九年级物理上册（北师大版）同步导学案：第10章第1节 机械能

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一、机械能
基础知识 基础技能
1．能
(1)能的概念
一个物体能够对别的物体做功，这个物体就具有能量。能量的单位是焦耳。例如流动的水推动水磨时水就具有能量。
物体能够做的功越多，它具有的能量就越大。能量反映了物体具有的做功的本领的大小。
谈重点 “能够做功”与“做了功”的区别
“能够做功”是指这个物体具有做功的本领， ( http: / / www.21cnjy.com )但不一定“做了功”。具有能量的物体能够做功，但是否做功还要看当时的条件。如被举高的重锤，停在空中不动，它没有做功，但不能说它没有能量，如果重锤落下，可以把木桩打入地里而做功。
(2)能与功的关系
①在物理学中，能量和功有着密切的联系，能量 ( http: / / www.21cnjy.com )是反映物体做功本领大小的物理量。能量的大小可以用能够做功的多少来衡量。不同物体做功的本领也不同。一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大。
②能量的单位与功一致，常用单位有焦耳(J)、千瓦时(kW·h)等。
辨误区 功和能的区别
功和能紧密相连，但不一样。功是过程量，能是状态量。而且一个具有能的物体，它具有做功的本领，但它未必一定在做功！
【例1】 下列关于功和能的说法中，正确的是(　　)
A．具有能的物体一定在做功
B．物体具有的能越大，它做的功越多
C．物体做的功越多，它具有的能就越大
D．物体能够做的功越多，它具有的能就越大
解析：能和功有着密切的联系，一个物体能够做 ( http: / / www.21cnjy.com )功，我们就说它具有能。一个能够做功即具有能的物体，只能说明物体有了做功的本领，但并不能说明这个物体已经做了功或正在做功，故选项A是错误的；【来源：21·世纪·教育·网】
物体具有的能越大，只能说明物体能够做的功越多，但不能肯定物体已经或将做更多的功，有可能物体根本不做功，所以选项B错误；
同理，不能说物体做的功越多，它具有的能越大，只能说物体能够(竭尽所能)做的功越多，它具有的能越大，所以选项C错误，选项D正确。
答案：D
2．动能
(1)动能的概念
物体由于运动而具有的能量叫做动能。流水、风、行驶的汽车、高速飞行的子弹等运动的物体都具有动能。可以这么说，一切运动的物体都具有动能。www.21-cn-jy.com
【例2－1】 下列物体具有动能的是(　　)
A．放在课桌上的物理课本 B．在空中飞行的子弹
C．静止在山顶的石头 D．挂在树枝上的苹果
解析：物体由于运动而具有的能量叫做动能，一切运动的物体都具有动能，故B项正确。
答案：B
(2)实验探究：影响动能大小的因素
【猜想与假设】
动能是物体由于运动而具有的 ( http: / / www.21cnjy.com )能量，因此动能的大小可能与物体的运动速度有关。以相同速度运动的足球和铅球，推动木块运动的距离不同，因此动能的大小也可能与物体的质量有关。2·1·c·n·j·y
【设计实验】
①所需器材
质量不同的钢球、木球各一个，水平桌面，光滑斜面，木块。
②实验装置如图甲、图乙所示。
甲 乙
【进行实验】
①把木块放在水平桌面上某一位置，让钢球从h1的高度由静止沿斜面滚下撞击木块，记下木块移动的距离s1。21·世纪*教育网
②木块的位置不变，让钢球从h2的高度由静止沿斜面滚下撞击木块，记下木块移动的距离s2。
③把木块放在某一位置，让木球从高为h的地方由静止沿斜面滚下撞击木块，记下木块移动的距离s1′。
④把木块放在同一位置，让钢球从高为h的地方由静止沿斜面滚下撞击木块，记下木块移动的距离s2′。
【分析与论证】
钢球从高度大的位置滚下撞击木块时，木块移动的距离远，这说明高度大的钢球对木块做功多，钢球做功的本领大，钢球的能量大；【来源：21cnj*y.co*m】
从同一高度滚下的钢球和木球，虽然到达水平面时速度相同，但钢球把木块撞击的距离远，说明钢球比木球做功的本领大，钢球比木球的能量大。
【实验结论】
①质量相同时，速度越大的物体，具有的动能越大；
②速度相同时，质量越大的物体，具有的动能越大；
③物体的动能与物体的质量和速度有关。质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。
物体的质量和速度都能影响物体的动能。那么质量与速度相比，哪个对物体的动能影响更大呢？
我们来看下面的小资料：
一些物体的动能E/J
抛出去的篮球 约30 跑百米的运动员 约3×103
行走的牛 约60 飞行的步枪子弹 约5×103
从10 m高处落下的砖块 约2.5×102 行驶的小汽车 约2×105
从以上可以看出：跑百米的运动员，尽管质 ( http: / / www.21cnjy.com )量比飞行的步枪子弹大很多，但动能与飞行的子弹相比还要小得多。看起来速度对动能的影响比质量对动能的影响要大。
为什么在同样的道路上，不同车型的限制车速不一样？
机动车行驶过程中，具有动能。质量越 ( http: / / www.21cnjy.com )大，速度越大，其动能就越大。在同样的道路上，不同车型，其质量不同，速度相同的情况下，其动能大小不同，动能大的刹车距离就远，容易造成交通事故，对车速加以限制，就可以减少交通事故的发生。21世纪教育网版权所有
【例2－2】 一位司机驾驶大货车在 ( http: / / www.21cnjy.com )某路段由于超速行驶被警察拦住，警察对司机说：“先生，刚才你的车速为70 km/h，超速了。”这司机不满地说：“为什么小车的限速为80 km/h，而大车的限速却为60 km/h，不合理！”从以上对话可知，这司机显然没有理解动能跟下列哪组物理量有关(　　)21教育网
A．跟速度和时间有关 B．跟速度和路程有关
C．跟速度和质量有关 D．跟质量和时间有关
解析：物体的动能与物体的质量和速度有关。小车的质量小，其限速可以大一点，大车的质量大，其限速需小一点，故C项正确。　　21*cnjy*com
答案：C
3．重力势能
(1)重力势能的概念
物体由于运动的原因而具有动能，物体还可能由于 ( http: / / www.21cnjy.com )其他的原因而具有能量。例如，举高的铅球，落地时能将地面砸个坑；举高的夯落下时能把木桩打入地里，如图所示。物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。21教育名师原创作品
释疑点 高度是对谁说的
一定要注意哟！这里所说的高度，在没有特殊说明的情况下，一般是指相对于地面来说的。
【例3－1】 如图所示，静止的叠石给人以危险的感觉，原因是叠石具有较大的(　　)
A．重力势能　　　　 B．内能
C．动能 D．弹性势能
解析：静止的叠石距离地面有一定的高度，因而具有重力势能，给人以危险的感觉。
答案：A
(2)影响重力势能大小的因素
举到同样高度的铅球和乒乓球 ( http: / / www.21cnjy.com )，铅球落下时做的功多，表明其具有的重力势能大。夯举得越高，把木桩打入地里越深，表明具有的重力势能就越大。说明重力势能的大小与物体的质量、高度有关。质量相同的物体，所处位置越高，重力势能越大。物体所处高度相同时，质量越大，重力势能越大。
【例3－2】 2013年 ( http: / / www.21cnjy.com )5月20日下午，龙卷风吹袭美国中南部俄克拉何马州。龙卷风造成多人死亡，其中包括数名儿童。直升机是投放救灾物资的首选交通工具。假设飞机执行空投时飞行高度不变，那么飞机在投下物资后重力势能(　　)
A．变大　　　　 B．变小
C．不变 D．条件不足，无法判断
解析：物体重力势能的大小与高度和质量有 ( http: / / www.21cnjy.com )关，物体被举得越高，质量越大，重力势能越大，看一个物体的重力势能是否变化，就要同时看质量和高度怎样改变。执行任务的过程中，飞机质量减小，高度没变，所以飞机的重力势能减小。
答案：B
点评：重力势能与物体的质量和高度都有关，比较重力势能如何改变，两个因素必须同时考虑。
【例3－3】 如图所示的是某地的等高线 ( http: / / www.21cnjy.com )图，数字表示海拔。若把同一物体分别放在A、B、C三点。则相对于海平面，物体在哪一点时的重力势能大(　　)。
A．在A点时大 B．在B点时大
C．在C点时大 D．在A、B、C点时一样大
解析：本题结合地理知识考查对重力势 ( http: / / www.21cnjy.com )能大小影响因素的理解。解决本题需明确两点，一是影响重力势能大小的因素：物体的质量和高度，物体的质量越大，所处的高度越高，其重力势能越大；二是理解等高线图。从等高线图可以看出，A点高度为800 m，B点高度为400 m，C点高度为200 m，所以同一物体在A处时具有的重力势能最大。
答案：A
4.弹性势能
(1)弹性势能的概念
我们都玩过用橡皮筋弹射纸弹的游戏，拉长的 ( http: / / www.21cnjy.com )橡皮筋能给纸弹一个力，并推动纸弹移动一段距离，从而对纸弹做功。同样拉弯的弓、压缩的弹簧也能够做功，它们都具有能量，这种能量叫做弹性势能，它是由于物体发生弹性形变而具有的能量。
谈重点 关于弹性势能的两个问题
①什么叫弹性形变？物体形状的改变叫做形变，如果形变后能恢复原状，这就是弹性形变。
②能发生弹性形变的物体不一定具有弹性 ( http: / / www.21cnjy.com )势能，必须是物体发生弹性形变后才具有弹性势能。比如说未拉伸或压缩的弹簧不具有弹性势能，只有被拉伸或者被压缩的弹簧才具有弹性势能。【出处：21教育名师】
【例4－1】 下列加点的物体中，具有弹性势能的是(　　)
A．弓开如满月　　　 B．箭去似流星
C．云来云又往 D．蜻蜓立杆头
解析：
A √ 弓发生了弹性形变，具有弹性势能
B × 箭和云都往前运动，都具有动能
C
D × 蜻蜓静止在杆头，具有重力势能
答案：A
辨误区 判断物体是否具有弹性势能的两个误区
①能发生弹性形变就具有弹性势能。如果这个物体根本就没发生形变，弹性势能从何说起呢？
②发生形变就具有弹性势能。物体形变了，但是不能恢复原状，这就不是弹性形变，它也就不具有弹性势能。
(2)影响弹性势能大小的因素
运动员拉弓射箭时，弓拉得越弯，箭射得越远，说明弓弹性形变程度越大，做功越多。这表明：物体的弹性形变程度越大，具有的弹性势能越大。www-2-1-cnjy-com
【例4－2】 在悉尼奥运会上，运动员用带火的弓箭点燃奥运圣火。对于拉开的弓，下列说法正确的是(　　)【版权所有：21教育】
A．放在张紧了的弓上的箭，具有弹性势能
B．弓拉得越弯，人的弹性势能越大
C．弓拉得越弯，弓的弹性势能越大
D．弯曲的弓因为太弯，不具有弹性势能
解析：弹性势能是发生弹性形变的物体，自 ( http: / / www.21cnjy.com )身所具有的一种能量，这种能量与其他物体无关，因为弓发生了弹性形变，弹性势能只能是弓具有的，而与人、箭无关。
答案：C
基础方法 基本能力
5．动能与重力势能之间的相互转化
在一定的条件下，物体所具有的动能与重力势能可以相互转化。
(1)滚摆实验
如图所示，滚摆旋转着下降，越转 ( http: / / www.21cnjy.com )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，然后又下降、上升，重复原来的运动。在这个过程中，滚摆的动能和势能有什么变化呢？滚摆在最高点时动能为零，重力势能最大。滚摆下降时，高度降低，重力势能越来越小，滚摆越转越快，动能就越来越大，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)单摆实验
如图所示，把小球拉到A点，放开，会发现 ( http: / / www.21cnjy.com )小球摆到B点再摆到C点，然后再向回摆动。单摆在A点动能最小为零，重力势能最大，由A点到B点，重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。到B点，动能最大，重力势能最小。由B点到C点，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。到达C点，动能减小为零。这两个例子说明：动能和重力势能可以相互转化。21·cn·jy·com
点技巧 动能和重力势能如何转化
在判断动能和重力势能的转化时，要先断定物体 ( http: / / www.21cnjy.com )的初始状态具有什么能，再判定终止状态具有什么能，这样才能正确判定能的转化情况。同时要注意影响动能和重力势能大小的因素，比如在荡秋千的过程中，各因素怎样变化，再判断动能和重力势能怎样变化。
【例5－1】 如图所示各种现象中，属于动能转化为重力势能的是(　　)
解析：
A × 重力势能转化为动能
B × 内能转化为机械能
C √ 动能转化为重力势能
D × 重力势能转化为动能和内能
答案：C
【例5－2】 当地时间201 ( http: / / www.21cnjy.com )2年7月27日晚9时，第30届夏季奥林匹克运动会，在英国伦敦正式开幕。链球、铅球、铁饼和标枪都是奥运会田径项目，当把这些物体斜向上抛出后，不计空气阻力，则这些物体从被抛出到落地的过程中(　　)2-1-c-n-j-y
A．物体的动能一定增大，重力势能一定减小
B．物体的动能一直减小，重力势能一直增大
C．物体的动能先减小后增大，重力势能先增大后减小
D．物体的动能先增大后减小，重力势能先减小后增大
解析：
答案：C
【例5－3】 在如图所示的滚摆实验中，不计空气阻力时，以下说法正确的是(　　)
A．上升时滚摆的重力势能增加，动能不变
B．下降时滚摆的重力势能转化为动能
C．滚摆在最低点时机械能最大
D．滚摆在上升时机械能逐渐减小
解析：滚摆上升时速度逐渐减小，动能减小 ( http: / / www.21cnjy.com )，下降时速度逐渐变大，动能变大；滚摆上升时重力势能增大，下降时重力势能减小。这就说明滚摆上升时是动能转化为重力势能，下降时是重力势能转化为动能。故A选项错误，B正确。由于不计空气阻力，动能与势能相互转化时机械能总和保持不变，可见C、D是错误的。21cnjy.com
答案：B,
6．动能与弹性势能之间的相互转化
动能与弹性势能之间能不能相互转化呢？
我们来分析一下乒乓球落到地上被弹起来， ( http: / / www.21cnjy.com )这个过程中的能量的转化。乒乓球落下，重力势能转化为动能，接触地面后，乒乓球速度为零，说明动能变为零，乒乓球马上又被弹起，说明乒乓球又有了动能。在这个过程中动能为什么会失而复得呢？原来乒乓球接触地面后发生了弹性形变，动能减小，转化为乒乓球的弹性势能，乒乓球恢复原状弹起，就又把弹性势能转化为动能。接着乒乓球上升，动能又转化为重力势能。21*cnjy*com
由此我们可知动能和弹性势能也是可以相互转化的。
【例6】 如图所示，运动员射箭时用力将弓 ( http: / / www.21cnjy.com )拉开，在放开箭的瞬间，弓的__________能转化为箭的__________能，箭在空中向上飞行的过程中，箭的__________能增大。
解析：
答案：弹性势　动　重力势
思维拓展 创新引用
7．机械能及其守恒
(1)动能和势能统称为机械能。例如一个在空中飞行的子弹具有5 J的动能和3 J的势能，则它的机械能就是8 J。
(2)在滚摆实验中，滚摆每次上升的高度会逐渐 ( http: / / www.21cnjy.com )减小，说明机械能逐渐减小了，这是因为在滚摆滚动的过程中受到空气的阻力，使机械能转化为其他形式的能。假如没有空气阻力，只有动能和势能的相互转化，那么在转化过程中机械能的总量保持不变，也就是说机械能是守恒的。
辨误区 判断机械能是否守恒的方法
一是看物体是否只受重力或弹簧弹力，如小孩儿滑滑梯时机械能减少，机械能不守恒；二是分别分析动能、势能的变化情况，再来确定机械能是否守恒。
【例7】 (应用题)如图所示，过山车 ( http: / / www.21cnjy.com )是一项非常惊险刺激的娱乐休闲活动。过山车时而从轨道的最低端上升到最高端，时而从最高端飞驰而下。不计能量损失，下列说法正确的是(　　)
A．a点机械能小于b点机械能
B．a点动能最大，b点势能最大，c点机械能最大
C．由a点到b点的过程中，动能减少，势能增大，机械能不变
D．由b点到c点的过程中，动能增大，势能减少，机械能变大
解析：由于不计能量损失，也就是说没有机 ( http: / / www.21cnjy.com )械能转化为其他形式的能量，所以在动能与重力势能的相互转化过程中，机械能守恒；过山车在整个运动过程中质量不变，重力势能的大小取决于高度，动能大小取决于速度的大小，所以过山车在b点时重力势能最大、动能最小，在a点时重力势能最小，动能最大，由a点到b点的运动过程中，动能转化为重力势能，动能减少，重力势能增大。故选项C说法正确。
答案：C
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