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3.2机械能
科学观念:了解机械能的概念;知道动能的概念及影响因素;知道势能的概念及影响因素。了解动能和势能的转化;了解机械能守恒的概念和条件。
科学思维:通过对实验现象的观察和分析,培养观察、分析、归纳、概括等能力;能利用动能、势能的初步知识理解、分析简单的实际问题。通过对实验现象的观察和分析,培养观察、分析、归纳、概括等能力能利用动能、势能的初步知识理解、分析简单的实际问题。
探究实践:能设计简单的实验方案探究动能、重力势能的大小各与什么因素有关，通过设计实验并进行实验，培养实验设计能力和动手操作能力。能设计简单的实验方案探究动能、重力势能的大小各与什么因素有关;通过设计实验并进行实验，培养实验设计能力和动手操作能力。
态度责任:树立科学的探究品质和创新精神，有将知识应用于生活的意识:通过基本的科学探究过程，形成尊重事实、探索真理的科学态度。
1、物体由于运动而具有的能量叫做动能。飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、掷出的铅球等物体，都具有动能。
2、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。
3、物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能 。
4、大量事实表明，物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。
5、物体由于发生弹性势能而具有的能量叫做弹性势能。弹性势能的大小跟物体形变的大小有关，物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。
6、物体的动能和重力势能可以相互转化，物体的动能和弹性势能也可以相互转化。
7、单摆实验：
将摆锤拉到某一高度后放手，在摆锤摆动过程中，讨论摆锤具有的能及其转化，
（1）当摆锤由向下摆动的过程中，重力势能减小，速度增大，摆锤的动能 增大。
（2）当摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能增大，速度减小，摆锤的动能减小。
8、滚摆实验：
（1）滚摆在最高点静止，它具有重力势能。
（2）摆轮上升过程中，重力势能变大, 动能变小。 摆轮下降过程中，重力势能变小, 动能变大。
9、动能和势能之和称为机械能。
10、大量事实表明，动能和势能可以相互转化。如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量就保持不变，或者说，机械能守恒。
任务一：探究动能。
【活动】1．如图3-11所示，放在斜面上某一高度处的小钢球A滚下时，撞击水平面上的木块 B，并将木块B推出一段距离。木块B被推出的距离越远，说明小钢球A的动能越大。
2．让同一个小钢球从斜面上不同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，比较木块被小钢球推出的距离大小。
3．让不同质量的小钢球从斜面上相同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，比较木块被小钢球推出的距离大小。
【答案】
步骤 图示 操作与现象 分析
（1） 让同一钢球分别从同一斜面上不同高度处由静止滚下，从较高处滚下时,钢球把木块推得更远 物体质量相同时,速度大的动能大,速度小的动能小
（2） 让质量不同的钢球从同一斜面的同一高度处由静止滚下,质量大的钢球把木块推得更远 物体速度相同时,质量大的动能大，质量小的动能小
2、【思考与讨论】（1）图 3-12 中的汽车和摩托车，哪一个动能大？
（2）在同一条高速公路上，为什么对小型客车、大型客车的限制速度是不同的？
【答案】1.汽车与摩托车的运动速度相同,汽车质量大于摩托车质量,因此汽车的动能大于摩托车的动能。2.运动速度相同的汽车，汽车的质量越大，动能也越大。汽车的动能越大，在短时间内越不容易刹车停下，所以大型客车的限制速度比小型客车更小
任务二：探究势能
【活动】1．在一个铝盘中放入约 2 厘米厚的细沙。
2．取体积相同而质量不同的金属小球。
3．将一根米尺竖直立在细沙上，把金属小球拿到某一高度自由释放，如图 3-13 所示 ,记录这一高度。
4．把金属小球从沙中拿出，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。
5．抹平盘中的沙，从不同的高度自由释放同一个金属小球，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。
6．抹平盘中的沙，从相同的高度自由释放不同质量的金属小球，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。
7．比较观察结果，被金属小球所撞出的沙坑深度和大小跟金属小球的质量和下落的高度有什么关系？
【答案】探究影响重力势能大小的因表格如下：
实验装置
实验原理 金属小球的重力势能用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
任务三：探究动能和势能的转化
【活动】1．如图 3-16 所示，用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后释放。在摆锤向下摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？
【答案】摆锤的摆动:如图所示,在摆锤向下摆动的过程中,高度越来越低,速度越来越大,重力势能减小,动能增大,重力势能转化为动能;在摆锤摆过中点向上摆动的过程中,高度越来越高,速度越来越小,重力势能增大,动能减小,动能转化为重力势能。
2.如 图 3-17 所 示，把一个滚摆悬挂起来。用手捻动滚摆，使悬线缠在轴上，将滚摆升高到最高点，然后放手。在滚摆下降的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？当滚摆上升的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？
【答案】滚摆的运动:如图所示,在滚摆下降的过程中高度越来越低,速度越来越大,重力势能减小，动能增大,重力势能转化为动能;在滚摆上升的过程中,高度越来越高,速度越来越小,重力势能增大,动能减小,动能转化为重力势能。
3． 如 图 3-18 所 示，把金属小球放在 A 处，然后让它沿轨道滚下，观察小球的滚动过程。小球在A、B、C、D 各点具有什么形式的能量？小球在滚动过程中能量如何转化？
【答案】光滑轨道上从高处滚下的小球:如图所示,小球在A点运动速度是零,不具有动能，只具有重力势能;B点是最低点，只具有动能;C、D两点既有动能又有重力势能。小球在滚动过程中,从A点到B点,重力势能转化为动能;从B点到C点,动能转化为重力势能;从C点到B点,重力势能转化为动能;从B点到D点,动能转化为重力势能。
2、【思考与讨论】在上述活动中，摆锤和滚摆每次上升的高度都在减小，最后会停在最低点。那么，机械能为什么会减少呢？
【答案】摆锤和滚摆在上升和下降时克服摩擦及空气阻力都要消耗机械能。实际减少的机械能转化为其他形式的能量，此时机械能不守恒。
3、【思考与讨论】如图 3-21 为人造卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图。卫星离地球中心最近的点叫做近地点，离地球中心最远的点叫做远地点。卫星在近地点的速度较大，在远地点的速度较小，那么，卫星从近地点运动到远地点的过程中，它的动能和势能如何变化？
【答案】人造卫星绕地球运行时，机械能守恒。卫星从近地点向远地点运动时，高度增加，势能增大，速度越来越小，动能减小，卫星的动能转化为势能。反之，卫星从远地点向近地点运动时，势能转化为动能。在近地点动能最大，势能最小，在远地点动能最小,势能最大。
总结本节的概念，梳理概念之间的联系，画出思维导图。
1、如图所示小球在光滑轨道上的a点静止自由释放，在运动过程中始终没有离开轨道，关于小球的运动过程的描述，以下说法正确的是（ ）
A．小球不能到达f点 B．小球越过c点时的速度为零
C．小球运动过程中动能不断增大 D．小球还能回到a点
【答案】D
【解答】A.af等高，机械能守恒，所以 小球能到达f点，A错误；B. C点高度小于a，小球越过c点时的速度为大于零，B错误；C. 小球运动过程中只有高度不断下降才能动能不断增大，C错误；D.机械能守恒，小球运动到f速度变为零，然后还能回到a点，D正确；故答案为：D。
2、为了研究动能的大小与哪些因素有关，教材中设计了“小钢球撞木块”的实验(如图所示)，让静止的小钢球从斜面滚下，观察木块被推动的距离。关于该实验的说法中，不正确的是（ ）
A．该实验的设计思路是采用转换法，用木块移动的距离来表示动能的大小
B．该实验研究的基本方法是控制变量法，如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等
C．在实验器材选择时，可以不考虑斜面的光滑程度、被撞木块的质量和软硬等因素
D．实验过程中，让同一小球从不同高度滚下，目的是为了让小球获得不同的运动速度
【答案】C
【解答】A.该实验的设计思路是采用转换法，用木块移动的距离来表示动能的大小，故A正确不合题意；B.该实验研究的基本方法是控制变量法，如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等，故B正确不合题意；C.在实验器材选择时，斜面的光滑程度、被撞木块的质量和软硬等因素，都会影响木块在水平面上运动距离的远近，从而影响动能大小的判断，故C错误符合题意；D.实验过程中，让同一小球从不同高度滚下，目的是为了让小球获得不同的运动速度，故D正确不合题意。故选C。
3、最新刑法修正案生效，“高空抛物”正式人刑。高空抛物存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的（ ）
A．重力 B．动能 C．重力势能 D．弹性势能
【答案】C
【解答】物体由于被举高具有的能量叫重力势能，且高度越大，重力势能越大，故C正确，而A、B、D错误。故选C。
4、把金属小球放在O处，静止滚下，然后让它沿轨道滚下先后通过轨道上b、c，再通过b，最终恰好落在d处停下如图。观察小球滚动的全过程，下列图像中有关能量随小球位置变化的大致趋势正确的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【解答】重力势能大小与重力大小和相对于地面高度有关，当其下滑时，重力势能先变小再变大，再变小后再变大，由于最后高于小于原高度，故重力势能比原高度要小，且不为零，故AB错误；
小球的动能与质量和速度大小有关，故其动能先增大再减小，再增大（c-b此时动能小于第一次经过时的动能），最后上升到最高处减小为零，故D正确。
故答案为：D
5、人拉弓射箭时，下列说法中正确的是（ ）
A．放在张紧了的弓上的箭，具有弹性势能
B．弓被拉得越弯，人的弹性势能越大
C．弓被拉得越弯，弓的弹性势能越大
D．弓的弹性势能还和它的质量有关
【答案】C
【解答】A、张紧了的弓具有弹性势能，箭没有弹性势能；故A错误；B、弓被拉得越弯，弓的弹性势能越大，而人没有弹性势能；故B错误；C、弹性势能跟弹性形变的程度有关，弓拉得越弯，弓的弹性势能越大，故C正确；D、弹性势能的大小与物体所发生的弹性形变的程度有关，弓的弹性势能和它的质量无关，故D错误．故选C．
6、如图，弹簧下端悬挂一个实心小球，用手托住小球，小球静止在A点，此时弹簧处于自然长度。释放小球，小球向下运动到最低点B（不超过弹簧弹性限度），小球从A点运动到B点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．小球的重力势能一直在减少，动能一直在增加 B．小球减少的重力势能全部转化为动能
C．弹簧的弹性势能不断增大 D．小球运动到B点时，重力势能最小，动能最大
【答案】C
【解析】（1）动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大。（2）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。（3）弹性势能大小的影响因素：发生弹性形变的大小，发生弹性形变的难易程度。弹性形变越大，发生弹性形变越难，弹性势能越大。
【解答】A、小球在下落过程中，重力不变，弹力不断增大，当重力和弹力的合力向下时，小球加速向下运动，当重力和弹力的合力向上时，小球减速向下运动，所以小球速度先增大后减小，小球质量不变，所以小球动能先增大后减小；小球的高度不断降低，所以小球的重力势能不断减小，故A错误。B、小球下落过程中，当重力和弹力的合力向下时，小球加速向下运动，弹簧不断增长，小球的重力势能转化为小球的动能和弹簧的弹性势能；当重力和弹力的合力向上时，小球的速度不断减小，弹簧不断增长，小球的重力势能和动能转化为弹簧的弹性势能，故B错误。C、小球下落时，弹簧不断增长，弹簧的弹性势能不断增加，故C正确。D、小球运动到B点时，小球的高度最小，速度最小，小球的质量不变，所以小球的重力势能和动能都最小，故D错误。故答案为：C。
7、毛泽东的《沁园春·雪》气势磅礴，其中有这样一句：“一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕。”从能量转化的角度来看，弯弓射箭的过程是（ ）。
A．动能转化为重力势能 B．弹性势能转化为动能
C．重力势能转化为动能 D．动能转化为弹性势能
【答案】B
【解析】【分析】根据能量转化的知识分析判断。
【解答】根据题意可知，弯弓射箭的过程中，弓发生形变具有弹性势能，当箭飞出时具有动能，则弹性势能转化为动能，故B正确，而A、C、D错误。
故选B。
8、篮球运球投篮温州体育中考的项目之一。小科在操场上将一篮球抛出，篮球被抛出后的运动轨迹如图所示，a、c两点处于同一高度。则下列判断中正确的是 ( )
A．篮球由a到b时，动能逐渐增大 B．篮球在b 点时的机械能最大
C．篮球在a、c两点时动能相等 D．篮球由c到d时，机械能一直减小
【答案】D
【解析】A.动能与质量和速度大小有关；BD.注意机械能和内能的转化；C.首先比较a、c两点的机械能大小，再比较两点时重力势能减小，最后比较二者动能大小。
【解答】 A.篮球由a到b时，其质量不变，速度减小，则动能逐渐减小，故A错误；B.由图可知，篮球弹起的高度逐渐减小，这说明篮球在空中运动时受到了空气阻力，与地面碰撞时受到摩擦力，使得一部分机械能损失了，所以，篮球在a点（出手时的位置）的机械能最大，故B错误；C.篮球在a、c两点时，高度相同，重力势能相同；由于运动过程中存在机械能损失，所以，篮球在a处的机械能大于在c处的机械能，则篮球在a处的动能大于在c处的动能，故C错误；D.篮球在c到d的过程中，会克服空气阻力做功，机械能减小，故D正确。
9、俄罗斯车里雅宾斯克州发生天体坠落事件，坠落的陨石与大气剧烈摩擦发出耀眼的白光，如图所示。若下落过程中不考虑陨石的质量变化，则陨石在空中加速降落时（ ）
A．重力势能不断减少，动能不断增加，机械能不变
B．重力势能不断增加，动能不断减小，机械能不变
C．重力势能不断增加，动能不断增加，机械能增加
D．重力势能不断减小，动能不断增加，机械能减小
【答案】D
【解答】 陨石在空中加速降落时，不考虑陨石的质量变化，速度增大，所以动能增加；高度减小，则重力势能减少。由于陨石要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，所以机械能减少。故选D。
10、如图为杂技演员演出的过程示意图。男演员从甲处用力向上起跳，落下后踩在跷跷板的a端，能把站在b端的女演员弹上乙处。由于存在空气阻力，故（ ）。
A．男演员的质量必须大于女演员的质量
B．甲处男演员的势能一定要大于乙处女演员的势能
C．男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能
D．女演员弹起时的动能与她站在乙处时的机械能相等
【答案】C
【解答】由于存在阻力，因此运动员克服阻力做功，将机械能转化为内能，因此运动过程中机械能不断减小，所以男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能，故C正确；男演员向上跳起时，同时具有动能和重力势能；女演员到达乙处静止不动，只具有重力势能，所以男演员的质量不一定大于女演员质量。如果男演员自由下落时，男演员的质量一定大于女演员质量，故A错误；男演员向上跳起，可能同时具有动能和重力势能，则男演员的重力势能不一定大于女演员的重力势能，故B错误；女演员弹起时动能转化为重力势能，由于存在阻力，克服阻力做功，动能没有完全转化为重力势能，所以女演员弹起时的动能大于她站在乙处时的机械能，故D错误。故选C。
11、校科学兴趣小组同学进行“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验，装置如图所示。实验中采用的器材有：斜面、钢球、木块、刻度尺等。请回答：
（1）实验中是通过观察 来判断钢球动能的大小。
（2）小科同学利用如图实验装置探究“物体的动能大小与质量的关系”，他将不同质量的钢球从斜面任意高度自由滑下，实验记录数据如下：
钢球的质量m/kg 0.1 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
木块滑行距离s/m 0.12 0.10 0.12 0.12 0.11 0.13 0.12
根据以上实验数据，小科得出“物体的动能大小与质量无关”的结论。你认为出现此实验现象的主要原因是 。
【答案】（1）钢球推动木块运动距离的大小（2）没有控制钢球进入水平面时速度相同
【解析】 （1）通过观察木块移动的距离长短，来判断钢球动能的大小，是将钢球动能的大小转换为木块移动的距离长短，符合转换法的思想；
（2）探究性实验应的是控制变量法，可根据控制变量法的思想分析。
【解答】 （1）根据题意可知，实验中是将钢球动能的大小转换为木块移动距离的长短；
（2）探究物体的动能大小与质量的关系时，应控制物体的速度不变，改变物体的质量。题中的钢球是从斜面任意高度自由滑下，改变了钢球碰撞时的速度，所以出现此实验现象的主要原因是：没有控制钢球进入水平面时速度相同。
某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B求质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H处静止下落，C球从距沙表面高2H处静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为h3，且h1（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 来反映的；
（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论： ；
（3）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径 （选填：“有关”或“无关”）
【答案】（1）球陷入沙面的深度
（2）当所处高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大 （3）无关
【解析】（1）球撞击沙子从而陷入其中，即球陷入沙面的深度越大，则球的重力势能越大。
（2）根据图片分析哪个因素相同，哪个因素不同，根据控制变量法的要求描述结论；
（3）当运动路径不同时，如果陷入深度相同，那么说明重力势能与路径无关；否则，二者有关。
【解答】（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映的；（2）比较A、B两球可知，二者高度相同，B的质量更大，B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当所处高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大；（3）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。
12、小宁用图甲的弹簧笔玩游戏，发现弹起的高低不同。小宁认为笔弹起的高度取决于内部弹簧的弹性势能，而弹簧的弹性势能大小与弹簧的弹性形变和弹簧种类有关。为了探究相同弹簧其弹性势能大小与其弹性形变的关系，小宁利用图乙所示的实验装置进行实验。【不计小球滚动和碰撞的能量损失】
【实验步骤】：①用小球在水平面上压缩弹簧至一定位置；
②释放小球撞击木块，测得木块移动的距离S。
③改变小球在水平面上压缩弹簧的位置，重复实验多次。
（1）将弹簧压缩至不同位置后释放撞击木块，若出现 现象，则可得出结论：相同弹簧弹性形变的程度越大，弹簧弹性势能越大。
（2）小宁在其中几次实验中，用小球压缩弹簧释放后撞击木块，发现木块移动到水平桌面末端并掉下桌面，影响实验的观测。在无法增加水平桌面长度的情况下，请你就上述实验提出一个合理化的改进建议： 。
【答案】（1）弹簧形变越大，木块移动距离越大 （2）增大木块质量/增加接触面的粗糙程度
【解析】 （1）在初速度和所受到的摩擦阻力大小相同的条件下，当弹簧被压缩的越多，弹性势能越大，小球撞击木块时具有的动能越大，对木块所做的功就越多，所以木块滑行的距离也就越长；（2）从增大摩擦力缩短木块运动路程角度分析。
【解答】 （1）当弹簧被压缩的越多，如果小球撞击木块滑行的距离越长，说明小球对木块做的功就越多，小球撞击木块时的动能就越大，弹簧的弹性势能就越大，则可得出结论：相同弹簧弹性形变的程度越大，弹簧弹性势能越大；（2）。在无法增加水平桌面长度的情况下， 合理的建议为：可以增加水平桌面的粗糙程度，如在水平面上放足够长的毛巾，增大木块受到的摩擦力，缩短木块运动路程。
13、跳台滑雪被称为勇敢者的运动，其基本技术动作分为5个部分：助滑、起跳、空中飞行、着陆、滑行至终止区。如图所示为滑雪运动员滑雪过程的示意图。
资料1：滑雪赛道表面雪的厚度达到6~8m。雪内有很多小孔，小孔内充满空气。滑雪时，运动员踏着滑雪板压在雪上时，雪内的空气被逼出。
资料2：助滑时，运动员把身体缩成“蹲状”的姿势，通过一个凹形轨道助滑后，在起跳的瞬间用力一蹬伸展身体，调整好姿势在空中飞行，飞行至顶端时身体与滑板构成上表面凸起的流线型。
资料3：运动员着陆时，要让滑雪板的板后跟略领先于板尖着地；落地后，调整好姿势继续滑行到终止区。
结合上述信息并运用所学知识，对赛道的设置以及滑雪运动员的5个基本技术动作蕴含的科学道理作出解释。
【答案】①助滑：重力势能大部分转化为动能；②赛道：形成气垫，减小摩擦力；③起跳：力的作用是相互的，力可以改变运动状态，增大速度，增大动能；④空中飞行：伸展身体，提高重心，增大重力势能；流线型减小阻力，流速大压强小；⑤着陆；宽大的滑雪板增大受力面积，减小压强；⑥继续滑行：惯性。答案示例：
①运动员在高处具有较大的重力势能，“蹲状”的姿势下滑时能将大部分重力势能转化为更多的动能，获得较大的速度。②滑雪板压在嘴面，空气被逼出时，形成气垫，滑雪板与地面脱离接触，减少了摩擦力。③运动员起跳要用力蹬，因为力能改变物体的运动状态且力的作用是相互的，可以跳得更高。
④在空中形成表面凸起的流线型，减小了空气阻力，且上表面流速大于下表面，得到了大气向上的托力，可以飞行得更久。⑤着陆时宽大的滑雪板增大受力面积，减小压强。⑥滑雪板的板后跟略领先于板尖着地，可防止由于惯性向前倾倒。落地后由于惯性将继续向前滑行至终止区。
【解析】 ①助滑：重力势能大部分转化为动能；②赛道：形成气垫，减小摩擦力；③起跳：力的作用是相互的，力可以改变运动状态，增大速度，增大动能；④空中飞行：伸展身体，提高重心，增大重力势能；流线型减小阻力，流速大压强小；⑤着陆；宽大的滑雪板增大受力面积，减小压强；⑥继续滑行：惯性 ，据此分析解答。
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3.2机械能
科学观念:了解机械能的概念;知道动能的概念及影响因素;知道势能的概念及影响因素。了解动能和势能的转化;了解机械能守恒的概念和条件。
科学思维:通过对实验现象的观察和分析,培养观察、分析、归纳、概括等能力;能利用动能、势能的初步知识理解、分析简单的实际问题。通过对实验现象的观察和分析,培养观察、分析、归纳、概括等能力能利用动能、势能的初步知识理解、分析简单的实际问题。
探究实践:能设计简单的实验方案探究动能、重力势能的大小各与什么因素有关，通过设计实验并进行实验，培养实验设计能力和动手操作能力。能设计简单的实验方案探究动能、重力势能的大小各与什么因素有关;通过设计实验并进行实验，培养实验设计能力和动手操作能力。
态度责任:树立科学的探究品质和创新精神，有将知识应用于生活的意识:通过基本的科学探究过程，形成尊重事实、探索真理的科学态度。
1、物体由于 而具有的能量叫做动能。飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、掷出的铅球等物体，都具有 。
2、质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能 。运动速度相同的物体，质量越大，它的 也越大。
3、物体由于 叫做重力势能 。
4、大量事实表明，物体的 越大，被举得 ，具有的 就越大。
5、物体由于发生 而具有的能量叫做弹性势能。弹性势能的大小跟物体 的大小有关，物体的 形变越大，弹性势能就越大。
6、物体的动能和 势能可以相互转化，物体的动能和 势能也可以相互转化。
7、单摆实验：
将摆锤拉到某一高度后放手，在摆锤摆动过程中，讨论摆锤具有的能及其转化，
（1）当摆锤由向下摆动的过程中，重力势能 ，速度 ，摆锤的动能 。
（2）当摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能 ，速度 ，摆锤的动能 。
8、滚摆实验：
（1）滚摆在最高点静止，它具有 能。
（2）摆轮上升过程中，重力势能变 , 动能变 。 摆轮下降过程中，重力势能变 , 动能变 。
9、 和 之和称为机械能。
10、大量事实表明，动能和势能可以 。如果只有 和 的相互转化，机械能的总量就保持不变，或者说，机械能守恒。
任务一：探究动能。
【活动】1．如图3-11所示，放在斜面上某一高度处的小钢球A滚下时，撞击水平面上的木块 B，并将木块B推出一段距离。木块B被推出的距离越远，说明小钢球A的动能越大。
2．让同一个小钢球从斜面上不同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，比较木块被小钢球推出的距离大小。
3．让不同质量的小钢球从斜面上相同的高度处分别由静止开始沿斜面滚下，比较木块被小钢球推出的距离大小。
2、【思考与讨论】（1）图 3-12 中的汽车和摩托车，哪一个动能大？
（2）在同一条高速公路上，为什么对小型客车、大型客车的限制速度是不同的？
任务二：探究势能
【活动】1．在一个铝盘中放入约 2 厘米厚的细沙。
2．取体积相同而质量不同的金属小球。
3．将一根米尺竖直立在细沙上，把金属小球拿到某一高度自由释放，如图 3-13 所示 ,记录这一高度。
4．把金属小球从沙中拿出，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。
5．抹平盘中的沙，从不同的高度自由释放同一个金属小球，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。
6．抹平盘中的沙，从相同的高度自由释放不同质量的金属小球，观察被金属小球所撞出的沙坑深度和大小，并将结果记录下来。
7．比较观察结果，被金属小球所撞出的沙坑深度和大小跟金属小球的质量和下落的高度有什么关系？
任务三：探究动能和势能的转化
【活动】1．如图 3-16 所示，用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后释放。在摆锤向下摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？
2.如 图 3-17 所 示，把一个滚摆悬挂起来。用手捻动滚摆，使悬线缠在轴上，将滚摆升高到最高点，然后放手。在滚摆下降的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？当滚摆上升的过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？
3． 如 图 3-18 所 示，把金属小球放在 A 处，然后让它沿轨道滚下，观察小球的滚动过程。小球在A、B、C、D 各点具有什么形式的能量？小球在滚动过程中能量如何转化？
2、【思考与讨论】在上述活动中，摆锤和滚摆每次上升的高度都在减小，最后会停在最低点。那么，机械能为什么会减少呢？
3、【思考与讨论】如图 3-21 为人造卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图。卫星离地球中心最近的点叫做近地点，离地球中心最远的点叫做远地点。卫星在近地点的速度较大，在远地点的速度较小，那么，卫星从近地点运动到远地点的过程中，它的动能和势能如何变化？
总结本节的概念，梳理概念之间的联系，画出思维导图。
1、如图所示小球在光滑轨道上的a点静止自由释放，在运动过程中始终没有离开轨道，关于小球的运动过程的描述，以下说法正确的是（ ）
A．小球不能到达f点 B．小球越过c点时的速度为零
C．小球运动过程中动能不断增大 D．小球还能回到a点
2、为了研究动能的大小与哪些因素有关，教材中设计了“小钢球撞木块”的实验(如图所示)，让静止的小钢球从斜面滚下，观察木块被推动的距离。关于该实验的说法中，不正确的是（ ）
A．该实验的设计思路是采用转换法，用木块移动的距离来表示动能的大小
B．该实验研究的基本方法是控制变量法，如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等
C．在实验器材选择时，可以不考虑斜面的光滑程度、被撞木块的质量和软硬等因素
D．实验过程中，让同一小球从不同高度滚下，目的是为了让小球获得不同的运动速度
3、最新刑法修正案生效，“高空抛物”正式人刑。高空抛物存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的（ ）
A．重力 B．动能 C．重力势能 D．弹性势能
4、把金属小球放在O处，静止滚下，然后让它沿轨道滚下先后通过轨道上b、c，再通过b，最终恰好落在d处停下如图。观察小球滚动的全过程，下列图像中有关能量随小球位置变化的大致趋势正确的是（ ）
A． B． C． D．
5、人拉弓射箭时，下列说法中正确的是（ ）
A．放在张紧了的弓上的箭，具有弹性势能
B．弓被拉得越弯，人的弹性势能越大
C．弓被拉得越弯，弓的弹性势能越大
D．弓的弹性势能还和它的质量有关
6、如图，弹簧下端悬挂一个实心小球，用手托住小球，小球静止在A点，此时弹簧处于自然长度。释放小球，小球向下运动到最低点B（不超过弹簧弹性限度），小球从A点运动到B点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．小球的重力势能一直在减少，动能一直在增加 B．小球减少的重力势能全部转化为动能
C．弹簧的弹性势能不断增大 D．小球运动到B点时，重力势能最小，动能最大
7、毛泽东的《沁园春·雪》气势磅礴，其中有这样一句：“一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕。”从能量转化的角度来看，弯弓射箭的过程是（ ）。
A．动能转化为重力势能 B．弹性势能转化为动能
C．重力势能转化为动能 D．动能转化为弹性势能
8、篮球运球投篮温州体育中考的项目之一。小科在操场上将一篮球抛出，篮球被抛出后的运动轨迹如图所示，a、c两点处于同一高度。则下列判断中正确的是 ( )
A．篮球由a到b时，动能逐渐增大 B．篮球在b 点时的机械能最大
C．篮球在a、c两点时动能相等 D．篮球由c到d时，机械能一直减小
9、俄罗斯车里雅宾斯克州发生天体坠落事件，坠落的陨石与大气剧烈摩擦发出耀眼的白光，如图所示。若下落过程中不考虑陨石的质量变化，则陨石在空中加速降落时（ ）
A．重力势能不断减少，动能不断增加，机械能不变
B．重力势能不断增加，动能不断减小，机械能不变
C．重力势能不断增加，动能不断增加，机械能增加
D．重力势能不断减小，动能不断增加，机械能减小
10、如图为杂技演员演出的过程示意图。男演员从甲处用力向上起跳，落下后踩在跷跷板的a端，能把站在b端的女演员弹上乙处。由于存在空气阻力，故（ ）。
A．男演员的质量必须大于女演员的质量
B．甲处男演员的势能一定要大于乙处女演员的势能
C．男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能
D．女演员弹起时的动能与她站在乙处时的机械能相等
11、校科学兴趣小组同学进行“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验，装置如图所示。实验中采用的器材有：斜面、钢球、木块、刻度尺等。请回答：
（1）实验中是通过观察 来判断钢球动能的大小。
（2）小科同学利用如图实验装置探究“物体的动能大小与质量的关系”，他将不同质量的钢球从斜面任意高度自由滑下，实验记录数据如下：
钢球的质量m/kg 0.1 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
木块滑行距离s/m 0.12 0.10 0.12 0.12 0.11 0.13 0.12
根据以上实验数据，小科得出“物体的动能大小与质量无关”的结论。你认为出现此实验现象的主要原因是 。
某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B求质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H处静止下落，C球从距沙表面高2H处静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为h3，且h1（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 来反映的；
（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论： ；
（3）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径 （选填：“有关”或“无关”）
12、小宁用图甲的弹簧笔玩游戏，发现弹起的高低不同。小宁认为笔弹起的高度取决于内部弹簧的弹性势能，而弹簧的弹性势能大小与弹簧的弹性形变和弹簧种类有关。为了探究相同弹簧其弹性势能大小与其弹性形变的关系，小宁利用图乙所示的实验装置进行实验。【不计小球滚动和碰撞的能量损失】
【实验步骤】：①用小球在水平面上压缩弹簧至一定位置；
②释放小球撞击木块，测得木块移动的距离S。
③改变小球在水平面上压缩弹簧的位置，重复实验多次。
（1）将弹簧压缩至不同位置后释放撞击木块，若出现 现象，则可得出结论：相同弹簧弹性形变的程度越大，弹簧弹性势能越大。
（2）小宁在其中几次实验中，用小球压缩弹簧释放后撞击木块，发现木块移动到水平桌面末端并掉下桌面，影响实验的观测。在无法增加水平桌面长度的情况下，请你就上述实验提出一个合理化的改进建议： 。
13、跳台滑雪被称为勇敢者的运动，其基本技术动作分为5个部分：助滑、起跳、空中飞行、着陆、滑行至终止区。如图所示为滑雪运动员滑雪过程的示意图。
资料1：滑雪赛道表面雪的厚度达到6~8m。雪内有很多小孔，小孔内充满空气。滑雪时，运动员踏着滑雪板压在雪上时，雪内的空气被逼出。
资料2：助滑时，运动员把身体缩成“蹲状”的姿势，通过一个凹形轨道助滑后，在起跳的瞬间用力一蹬伸展身体，调整好姿势在空中飞行，飞行至顶端时身体与滑板构成上表面凸起的流线型。
资料3：运动员着陆时，要让滑雪板的板后跟略领先于板尖着地；落地后，调整好姿势继续滑行到终止区。
结合上述信息并运用所学知识，对赛道的设置以及滑雪运动员的5个基本技术动作蕴含的科学道理作出解释。
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