12机械能及其转化.docx
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12机械能及其转化
机械能及其转化
一、本周知识概述
在八年级物理中同学们已经知道电能，今天我们来学习另一种形式的能量——机械能。
那到底什么是机械能？
它包含哪些具体的能量？
谁具有机械能？
和电能之间能相互转化吗？
在学习中要注意紧扣不同形式的能量各与哪些因素有关。
二、重难点知识精析
（一）动能和势能
1、机械能：
动能和势能总称为机械能。
（1）动能：
物体由于运动而具有的能，叫做动能。
（2）重力势能：
物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。
（3）弹性势能：
物体由于发生了弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。
方法规律：
确定物体具有哪一种能量，先要认清“标志”，动能的标志是运动，重力势能的标志是否被举高，弹性势能的标志是发生弹性形变。
2、影响动能大小的因素：
动能的大小决定于物体的质量和速度。
（1）在质量相同时，物体的速度越大，它具有的动能越大，物体的速度越小，它具有的动能越小。
（2）在速度相同时，物体的质量越大，它具有的动能越大，物体的质量越小，它具有的动能也越小。
3、影响势能大小的因素
（１）在质量相同时，物体所处的高度越高，它的重力势能越大，物体所处的高度越低，它的重力势能越小。
（2）在高度相同时，物体的质量越大，它的重力势能越大，物体的质量越小，它的重力势能越小。
（3）同一物体的弹性形变越大，则它具有的弹性势能越大。
例1、下列物体中，既具有动能又具有势能的是（ ）
A．在平直公路上行驶的汽车
B．拉长的橡皮筋
C．空中正在下落的冰雹
D．被拦河坝挡住的水
思路分析：
平直公路上行驶的汽车具有一定的速度，表现的是动能；拉长的橡皮筋发生了弹性形变，表现的是弹性势能；空中正在下落的冰雹既有一定的速度，又具有一定的高度，因此同时具有动能和重力势能；被拦河坝挡住的水具有一定的高度，表现的是重力势能。
答案：
C
方法技巧：
要判断一个物体具有的是动能还是势能，关键看它是否具有一定的速度、高度或发生弹性形变。
速度、高度、弹性形变分别是物体具有动能、重力势能、弹性势能的标志。
例2、竖直上抛的石子，不计空气阻力，在上升过程中（ ）
A．动能减小，重力势能不变
B．动能不变，重力势能增加
C．动能减小，重力势能增加
D．动能不变，重力势能不变
分析：
判断动能的变化主要看物体运动速度的变化，速度增大该物体的动能增大；判断重力势能的变化主要看物体高度的变化，高度增大该物体的重力势能增大；同理，弹性势能主要看弹性形变程度。
如下表：
能
与什么有关
判断是否具有
判断变化
动能
m，v
运动
速度
重力势能
m，h
相对高度
高度
弹性势能
形变程度
发生弹性形变
形变程度
上抛的石子，不断上升，高度增大，所以重力势能增大；在上升的过程中，速度不断减小，所以动能不断减小。
解答：
C
注意：
判断动能和重力势能的变化，主要是看物体的运动速度和相对高度的变化，因为物体的质量不变（具体问题具体分析）。
（二）机械能及其转化
1、动能和势能可以相互转化
（1）动能和重力势能是可以相互转化的。
在滚摆实验中可以看到，滚摆旋转着下降，越转越快。
到最低点时，滚摆转而上升，上升中它越转越慢，直到差不多回到原来的位置。
然后它又下降、上升，重复原来的运动。
滚摆下降时，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。
滚摆上升时，它的动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能。
（2）动能和弹性势能可以相互转化
如图所示，让木球从斜槽滚入水平槽。
在水平槽里竖立一个弹簧片，它的下端固定。
观察木球与弹簧片碰撞的过程。
木球接触弹簧片后把弹簧片压弯（甲→乙），木球的动能减小，弹簧片的弹性势能增加，在这个过程中动能转化为弹性势能。
紧接着，弹簧片恢复原状，把木球弹回（乙→丙），在这个过程中弹性势能转化为动能。
（3）重力势能和弹性势能可以相互转化
图中，若考虑木球从斜槽上静止下滑到弹簧片被压弯到最大程度的全过程，重力势能转化为木球的动能，最终转化为弹簧片的弹性势能。
当弹簧片恢复原状时，木球可以运动到斜槽上某一高度，即弹性势能转化为重力势能。
2、机械能守恒
（1）在动能和势能相互转化的过程中，若没有机械能的损失，机械能的总量保持不变。
（2）只有重力或弹簧弹力做功（或有除重力或弹簧弹力之外的其他力作功，但总功为零）的过程中，机械能守恒。
而有摩擦或空气阻力时，部分机械能转化为内能，机械能减小。
（下一章将具体讲解）
例3、下列例子中属于势能转化为动能的是（ ）
A．体操运动员在跳马时，脚刚接触到弹性踏板因而踏板被压紧的过程
B．杂技演员从高处跳下落到绷床上，绷床下降的过程
C．拧紧发条的手表，指针“走动”的过程
D．飞行的子弹打进木板里的过程
分析：
势能转化为动能表现为势能减小的同时动能增加，即物体被举的高度减小或弹性形变程度减小的同时，物体运动的速度增加。
如下图：
A选项运动员接触到踏板由运动到静止，动能减小，不对；B选项绷床下降的过程弹性势能在增加，也不对；C选项指针走时发条的弹性形变程度逐渐变小，而指针运动，属于弹性势能转化为动能，因而正确；D选项子弹打进木板同时速度在减小，动能在减小，当然不对。
解答：
C
注意：
要认真读题，弄清题目中所说的过程，在这一过程中，哪些量之间发生了改变，它们之间是如何转化的。
对重力势能、弹性势能、动能的概念要有清醒的认识。
例4、如图所示，某运动员做“蹦蹦床”运动，试分析他从下落接触到“蹦蹦床”到被弹起后上升的过程中能量的变化情况。
解析：
1、机械能的转化是指同一物体的动能、重力势能、弹性势能之间的相互转化，即重力势能与弹性势能之间，动能与重力势能之间、动能与弹性势能之间的相互转化。
2、日常生活和生产实际中，经常可看到能转化的实例，怎样去分析这些能的转化呢？
能的转化总是存在于某一个或某几个过程中，因此分析能的转化首先要知道物体原来处于什么状态，确定它原来所具有的能的形式，然后明确物体达到另一种状态后所具有的能的形式，从而确定不同形式的能的转化。
本题分三个阶段进行分析：
（1）接触并压缩阶段。
该运动员下落接触到蹦床之后，动能和重力势能都在减小，蹦床的弹性势能逐渐增大。
蹦床被压缩到最大限度时，运动员的动能为零，弹性势能达到最大；
（2）舒张并脱离阶段。
蹦床的弹性势能减小，运动员的重力势能和动能增大；（3）上升阶段。
运动员的动能减小，重力势能逐渐增大。
答案：
运动员下落接触到蹦床过程中，动能转化为弹性势能；蹦床舒张把运动员反弹起的过程中，弹性势能转化为运动员的动能；在上升过程中，运动员的动能转化为他的重力势能。
注意：
分析此类问题时，一定要明确研究对象是对哪一个过程中，再分析能的转化和变化情况。
例5、如图所示，一个静止的物体M，从O点分别沿不同的光滑轨道OA、OB、OC自由下滑，到达同一水平地面上。
如果不计空气阻力，以下说洁正确的是（ ）
A．它在各个运动过程中，重力势能变化相同
B．沿着不同轨道到达地面时速度相同
C．到达地面时动能不相等，沿OC轨道下滑时动能最大
D．它们的机械能均保持不变，沿OA轨道下滑所需时间最长
解答：
因为“光滑”表示无摩擦，则机械能守恒。
物体沿不同轨道下滑时，下降高度相同，重力势能的变化相同，即转化的动能也相同，由此可判断，物体M沿不同轨道下滑到达地面时，速度也相同，物体M沿不同轨道下滑时，轨道越长，下滑越缓慢，要达到相同的速度所需时间越长。
故A、B、D正确。
注意：
在只有重力做功的过程中，机械能守恒。
如果轨道存在摩擦，则机械能减小，只有一部分重力势能转化为动能，要时刻注意物体知识所适用的条件、范围。
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一、选择题
1、关于动能和重力势能的下列说法中，正确的是（ ）
A．因为子弹的速度远大于火车的速度，所以子弹的动能一定大于火车的动能
B．在质量相等的情况下，举得越高的物体重力势能越大
C．在质量相等的情况下，速度大的物体动能大
D．一个物体做匀速圆周运动，由于运动方向发生改变，所以动能也改变
2、下列情况中，不具有弹性势能的是（）
A．钟表里拧紧的发条
B．玩具弹簧枪射出的子弹
C．打开的弓
D．圆珠笔中被压缩的弹簧
3、体重一样的两个同学，甲坐电梯高速上四楼，乙从楼梯慢速爬到四楼，在二人各自于三楼的时刻，下列判断正确的是（）
A．甲、乙两人的动能相等，因为他们的质量相等并处于同一位置
B．甲的动能比乙的动能大
C．甲的重力势能比乙的大，因为甲坐电梯的运动速度大于乙
D．甲、乙两人的重力势能一样大
4、如图所示，小球从a处抛出时，具有80J的机械能，其中，动能为30J，在不计空气阻力的情况下，小球经过b、c点落到地面d点，其中a、c点在同一水平面上，b点是最高点，则下列说法中正确的是（）
A．小球在b点的动能为80J
B．小球c点的重力势能为50J
C．小球在d点刚刚接触地面时，动能为80J
D．小球在a、b、c点的机械能都是80J
5、如图所示，小球由最高点摆动到最低点的过程中（不计空气阻力），下列说法中正确的是（）
A．动能减少，机械能不变
B．动能增加，机械能不变
C．重力势能增加，机械能变大
D．重力势能减少，机械能不变
6、如图所示，小球分别沿光滑斜面AB、AC、AD下滑，则小球到达斜面底的动能（）
A．沿AB滑下时最大
B．沿AC滑下时最大
C．沿AD滑下时最大
D．沿三个斜面滑下时一样大
7、手拿一个乒乓球，自然地松开使球从静止下落，观察乒乓球落地后又跳起的过程，及每次跳起的高度与上次下落高度的关系，则（）
A．跳起的高度总是比上次下落的高度小
B．下落过程中重力势能转化成动能
C．下落跳起的速度过程中重力势能与动能相互转化
D．下落跳起的整个过程中机械能不变
8、下列情况中，机械能发生了变化的是（）
A．物体从光滑斜面上自由滑下
B．跳伞运动员匀速下落
C．物体在光滑水平面上匀速运动
D．物体在推力作用下沿斜面向上匀速运动
9、如图所示，木块从A端沿斜面匀速滑下，BC段为光滑水平面，则木块（）
A．在AB段动能不变，势能不变，机械能不变
B．在AB段动能不变，势能减小，机械能减小
C．在BC段动能不变，势能不变，机械能不变
D．在BC段动能减小，势能不变，机械能减小
10、下图为重物打木桩的示意图，把相同的三个小木桩a、b、c插入沙中同一深度，让同一重物从不同高度打击a、b，再用质量较大的重物（与打击a的重物同高度）打击c，木桩被打入沙中不同深度，下列分析错误的是（）
A．比较a和b，说明质量相等的物体被举得越高，具有的重力势能越大
B．比较b和c，说明质量越大的物体，具有的重力势能越大
C．比较a和c，说明在同一高度处，质量越小的物体具有的重力势能越小
D．小木桩进入沙中越深，说明物体对木桩做的功越多
窗体底端
B 卷
二、综合题
11、在一射箭比赛的电视娱乐节目中，某嘉宾按图射出了三支箭。
结果第一支箭在距靶前2m处落地；第二支箭在靶前落地，第三支箭射中靶心。
小明看后有如下想法，请你补充完整：
（1）弯弓射箭是利用了弓的________能。
（2）与第一种结果对应的操作是______图，与第三种对应的操作是______图。
（3）综合a、b、c三图可得出结论______________________________。
12、下表中给出了一头牛慢步行走和一名普通中学生百米赛跑的一些数据。
物体
质量m/kg
速度v（m·s-1）
动能E/KJ
牛
约600
约0.5
约75
中学生
约50
约6
约900
分析数据，可以看出，对物体动能大小影响较大的因素是________，你这样判断的依据是______________。
13、在研究物体重力势能与哪些因素有关的实验中，三个相同的木桩被从空中静止释放的铜块撞击后，陷入沙坑中的情况如图所示，则在此实验中，通过观察__________，并比较可知：
如果A和B两铜块的_______相等，则两铜块下落高度的关系是hA_______hB；若A和C两铜块从同一高度开始下落，则两铜块的质量关系是mA_______mC；从此实验中我们可以得出的结论是：
物体的重力势能与物体的______和_____有关。
14、如何有效的提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。
图中是某轻轨车站的设计方案示意图，该图表明与站台前后连接的轨道都有一个小坡度。
请你说明这种设计可能节能的理由_______________________。
15、请根据如图所示情景一个物体问题，并用物理知识做出简要回答。
问题：
_____________________________________________？
简答：
_____________________________________________。
16、如图所示，用绳子拴住一个苹果并悬挂起来，把苹果拉近自己的鼻子静止，松手后，苹果将向前摆去，接着又反向摆回来，你原地不动，苹果会打到你的鼻子吗？
为什么？
［答案与提示］
第1题答案错误!
正确答案为BC
第2题答案错误!
正确答案为B
第3题答案错误!
正确答案为BD
第4题答案错误!
正确答案为BCD
第5题答案错误!
正确答案为BD
第6题答案错误!
正确答案为D
第7题答案错误!
正确答案为ABC
第8题答案错误!
正确答案为BD
第9题答案错误!
正确答案为BC
第10题答案错误!
正确答案为B
提示：
1、本题考查影响物体动能大小和重力势能大小的因素，注意均有两个因素，不能单方面考虑其中一个因素。
2、物体是否具有弹性势能看它是否发生弹性形变。
3、动能大小取决于物体的质量和运动速度，重力势能的大小取决于物体的质量和被举起的高度（相对于同一参考面）
4、全过程中小球的机械能守恒。
注意在初中物理中一般都取地面为重力势能的零势能面。
5、从最高点到最低点的过程，重力势能向动能转化，但机械能总量不变。
6、重力势能转化为动能。
7、由于有空气阻力，小球每次跳起的高度比上次下落高度要小，部分重力势能转化为热能。
8、B项运动员匀速下落，动能保持不变而重力势能变小；D项物体匀速向上运动，动能不变而重力势能增大。
9、BC段为光滑水平面，物体将作匀速直线运动。
10、考查控制变量法，b和c无法比较，质量不同，被举起的高度也不同。
11、
（1）弹性势；
（2）a；c；（3）弹性势能大小与弹性形变大小有关
12、速度；人的质量是牛的
，而速度约是牛的12倍，此时动能约是牛的12倍，所以速度对物体的动能影响较大。
（动能
）
13、木桩陷入沙坑中的深度；质量；小于；小于；质量；被举起的高度。
提示：
与第10题的道理相同，均是控制变量的思想。
14、进站时将动能转化为重力势能“储藏”起来；出站时将重力势能转化为动能“释放”出来。
达到节约能源目的。
15、示例1问题：
为什么弯曲的竹竿能把木头推走？
简答：
弯曲的竹竿有弹性势能，能够在推动木头的过程中转化为木头的动能。
示例2问题：
竹竿在推木头的过程中发生了什么样的能量转化？
简答：
弹性势能转化为动能。
16、不会打到鼻子。
因为苹果拉到一定高度，所具有的重力势能是一定的，在与动能转化的过程中不会增多，故不会超过原来的高度，打不到鼻子。
考虑空气阻力，则机械能有损失，能到达的最大高度逐渐降低。
中考解析
一、中考要求
本单元的考点是：
动能、重力势能、弹性势能、机械能的概念；动能、重力势能与物体的质量、速度，被举高的高度的定性关系；动能与势能的转化。
二、中考真题回放
例1、（上海）如图所示，青蛙从跳起到落地的过程中，它的重力势能（ ）
A．一直增大 B．一直减小
C．先增大后减小 C．先减小后增大
答案：
C
解析：
重力势能与物体的质量和高度有关，青蛙上升过程高度增加而质量不变，重力势能增大，青蛙下降过程高度减小而质量不变，重力势能减小，故选C。
例2、（山东潍坊）荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动,也是我国民族运动会的一个比赛项目.小丽同学荡秋千时的情景如图所示,在从右侧最高点荡到左侧最高点这一过程中,小丽的（ ）
A．动能一直增大,重力势能一直减小
B．动能一直减小,重力势能一直增大
C．动能先减小后增大,重力势能先增大后减小
D．动能先增大后减小,重力势能先减小后增大
答案：
D
解析：
整个过程可分成两个阶段：
右侧最高点到最低点，属于势能转化为动能；即动能增大，势能减小；再从最低点荡到左侧最高点时，动能再次转化为势能，即动能减小，势能增大。
例3、（湖北黄冈）如图是李宁手持火炬悬在空中跑步点燃奥运会主火炬的情景,下列说法正确的是（ ）
A．李宁由地面升到空中过程,重力势能增加机械能不变
B．李宁在空中沿鸟巢环绕时,动能和重力势能相互转化
C．李宁在空中沿鸟巢环绕时,他的运动状态没有改变
D．李宁在空中做奔跑动作中,消耗了自己的生物质能
答案：
D
解析：
李宁上升过程中拉力对他做功，其机械能变大，A项错，李宁在空中沿鸟巢环绕时高度不变，重力势能不变，B项错。
环绕时李宁的运动方向发生变化，C项错。
环绕时李宁在空中做奔跑动作中，要消耗生物质能，D项正确。
例4、（山西）下列现象中，物体动能转化为势能的是（ ）
A．秋千由最高处向最低处荡去
B．张开的弓把箭水平射出去
C．骑自行车匀速上坡
D．腾空上升的礼花弹
分析：
物体由于运动而具有的能叫动能。
物体的速度增大时，其动能也增大。
物体由于被举高而具有的能叫重力势能，物体的高度变化时，其重力势能也要变化，高度增大，重力势能增大。
秋千从高向低处荡去时，高度减小，所以重力势能减小，而速度增大，故物体的动能增大。
此过程可看作是物体将重力势能转化为动能，A不对。
张开的弓由于弹性形变具有弹力势能，把箭沿水平方向射出去时，箭的动能增加，重力势能不变，故此过程是弹力势能转化为动能，B也是错的。
骑自行车匀速上坡时，自行车和人的动能未变，但重力势能增加，此过程是其他能转化成了重力势能，并不是动能转化为势能，C是错的。
腾空而起的礼花，上升中的速度越来越小，动能减小，而重力势能不断增大，所以此过程是动能转化为势能，D是对的。
例5、（重庆）骑自行车的人在上坡之前往往要用力蹬几下，这样做的目的是为了（ ）
A．增大人和车的重力势能
B．增大人和车的动能
C．减小车和地面间的摩察
D．增大人和车向上的力
分析：
人和自行车上坡是一个动能转化成重力势能的过程（除去摩擦消耗）。
如果上坡前人和车具有的动能较小，在上坡过程中随着人和车的相对高度增大，具有的动能即使全部转化成重力势能也可能达不到到达坡顶的目的。
只有上坡前具有较大的动能，才能到达坡顶，所以人和车在上坡前用力蹬几下是为了增大人和车的动能。
答案应选B。
例6、（内蒙古）始终沿水平方向匀速飞行的飞机，要投放救灾物资的过程中（ ）
A．动能不变，势能变小
B．动能变小，势能不变
C．动能、势能都不变
D．动能、势能都变小
分析：
我们知道物体的动能大小与两个因素有关：
物体的质量m和物体运动的速度v。
此题中v不变，而质量m随救灾物资的投下而减小，所以飞机的动能减小；重力势能与物体的质量m和相对于地面的高度h有关。
虽然水平飞行时h不变，但m减小，所以重力势能也在投放救灾物资中减小。
由此可知答案应选D。
例7、（南通市）如图所示，在“研究物体动能与哪些因素有关”的实验中，将A、B、C、三小球先后从同一装置的hA、hB、hC高处滚下（mA=mBhB）推动纸盒运动一段距离后静止。
（1）要研究动能与质量的关系，我们应选择______两图来进行比较。
（2）从图中可以看出，A、B、C三个小球刚到达水平面时，___球的动能最大。
解析：
（1）要研究动能与质量的关系就必须控制小球的质量不同，而下滚时的高度相同，所以，（a）、（c）两图符合要求。
（2）小球刚到达水平面的动能大小与小球的质量和速度有关，所以下滚高度最大、质量最大的C球到达平面时的动能最大。
答案：
（1）（a）、（c）
（2）C
例8、（威海市）如图所示的是一种叫蹦极的游戏。
游戏者将一根有弹性的绳子一端系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下。
图中a点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，c点是他所到达的最低点的位置。
对于他离开跳台至最低点的过程，下面说法正确的是（ ）
A．他的重力势能一直在减小
B．绳的弹性势能一直在减小
C．他的动能在前一段时间在增加，后一段时间在减小
D．在最低点，重力势能减到最小，动能为零，绳的弹性势能最大
解析：
游戏者的质量不变，所以要判断他的动能，重力势能及弹性势能如何变化，要分别看其速度、高度以及弹性绳的形变程度。
他离开跳台至最低点的过程中，高度一直在减小，所以重力势能一直在减小，则A项说法正确；从a点到c点的过程中，弹性绳从伸长为零变化到伸长最大，弹性势能在增大，则B项说法错误，从跳台至a点，游戏者速度越来越大，动能在增加；从a点到c点，速度越来越小，动能在减小，则C项说法正确；在最低点，高度减小到能降低的最低点，重力势能最小，速度降到零，故动能为零；绳子拉至最长，故弹性势能最大。
则D项说法正确。
故正确的说法有A、C、D。
答案：
A、C、D
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