2024贵阳中考物理二轮重点专题研究 第9讲 第3节 合理利用机械能（课件）(共54张PPT)

(共54张PPT)
合理利用机械能
第3节
知识精讲
2
考点清单
实验突破—科学探究素养提升
3
实验 探究动能的大小跟什么因素有关
贵阳近年真题及拓展
1
重难点突破
图说物理
贵阳近年真题及拓展
命题点
1
机械能的利用及其转化(10年4考)
1. (2022贵阳10题3分)任何事物都有正反两个方面．对于我们的生活，机械能有利也有弊，有时要主动利用机械能为我们服务，有时却要防止机械能产生副作用．在图中所列举的事例中，是防止机械能产生副作用的是(　　)
A
2. (2022贵阳11题3分)如图所示，是国产“歼－15”舰载机正在“辽宁号”航母上进行阻拦着舰时的情景：战机呼啸着舰，机尾挂钩精准钩住阻拦索，在阻拦索的拉力帮助下，使战机在航母的飞行甲板上短距离滑行便停下来．根据对舰载机着舰过程的介绍可判断，舰载机在滑行过程中(　　)
A. 受平衡力的作用
B. 其机械能逐渐减小
C. 使“辽宁号”航母的内能减小
D. 使“辽宁号”航母的机械能减小
B
3. (2022贵阳11题3分)如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面，一小球由A点以速度v沿轨道滚下，经另一侧等高点B 后到达最高点C.下列关于小球滚动过程的分析正确的是(　　)
A．整个过程只有重力在对小球做功
B．小球在A、B两点具有的动能相同
C．小球在A、B、C三点的速度大小关系是vA>vB>vC
D．小球在A点具有的机械能等于它在C点具有的重力势能
C
命题点
2
机械能守恒的理解及计算(10年6考)
4. (2023贵阳12题3分)如图所示，材质均匀的弧形轨道固定在竖直平面，将小球置于轨道的顶端A点，小球具有的机械能为100 J．让小球从A点由静止开始滚动，到右侧所能达到的最高位置B点时，具有的机械能为80 J，随即小球向左侧滚动．当滚动到左侧所能达到的最高位置时，它具有的机械能可能是(不计空气阻力)(　　)
A. 80 J B. 70 J C. 60 J D. 50 J
B
5. (2022贵阳16题2分)如图所示，原长为l的轻质弹簧一端固定在竖直墙面上，另一端与水平面上的木块相连．推动木块压缩弹簧，其左端至A点时，弹簧具有的弹性势能为25 J；松手后，木块在弹簧的作用下往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为1 J，
则木块运动过程中克服阻力做的功是______J．
整个运动过程中木块速度最大时其左端可能位
于________(选填“B”“C”或“D”)点.
24
B　
6. (2023贵阳22题3分)将一物块静置于斜面上A点，此时物块的机械能为12 J．放手后，物块沿斜面滑下，并在水平面上滑行至B点停下，如图所示，整个过程中有________力和________力对物块做功．若将物块沿原路刚好推回A点，则要对它做________J的功．
重
摩擦
24
7. (2021贵阳19题3分)如图所示，斜面底端的挡板上固定一轻质弹箦，物块从A点由静止开始沿斜面自由下滑，最终在斜面上的B点保持静止，请比较这一过程物块重力做功W1和克服摩擦力做功W2的大小关系，并从能量转化的角度说明理由．(不计空气阻力)
答：W1＞W2，当物块从A点由静止开始沿斜面自由下滑时，物块重力开始做功，由于物块和斜面之间存在摩擦，当物块到达B点时，重力做功W1，其中一部分能量克服摩擦力做功W2转化为内能，另一部分能量转化为弹簧的弹性势能W3，即W1＝W2＋W3，所以W1>W2.
8. (2023贵阳20题2分)如图所示，足够高的粗糙水平桌面上静止一木块，轻质无弹性细线的一端系在木块上，另一端绕过定滑轮挂有托盘．往托盘中添加砝码后，木块向右做加速运动．在木块运动一段距离的过程中，请判断木块增加的动能E与砝码重力做的功W的大小关系，并通过完整分析阐述理由．(不计托盘质量、空气阻力、线与滑轮间的摩擦)
答：E＜W；砝码重力做功将砝码的重力势能转化为木块的动能、砝码的动能以及木块运动过程中由于克服阻力做功的内能，所以木块增加的动能E小于砝码重力做的功W.
9. (2022贵阳24题2分)总长为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，如图甲所示．请在图乙中画出钢球从
O点运动到A点的过程中，其动能随运动距
离变化的大致关系图像．
命题点
3
教材延伸实验(10年4考)
10. (2020贵阳27题9分)小明在实验室看到一科学玩具——牛顿摆，如图甲所示，它由支架、细线和5个完全相同的钢球组成，每个钢球通过两根无弹性细线固定在支架上，并紧挨着排列在同一水平直线上．拉起最左侧的钢球，释放后，它像单摆一样向右摆动撞击相邻钢球，仅把最右侧的钢球撞出，其他球几乎静止不动．
这引发了小明的思考：为什么碰撞后仅有一个球摆动，而其余球仍然保持静止？于是他提出问题：被撞而摆动的钢球数量与哪些因素有关？接着他作出以下猜想：
Ⅰ.可能与撞击球撞击时的速度大小有关
Ⅱ.可能与撞击球的数量多少有关
将牛顿摆等效为单摆模型，如图乙所示是一个钢球撞击其它钢球的情形，五个钢球自左向右标为A→E球．若不考虑能量损失，请回答下列问题：
(1)将A球作为撞击球拉至一定的高度(保持细线绷直)，释放后，A球向右摆动过程中，将________能转化为动能．
重力势
(2)探究猜想Ⅰ时，为了改变撞击球撞击时的速度，你的操作办法是：___
___________________．释放后，当钢球发生碰撞时，仅有E球被撞出，由此可判断：被撞而摆动的钢球数量与撞击球的速度________(选填“有关”或“无关”)．
改变撞击球拉起的高度
无关
(3)通过上述实验，小明还是不明白为什么仅有
一个球被撞出，于是他向老师请教，老师说：
牛顿摆的钢球间发生碰撞时，撞击球的速度被大小不变地依次“传递”给下一个球，所以最终只有一个钢球被撞出．根据老师的讲解，小明继续探究猜想Ⅱ，将A、B两球作为撞击球紧挨着拉起一定高度后同时释放，A、B球向右摆动并与C球相撞，则此时可观察到的现象是如图中的__(选填“丙”“丁”或“戊”)；请阐述你选择的理由：________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.
丁　
因为释放A、B两球撞击其
他钢球时，两球的动能全部转移给被撞击球，又因为被撞击球的速度与撞击球的速度相同，由能量守恒可知被撞击球的质量与撞击球的质量相同，由此判断被撞击出的是两个钢球
11. (2023贵阳27题9分)投石机是古人应用杠杆原理及能量转化原理制造的武器，石块被抛出的远近往往是克敌制胜的重要因素．那么，投石机抛出的石块运动的水平距离与哪些因素有关呢？
小光模仿投石机制作了如图所示的简易抛掷装置进行
探究．木板A、B、C组成了一个支架，AB之间有一挡
板，底座C上固定有几个挂钩，D是一根硬质抛掷杆，
其左端固定一瓶盖，右端下方固定一挂钩，用弹性较
强的橡皮筋固定在该挂钩上，橡皮筋拉伸后可分别与底座上的挂钩相连.
将抛掷装置置于水平地面，小钢珠置于瓶盖内，压住抛掷杆并使之处于水平位置，松手后抛掷杆可绕固定轴转动，当抛掷杆碰撞到挡板时，瓶盖内的钢珠立即被抛出．(提示：挡板的作用是保证小钢珠每次抛出时高度相同；实验时人要避开小钢珠的飞行方向，以免造成伤害)
小光依据实验装置对影响小钢珠运动水平距离的因素提出了以下猜想：
A. 与橡皮筋拉伸的程度有关
B. 与小钢珠的质量有关
若不考虑空气阻力及转轴处的摩擦，请你回答下列问题：
(1)被抛出的小钢珠能在空中继续运动是因为它具有_____________．小钢珠落地后不会立即停下，为了准确找到小钢珠的落地点，你的办法是___
____________________________________________________.(可根据需要添加器材)
动能(或惯性)
给小钢珠涂上墨水或在小钢珠的落点摆放沙盘(方法合理均可)
(2)探究猜想A时，将橡皮筋的末端分别拉至挂钩1、2、3处，用同一小钢珠置于瓶盖内，每次均使抛掷杆处于水平位置后松手，比较发现橡皮筋连接挂钩1处，小钢珠运动的水平距离最远，由此可得：当小钢珠质量一定时，橡皮筋的拉伸程度________，小钢珠运动的水平距离越远．
越大
答：橡皮筋的弹性势能转化为小钢珠的
动能，动能一定，质量越小，速度越大．
(3)探究猜想B时，橡皮筋末端始终拉至挂钩1处，将质量不同的小钢珠先后置于瓶盖内重复上述实验操作．发现：质量越小的钢珠运动的水平距离越远．老师说道：质量小的钢珠抛得远，是因为抛出时它的速度大．
若不考虑杆的自重，请你从能量转化的角度解释，相同条件下质量小的钢珠抛出时速度大的原因．
(4)在不增加其他器材的前提下，利用该装置如何使同一个小钢珠抛得更远．请你写出两条可行办法．
答：①将橡皮筋缠绕更多圈数；②将底座的挂钩往左移(或小钢球尽量放在抛掷杆的末段)．
12. (2023贵阳27题9分)老师利用如图甲所示的装置演示动能与重力势能的相互转化后，小光想：小球在摆动过程中的机械能的大小是否与细线的长度有关呢？为了探究此问题，他设计了以下实验装置：
将无弹性的细线上端固定在铁架台上、下端拴住小球，使小球摆动到最低点时恰好撞击静止在水平桌面上的木块，如图乙所示．(不计细线固定端的摩擦与空气阻力)
(1)小光将长为l的细线拉至水平状态静止时，小球具有的机械能以______能的形式存在．
(2)释放小球后，木块被小球撞击并在水平桌面上滑动了一段距离s，在此过程中木块克服________力做功．
重力势
摩擦
(3)小光多次改变拴小球的细线长度，并调整细线固定端的位置，每次均将小球拉至细线处于水平状态时自由释放，使它摆到相同的最低点撞击同一木块，测出木块被撞击后运动的距离，通过比较运动距离的长短来判断小球具有的机械能大小，请你分析小光的实验方案是否可行？________，理由是：_____________________________________________
__________________________________________________.
不可行
细线固定端位置改变，小球重力势能变化，小球机
械能也随之变化，故无法对比得到正确答案
(4)小光想：细线没有弹性，如果换成长度为l′(l′住小球，并保持小球在第(1)问的水平高度静止(如图丙所示)，
自由释放小球后，若仍能摆动到原来的最低点撞击同一木块，
那么借助橡皮筋的弹性应该能使木块运动的距离大于s.请你从能量转化的角度分析这一设想是否正确？_____________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________．
不正确，无论用细线还是橡皮筋，小球的释放高度相同，具有相同的重力势能，而用橡皮筋进行实验时，小球摆动到最低点的过程中，重力势能一部分转化为橡皮筋的弹性势能，故小球摆动到最低点时的动能减小，不能将木块撞得更远，故小光的设想是错误的
机械与人
滑轮及
其应用
杠杆
杠杆的平衡
杠杆的类型
定滑轮
动滑轮
滑轮组
功率
功的
分类
机械效率
功
认识杠杆
定义
五要素
定义
不做功的三种情况
做功的两个必要因素
公式
定义
公式
物理意义
推导式
总功
额外功
有用功
定义
计算公式
提高机械效
率的方法
理解
动能
与势能
动能
势能
重力势能
弹性势能
机械能转化
水能和风能的利用
机械能
及其转化
能量
定义
单位
机械
效率
知识精讲
考点清单
一、能量
1、定义：在物理学中，如果一个物体能够对别的物体________，则这个物体具有能量，简称能．
2、单位：在国际单位制中，功的单位是焦耳(J)，能的单位也是焦耳(J).
做功
二、动能与势能
机械能 动能 势能 重力势能 弹性势能
定义 物体由于________而具有的能 物体由于______而具有的能 物体由于发生________而具有的能
决定 因素 ______和________ ______和______ ________的大小(同一物体)
运动
被举高
弹性形变
质量
速度
质量
高度
弹性形变
机械能 动能 势能 重力势能 弹性势能
存在标志 正在运动的物体 位于高处的物体 发生弹性形变的物体
大小 质量越大，速度越大，动能________ 质量越大，高度越高，重力势能_____ 弹性形变越大，弹性势能越大
越大
越大
三、机械能及其转化
1、机械能转化
(1)机械能之间的相互转化(质量不变)：
(2)机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和________，或者说机械能是守恒的．
(3)举例：物体从高处下落，动能增大，重力势能减小．
2、水能和风能的利用：自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然能源，水能和风能都可以用来发电．
不变
图说物理
命题点：机械能及其转化
1. 如图所示，捻动滚摆的轴使它升高后释放，可以观察到滚摆沿着悬线向下运动，此过程中________能减小，____能增加；滚摆到达最低点后再次上升，每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能________(选填“增大”“减小”或“不变”).
(八年级P209
图10－44)
重力势
动
减小
命题点：机械能及其转化
2. 如图所示，小伟玩蹦蹦杆的情景，蹦蹦杆由地面弹起，在空中升高的过程中：小伟的重力势能________，小伟的动能________；在下落后，从杆尖触地到弹簧压缩至最短，弹性势能________(均选填“增大”“减小”或“不变”).
(八年级P210
图10－46)
增大
减小
增大
例1 如图所示，在伽利略的理想斜面中，小球每次均从光滑斜面A点自由滚下，分别经过图中a、b、c、d(bcd等高)各位置，所能到达的最高点分别为BCD，请回答下列问题：
重难点突破
一题多设问
一、机械能及其转化(10年4考)
百变例题
(1)整个运动过程中，小球的机械能________(选填“变大”“变小”或“不变”)；A点的高度与BCD相比为：hA________hB________hC________hD(选填“>”“<”或“＝”)．
不变
＝
＝
＝
(2)小球由静止释放到a的过程中，小球的________能转化为________能；小球由a到D点的过程中，小球的________能转化为________能．
(3)在b、c处小球重力势能________，小球在______点动能最大．
重力势
动
动
重力势
相等
a
变式　粗糙轨道类
若例1中的轨道为粗糙程度相同的轨道，则小球从A点经a点到达c点的过程中，请回答下列问题：
(1)整个过程中小球的动能________ ；小球的重力势能________ ；小球的机械能________．(均选填序号)
①保持不变；②一直减小；③先增大后减小；
④一直增 大；⑤先减小后增大
(2)小球由A点到a点的过程中，机械能间发生的转化是：______________
______；小球由a点到c点的过程中，机械能间发生的转化是：_________
_____________．
③
⑤
②
重力势能转化为
动能转化
为重力势能
动能　
例2　(2021无锡)如图所示，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点.
A、B两点等高，关于摆球，下列说法中正确的是(　　)
A. 从A点到B点的过程中机械能守恒
B. 在B点时处于平衡状态
C. 在O点时重力势能最大
D. 从A点到O点动能转化为重力势能
A
例3　(2020宜宾改编)如图所示，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，并固定不动，轻弹簧左端固定，小木块紧靠在弹簧右端并压缩弹簧，静止释放后，小木块被压缩的弹簧弹出在水平面上滑行后，冲上斜面BC，斜面足够长，不计空气阻力，下列说法正确的是(　　)
A. 在弹簧恢复原长的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为小木块的动能
B. 小木块离开弹簧后在粗糙水平面上滑行过程中，机械能守恒
C. 小木块在斜面上运动过程中，机械能守恒
D. 小木块运动到斜面最高点时，重力势能最小
C
二、机械能守恒的理解及计算(10年6考)
例4　如图所示，将小球竖直向下抛出，小球在最高点的机械能为90 J，小球在地面上反复弹跳，其中第二次到达最高点时的机械能为80 J，则第三次到达最高点的机械能可能是(　　)
A. 80 J B. 75 J C. 60 J D. 50 J
B
例5　如图是滑雪运动的轨道．某运动员从高处A点由静止滑下，此时运动员具有的机械能为60 J，经过B点到达最低点，然后到达另一侧与B点等高的C点时速度刚好为零，此时具有的机械能为30 J，则此过程中克服阻力做功为_______J，运动员从A点到达O点时重力势能转化为________和________能．
30
动能
内
实验突破—科学探究素养提升
实验
探究动能的大小跟什么因素有关
图示法过实验
1. 物理研究方法 (1)转换法：通过________________来反映物体的动能大小
(2)控制变量法
木块移动的距离
2. 探究动能与物体运动速度的关系 (1)实验操作：控制物体质量
不变，改变______________，
观察木块被撞击后在水平面
上移动的距离
(2)实验结论：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越________
物体下滑的高度
大
3. 探究动能与物体质量的关系 (1)实验操作：控制________________不变，改变____________，观察木块被撞击后在水平面上移动的距离
(2)实验结论：____________________________
________________________________________
4. 交流与反思 (1)木块运动的距离过短或超出木板长度的改进方法：调整斜面的倾斜程度、物体放置的高度、木块的质量等 (2)若水平面绝对光滑，木块将做_________运动，不能达到实验探究目的 物体下滑的高度
物体的质量
运动速度相同的物体，质量越大的物体动能越大
匀速直线
一题多设问
例　牛顿小组认为车祸的危害与汽车的动能大小有关，于是进行了如下猜想：
猜想与假设
(1)(生活实践)由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟________有关；由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟________有关.
速度
质量
设计与进行实验
于是牛顿小组进行了如下的实验，如图甲、乙、丙所示，让质量为m、2m的两个钢球分别从斜面上由静止滚下，钢球撞击放在水平木板上的木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置.
(2)该实验所探究的动能是指________(选填“木块”“钢球”或“斜面”)的动能.
(3)实验中通过_______________来反映钢球的动能大小．木块被撞得越远，钢球对木块做的功就越______，钢球的动能就越______.
钢球
木块移动的距离
多
大
分析与论证
(4)甲、乙实验探究的是动能与________的关
系，得出的结论是______________________
________________．此结论可用于解释汽车
________(选填“超速”或“超载”)带来的危害.
(5)随后牛顿小组根据乙、丙两图得出的结论是“物体的质量越大时动能越大”，此结论是否正确？________，理由是__________________________.
速度
物体质量一定时，速度越大，动能越大
超速
不正确
没有控制物体速度相同
(6)甲、丙两图实验中让不同质量的两个钢球从同一高度滚下的目的是使两球到达水平面时，具有相同的________，得出的结论是_____________
________________________.
速度
当速度一定时，
质量越大，动能越大
评估与交流
(7)(生活实践)由甲、丙实验得出的结论可以
联想到高速公路限速牌上标明“120”和“100”
字样， ________(选填“大客车”或“小轿车”)
的限速应该是100 km/h.
(8)甲、乙两次实验中木块移动时受到的摩擦力分别为f1、 f2，则f1_____ f2
(选填“>”“＝”或“<”)，克服摩擦力做的功W1________W2(选填“>”“＝”或“<”)，木块滑行的过程中，动能转化成________能.
大客车
＝
>　
内
(9)(2020鄂尔多斯改编)实验装置中，如果水平面光滑，能否完成本实验的探究内容？并说明理由：_________________________________________.
不能，木块将做匀速直线运动，无法停下来
创新设问
(10)(数字化实验)(RJ八下P70第4题改编)质量和速度谁对动能的影响较大呢？牛顿小组借助速度传感器和其他仪器得出了两组数据如表一和表二所示.
表一　(钢球撞击时的速度为v＝8 cm/s)
序号 钢球质量m/g 木块滑行距离s/cm
1 100 10
2 200 20
3 300 30
表二　(钢球质量为m＝100 g)
序号 钢球撞击速度v/(cm·s－1) 木块滑行距离s/cm
1 8 10
2 16 40
3 24 90
分析这两组数据可以得出：________对物体的动能影响较大．请你说明理由是_________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________.
速度
质量增加一倍，动能增加为原来的两倍；速度增加一倍，动能增加为原来的四倍(或质量和速度增加相同的倍数，速度对动能大小的变化影响较大)
表一　(钢球撞击时的速度为v＝8 cm/s)
序号 钢球质量m/g 木块滑行距离s/cm
1 100 10
2 200 20
3 300 30
表二　(钢球质量为m＝100 g)
序号 钢球撞击速度v/(cm·s－1) 木块滑行距离s/cm
1 8 10
2 16 40
3 24 90
(11)(实验拓展)若用该装置探究阻力对物体运动的影响，需要补充的器材有：_______________.
毛巾、棉布
(12)(创新装置)(2022本溪改编)善于动脑的小明设计了如图2所示的方案：用同一个钢球两次将同一弹簧压缩到不同程度，两次实验弹簧具有的弹性势能________(选填“相同”或“不同”)．放手后将钢球弹出去撞击放在同一位置的木块时的速度也不同，从而验证了“动能与速度的关系”．接着让质量不同的两个钢球两次将同一弹簧压缩到相同程度，放手后将钢球弹出去撞击放在同一位置的木块，这样做________(选填“能”或“不能”)验证动能与质量的关系，请你说明理由_______________________________
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________.
图2
不同
不能
同一弹簧被压缩相同程度后，弹簧的弹性势能相同，弹簧的弹性势能转化为钢球的动能
也是相同的，钢球弹出去撞击放在同一位置的木块，
对木块做功相同，木块移动的距离相同，所以无法验
证动能与质量的关系
(13)(创新装置)另一组同学用图3所示的方法探究动能的大小与速度的关系，他将相同质量的小球从不同高度(h2＞h1)由静止开始释放，通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断小球动能的大小，这种方法是________(选填“正确的”或“错误的”)，原因是________________________
______.
图3
错误的
没有控制水平面粗糙程度
相同