第七讲机械能及其转化.docx
《第七讲机械能及其转化.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第七讲机械能及其转化.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第七讲机械能及其转化
第七讲机械能及其转化
知识能力解读
知能解读：
（一）能量
1．能量：
物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。
能量简称能，是一个状态量。
注意：
一个物体具有能量，说明这个物体具有做功的本领，并不表明这个物体正在做功或已经做了功。
2．能最的单位：
能量的单位与功的单位一致，单位是焦耳。
知能解读：
（二）动能
1．动能：
物体由于运动而具有的能叫动能。
一切运动的物体都具有动能。
2．影响动能大小的因素：
动能的大小与物体的质量和速度有关。
物体的质量越大，速度越大，具有的动能就越大。
判断一个物体是否具有动能，关键看此物体是否运动，若物体是运动的，则它必定具有动能，如航行的帆船、急流的河水、运动的钢球都具有动能。
知能解读：
（三）重力势能
定义
物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能
判断物体是否具有重力势能的方法
看此物体相对某一个平面有没有一定的高度。
若有，则物体具有重力势能
实例
被举高的重锤、吊在天花板上的吊灯、山上的石块
决定因素
物体的质量和所处的高度。
物体质量越大，高度越高，重力势能越大
比较大小的方法
首先要确定这两个因素中哪一个是不变的，然后根据另一个因素的变化情况来判断比较
说明：
物体所处的高度具有相对性，所以物体重力势能的大小也具有相对性。
例如：
放在桌面上的铁块，相对于地面来说有一定的高度，所以铁块具有一定的重力势能；若相对于桌面来说其高度为零，则铁块的重力势能为零。
在不特别指明的情况下，一般以地面为参考平面。
知能解读：
（四）弹性势能
定义
物体由于发生弹性形变而具有的能
判断物体是否具有弹性势能的方法
看此物体是否发生了弹性形变。
物体有弹性而无形变或有形变而
无弹性时都没有弹性势能
实例
拉伸的弹簧、被拉弯的弓、压弯的树枝
决定因素
弹性形变的大小
比较大小的方法
同一物体形变量越大，弹性势能越大，不同物体还要看弹性的大小
知能解读：
（五）机械能
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
一个物体既有动能，又有势能，动能和势能的和就是它的机械能。
动能和势能可以相互转化。
机械能也可以转化为其他形式的能量。
知能解读：
（六）动能和势能的相互转化实例
现象
现象分析
能量转化
从斜坡上滚下的小球
小球从斜坡上滚下的过程中，速度越来越大，高度越来越小，故重力势能减少，动能增加
重力势能转化为动能
自行车上坡前加紧蹬儿下
自行车上坡前加紧蹬几下，其目的是增大自行车的动能，这样转化成的重力势能就大，上坡就越容易
动能转化为重力势能
一些钟表和玩具发条拧得越紧，走的时间越长
发条拧得越紧，弹性势能越大，那么钟表走动过程中转化成的动能就越大，维持时间越长
弹性势能转化为动能
皮球自由落地到弹起
皮球在下落过程中，高度减小，速度增大，故重力势能减少，动能增加；在接触地面发生弹性形变的过程中，动能减少，弹性势能增加；在恢复形变的过程中，弹性势能减少，动能增加；在离开地面上升的过程中，动能减少，重力势能增加
下落时，重力势能转化为动能，发生弹性形变时，动能转化为弹性势能；恢复形变时，弹性势能转化为动能；上升时，动能转化为重力势能
知能解读：
（七）机械能守恒定律
动能和势能是可以相互转化的。
如果没有摩擦和其他阻力，只有重力和弹力做功，则在动能和势能的转化过程中，物体总的机械能保持不变，这就是机械能守恒定律。
知能解读：
（八）水能的利用
在地球上，海水涨落，江河日夜奔流。
海水涨落和江河奔流时都具有大量的机械能。
1．很久以前，我们的祖先就制造了木制的水轮，利用流水冲击水轮转动带动水磨来碾谷子、磨面。
流水的动能通过带动水轮转化为水轮的动能。
由于物体的动能大小取决于物体的质量和速度，所以水轮应安装在水的流量大、流速大的地方。
2．海水潮汐也具有巨大的能量。
人们在潮汐发电方面的研究已经取得了成功，利用海水涨潮和退潮时海水的动能带动水轮机工作。
知能解读：
（九）风能的利用
人类很早就利用风来驱动帆船航行，利用风来推动风车做功。
风车安装在高铁架上端的水平轴上，轴可以随风转动，它的尾翼能使风车迎着风吹来的方向。
风车转动，可带动发电机或其他机器工作。
注意：
（1）水能和风能是自然界中天然的机械能源。
（2）利用水能和风能时，通常将水能和风能通过发电机转化为电能。
解题方法技巧
方法技巧：
（一）动能、势能的大小变化及判断方法
判断一个物体的动能、势能（重力势能和弹性势能）的变化情况，关键在于理解影响它们大小的因素。
动能（重力势能）的大小不仅与物体的速度大小（所处高度）有关，而且还与物体的质量大小有关。
判断一个物体的动能（重力势能）是否发生变化或发生了怎样的变化，首先要确定速度（所处高度）或质量这两个因素中哪一个因素是不变的，然后再根据另一个因素的变化情况来判断物体动能（重力势能）的变化情况。
方法技巧：
（二）动能与势能的转化及判断方法
正确分析动能和势能的相互转化，可分以下几个步骤进行：
（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，物体的重力势能、弹性势能、动能是否变化；（4）得出结论：
减小的一种形式能必定转化为另一种形式能。
方法技巧：
（三）能守恒定律的应用
在没有（或可忽略）摩擦力或其他阻力，只有重力和弹力做功的情况下，在动能和势能的转化过程中，物体的机械能保持不变。
跨越思维误区
思维误区：
物体匀速运边时扭越能的变化
在分析机械能的变化时，受思维定式的影响，认为下降时一定是重力势能转化为动能，上升时一定是动能转化为重力势能，水平运动时机械能不变，而忽略了其中的某个影响因素而出错。
物理思想方法
思想方法：
控制变量法研究影响动能大小的因素“控制变量法”是研究物理问题最常用的一种方法。
影响动能大小的因素不止一个，要研究与其中一个因素的关系，应该保证其他因素不变。
要研究动能的大小与质量的关系，应保证小球在水平面上具有相同的速度。
把质量不同的小球放在斜面的同一高度可以使小球在到达水平面时具有相同的速度。
“控制变量法”便于研究物体动能的大小与物体质量的关系。
中考考点链接
考点链接：
（一）中考考点解读
本讲内容在中考中主要考查动能和势能的变化、机械能的转化和守恒、实验探究影响动能和重力势能大小的因素。
常以选择题、填空题、实验探究题的形式出现。
考点链接：
（二）中考典题剖析
1．动能和势能的大小判断
2．探究动能的大小与哪些因素有关
反馈练习
一．选择题（共25小题）
1．如图为自动垂直升降式车库的停车过程示意图．下列关于汽车匀速上升时的说法，正确的是（ ）
A．动能增加，重力势能不变B．动能增加，重力势能增加
C．动能不变，重力势能不变D．动能不变，重力势能增加
2．如图所示的光滑轨道，BC为水平面，小球从A点静止释放运动到C点的过程中，小球的动能和重力势能的变化情况是（ ）
A．A到B小球的重力势能不变B．A到B小球的动能减少
C．B到C小球的重力势能增大D．B到C小球的动能不变
3．天舟一号货运飞船于2017年4月20日19时41分35秒在文昌航天发射中心成功发射升空并与天宫二号空间实验室交会对接，标志着中国航天迈进“空间站时代”，如图所示是该飞船的运行轨道，则关于该飞船从远地点向近地点运行的过程中，其势能、动能和速度的变化正确的是（ ）
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．势能增加，动能增加，速度增加
D．势能不变，动能不变，速度不变
4．有一种叫”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．如图所示，图中a点是弹性绳自然下垂时的位置，c点是游戏者所到达的最低点．在游戏者由跳台至最低点c的过程中，空气阻力不计．下列说法正确的是（ ）
A．整个过程中游戏者在a点的动能最大
B．整个过程中游戏者重力势能的减小量等于他的动能增加量
C．游戏者在c点时受平衡力作用
D．从a点下落到C点的过程中，游戏者的动能先增大后减小
5．如图，细线上端固定，下端拉着小球在竖直平面内摆动，A、B是球摆动过程中的最高点，C是最低点，不计空气阻力则（ ）
A．球在A点时受力平衡B．球在C点时速度最大
C．从B到C，球的动能减少D．从A到C，球的势能增加
6．中国已成为机器人与智能装备产业全球最大应用市场，在第二届中国（重庆）国际机器人及智能制造装备论坛暨博览会上，如图所示是送餐机器人工作时在水平地面上匀速前行．下列说法正确的是（ ）
A．餐盘相对于机器人是运动的
B．餐盘中食品受到平衡力作用
C．机器人在水平地面匀速前行过程中机械能增大
D．机器人在水平地面匀速前行时不受摩擦力的作用
7．如图所示，将一小钢球从a点竖直向上抛出（不计空气阻力），经过b点到达最高点c时速度为零，图中hab=hbc，下列判断正确的是（ ）
A．小钢球在ac段重力势能的增加量与动能的减小量相等
B．小钢球运动到最高点c时所受的合力为零
C．小钢球在ab段克服重力做功小于在bc段克服重力做功
D．就a、b、c三点而言，小钢球在a点具有的机械能最大
8．12月6日CBA辽京大战，比赛结束前1分05秒，郭艾伦打成关键2+1，为辽宁队取得6连胜定下基调．篮球出手后划过一条漂亮的弧线落入篮筐，球的轨迹如图中虚线所示，从篮球出手到落入篮筐的过程中，篮球的重力势能（ ）
A．一直增大B．一直减小C．先减小后增大D．先增大后减小
9．为探究重力势能与质量关系，如图所示小龙选择了体积不同的实心铝球a、b，体积相同的实心铜球c和铝球d以及平整的橡皮泥进行实验．下列关于本实验说法不正确的是（ ）
A．实验时要让球从同一高度自由落下
B．比较球落在橡皮泥中的凹陷程度来反应势能的大小
C．研究a球和b球可以验证重力势能与质量的有关
D．本实验器材还可以探究重力势能与高度的关系
10．如图所示，斜面与水平面在M点通过小圆弧相连，弹簧左端固定，原长时右端在N点．小物块从斜面上P点由静止滑下，与弹簧碰撞后又返回到P点．则下列说法中错误的是（ ）
A．小物块从P向M运动过程中，重力势能减少
B．小物块从P向M运动过程中，机械能减少
C．小物块从N向M运动过程中，机械能不变
D．弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大
11．原长为l的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个小钢球，将钢球从O点释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距离为2l，如图所示．则能反映钢球从O点运动到A点的过程中，其动能Ek随运动距离s变化的关系图象可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
12．如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t=0时刻，将一重为G=50N的金属小球从弹簧正上方某一高度处静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复，通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，则（ ）
A．t1时刻小球的动能最大
B．t2时刻小球的动能最大
C．t2到t3时间内，小球的动能先增加后减小
D．t2到t3时间内，小球重力势能先增大后减小
13．如图所示，图中速度υ的方向是小强同学在体育中考“原地掷实心球”项目测试中球出手时的飞行方向．对从球出手到落地的过程，下面关于机械能的一些说法中正确的是（空气阻力忽略不计）（ ）
A．球出手时动能最大B．球出手时势能最大
C．球落地时机械能最大D．球的机械能保持不变
14．如图所示，小球沿光滑的斜面由A滚到b，接着又在光滑水平面bc上滚动，比较小球在a、b、c三点时速度的大小（ ）
A．va＜vb＞vcB．va＜vb＜vcC．va＜vb=vcD．va＜vb，vc=0
15．小明同学从距地面1m高的地方竖直向上抛出一块橡皮，橡皮离手后，在空中飞行到落地的过程中，动能Ek随时间t变化的曲线最接近的是（ ）
A．
B．
C．
D．
16．小明用图所示装置“探究物体的动能大小与速度的关系”，下列说法正确的是（ ）
A．水平表面必须光滑
B．用木块移动的距离表示小球动能大小
C．由实验可得到结论：
物体的释放的高度越高，动能越大
D．让质量不同的小球从同一斜面同一高度由静止释放
17．如图所示，将一小钢球从a点竖直向上抛出（不计空气阻力），经过b点到达最高点c时速度为零．图中hab=hbc，下列关于小钢球的判断正确的是（ ）
A．在上升过程中重力势能增加，动能减少
B．在c点具有的机械能最小
C．在ab段克服重力做功小于在bc段克服重力做功
D．运动到最高点c时所受的合力为零
18．如图甲所示，一根轻质（质量忽略不计）弹簧竖直固定在水平面上．t=0s时，将一个重为60N的金属小球从弹簧正上方某处由静止释放，小球下落压缩弹簧至最低点后，又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复．通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出该过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，则下列说法中错误的是（ ）
A．t2时刻小球的动能最小
B．t2到t3时间内，小球的动能先增加后减小
C．t2到t3时间内，弹簧减少的弹性势能等于小球增加的动能
D．小球在运动过程中，惯性大小始终不变
19．如图所示，2017年4月20日19时41分，我国在文昌卫星发射中心用长征七号运载火箭成功发射天舟一号货运飞船，关于天舟一号货运飞船在加速升空过程中机械能的变化，下列说法正确的是（ ）
A．动能增加，重力势能减少，机械能不变
B．动能增加，重力势能增加，机械能增加
C．动能减少，重力势能减少，机械能减少
D．动能不变，重力势能增加，机械能增加
20．掷实心球是某市的中考体育加试项目之一．掷出去的实心球从a处出手后，在空中的运动轨迹如图所示，球最终停在水平地面e点处（不计空气阻力）．则实心球（ ）
A．在各点处都有内能，在a处重力势能最小、d处动能为零
B．在b处受到了推力和重力的作用
C．在a、b、c三处时具有的机械能相等
D．在d处由于受到惯性的作用，能继续运动到e处
21．行驶在高速公路上的小汽车，司机突然发现刹车失灵，为了避险，将车开上铺有碎石且沿山坡向上的避险车道，最终停下．下列说法正确的是（ ）
A．上坡过程中，小汽车的机械能保持不变
B．小汽车停下后，不再具有惯性
C．上坡过程中，小汽车处于平衡状态
D．上坡过程中，小汽车动能减小，重力势能增加
22．如图所示的四种情景中，属于重力势能转化为动能的过程是（ ）
A．
雨滴自由下落B．
滚摆减速上升
C．
热气球匀速下落D．
火箭点火发射升空
23．如图所示，一根不可伸长的细绳一端固定在O点，另一端系一小球，O点的正下方固定有一根钉子P．位置1在O点的正下方，位置3与A点等高，位置5是A与1之间的某点，位置2与5等高，位置4是高于3的某点．不考虑空气阻力，小球从A点静止释放（ ）
A．第一次过位置1后最高可能到达位置4
B．第二次过位置1后最高能到达位置A
C．小球摆到位置1时所受的绳子拉力与小球重力平衡
D．小球在2与5两位置速度大小不同
24．如图所示，小明在做模拟“蹦极”的小实验，将小球系在橡皮筋一端，另一端固定在铁架台的O点上，M点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置，N点是小球从O点自由释放后所能达到的最低点．关于小球运动过程中的说法正确的是（ ）
A．从O点到M点的过程中，球重力势能转化为动能
B．从O点到M点的过程中速度增大，因为球受到重力和弹力的作用
C．运动到N点时，球受到平衡力的作用
D．运动到N点时，球对橡皮筋的拉力等于小球的重力
25．如图所示，小球由静止开始沿着粗糙的路面从a点向e点运动，其中b和d两点在同一水平高度，则下列说法中错误的是（ ）
A．小球从a到c加速下滑，重力势能全部转化为动能
B．小球从c到d减速上坡，动能部分转化为重力势能
C．小球在b和d时重力势能相等，动能不相等
D．小球从a到d的过程中部分机械能转化为内能
二．实验探究题（共4小题）
26．探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让小车从斜而上由静止释放，小车下滑后撞击斜面底端的木块．请回答下列问题：
（1）小车进入水平面时的动能是由 转化来的，实验时通过比较 来判断动能大小．
（2）让一小车从斜面不同高度由静止将放，如图甲、乙所示，是探究动能大小与 的关系，得出的结论是：
．
（3）实验中若使用的木块质量较大，为确保实验仍有较明显的现象，有很多种方法．请答一种方法：
．
一些物体的动能
行走的牛
约60J
跑百米的运动员
约3×102J
飞行的步枪子弹
约5×108J
（4）小希通过实验探究发现质量和速度都是影响动能大小的因素，得出实验结论后，又提出了新的问题：
物体的质量和速度对物体动能的影响一样大吗？
小希查阅了相关资料，收集了一些物体的动能（如表所示），结合生活经验分析表中数据，你认为在“质量”和“速度”这两个因素中，对物体动能影响较大的是 ．
27．如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置示意图．
（1）该实验装置要探究的是物体动能的大小与物体 的关系（物体A、B质量不变）．
（2）该实验中所探究物体的动能是指物体 （选填“A”或“B”）的动能．
（3）该实验物体动能的大小所示通过 来反映的，这种探究方法称为 （选填“控制变量法”或“转换法”）
（4）该实验物体的速度是指物体A从斜面上由静止滚下与物体B即将碰撞时的速度，它是通过 （选填“高度”或“质量”）来改变的．
（5）实验表明，同一物体A从斜面不同高出滚下，高度越大，物体B被撞得越远，可得结论：
在质量 （选填“相同”或“不同”）时，速度越大动能 （选填“越大”、“越小”或“不变”）．
（6）若要研究物体动能与质量的关系，则需不同质量的物体从斜面 高度由静止滚下，并观察记录．
28．小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想．
猜想一：
物体的重力势能与物体的质量有关
猜想二：
物体的重力势能与物体的下落高度有关
猜想三：
物体的重力势能与物体的运动路径有关
为此小夏设计了如图所示的实验：
用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）．
实验数据如下表：
实验序号
铅球代号
铅球质量/g
下落高度/m
陷入沙中的深度/m
①
A
200
0.5
0.1
②
B
400
0.5
0.25
③
C
200
1
0.2
④
D
200
1
0.2
（1）本实验中，采用的研究问题的方法是 ．（写出一种方法即可）
（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 来反映的．
（3）为验证猜想二，应比较 （填实验序号），得到的结论是：
当物体质量相同时， ．
（4）比较③④，得到的结论是 ．
（5）经进一步实验和分析，小夏大胆给出重力势能（Ep）的表达式“Ep=mgh”，并去办公室询问了老师，得以证实，小夏高兴不已，回到教室后，根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面的动能，其中B球的动能为 J．（忽略空气阻力，g=10N/kg）
29．小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上（如图甲），在刚接触轻弹簧的瞬间（如图乙），速度为5m/s．将弹簧压缩到最短（如图丙）的整个过程中，小球的速度v和弹簧缩短的长度△L之间的关系如图丁所示，其中A为曲线的最高点．已知该轻弹簧每受到0.2牛的压力就缩短1厘米，并且轻弹簧在受到撞击到压缩到最短的整个过程中始终发生弹性形变．
（1）从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，小球动能的变化情况是 ，小球机械能的变化情况是 ．
（2）实验中所用小球的质量为 kg，全过程中，弹簧中弹力的最大值为 N．
（3）如图，当弹簧的压缩量最大时，小球的速度为0，此时，小球处于 （填“平衡”或“非平衡”）态．
参考答案
一．选择题（共25小题）
1．D；2．D；3．B；4．D；5．B；6．B；7．A；8．D；9．C；10．B；11．D；12．C；13．D；14．C；15．D；16．B；17．A；18．C；19．B；20．C；21．D；22．A；23．B；24．A；25．A；
二．实验探究题（共4小题）
26．重力势能；木块被推动的距离；速度；当物体质量一定时，物体速度越大，动能越大；增大小车下滑的高度（或减小接触面粗糙程度的方法来减小摩擦力）；速度；27．速度；A；B移动的距离s；转换法；高度；相同；越大；相同；28．控制变量法；铅球陷入沙中的深度；①③；物体所处的高度越高，重力势能越大；物体的重力势能与物体运动的路径无关；2；29．先变大后变小；减小；0.1；8.14；非平衡；
升级会员 