浙教版科学2022-2023学年上学期九年级“冲刺重高”讲义（二十四）：机械能【word，含答案】

一、动能
（一）动能的概念
物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切做机械运动的物体都具有动能。例如:飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、流动的水和空气等，都具有动能。
（二）探究影响动能大小的因素
(1)提出问题:动能的大小与哪些因素有关
(2)猜想与假设:物体动能大，表示物体由于运动而具有的能量大，所以动能可能与物体的运动速度有关，还可能与物体的质量有关。
(3)设计实验与制订计划:让小车从斜面上滑下，碰到一个木块上，推动木块做功。在同样的水平面上，通过木块被推动的距离大小，判断出小车动能的大小。
①探究动能大小与速度的关系:让同一小车从不同高度滑下，看哪次木块被推得远
②探究动能大小与质量的关系:换用质量不同小车，让它们从同一高度滑下，看哪个小车把木块推得远
(4)进行实验与收集证据:
①同一小车从不同高度滑下，小车碰撞木块时的速度不同。高度越高，小车滑下时速度越大，木块被推得越远，说明物体动能的大小与物体的速度有关。
②不同小车从同一高度滑下，小车碰撞木块时的速度相同。质量大的小车将木块推得远，说明物体动能的大小与物体的质量有关。
(5)实验结论:物体动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。
二、势能
（一）重力势能
(1)定义:物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。
判断一个物体是否具有重力势能，关键是看此物体相对某一个平面有没有被举高，即相对此平面有没有一定的高度。 若有，则物体具有重力势能；若没有，则物体不具有重力势能。
(2)探究影响重力势能大小的因素的实验
实验原理 金属小球的重力势能由被金属小球所撞出的沙坑的深度和大小来表示，撞出的沙坑越深越大，表明金属小球的重力势能越大
实验过程 a.探究重力势能与高度的关系:从不同高度自由释放同一金属小球，观察并记录金属小球所撞出沙坑的深度和大小；b.探究重力势能与质量的关系:从同一高度自由释放质量不同的金属小球，观察并记录金属小球所撞出沙坑的深度和大小
实验现象 a.同一个金属小球，下落高度越高，金属小球所撞出的沙坑越深越大；b.下落相同的高度，质量越大的金属小球撞出的沙坑越深越大
分析现象得出结论 a.在质量相同时，物体被举得越高，它具有的重力势能越大；b.物体被举高的高度相同，物体的质量越大，它具有的重力势能就越大
物体的重力势能大小与物体的质量和被举高的高度有关。物体的质量越大，被举得越高，它具有的重力势能就越大。
（二）弹性势能
(1)定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。例如，张开的弓、拉长的橡皮条、卷紧的钟表发条、压弯的杆等都是由于发生形生弹性形变而具有了弹性势能。判断一个物体是否具有弹性势能，关键是看物体是否发生了弹性形变，若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能。
(2)影响弹性势能大小的因素:弹性势能的大小与物体弹性形变的大小有关。物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。例如，射箭时手拉弓弦使弓的弹性形变越大，弹性势能就越大，箭就射得越远。同样，机械表内发条卷得越紧，弹性形变越大，弹性势能就越大，机械表走动的时间就越长。
例1、滑板是深受青少年喜欢的一项体育运动。如图是U型滑台和运动员姿势的简化示意图。运动员在滑台A处由静止自由下滑,不计滑台摩擦和空气阻力,仅依靠滑行过程中运动员姿势的自然(不用力)变化,最有可能滑到滑台C处的是（ ）
A. B.
C. D.
例2、立定跳远时的动作分解如图所示，在此过程中，运动员( )。
A.上升时，动能减小，势能减小
B.上升时，动能增大，势能增大
C.下落时，势能增大，动能减小
D.下落时，势能减小，动能增大
例3、下列物体①拉满弦的弓、②空中飞行的子弹、③被压缩的弹簧、④静止在某一高度的小球、⑤航行中的轮船．⑥射出的箭．⑦变形的网球拍中，只具有动能的是 (填序号，下同)，只具有势能的是 ， 既具有动能又具有势能的是 。
例4、小明同学探究“物体动能大小与物体的速度、质量关系”实验，先采用课本实验方案，将质量大的铜球和质量小的钢球从光滑斜面的hy高处静止自由滑下，到达斜面底端撞击纸盒，纸盒在水平桌面上滑行一段距离停下来。实验结果如图甲、乙，虚线纸盒为纸盒的停留位置。
（1）.甲、乙实验中，可通过测量 来表示物体动能的大小;
（2）.根据图甲、乙的实验结果，得出的实验结论是 ;
（3）.接着小明设计了如图丙的实验进行替代，舍去小球和纸盒,让金属块从光滑斜面的hy高处静止自由滑下，下滑后金属块直接在水平桌面上滑行，测量其在水平桌面上滑行的距离S。改用材质相同、质量不同的金属块，重复图丙的实验，记录数据，所得实验结果为如下表。请你分析出现表格中这种实验结果的原因 。
质量m/千克 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
滑行距离s/米 0.42 0.41 0.43 0.42 0.43 0.42 0.42
1.如图所示，在探究“物体的动能跟哪些因素有关“的实验中，让质量相同的钢球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，比较木块被推动的距离。该实验是研究( )。
A.动能的大小与高度的关系 B.动能的大小与质量的关系
C.动能的大小与速度的关系 D.动能的大小与距离的关系
2.如图，小球从左侧的斜坡滚下，到达底端后又沿着右侧斜坡向上滚到最高处， 则下列图像能正确代表小球重力势能与运动时间t之间对应关系的是（ ）
A.B.C. D.
3.如图所示，物块在拉力F的作用下沿斜面向上做匀速直线运动。物块的相关科学量随时间变化规律的图像正确的是（ ）
A. B.C.D.
4．2021年10月3日，我国自主研制的“神舟十三号“载人飞船发射升空，在飞船刚离地上升的过程中（　　）
A．动能增加，势能增加 B．动能不变，势能减少
C．动能减少，势能不变 D．动能减少，势能减少
5.如图，皮球落地后弹起过程中每隔相等时间曝光一次所拍摄的照片。由图可知，下落过程中，皮球的速度 ；离开地面上升的过程中，皮球的重力势能 ， 动能 。皮球在整个运动过程中的机械能 。
6.某实验小组的同学用如图所示的装置探究“物体动能大小与哪些因素有关”。他们将钢球用绳系着，从某一高度由静止释放。钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。经过实验，获得三组数据，如下表：
实验次数 钢球质量/g 钢球下摆高度/cm 木块滑行距离/cm
1 20 20 30
2 20 40 58
3 20 60
（1）.钢球动能的大小是通过观察 来判断的。
（2）.在第3次实验中，木块被撞后滑出木板，需要改进方案并只重做第3次实验。下面有几种建议，你认为可行的是 ；
A. 甲同学建议换用一块更长的同样木板B. 乙同学建议换一个较大的木块
C. 丙同学建议降低钢球下摆的高度 D. 丁同学建议换用适当质量的钢球
（3）.通过本实验可得出的结论是： ；
（4）.该实验中物体的动能是指（ ）
A. 小球在撞击木块前的平均动能 B. 木块的动能
C. 小球撞击滑块后，木块的动能 D. 小球撞击滑块时的动能
1.学校将举行运动会，如图为小科同学在练习跳远时的几个阶段，则他（ ）
A. 在助跑阶段机械能不变 B. 在起跳时机械能为零
C. 经过最高点时重力势能最大 D. 经过最高点时动能最大
2.2020年12月，”嫦娥5号”探测器从月球上采样并顺利返回地球，如图所示为返回的两种返回技术示意图。下列分析正确的是（　　）
A．采用“跳跃式返回”可使返回器的机械能转化为内能更多
B．用“跳跃式返回”可使返回器与大气摩擦通过的距离更短
C．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前的速度更小
D．采用“直接进入返回”可使返回器着陆前具有的机械能更小
3.如图所示为某市轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小坡度，这样能有效地提高能量的利用率。对此，下列说法中正确的是( )
A.列车进站时动能减小，势能减小B.列车进站时动能增大，势能增大
C.列车出站时势能减小，动能增大D.列车出站时势能增大，动能减小
4.如图为人造地球卫星的轨道示意图，在大气层外环绕地球运行的过程中，人造地球卫星在近地点的动能 它在远地点的动能；在从近地点向远地点运行的过程中，它的重力势能的变化情况是 。
5.影响铅球掷得远近的因素有哪些呢？某同学以一支玩具手枪为实验器材进行了以下探究(如图所示)：
（1）熟悉手枪结构。玩具手枪的内部结构中有一根弹簧，弹簧压缩的长度可调节。压缩的弹簧伸长时会将子弹射出，此时弹簧的________能转化成子弹的动能。
（2）探究过程。①提出假设：在相同条件下，子弹的射程可能和枪管与水平面的夹角有关。②设计实验，记录数据：该同学把手枪固定在某一高度后，保持子弹从枪口射出的速度相同，改变枪管与水平面夹角，用同一颗子弹做了五次实验，记录数据如下表：
枪管与水平面夹角θ 15° 30° 45° 60° 75°
子弹落点到枪口的水平距离s(米) 7.5 10.1 10.9 9.2 5.3
③分析数据，得出结论。在相同条件下，子弹的射程跟枪管与水平面的夹角有关，夹角在________ 度左右时，子弹射程最远。④交流和评价。同桌同学认为对子弹射程与水平夹角θ的探究还可进一步完善。为获得更准确的结论，该同学应做的改进是________。
（3）完成上述探究后，该同学对于影响子弹射程的因素又提出一个合理的假设。他的假设是________。
答案及解析
例1、【答案】 B
【解析】根据能量转化和转移的知识分析判断。
【解答】不计滑台摩擦和空气阻力，即运动过程中没有机械能的损失。运动员从滑台的A端滑下时，它只能到达与它等高的B处，要运动到C点就需要额外的能量。运动员在A端时站立，在滑下的过程中下蹲，那么运动员的重心下降，这部分减小的重力势能会转化为运动员的动能，使其可能继续沿水平面前进到达C点，故B正确，而A、C、D错误。
故选B。
例2、【答案】 D
【解析】动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，据此分析跳远过程中的能量变化。
【解答】立定跳远时上升时，高度增大，则势能增大；速度减小，则动能减小，故A、B错误；
立定跳远下降时，高度减小，则势能减小；速度增大，则动能增大，故C错误，D正确。
故选D。
例3、【答案】 ⑤；①③④⑦；②⑥
【解析】（1）物体由于运动具有的能量叫动能；
（2）物体由于被举高而具有的能量叫重力势能；物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能；
（3）根据（1）（2）分析即可。
【解答】①拉满弦的弓，发生弹性形变，具有弹性势能；
②空中飞行的子弹，由于运动具有动能，由于被举高而具有重力势能；
③被压缩的弹簧，由于发生弹性形变而具有弹性势能；
④静止在某一高度的小球，由于被具有而具有重力势能；
⑤航行中的轮船，由于运动具有动能；
⑥射出的箭，由于运动具有动能，由于在空中被举高具有重力势能；
⑦变形的网球拍，由于发生弹性形变具有弹性势能。
只具有动能的是⑤，只具有势能的是①③④⑦， 既具有动能又具有势能的是②⑥。
例4、【答案】 （1）纸盒被撞击移动过的距离（2）当速度一定时，物体的质量越大，动能越大。
（3）物体从同一高度滑下来，重力大重力势能大，转化得到的动能大。质量大，对水平面的压力也大，摩擦力大。由W=FS可知其在水平面的移动的距离可以大致相等 。
【解析】（1）小球撞击纸盒，纸盒克服水平桌面的阻力做功。根据W=fs可知，纸盒移动的距离越远，克服阻力做功越多，即小球的动能越大。
（2）比较甲乙两图，确定哪个因素相同，哪个因素不同，然后根据控制变量法的要求描述实验结论。
（3）根据能量转化，影响滑动摩擦力的因素因素和功的计算式分析解答。
【解答】（1）甲、乙实验中，可通过测量纸盒被撞击移动过的距离来表示物体动能的大小;
（2）在甲和乙实验中，铜球在斜面上的高度相等，即速度相同，而铜球的质量不同，根据纸盒移动的距离得到：当速度一定时，物体的质量越大，动能越大。
（3）根据表格可知，金属块滑行的距离大致相同，那么原因为：物体从同一高度滑下来，重力大重力势能大，转化得到的动能大。质量大，对水平面的压力也大，摩擦力大。由W=FS可知，其在水平面的移动的距离可以大致相等 。
1.【答案】 C
【解析】根据图片确定实验中哪个因素相同，哪个因素不同即可。
【解答】在实验中，小球的质量相同，它从斜面上的不同高度释放，那么到达水平面时的速度不同，通过木块被推动的距离可以判断小球动能的大小，则该实验探究动能的大小与速度的关系，故C正确，而A、B、D错误。
故选C。
2.【答案】B
【解析】物体的重力势能与质量和高度有关，据此分析判断。
【解答】小球从斜坡上滚下时，速度越来越快，它的高度与时间的变化关系为：h'=h-；当小球滚上斜坡时，它上升的高度h''=v0t-，因此它的高度与时间变化的图像为二次函数图像，即为抛物线；因为重力势能与高度成正比，所以重力势能随时间变化的图像也应该是抛物线，故B正确，而A、C、D错误。
3.【答案】 B
【解析】（1）根据匀速直线运动的定义判断；
（2）动能的大小与质量和速度大小有关；
（3）重力势能的大小与质量和高度有关；
（4）机械能=动能+重力势能，据此分析判断。
【解答】A.物体沿斜面做匀速直线运动，则v不变，根据s=vt可知，它通过的路程与时间成正比，图像为一条通过坐标原点的斜线，故A错误；
B.物块的速度不变，质量不变，那么它的动能不变，故B正确；
C.物块的高度增大，质量不变，那么它的重力势能增大，故C错误；
D.根据机械能=动能+重力势能可知，物块的机械能不断增大，故D错误。
故选B。
4．【解答】解：在飞船刚离地上升的过程中做加速运动，质量不变，速度变大，动能变大；高度变大，重力势能变大，故A正确。
故选：A。
5.【答案】 增大；增大；减小；减小
【解析】动能与速度和质量有关，重力势能与质量和高度有关，据此分析能量转化的过程。
【解答】（1）由图可知，下落过程中，皮球的质量不变但高度减小，那么重力势能减小，即重力势能转化为动能，则皮球的速度增大；
（2）离开地面上升的过程中，皮球的重力势能质量不变但高度增大，则动能转化为重力势能，因此动能减小。
（3）在运动过程中，由于不断的克服空气阻力做功，因此将机械能转化为内能，那么皮球在整个运动过程中的机械能减小。
6.【答案】 （1）木块滑行距离（2）A（3）质量一定时，速度越大动能越大（4）D
【解析】（1）钢球撞击水平面上的木块，木块克服地面阻力做功。根据W=fs可知，木块移动的距离越大，则克服阻力做的功越大，说明钢球的动能越大；
（2）根据控制变量法的要求分析判断；
（3）分析实验中哪个因素相同，哪个因素不同，然后根据控制变量法的要求描述实验结论；
（4）根据实验的过程分析判断。
【解答】（1）钢球动能的大小是通过观察木块滑行距离来判断的。
（2）根据表格可知，实验要探究钢球的动能与速度的关系，此时需要控制钢球的质量相同，故D错误；
因为要通过木块移动的距离反映钢球动能的大小，因此必须控制木块对水平面的压力相同，即木块重力相等，故B错误；
钢球下摆的高度已定，此时只能通过换一块更长的同样木板来解决这个问题，故C错误，A正确。
故选A。
（3）根据表格数据可知，钢球的质量都是20g时，钢球下摆的高度越大，木块滑行的距离越远，那么得到结论：质量一定时，速度越大，动能越大。
（4）根据图片可知，木块获得的动能来自于小球撞击滑块的瞬间，因此该实验中的动能是指小球撞击滑块时的动能，故选D。
1.【答案】 C
【解析】动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，而机械能=动能+重力势能，据此分析判断。
【解答】A.在助跑阶段，小科的速度越来越大，则动能越来越大，因此机械能增大，故A错误；
B.在起跳时，他的高度为零，即重力势能为零，但是速度很快，即动能不为零，因此他的机械能不为零，故B错误；
C.经过最高点时，他的高度最大，则重力势能最大，故C正确；
D.经过最高点时，他的速度最小，即动能最小，故D错误。
故选C。
2.【解答】解：A、采用“跳跃式返回”与“直接进入返回”相比，返回器与空气摩擦做功更多，机械能更多地转化为内能，机械能更小，故A正确；
B、用“跳式返回”可使返回器借助大气层提供的升力跃出大气层，再借助大气层提供的升力跃出大气层，故B错误；
CD、“跳跃式返回”在首次进入、穿出大气层的过程中，与空气摩擦做功，机械能更多地转化为内能，机械能更小，所以返回器再次进入大气层直至着陆时的速度更小，故CD错误。
故选：A。
3.【答案】 C
【解析】动能与速度和质量有关，重力势能与质量和高度有关，据此分析即可。
【解答】列车进站时，高度不断增大，则它的重力势能增大；速度减小，则动能减小，将动能转化为重力势能储藏起来，故A、B错误；
列车出站时，高度不断减小，则它的重力势能减小；速度增大，则动能增大，将重力势能又转化为动能，故C正确，D错误。
故选C。
4.【答案】 大于；变大
【解析】（1）重力势能与质量和高度有关。
（2）机械能=动能+重力势能，根据机械能守恒分析动能的大小变化。
【解答】 （1）在从近地点向远地点运行的过程中， 它到地面的高度不断增大，而质量不变，则它的重力势能变大。
（2）根据机械能守恒可知，它的动能不断减小，即近地点的动能大于远地点的动能。
5.【答案】 （1）弹性势
（2）45；在30°到60°之间多测几组数据(或在45°附近多测几组数据)
（3）子弹射程可能与子弹射出枪口时的速度有关(答案合理即可)
【解析】（1）物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能；
（2）③根据表格数据，确定子弹射程最远时的枪口角度；
④根据表格可知，相邻两个枪口的角度差为15°，数据的跳跃性非常大，为了获得更准确的数据，可以在原来的数据间添加几组数据，即减小枪口的角度差，再多做几次实验。
（3）在实验探究过程中，探究子弹射程与枪口角度的关系时，控制了子弹的速度相同，那么可以猜测，子弹的射程应该与子弹的速度有关，据此分析解答。
【解答】（1）玩具手枪的内部结构中有一根弹簧，弹簧压缩的长度可调节。压缩的弹簧伸长时会将子弹射出，此时弹簧的弹性势能转化成子弹的动能。
（2）③根据表格数据可知，在相同条件下，子弹的射程跟枪管与水平面的夹角有关，夹角在45度左右时，子弹射程最远。
④为获得更准确的结论，该同学应做的改进是：在30°到60°之间多测几组数据(或在45°附近多测几组数据)；
（3）完成上述探究后，该同学对于影响子弹射程的因素又提出一个合理的假设。他的假设是：子弹射程可能与子弹射出枪口时的速度有关(答案合理即可)。
2022-2023学年上学期浙教版科学九年级“冲刺重高”讲义（二十四）
机械能（1）