，重力势能与高度和质量有关。
各种能量之间的转化效率都小于100%。
例3如图所示，是小明通过用弹弓射“子弹”来研究“弹性势能的大小与物体形变的关系”的情景。
（1）在实验中，小明是通过观察来比较弹弓弹性势能的大小的。
（2）当弹弓上的橡皮筋形变相同时，所用的“子弹”质量不同，射出去的距离也不同，质量较大的子弹，射出的距离较（近/远）。
因此，小明在实验中所选用的“子弹”的___________应是相同的。
（3）根据实验现象可归纳出：
在一定限度内，形变越大，形变物体的弹性势能就越_____（小/大）。
一点通：
（1）具有弹性的物体发生弹性形变时，具有弹性势能。
弹性势能的大小跟物体发生的弹性形变大小有关，弹性形变越大，具有的弹性势能越大。
（2）弹性势能的大小用射出子弹的远近来表示，这种方法叫转换法。
（3）弹弓弹性形变相同，弹性势能相同，射出子弹时，子弹飞行的远近跟子弹的质量有关，子弹质量越大，飞行距离越近。
用子弹射出的远近反映弹弓的弹性势能时要保持子弹的质量相同。
（4）子弹的质量相同时，弹弓的橡皮筋被拉得越长，“子弹”射得越远。
所以得到结论：
物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。
答案：
（1）子弹射出的距离远近；
（2）近；质量；（3）大。
点评：
（1）能用控制变量法和转换法研究具有弹性的物体的弹性势能大小的影响因素。
（2）掌握弹性势能大小跟物体的弹性形变大小有关，弹性形变越大，具有的弹性势能越大。
综合运用类
例4如图是“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验操作过程，A、B是两个质量不同的小球（mA＜mB），让两小球分别从同一斜面由静止滚下，撞击水平面上的小木块。
（1）实验中小木块被推动的距离越远，说明小球具有的动能越（填“大”或“小”）；
（2）比较甲、乙两图，可以探究动能的大小与的关系，理由是；
（3）比较甲、丙两图，可以探究动能的大小与的关系，得到的结论是：
。
一点通：
一个物体能够做功就说这个物体具有能量，若物体做的功越多就说明物体具有的能量越大，即观察木块被推动的距离即可；影响动能大小的因素是质量和速度，在研究时要采用控制变量法。
解析：
（1）由于动能的大小是不易观察的，于是实验中采用了转换法，即通过物体对外做功的多少来衡量其具有的动能的大小，也即观察小球推动木块的距离，木块被推动得越远，其所具有的动能就越大；
（2）分析甲、乙两图可看出，两小球所处的高度相同，即其滑落到斜面底端的速度相同，但两个小球的大小不同，即质量不同，故该实验是为了研究动能的大小与其质量的关系；
（3）比较甲、丙两图可看出，两小球的质量（大小）相同，但其所处的高度不同，故该实验是为了研究动能的大小与其速度的关系，且由于丙图中的小球所处的高度大，木块被推动的距离远，故可得出如下结论：
在物体的质量一定时，物体运动的速度越大，其所具有的动能越大。
答案：
（1）大；
（2）质量；甲、乙两图中两小球所处的高度相同，但其质量（大小）不同；（3）速度；在物体的质量一定时，物体运动的速度越大，其所具有的动能越大。
点评：
该实验采用的物理研究方法有转换法和控制变量法，尤其要注意控制变量法的使用，因为影响动能大小的因素有质量和速度，所以在探究一个影响因素时，必须保证另一个影响因素不变。
例5为了探究“弹性势能的大小跟哪些因素有关”，小明同学有如下猜想：
猜想一：
弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
猜想二：
弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。
为探究猜想一是否正确，小明同学设计了如图甲所示的实验装置，探究方案如下（以下所有探究过程中弹簧被压缩后都未超过其弹性限度）：
①将A、B两根外形完全相同，材料不同的弹簧分别按图甲所示安装好；
②将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为3cm（见图乙），放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离
；
③将小球置于弹簧B的右端，使弹簧被压缩的长度为3cm，放手后小球被弹出，并与在同一位置的同一木块相碰，木块被推动了一段距离
；
④比较
、
得出结论。
（1）比较以上实验数据，若，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；若，说明弹性势能的大小与弹簧的材料无关。
（2）请将探究猜想二的方案补充完整。
①将弹簧A按如图甲所示安装好；
②将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离
；
③。
④。
一点通：
（1）探究弹性势能的大小与弹簧的材料是否有关，是通过木块被弹开的远近来比较弹性势能的多少，若被弹开的距离相同，则说明弹簧弹性势能的大小与弹簧的材料无关，若被弹开的距离不相同，则说明弹簧弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
（2）③探究弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度是否有关，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离
；改变弹簧被压缩的长度，测量木块被推动的一段距离；
④比较两次木块被推动的距离得出结论。
解析：
（1）比较以上实验数据，若
不等于
，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；若
等于
，说明弹性势能的大小与弹簧的材料无关；
（2）补充实验步骤：
③将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度改变，放手后小球被弹出，并与在同一位置的同一木块相碰，木块被推动了一段距离
；
④比较
和
得出结论。
答案：
（1）
不等于
，
等于
；
（2）③将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度改变，放手后小球被弹出，并与在同一位置的同一木块相碰，木块被推动了一段距离
；
④比较
和
得出结论。
点评：
本题为探究弹性势能与哪些因素有关的实验，考查了学生分析实验的能力及对控制变量法、转换法的了解与掌握，属于难题。
思维拓展类
例6某同学在做模拟“蹦极”的小实验（如图所示）。
一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在a点，b点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，c点是小石块从a点自由下落所能到达的最低点。
在小石块从a点到c点的运动过程中，以下说法正确的是（）
A.小石块的动能一直在增加
B.小石块减少的重力势能全部转化为动能
C.小石块经过b点时，橡皮筋具有弹性势能
D.小石块到达c点时，动能为零
一点通：
影响动能的因素有质量和速度，小石块的质量在下落过程中不会改变，因此只需考虑速度的变化情况，这就要从小石块的受力分析入手解答。
弹性势能的大小与物体弹性形变的程度有关，物体弹性形变的程度越大，弹性势能越大。
当小石块越过b点后，橡皮筋伸长，产生的弹力由小到大，从而直接影响到小石块运动状态和速度的大小变化。
解析：
小石块从点下落，由于重力作用，速度越来越快，动能越来越大。
当橡皮筋的弹力与重力相等时，小石块所受合力为零。
小石块由于惯性继续向下运动，此时弹力大于重力，小石块速度不断减小。
至点速度为零，此时动能为零，所以正确答案是D。
答案：
D
点评：
此题难度较大，关键是对小石块的受力分析，同时要结合力的合成以及力与运动的关系等知识，还要明白在“蹦极”的过程中，是重力势能与动能、弹性势能之间的相互转化。
例7水火箭可模拟火箭发射原理，如图所示。
水火箭的发射高度与哪些因素有关呢？
某科技兴趣小组提出如下假设并进行实验。
假设：
①与打气筒的型号有关；②与瓶内水的多少有关；③与瓶的容积有关。
实验器材如下表所示：
雪碧瓶（容积）
打气筒（型号）
A
B
C
D
E
F
0.6升
1.25升
2.5升
小号
中号
大号
（1）该小组设计了如下甲、乙两种方案验证假设①，你认为较合理的方案是；
甲方案选用雪碧瓶B，加0.5升水，其他条件基本相同，分别用打气筒D、E、F发射，比较三次瓶上升的高度。
乙方案选用雪碧瓶A、B、C，各装入1/3容积的水，其他条件基本相同，分别用打气筒D、E、F发射，比较三个瓶上升的高度。
（2）除了上述实验研究的三个因素，你认为影响水火箭发射高度的因素还有哪些？
请你列举一个。
一点通：
（1）水火箭的发射高度与多个因素有关，分析时要用好控制变量法，并据此进行选择；
（2）从饮料瓶的质量、形状、液体种类、是否有风等方面分析。
解析：
（1）甲方案：
加0.5升水，其他条件基本相同，分别用打气筒D、E、F发射，控制了②③相同，改变了①，得出水火箭发射高度与打气筒的型号的关系，合理；而乙方案没有采取控制变量法，得出的结论不准确；
（2）影响水火箭发射高度的因素还与饮料瓶的质量有关。
答案：
（1）甲；
（2）饮料瓶的质量。
点评：
本题所用素材取之生活而反馈于生活，具有一定的导向性，能够引导学生积极参与课堂活动。
1.动能的大小取决于物体的质量和运动速度，物体的动能、质量、运动速度的关系可用公式：
表示。
2.重力势能的大小取决于物体的质量和物体所处的高度，物体的重力势能、质量、高度的关系可用公式：
表示。
3.正确分析动能和势能的相互转化，可分以下几步进行：
（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，物体的位置、形状、速度是否发生变化，如何变化，物体的重力势能、动能是否发生变化。
（4）得出结论：
减小的一种形式的能必定转化为增大的另一种形式的能。
1.物体只有在发生弹性形变时才具有能量，并不是说有弹性的物体一定具有弹性势能，未发生弹性形变的物体是不具有弹性势能的。
2.能量的转化与守恒定律在任何情况下都是不变的，但机械能守恒是有条件的；在不考虑空气阻力和摩擦力，且只有重力做功时，机械能才是守恒的。
（答题时间：
45分钟）
一、选择题
1.下列说法中正确的是（）
A.一个物体能够做功，它就具有机械能
B.弹簧拉伸得越长，其弹性势能一定越大
C.物体温度升高，一定是从外界吸收了热量
D.一个运动的物体受到一对平衡力的作用时，其动能一定保持不变
2.下列物体中，既有动能又有势能的是（）
A.被压瘪的皮球B.正在上升的气球
C.被举着的杠铃D.在平地上滚动的足球
3.人骑自行车下坡时，速度越来越快，下列关于这一运动过程的说法中，正确的是（）
A.人与车的动能增大，重力势能增大B.人与车的动能增大，重力势能减小
C.人与车的动能减小，重力势能增大D.人与车的动能不变，重力势能不变
4.我国研制的“歼－20”隐形战斗机试飞成功，标志着我国在飞机研发和制造领域取得了很大的成就.在该战斗机减速降落的过程中（）
A.战斗机的动能减小，重力势能增大B.战斗机的动能减小，重力势能减小
C.战斗机的动能增大，重力势能增大D.战斗机的动能不变，重力势能不变
5.2011年4月10月，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将北斗八号导航卫星发射到预定的椭圆轨道，该椭圆轨道的近地点约200千米，远地点约3599千米，如图是北斗八号导航卫星的轨道示意图。
已知该卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中机械能守恒，则关于该卫星从远地点向近地点运行过程中势能、动能、速度的变化是（）
A.势能增加、动能减小、速度减小B.势能减小、动能增加、速度增加
C.势能减小、动能增加、速度不变D.势能不变、动能不变、速度不变
6.如图所示的实例中，物体重力势能增大的是（）
A.倾泻而下的水流B.升空的航天飞机
C.从高山速降的滑雪者D.在水平铁轨上行驶的列车
7.如图所示的生活用品中，利用物体的弹性或弹性势能工作的是（）
A.
B.
C.
D.
8.如图所示，小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化.则（）
A.小球在A处的动能等于在D处的动能
B.小球在A处的动能大于在D处的动能
C.小球在B处的机械能小于在C处的机械能
D.小球在B处的机械能等于在C处的机械能
二、填空题
9.唐诗中有“黄河远上白云间”、“不尽长江滚滚来”的诗句，从物理学的角度来看，前一句生动形象地表明黄河水存储着大量的_____能，后一句表明长江水具有大量的_____能。
10.如图所示，将一个小球从同一高度h处以相同的速度抛出，一次斜向上抛出，沿a运动轨迹落地时的动能为E1，另一次水平抛出，沿b运动轨迹落地时的动能为E2，不计空气阻力，则E1_________E2。
（选填“大于、等于或小于”）；若在水平方向上抛出点到落地点的距离为s，则影响s大小的可能因素是什么呢？
你的猜想是：
_________。
11.如图是正在地里匀速前进的联合收割机和运粮的拖拉机。
在前进过程中收割机的动能_________，拖拉机的动能_________（选填“增大”、“不变”或“减小”）。
12.2008年5月8日9时17分，人类首次将象征“和平、友谊、进步”的奥运火炬在世界最高峰珠穆朗玛峰峰顶点燃。
在火炬接力队员不断攀升的过程中，火炬的重力势能____（填“增大”、“减小”、“不变”）。
为保障队员的供给，考虑到高山上的气压低，水的沸点____（填“高”、“低”或“不变”），不宜将食物煮熟的情况，在沿途设置的营地里配备了高压锅以蒸煮食物。
13.如图所示，a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线（不计空气阻力），其中_________是动能﹣高度关系图线，小石块达到的最大高度为_________m，小石块在最高点时的机械能为_________J。
14.如图表示撑竿跳高运动的几个阶段：
助跑、撑竿起跳、越横竿。
从运动员撑竿起跳到越横竿的过程中，有关机械能变化的情况是：
运动员的重力势能_________，竿的弹性势能_________。
15.在某次探究活动中，小明对老师给出的“小球在光滑斜面由静止释放时，所处高度越高，到达斜面底端的速度越大，而与小球质量无关”这一结论产生了质疑。
他猜想小球从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度：
猜想一：
可能与小球在光滑斜面上的高度无关；猜想二：
可能与小球的质量有关
他选择了一些实验器材，进行了如下实验（图中A、B、C分别表示小球在第0.1s末、第0.2s末、第0.3s末所处的位置，小球1、2、3的质量关系为m1＜m2=m3）
（1）实验一是为了验证猜想_________（选填“一”或“二”），通过该实验他得到的结论是：
小球从同一光滑斜面上自由滚到底端时的速度与小球的质量_________（选填“有关”或“无关”）
（2）实验二中，小球2和3在同一光滑斜面的不同高度处同时由静止释放，到达底端时的速度分别为v2、v3，请判断v2_________v3（选填“＞”、“=”或“＜”）。
16.小明在用单摆做动能和势能相互转化的实验中，感到小球往返摆动的时间很有规律。
于是猜想，小球往返摆动一次的时间可能与小球的质量、摆长l以及摆动的幅度s有关。
小明用如图所示的装置，对猜想进行探究。
（1）使一小球摆动，记下小球往返摆动次数和所用的时间；在摆长不变的条件下，用质量不同的小球，重复实验。
小明经计算分析得出结论：
在摆长不变的条件下，小球往返摆动一次所用的时间与小球的质量无关。
针对猜想，小明在实验过程中可能忽视的一个因素是：
。
（2）为了研究小球往返摆动一次所用时间与摆长的关系，请你写出一种实验方法。
。
三、解答题
17.某同学想用身边的器材（铅
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