机械能及其转化.docx
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机械能及其转化
机械能及其转化
主讲：
黄冈中学高级教师 曾献智
一周强化
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。
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、（2009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、（2009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、（2009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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