第14章机械能初中 物理教案.docx
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第14章机械能初中物理教案
第14章
机械能
14．1动能和势能
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14-1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？
图14-1
智能提要
问：
怎样正确理解重力势能？
答：
重力势能是由于地球对物体有吸引力和物体被举高而产生的．重力势能的大小是由物体的质量和被举高的高度决定的．因此，质量相同时，被举高的越高，重力势能越大；当被举高的物体高度相同时，质量越大的物体重力势能越大．一般情况下，物体被举高的高度是以水平地面为参考标准的，也就是说，物体离地面的高度就是物体被举高的高度．只有在物体的高度发生变化时，物体的重力势能才表现出来．
问：
怎样正确理解弹性势能？
答：
弹性势能是物体发生弹性形变的结果．对同一物体，它的弹性势能决定与其弹性形变的大小；物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大；对不同的物体，弹性形变大小相同，弹性势能一般也不同．物体的弹性势能只有在物体的弹性形变发生变化时才表现出来．
问：
分析动能、势能的变化时，经常出错，有什么诀窍吗？
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．
中考撷要
本节内容作为作为中考的考试范围为利用影响动能、重力势能、弹性势能大小的因素进行比较和变化判断；探究决定动能、势能大小因素的实验和控制变量法也是最近几年中考中经常考查的内容．
智能归例
题型一理解能、动能、势能的概念
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
知识点对能、动能、势能的概念的理解
闯关点拨用线悬挂的物体，由于被举高而具有重力势能；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动能或势能，如果有，说出能量的名称，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：
_____________．
知识点理解动能和势能的概念
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，具有动能；
（2）悬挂在室内的电灯：
既有质量又有高度，具有重力势能；
（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，因而不具有动能和势能；
（5）在空中飞行的波音747客机：
有质量，有运动速度，还有高度，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，所以它不具有动能和势能．
题型二会探究决定动能大小和重力势能大小的因素
例在探究物体的重力势能大小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铁块撞击，陷入沙坑中的情况如图14-2所示．在此实验中，我们是通过观察什么来比较各铁块重力势能的大小？
若A、B两铁块质量相等，则两铁块下落高度的关系是hAhB；若A、C两铁块下落的高度相等，则两铁块质量关系是mAmC；实验得出的结论是：
物体重力势能的大小与有关．
知识点探究影响重力势能大小的因素
闯关点拨用控制变量法来探究决定重力势能大小的因素
解先控制A、B两铁块的质量相等．从图中可知，B铁块对木桩做的功多（破坏力大），两铁块在空中释放前，B铁块的重力势能大，因此可确定hA＜hB；然后控制A、C两铁块的高度相等，从图中可知，C铁块对木桩的破坏力大，两铁块在空中释放前，C铁块的重力势能大，所以mA＜mB．实验得出的结论是：
物体重力势能的大小与物体的质量和高度有关．我们是通过观察木桩陷入沙坑的深度来比较铁块重力势能大小的．
题型三分析动能和势能大小的变化
例跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，他的（）
A．动能增大，势能不变B．动能不变，势能减小
C．动能、势能都不变D．动能减小，势能增大
知识点根据决定动、势能的大小的因素判断动、势能的变化情况
闯关点拨本题考查对动能、势能概念的综合理解，解答本题除了要知道影响动能、势能大小的因素外，还要注意“匀速”这一条件．切忌不认真审题，错误地认为下落的物体越来越快，动能越来越大．
解运动物体在匀速下落的过程中，质量、速度均未发生变化，因此，他的动能不变，而运动员在逐渐下降，所以他的重力势能逐渐变小．
答选B
[变形题]某块砖在一对平衡力作用下运动，则该砖（）
A．势能一定不变，动能一定不变
B．势能可能改变，动能一定不变
C．势能可能改变，动能可能改变
D．势能一定不变，动能可能改变
解砖块的质量不变，在一对平衡力作用下的运动状态是匀速直线运动，它的速度大小不变，所以砖块的动能不变；如这块砖在水平方向运动，它的质量和高度都不变，重力势能不变．如这块砖不在水平方向运动，它的高度在改变，重力势能在改变，因题中没有明确砖块的运动方向，所以势能的变化情况不能确定．
答选B
中考典题精析
考题1如图14-3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）（湖北省咸宁市2003年中考题）
（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。
图14-3
闯关点拨用控制变量法来探究决定动能大小的因素
分析与解比较甲实验与乙实验可知：
钢球的质量相等，而乙中的钢球到达平面上的速度比甲中的大，结果是甲中的钢球具有的动能大，说明在质量相等的情况下，物体的速度越大，动能越大；比较乙实验与丙实验可知：
钢球和木球到达平面上的速度相等，而钢球的质量比木球的质量大，结果是乙中的钢球具有的动能比丙中的木球的动能大，说明在速度相等的情况下，物体的质量越大，动能越大．综合三个实验可知：
物体的动能与物体的质量和速度有关，质量越大，速度越大，物体具有的动能越大．
答
（1）质量相同时，速度越大的物体具有的动能越大质量
（2）速度相同时，质量越大的物体具有的动能越大速度
（3）质量速度质量速度
考题2（多选题）如图14-4所示的是一种叫做蹦极的游戏。
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（）（山东省威海市2003年中考题）
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
图14-4
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
闯关点拨在质量不变的情况下，动能的变化抓住速度的变化，从最高点道最低点，速度从慢到快再到慢，所以游戏者的动能先变大后变小，到最低点时，动能为零；重力势能的变化抓住高度的变化，高度越来越低，故游戏者的重力势能一直在减小；弹性势能的变化抓住弹性形变的大小变化，从最高点到a点，绳自然下垂，未发生弹性形变，故没有弹性势能，从a点到c点，绳发生了弹性形变，具有弹性势能，在最低点，绳的形变最大，故绳的弹性势能最大．
答选A、C、D
智能训练
基础知识训练
1．如果卡车空载和满载时都以同样的速度行驶，那么空载时具有的动能满载时具有的动能．停放在山顶上的卡车具有的重力势能该卡车下山时具有的重力势能．（选填“大于”、“小于”或“等于”）（题型一）
2．质量较大的喜鹊与质量较小的燕子在空中飞行，如果它们的动能相等，那么飞得快．（题型一）
3．运动员向斜上方推出去的铅球，在下落的过程中，重力势能（填“增大”、“减小”或“不变”下同），动能．（题型三）
4．如图14-5所示，一个同学在蹦床上玩，从跳起到上升至最高点的过程中，能逐渐增大，能逐渐减小。
（题型三）
5．某同学骑自行车上坡时，速度越来越慢，则车和人的（）
（题型三）
A．动能变大，重力势能变大B．动能变小，重力势能变小
C．动能不变，重力势能不变D．动能变小，重力势能变大
6．三峡水库修建大坝，为了提高水位，增加水的（）（题型三）
A．内能B．重力势能C．弹性势能D．动能
7．飞行的炮弹击中目标后有很大的破坏作用，这是因为（）（题型一）
A．它具有很大的质量B．它具有很快的速度
C．它具有很大的动能D．它是钢铁制成的
8．一物体沿斜面匀速下滑，物体的（）（题型三）
A．动能增加，势能减小B．动能不变，势能减小
C．动能和势能都减小D．机械能的总量保持不变
9．司机开车上坡前，往往加大油门，以提高汽车的速度，这是为了（）（题型三）
A．增大动能B．增大势能C．增大惯性D．减小阻力
10．如图14-6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＝mB＜mC，hA＝hC＞hB）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，我们要选
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。
（题型二）
综合提高训练
1．装满水的洒水车，在环岛路的一段平直公路上匀速前进．它在向公路两旁的花木喷水的过程中，洒水车的总动能将逐渐．（选填“变大”、“变小”或“不变”）
2．体积相同的铜、铁、铝三各小球，从同一高度的斜面滚下，在水平地面上撞击同一地点上放的同一木块，木块被撞击最远的是（）
A．滚下的铜球B．滚下的铁球
C．滚下的铝球D．三球撞击得一样远
3．2002年10月27日，太原卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭，成功地将‘“中国资源二号”卫星送人太空。
在卫星随火箭一起离开发射塔飞向天空的过程中（）
（题型四）
A．卫星的势能不断减小，动能不断增大B．卫星的势能不断增大，动能不断减小
C．卫星的势能和动能都在不断减小D．卫星的势能和动能都在不断增大
4．如图14-7所示是研究动能跟哪些因素有关的实验情况示意图，图中A、B两球是由同种材料制成的实心小球。
下列哪组图的比较可以说明当物体质量相同时，速度大的物体具有的动能大（）（题型二）
A．a图和b图B．b图和c图
C．a图和c图D．b图和d图
5．我国发射的“神州Ⅲ号”载人宇宙飞船完成科学实验任务后，在内蒙古准确返回，成功着陆。
若飞船穿越大气层时，有一段匀速降落的过程（设飞船质量不变），则在此过程中飞船的（）（题型三）
A．动能减小，势能增大B．势能减小，动能增大
C．动能不变，势能减小D．动能减小，势能不变
6.如图14-8所示，一钢球分别从斜面的不同高度h1、h2处滚下，小木块A分别被推至1和2处，这现象表明，同一钢球，位置越高，它到达斜面下端时的______也越大，把木块推得越远，对木块做的功越多，钢球的______能也越大．（题型二）
小球
小球质量
小球碰撞物体A时的速度
物体A被推动的距离
甲球
2m
v
S
乙球
m
2v
2S
7．如图14-9是研究小球动能与小球的质量和速度关系的实验装置示意图。
表中记录了用甲、乙两球分别进行实验的数据。
由表中数据可知：
甲球的动能_______（选填”大于”、”小于”、或”等于”）乙球的动能；在质量和速度两个物理量中，对动能影响较大的是___________.（题型二）
8．在综合实践活动课上，王艳同学发现学校运动场地上有若干大小不等的铅球，如图14-10所示，于是他想利用这些器材亲自体验一下“重力势能的大小与哪些因素有关”
（1）请你帮他设计应如何去做。
（2）说明该实践中怎样判断物体重力势能的大小
14．2机械能及其转化
如图14-11所示，用绳子拴住一个苹果并悬挂下来，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？
智能提要
问：
怎样正确理解机械能？
答：
一个物体可以同时具有动能和势能（包括重力势能和弹性势能），把物体的动能和势能相加，就是物体的机械能．当一个物体只有动能或只有势能时，也可以称物体具有机械能，此时机械能的大小就是该物体的动能或者势能．
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．
中考撷要
机械能是中考重要的考查对象之一，考查题型主要有选择题、填空题、实验题和问答题等．主要的考点是动能与势能相互转化的分析和利用动能与势能的相互转化解释一些现象．近两年的有关中考题往往联系社会热点问题（如神州飞船等）．
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
题型一理解机械能的概念
例关于动能、机械能，下列说法中错误的是（）
A．一辆汽车具有动能，它一定具有机械能
B．两辆汽车以相同的速度行驶时，质量大的动能大
C．某汽车的机械能增加了，它的运动速度一定是加大了
D．在平直公路上行驶的汽车，速度变化时它的机械能也变化
知识点对机械能概念的理解
闯关点拨机械能是动能与势能之和，动能的大小由质量和速度共同决定．
分析和解汽车的机械能增加了，可能是势能增加了，其动能不一定增加，它的运动速度也不一定增大，故C选项是错误的．
答选C
题型二动能和势能的相互转化
例1下列过程中，属于动能转化为势能的是（）
A．雪撬从山坡上滑下 B．玩具弹簧枪将“子弹”水平射出
C．雨滴从屋檐落向地面 D．斜向上射出的炮弹在上升过程
知识点考查判断动能与势能转化现象的能力
闯关点拨物体的动能转化为势能，是指物体的动能在减小，同时势能在增加．如果物体的质量一定时，那么物体的速度减小，动能就减小，物体的高度增加，势能增加，或者物体弹性形变增大，势能增大．
分析和解A选项中雪橇的高度减小，速度增加，所以是重力势能转化为动能；B选项中是将弹性势能转化为动能；C选项中也是将重力势能转化为动能；D选项中是动能转化为重力势能．
答选D
例2如图14-12所示，电动小车沿斜面从A匀速运动到，则在这个过程中小车（）
A．动能减少，重力势能增加，总机械能不变
B．动能增加，重力势能减少，总机械能不变
图14-12
C．动能不变，重力势能增加，总机械能不变
D．动能不变，重力势能增加，总机械能增加
知识点考查机械能之间的转化
闯关点拨解此类问题必须克服“物体向上运动速度一定变小，向下运动速度一定变大”、“物体重力势能增大则动能一定减小，重力势能减小则动能一定增大”的错误定式，应根据假设的物理情境进行分析，挖掘已知条件和隐含条件，找出其联系，从而得出正确答案．
解因为电动小车的质量是一定的，而且是沿斜面匀速运动，说明电动小车的速度不变，所以电动小车的动能不变．又因为电动小车沿斜面向上运动的过程中高度不断增加，所以它的重力势能不断增大，因此小车的机械能增大．
答选D．
题型三解释生活中常见的机械能转化现象
例如图14-13所示，运动员在进行蹦床表演时，机械能是如何变化的？
知识点联系实际确定机械能的转化情况
图14-13
闯关点拨机械能包含动能、重力势能和弹性势能，在判断这些能量大小和转化时，应分析它们的速度、高度、形变的情况．
解答运动员从高处下落的过程中，重力势能转化为动能；在接触蹦床到速度为零的过程中，人的动能转化为蹦床的弹性势能；弹起时，是蹦床的弹性势能转化为人的动能；运动员在上升过程中，动能转化为重力势能．
中考典题精析
考题1在空气阻力不计的情况下，一只皮球从高处由静止下落，被地面弹起后不能再回到原来的高度，在整个过程中；
（1）说明皮球机械能的转化情况。
（2）指出皮球在哪几个位置时的动能为零。
（3）分析皮球不能回到原来高度的原因。
（新疆乌鲁木齐市2003年中考题）
闯关点拨
（1）皮球在下落、弹起的整个过程中，先后发生状态的变化是：
球在高处静止──加速下落──落地变形──恢复原状反弹──减速上升．
（2）皮球在下落、上升过程中的空气阻力不计，但是在弹性压缩和恢复原状的过程中，有一部分机械能转化为内能．
解答
（1）①加速下落过程：
重力势能转化为动能．
②落地弹性压缩过程：
动能转化为弹性势能．
③恢复形状反弹过程：
弹性势能转化为动能．
④减速上升过程：
动能转化为重力势能．
（2）皮球在以下三个位置时动能为零（速度大小为零）：
①球在高处将指时；②小球落地弹性压缩最大时；③上升到最大高度时．
（3）尽管不计空气阻力，但在落地撞击地面时，球的弹性压缩和恢复形状的过程中，有一部分机械能将转化成其它能量，造成机械能损失，所以皮球不能回到原来高度．
考题2如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。
图14-14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
图14-14
以节能的理由
．（重庆市2003年中考题）
闯关点拨一般的车站轨道都是水平连接的，车进站时，需要刹车减速，车出站时，需克服摩擦力加速，这样既浪费了能量又多消耗了能量．将站台设计在小坡上，车进站时，让车驶上小坡，将动能转化为重力势能，车速减小了，重力势能增大了；车在起动出站时，由于下坡，车的重力势能转化为动能，在不需要多消耗能量的情况下，车速加快，减少了因加速消耗的能量．
答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．达到节约能源的目的．
智能训练
基础知识训练
1．李白曾用“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”的诗句描述庐山瀑布的壮观。
从物理学的角度来看，飞流直下的瀑布蕴藏着巨大的____________。
（题型一）
2．如图14-15所示，小军玩弹弓，当弹弓把纸团射出时，＿＿＿＿＿＿能转化为＿＿＿＿能。
（题型四）
3．滚摆在上升过程中， 能转化为 能．（题型四）
4．下列现象属于重力势能转化为动能的是（ ）（题型四）
A．爆竹腾空而起B．水从高处落下
C．从地面上弹起的皮球D．在水平地面上匀速行驶的汽车
5．下列过程中，属于动能转化为势能的是（）
A．拉开的弓，放手后把箭射出去B．小铁球在空中下落
C．运动的小球滚上光滑的斜面D．在水平地面上滚动的足球
6．在下列情况下，机械能发生了变化的是（）
A．物体从光滑的斜面上自由滑下的过程
B．跳伞运动员从空中匀速下落
C．汽车在水平公路上匀速前进
D．高空中沿水平轨道匀速飞行的飞机
7．自行车匀速上坡的过程中，它的（）
A．重力势能增加，动能和机械能不变B．重力势能和动能增加，机械能不变
C．动能不变，重力势能和机械能增加D．动能、重力势能和机械能都增加
8．中国跳水队被人们称为“梦之队”。
图14-16中是跳水运动员跳水时的情景，运动员在离开跳板到落入水的过程中（）（题型三）
A．运动员的动能一直增大，机械能不变
B．运动员的重力势能一直减小，机械能减小
C．运动员的动能先减小后增大，机械能不变
D．运动员的重力势能先减小后增大，机械能增大
综合提高训练
1．在“9·11事件”中，恐怖分子利用所劫持的飞机具有较大的撞击世贸大厦，导致其最终成为一片废墟．
2．当人造卫星从远地点向近地点运动的过程中，在能转化为能．
3．撑杆跳高运动员借助手中的撑杆跳高时，要比徒手跳高高得多，这是因为运动员利用撑杆发生时，而具有了的缘故．这个过程中，运动员的能转化为了撑杆的能．
4．关于机械能的转化，下列说法正确的是（）（题型四）
A．静止的雪撬从山坡
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