第2课时 机械能
1.知道动能、势能和机械能。
2.通过实验,了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。
一、动能和势能
1.能量:物体能够 对外做功 ,我们就说这个物体具有能量,简称能。
2.动能:
(1)定义:物体由于运动而具有的能量。
(2)决定因素:
①质量相同的物体,运动的速度 越大 ,它的动能越大。
②运动速度相同的物体,质量 越大 ,它的动能越大。
3.势能:
(1)重力势能。
①定义:物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能。
②决定因素:物体的 质量 越大, 位置 越高,它具有的重力势能就越大。
(2)弹性势能。
①定义:物体由于发生弹性形变而具有的能。
②决定因素:物体的弹性形变程度越大,它具有的弹性势能就越大。
【名师点拨】
物体的重力势能大小是相对的,判断物体重力势能的大小,一般以水平地面为参照面。
二、机械能及其转化
1.机械能:
(1)定义:动能、重力势能和弹性势能的统称。
(2)转化:动能和势能可以相互转化。
①小球摆动:
如图,小球从A摆到B,重力势能转化为 动 能;小球从B摆到C, 动 能转化为重力势能。
②滚摆:滚摆下降时, 重力势 能转化为动能;滚摆上升时,动能转化为 重力势 能。
(3)守恒:如果只有动能和势能相互转化,尽管动能和势能的大小会变化,但机械能的总和 不变 ,如不计空气阻力,小球在摆动的过程中机械能 保持不变 。
2.水能和风能:
(1)能量:流动的水和风具有大量的 机械 能。
(2)利用:发电,即将水能和风能具有的机械能转化为电能。
【实验】探究物体的动能跟哪些因素有关
实验名称 有关考点 实验装置
探究物体的动能跟哪些因素有关 1.实验方法:控制变量法、转换法。 2.判断钢球动能大小的方法:让钢球撞到木块上,比较木块被撞开的距离,木块被撞开的距离越远,则钢球具有的动能就越大。 3.让质量不同的钢球从斜面的相同高度处由静止自由下滑的目的是:保证钢球到达水平面时的速度相等。 4.让同一个钢球从同一斜面的不同高度开始自由滑下的目的是:改变钢球撞击木块时的速度。 5.实验过程中,如果木块被撞开的距离超过了水平面的长度,应该适当降低钢球在斜面上开始下滑的高度。 实验器材:不同质量的钢球、斜槽、木块
【示范题】如图,小明所在的小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中,让小球从同一斜面某处由静止释放,撞击同一水平面上的同一木块,木块移动一段距离后停止。
基础点
(1)实验中,探究的动能是指 B 。
A.小球在斜面上的动能 B.小球撞击木块时的动能
C.小球撞击木块后的动能 D.木块被小球撞击的动能
(2)实验中是通过观察木块被撞击后所移动的距离来比较小球动能的大小。木块被撞击后移动的距离越大,表明撞击它的物体 动能 越大。这种研究问题的方法是 转换法 。实验过程中,发现木块移动的距离较短而不易进行观察和比较。对此小明提出了改进措施: 增大斜面高度 。
(3)让不同质量的两个小球分别从斜面同一高度2h由静止滚下的目的是使两球到达水平面时具有相同的 速度 ,这是为了探究动能的大小与 质量 的关系。
(4)小球滚下斜面的过程中,它的 重力势 能转化为动能。
(5)分析比较 甲、乙 两次实验,可探究出的结论是:质量相同的物体,速度越大,动能越大。
(6)分析比较 甲、丙 两次实验,可探究出的结论是:速度相同的物体,质量越大,动能越大,这个结论可用于解释汽车 超载 (选填“超速”或“超载”)带来的危害。
高分点
(7)若斜面光滑,小球从斜面由静止滑下碰撞木块后,木块在水平面上滑动一段距离后停下来。增大斜面的倾角,仍让小球从同一高度处由静止滑下,如图丁所示;则木块在水平面上移动的距离 不变 (选填“变大”“不变”或“变小”)(不计空气阻力)。
(8)撞击木块后,小球在水平面上不能立即停下,是因为小球具有 惯性 ,木块最终停下来,是由于受到 摩擦力 ,如果水平面光滑,则 不能 (选填“能”或“不能”)完成本实验。
(9)善于动脑的小明设计了如图戊所示的方案:用同一个小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 不同 (选填“相同”或“不同”),放手后将小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小球两次将同一弹簧压缩到相同程度,放手后将小球弹出去撞击放在同一位置的木块,这样做 不能 (选填“能”或“不能”)验证动能与质量的关系。
【重难点一】机械能大小的比较
【典题1】跳水运动中蕴含着许多物理知识,如图所示,有关跳板跳水过程中能量变化的说法正确的是(C)
A.运动员用力下压跳板的过程中,跳板的弹性势能减小
B.运动员被跳板向上弹起的过程中,重力势能减小
C.运动员离开跳板向上运动的过程中,动能减小
D.运动员从最高点下落的过程中,机械能增大
【技法点拨】找出题中的关键词判断物体是否具有机械能,以及具有何种形式的机械能及大小变化情况。
(1)分析物体“速度”的变化情况判断物体的动能大小变化,如“空中匀速飞行”“加速”等;
(2)分析物体“相对高度”的变化情况判断物体的重力势能大小变化,如“跳起”“升空”等;
(3)分析物体“质量”的变化情况判断物体的动能和重力势能大小变化,如“洒水”“投掷物资”等;
(4)分析物体“材质”“弹性形变”的变化情况判断物体的弹性势能大小变化,如“压缩”“弹起”等。
【变式】(2024·东莞模拟)如图所示,小陈在进行弹硬币的小游戏。向上弹起的硬币在上升过程中(忽略空气阻力)的重力势能越来越 大 ,下降过程中的动能越来越 大 (前两个空均选填“大”或“小”),在硬币被弹起的过程中,硬币的机械能 不变 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【重难点二】机械能守恒及转化
【典题2】掉在地上的弹性小球会跳起,但是越跳越低。如图所示为小球在地面弹跳的频闪照片,下列说法不正确的是(D)
A.小球越跳越低,说明小球的机械能逐渐减少
B.从A点运动到B点,小球的重力势能转化为动能
C.经过相同高度的B、C两点时,小球的重力势能相同
D.经过相同高度的B、C两点时,小球的动能相同
【技法点拨】 (1)若小球(单摆、滚摆)每次上升到与初始位置相等的高度,则机械能守恒。
(2)若如本题图中的小球,越跳越低,说明小球与地面碰撞时有能量损耗,则机械能减小。
【变式】(2024·广州中考)如图,某同学将篮球掷向地面,经过甲位置后碰到地面,接着向上反弹经过乙位置,忽略空气的作用力。
位置 机械能/J 重力势能/J
甲 13 6
乙 12 10
(1)篮球直径为24.6 cm (选填“mm”“cm”或“dm”),质量为0.6 kg,g取10N/kg,则该篮球受到的重力为 6 N;
(2)篮球经过甲、乙两位置时的机械能和重力势能如表所示,则篮球与地面碰撞过程损失的机械能为 1 J,在乙位置时的动能为 2 J。
【命题点一】功和能的关系
1.如图所示,粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面上,小球由A点以速度v沿轨道滚下,经过右侧等高点B后到达最高点C。下列分析正确的是(D)
A.整个过程只有重力对小球做功
B.小球在A、B两点具有相同的机械能
C.小球在A、B、C三点的速度大小关系是vCD.小球从A点到B点,动能的减少量等于克服摩擦力做的功
2.引体向上是广东市中考体育测试项目。如图,臂力小的小明借助弹力带进行训练,他用脚蹬弹力带,弹力带对他施加一个向上的力,随着小明身体上升,弹力带对他向上的力的大小变化情况是 变小 (选填“变大”“变小”或“不变”);在此过程中,弹力带的 弹性势 能转化为小明的重力势能,其实质是弹力带对他做功的过程。
【命题点二】比较动能和势能的大小
3.(2023·广州中考)用电动机竖直提升重物。图中重物上升过程经过M、N、O、P点,其速度在MN段不断增大,在NO段不变,在OP段不断减小,忽略空气阻力,则重物在(C)
A.MN段动能不变 B.MN段机械能不变
C.NO段机械能增大 D.OP段重力势能减小
4.如图人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行时,不受空气阻力,机械能守恒,当卫星从近地点向远地点运动时,它的重力势能 增大 (选填“减小”或“增大”),卫星在 远 (选填“远”或“近”)地点时重力势能最大。
【命题点三】机械能及转化
5.2024年10月30日,搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭发射升空。在火箭加速升空过程中,下列说法正确的是(A)
A.神舟十九号载人飞船的重力势能增大
B.神舟十九号载人飞船的动能保持不变
C.神舟十九号载人飞船的机械能不变
D.神舟十九号载人飞船的动能转化为重力势能
6.如图所示,从A点沿水平桌面自由滚落的小球运动轨迹如虚线所示,C、F两处等高,D为球与水平地面的接触点,不计空气阻力,下列说法不正确的是(A)
A.小球在C点的机械能等于在F点的机械能
B.小球在C点的动能大于在F点的动能
C.小球从E点到F点的过程中,机械能不变
D.小球从D点离开地面到达E点的过程中,动能转化为重力势能
【命题点四】水能和风能
7.如图所示,人们修筑拦河坝来提高上游的水位,在坝底安装水轮机带动发电机发电。上游一定量的水,经水轮机流到下游的过程中,下列说法正确的是(D)
A.水的机械能不变
B.水的重力势能增大,动能减小
C.水轮机带动发电机发电,电能转化成机械能
D.上游水位越高,能够发出的电能越多
8.我国确立了到2025年实现可再生能源年发电量在3.3×1012千瓦时左右的目标,为了实现上述目标,可以大力发展风能发电和水能发电。我国的“奋进号”潮流能发电机组是世界上单台容量最大的潮流能发电机组,它的吊装如图所示,其核心部件是“水下大风车”,将它安装在海底,可以利用海水的潮流能发电。在涨潮或落潮期间,海水冲击位于海底的“水下大风车”,带动潮流能发电机发电,在这个过程中 机械 能转化为 电 能。 第2课时 机械能
1.知道动能、势能和机械能。
2.通过实验,了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。
一、动能和势能
1.能量:物体能够 ,我们就说这个物体具有能量,简称能。
2.动能:
(1)定义:物体由于运动而具有的能量。
(2)决定因素:
①质量相同的物体,运动的速度 ,它的动能越大。
②运动速度相同的物体,质量 ,它的动能越大。
3.势能:
(1)重力势能。
①定义:物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能。
②决定因素:物体的 越大, 越高,它具有的重力势能就越大。
(2)弹性势能。
①定义:物体由于发生弹性形变而具有的能。
②决定因素:物体的弹性形变程度越大,它具有的弹性势能就越大。
【名师点拨】
物体的重力势能大小是相对的,判断物体重力势能的大小,一般以水平地面为参照面。
二、机械能及其转化
1.机械能:
(1)定义:动能、重力势能和弹性势能的统称。
(2)转化:动能和势能可以相互转化。
①小球摆动:
如图,小球从A摆到B,重力势能转化为 能;小球从B摆到C, 能转化为重力势能。
②滚摆:滚摆下降时, 能转化为动能;滚摆上升时,动能转化为 能。
(3)守恒:如果只有动能和势能相互转化,尽管动能和势能的大小会变化,但机械能的总和 ,如不计空气阻力,小球在摆动的过程中机械能 。
2.水能和风能:
(1)能量:流动的水和风具有大量的 能。
(2)利用:发电,即将水能和风能具有的机械能转化为电能。
【实验】探究物体的动能跟哪些因素有关
实验名称 有关考点 实验装置
探究物体的动能跟哪些因素有关 1.实验方法:控制变量法、转换法。 2.判断钢球动能大小的方法:让钢球撞到木块上,比较木块被撞开的距离,木块被撞开的距离越远,则钢球具有的动能就越大。 3.让质量不同的钢球从斜面的相同高度处由静止自由下滑的目的是:保证钢球到达水平面时的速度相等。 4.让同一个钢球从同一斜面的不同高度开始自由滑下的目的是:改变钢球撞击木块时的速度。 5.实验过程中,如果木块被撞开的距离超过了水平面的长度,应该适当降低钢球在斜面上开始下滑的高度。 实验器材:不同质量的钢球、斜槽、木块
【示范题】如图,小明所在的小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中,让小球从同一斜面某处由静止释放,撞击同一水平面上的同一木块,木块移动一段距离后停止。
基础点
(1)实验中,探究的动能是指 。
A.小球在斜面上的动能 B.小球撞击木块时的动能
C.小球撞击木块后的动能 D.木块被小球撞击的动能
(2)实验中是通过观察木块被撞击后所移动的距离来比较小球动能的大小。木块被撞击后移动的距离越大,表明撞击它的物体 越大。这种研究问题的方法是 。实验过程中,发现木块移动的距离较短而不易进行观察和比较。对此小明提出了改进措施: 。
(3)让不同质量的两个小球分别从斜面同一高度2h由静止滚下的目的是使两球到达水平面时具有相同的 ,这是为了探究动能的大小与 的关系。
(4)小球滚下斜面的过程中,它的 能转化为动能。
(5)分析比较 两次实验,可探究出的结论是:质量相同的物体,速度越大,动能越大。
(6)分析比较 两次实验,可探究出的结论是:速度相同的物体,质量越大,动能越大,这个结论可用于解释汽车 (选填“超速”或“超载”)带来的危害。
高分点
(7)若斜面光滑,小球从斜面由静止滑下碰撞木块后,木块在水平面上滑动一段距离后停下来。增大斜面的倾角,仍让小球从同一高度处由静止滑下,如图丁所示;则木块在水平面上移动的距离 (选填“变大”“不变”或“变小”)(不计空气阻力)。
(8)撞击木块后,小球在水平面上不能立即停下,是因为小球具有 ,木块最终停下来,是由于受到 ,如果水平面光滑,则 (选填“能”或“不能”)完成本实验。
(9)善于动脑的小明设计了如图戊所示的方案:用同一个小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”),放手后将小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小球两次将同一弹簧压缩到相同程度,放手后将小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。
【重难点一】机械能大小的比较
【典题1】跳水运动中蕴含着许多物理知识,如图所示,有关跳板跳水过程中能量变化的说法正确的是( )
A.运动员用力下压跳板的过程中,跳板的弹性势能减小
B.运动员被跳板向上弹起的过程中,重力势能减小
C.运动员离开跳板向上运动的过程中,动能减小
D.运动员从最高点下落的过程中,机械能增大
【技法点拨】找出题中的关键词判断物体是否具有机械能,以及具有何种形式的机械能及大小变化情况。
(1)分析物体“速度”的变化情况判断物体的动能大小变化,如“空中匀速飞行”“加速”等;
(2)分析物体“相对高度”的变化情况判断物体的重力势能大小变化,如“跳起”“升空”等;
(3)分析物体“质量”的变化情况判断物体的动能和重力势能大小变化,如“洒水”“投掷物资”等;
(4)分析物体“材质”“弹性形变”的变化情况判断物体的弹性势能大小变化,如“压缩”“弹起”等。
【变式】(2024·东莞模拟)如图所示,小陈在进行弹硬币的小游戏。向上弹起的硬币在上升过程中(忽略空气阻力)的重力势能越来越 ,下降过程中的动能越来越 (前两个空均选填“大”或“小”),在硬币被弹起的过程中,硬币的机械能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【重难点二】机械能守恒及转化
【典题2】掉在地上的弹性小球会跳起,但是越跳越低。如图所示为小球在地面弹跳的频闪照片,下列说法不正确的是( )
A.小球越跳越低,说明小球的机械能逐渐减少
B.从A点运动到B点,小球的重力势能转化为动能
C.经过相同高度的B、C两点时,小球的重力势能相同
D.经过相同高度的B、C两点时,小球的动能相同
【技法点拨】 (1)若小球(单摆、滚摆)每次上升到与初始位置相等的高度,则机械能守恒。
(2)若如本题图中的小球,越跳越低,说明小球与地面碰撞时有能量损耗,则机械能减小。
【变式】(2024·广州中考)如图,某同学将篮球掷向地面,经过甲位置后碰到地面,接着向上反弹经过乙位置,忽略空气的作用力。
位置 机械能/J 重力势能/J
甲 13 6
乙 12 10
(1)篮球直径为24.6 (选填“mm”“cm”或“dm”),质量为0.6 kg,g取10N/kg,则该篮球受到的重力为 N;
(2)篮球经过甲、乙两位置时的机械能和重力势能如表所示,则篮球与地面碰撞过程损失的机械能为 J,在乙位置时的动能为 J。
【命题点一】功和能的关系
1.如图所示,粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面上,小球由A点以速度v沿轨道滚下,经过右侧等高点B后到达最高点C。下列分析正确的是( )
A.整个过程只有重力对小球做功
B.小球在A、B两点具有相同的机械能
C.小球在A、B、C三点的速度大小关系是vCD.小球从A点到B点,动能的减少量等于克服摩擦力做的功
2.引体向上是广东市中考体育测试项目。如图,臂力小的小明借助弹力带进行训练,他用脚蹬弹力带,弹力带对他施加一个向上的力,随着小明身体上升,弹力带对他向上的力的大小变化情况是 (选填“变大”“变小”或“不变”);在此过程中,弹力带的 能转化为小明的重力势能,其实质是弹力带对他做功的过程。
【命题点二】比较动能和势能的大小
3.(2023·广州中考)用电动机竖直提升重物。图中重物上升过程经过M、N、O、P点,其速度在MN段不断增大,在NO段不变,在OP段不断减小,忽略空气阻力,则重物在( )
A.MN段动能不变 B.MN段机械能不变
C.NO段机械能增大 D.OP段重力势能减小
4.如图人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行时,不受空气阻力,机械能守恒,当卫星从近地点向远地点运动时,它的重力势能 (选填“减小”或“增大”),卫星在 (选填“远”或“近”)地点时重力势能最大。
【命题点三】机械能及转化
5.2024年10月30日,搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭发射升空。在火箭加速升空过程中,下列说法正确的是( )
A.神舟十九号载人飞船的重力势能增大
B.神舟十九号载人飞船的动能保持不变
C.神舟十九号载人飞船的机械能不变
D.神舟十九号载人飞船的动能转化为重力势能
6.如图所示,从A点沿水平桌面自由滚落的小球运动轨迹如虚线所示,C、F两处等高,D为球与水平地面的接触点,不计空气阻力,下列说法不正确的是( )
A.小球在C点的机械能等于在F点的机械能
B.小球在C点的动能大于在F点的动能
C.小球从E点到F点的过程中,机械能不变
D.小球从D点离开地面到达E点的过程中,动能转化为重力势能
【命题点四】水能和风能
7.如图所示,人们修筑拦河坝来提高上游的水位,在坝底安装水轮机带动发电机发电。上游一定量的水,经水轮机流到下游的过程中,下列说法正确的是( )
A.水的机械能不变
B.水的重力势能增大,动能减小
C.水轮机带动发电机发电,电能转化成机械能
D.上游水位越高,能够发出的电能越多
8.我国确立了到2025年实现可再生能源年发电量在3.3×1012千瓦时左右的目标,为了实现上述目标,可以大力发展风能发电和水能发电。我国的“奋进号”潮流能发电机组是世界上单台容量最大的潮流能发电机组,它的吊装如图所示,其核心部件是“水下大风车”,将它安装在海底,可以利用海水的潮流能发电。在涨潮或落潮期间,海水冲击位于海底的“水下大风车”,带动潮流能发电机发电,在这个过程中 能转化为 能。
