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第4讲 机械能及其转化
板块1 机械能及其转化
题型 动能与势能的转化
智慧锦囊
动能与势能转化问题的分析:首先分析决定动能和重力势能(或弹性势能)大小的因素,再看动能和重力势能(或弹性势能)如何变化,变小的那种形式的能转化为变大的那种形式的能。
【例1】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
【例2】(2024绥化)如图所示,人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中,机械能是守恒的。当卫星从远地点向近地点运动时,下列说法正确的是( )
A.动能减小,重力势能增大
B.动能转化为重力势能
C.动能增大,重力势能减小
D.卫星的速度一直在减小
题型 2 机械能守恒
智慧锦囊
没有其他形式能量补充或没有能量损失,则动能、势能转化过程中机械能不变。如果有“在光滑斜面上滑动”,则“光滑”表示没有能量损失——机械能守恒。“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。
【例3】(2024江岸)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)重力势能越来越 (选填“大”或“小”),下降过程中动能越来越 (选填“大”或“小”),在硬币离手上升的过程中,硬币的机械能 (选填“守恒”或“不守恒”)。
【例4】如图所示的摩天轮是武汉的一个地标建筑——“东湖之眼”,直径达49.9米,有28个座舱,游客可以通过它看到东湖的别样之美。若小明随座舱在竖直平面内匀速转动,从最高点转动到最低点的过程中,小明的动能 ,重力势能 ;从最低点转动到最高点的过程中,小明的机械能 (均选填“增大”“减小”或“不变”)。
典题精练
1.(2024汉阳)如图是滚摆完成一次下降和上升的示意图。该过程中,滚摆处于甲、乙位置时( )
A.重力势能不同,动能相同 B.重力势能不同,动能不同
C.重力势能相同,动能相同 D.重力势能相同,动能不同
2.如图所示,小枫同学将一把铁锁用绳子悬挂起来,把它拉到自己的鼻子附近,稳定后由静止释放,铁锁向前摆去,如图所示。铁锁摆动过程中,下列说法正确的是( )
A.绳子对铁锁的拉力与铁锁受到的重力是一对平衡力
B.铁锁始终不会超过释放时的高度
C.铁锁的重力势能和弹性势能不断相互转化
D.若铁锁摆动到最低点时绳子突然断开,则铁锁将沿竖直方向下落
3.如图所示,小球从左侧斜面的 P 点由静止释放,在右侧斜面上能到达的最高位置是Q 点,M、N 是小球运动过程中先后通过的两个等高点,下列关于该过程的说法中正确的是( )
A.小球在左侧斜面向下运动的过程中,重力势能全部转化为动能
B.小球从 P 点向Q 点运动的过程中,机械能保持不变
C.小球从 P 点向Q 点运动的过程中,所受支持力不做功
D.小球通过 M、N两点时的速度大小相等
4.(2024成都)2023年7月 28日,第31届世界大学生夏季运动会在成都隆重开幕。如图是我国运动健儿在跳高比赛中的场景。关于跳高运动员的能量,下列结论正确的是( )
A.助跑过程中,动能保持不变 B.助跑过程中,机械能总量保持不变
C.起跳后的上升过程中,重力势能增大 D.越过横杆后的下降过程中,动能保持不变
5.如图所示,是公路上的“避险车道”,该车道是粗糙的碎石铺成的一个陡坡,其作用是供下坡的汽车在刹车失灵的情况下避险。当行驶的汽车出现刹车失灵时,可通过进入避险车道快速降低车速直至停止。避险车道主要是将汽车因高速行驶 能转化 能。某车刹车失灵后以36km/h的速度进入避险车道,后经1.5min安全停下,若该过程的平均速度为3m/s,则避险车道至少有 km。
板块2 运动过程中的机械能转化
题型 ① 罐子在斜面上滚动过程中机械能的转化
【例1】如图甲所示,在一个罐子的盖和底各开两个小洞。将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中,橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定,如图乙为其截面图。做好后将该罐子从不太陡的斜面 A 点由静止释放,如图丙所示,滚到水平面 D 点停止,然后返回,自行滚上斜面的 B 点停止后又滚下斜面……如此往返,最后停在水平面上,下列说法正确的是( )
A.罐子在 A 点的重力势能最大,橡皮筋在 D 点的弹性势能最大
B.罐子从 A 点滚动到C 点的过程中,重力势能只转化为动能
C.若罐内没有橡皮筋和小铁块,罐子可能返回滚上斜面
D.第一次返回斜面,向上滚动的过程中,罐子整体在C 点时的机械能小于在 B 点时的机械能
题型 2 蹦床、弹性绳弹跳过程中机械能的转化
【例2】蹦床是一项深受喜爱的休闲活动,当运动员从高处由静止下落(空气阻力忽略不计),下列说法正确的是( )
A.运动员到达最低点时的速度最大
B.蹦床过程中,运动员只有动能和势能相互转化,因此他的机械能守恒
C.与蹦床面接触后,继续向下的运动过程中,蹦床的弹性势能一直变大
D.与蹦床面接触后,继续向下的运动过程中,运动员重力做功的功率保持不变
题型 ③ 小球弹跳过程中机械能的转化
【例3】掉在地上的弹性小球会跳起,但是越跳越低。如图所示是小球弹跳的频闪照片,小球在A、B位置的高度一样,下列说法正确的是( )
A.小球在 A 位置的动能大于在B 位置时的动能
B.小球在A→C,D→B 两个过程时动能均增大
C.小球在C 位置的机械能等于D 位置的机械能
D.小球分别在 A、B两个位置时的动能与势能之和相等
典题精练
1.如图所示,跳水运动员踏板时首先从高处落到处于自然状态的跳板上(A位置),然后随跳板一同向下运动到最低点(B位置)。从A 位置到B 位置的过程中,下列说法正确的是( )
A.运动员到达位置A 时,运动员的速度最大
B.到达位置 B 时,运动员受到的力的合力为0
C.在这个过程中,运动员减小的动能等于跳板增加的弹性势能
D.在这个过程中,跳板增加的弹性势能大于运动员减小的动能
2.有甲、乙两个完全相同的小球。在距地面同一高度 H 处以大小相等的速度,将甲球竖直向下抛出、将乙球竖直向上抛出,如图所示。若不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.抛出时刻,甲球比乙球的动能大
B.距地面相同高度处h(hC.落地时甲的机械能小于乙的机械能
D.落地时甲的机械能等于乙的机械能
3.(2024武昌)如图所示,水平桌面上的弹性小球从A 点滚动到B 点后落到地面,又被多次弹起,图中虚线为小球的运动轨迹。下列说法正确的是( )
A.小球反弹经过 D 点时动能为零
B.小球从 A 点运动到B 点的过程中机械能不变
C.若将弹性小球表面涂黑,则会在C、F两点留下等大的黑色圆斑
D.小球经过 E 点时的动能大于经过G 点时的动能
4.如图所示是“蹦极”的示意图。a点是跳台的位置,b点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置,c点是蹦极者下降的最低点。在蹦极者下降的过程中,下列说法错误的是( )
A.从a 到b过程,蹦极者的速度越来越大
B.从a 到b 过程,绳的弹性势能不变
C.从b到c 过程,蹦极者的动能先变大后变小
D.从b 到c 过程,蹦极者的动能增大,重力势能减小
5.(2024江岸)如图甲所示,质量不计的弹簧竖直固定在水平面上,t=0时刻,将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放,小球接触弹簧并将弹簧压缩至最低点(形变在弹性限度内),然后又被弹起离开弹簧,上升到一定高度后又下落,如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器,测出该过程中弹簧弹力 F 随时间t变化的图像如图乙所示,不计空气阻力。
(1)在整个运动过程中,小球的机械能 (选填“守恒”或“不守恒”)。
(2)小球动能最小的时刻是 (选填“t ”“t ”或‘“t ”)。
(3)在t ~t 这段时间内,小球的动能 (选填“先增大后减小”“先减小后增大”“一直增大”或“一直减小”)。
板块3 机械能守恒
题型1)机械能守恒的条件
智慧锦囊<
如果只有重力做功,那么机械能不变,机械能守恒;如果有重力以外的其他力做功,那么机械能可能会增大,也可能会减小,机械能不守恒。
【例1】(2024洪山)如图,在光滑的水平台面上,一轻质弹簧左端固定,右端连接一金属小球,O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至 A 位置,然后释放小球,小球就在A、B间做往复运动(已知AO=OB)。下列说法正确的是( )
A.小球在往复运动过程中机械能守恒
B.小球在O 点动能最大
C.小球从 B 往A 运动过程中弹簧的弹性势能增大
D.小球在往复运动过程中弹簧的机械能守恒
题型 ② 单摆、滚摆类的能量转化和守恒
智慧锦囊
单摆、滚摆的能量转化过程中,如果不考虑空气阻力,则只有动能和势能之间的转化,机械能守恒。否则由于摩擦生热,机械能被消耗,机械能减小。
【例2】如图所示,在铁锁摆动时(不计能量损失),下列说法正确的是( )
A.经过最低点时,动能最小
B.到达最高点时,机械能最大
C.整个过程中动能与重力势能之和不变
D.在向下摆的过程中,动能转化为重力势能
【例3】对如图所示滚摆运动的现象,下列解释中不正确的是( )
A.动能与势能可以相互转化
B.下降时重力势能减小、动能增大
C.滚摆在最高点重力势能最大,动能最小
D.滚摆到达最高点的速度为0,处于平衡状态
题型 ③ 斜面类的能量的转化和守恒
智慧锦囊●
橡皮筋罐子在斜面上滚动问题,由于橡皮筋发生弹性形变,有弹性势能,罐子滚动有动能,且在斜面上高度变化,有势能改变。要全面考虑各种形式的能的变化。
【例4】如图所示,在一个罐子的盖和底各开两个小洞,将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中,橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定,做好后使它从不太陡的斜面滚下。下列说法正确的是( )
A.罐子向下滚动的整个过程中,罐子和小铁块的动能一直增加
B.罐子向上滚动时,橡皮筋的弹性势能会转化为罐子和小铁块的重力势能
C.罐子滚到斜面底端时,橡皮筋的弹性势能最小
D.罐子滚下斜面后又自动滚上斜面,因此罐子能够在斜面上一直上下来回滚动
典题精练
1.一个乒乓球从如图的轨道中的W点静止释放,先后经过X 点,Y点、最后到右侧的最高点Z,比较四点,球的机械能最大是( )
A.在 W 点 B.在 X 点 C.在Y点 D.在 Z 点
2.(2024通辽)小丽站在自动扶梯上随扶梯一起向上匀速运动,如图。下列关于她的机械能说法正确的是( )
A.动能增大,机械能增大 B.重力势能增大,机械能增大
C.动能减小,机械能不变 D.重力势能减小,机械能增大
3.如图所示,轻质弹簧一端固定在O点,另一端系一小球,将小球从与悬点O水平且使弹簧长为原长的A 点由静止释放,不计空气阻力,在小球由A 点摆向最低点B 的过程中,小球与弹簧组成的整体机械能守恒,则在此过程中( )
A. B点,弹簧的弹性势能为零 B.小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变
C.小球的机械能减小 D.小球的动能和弹簧的弹性势能之和减小
4.(2024荆州)如图所示,图甲为惊险刺激的过山车,图乙是模拟过山车运动的过程,小球从A 处由静止释放沿轨道先后经过B、C,最后停在 D 处。下列说法正确的是( )
A.小球从 B 点到C 点的过程中,重力势能增大,动能减小
B.小球从 B 到C 的过程中机械能守恒
C.小球从A 到C 的过程中重力势能不断减小
D.从C 点到D 点的过程中,过山车的重力势能增大,动能增大
5.如图所示,一个木块从斜面上静止滑下,并在水平面上继续滑动。若斜面和水平面的粗糙程度相同,则下列说法正确的是( )
A.木块在斜面和水平面上受到的摩擦力大小相等
B.木块下滑的过程中重力势能转化为动能,机械能保持不变
C.木块在水平面滑动动能转化为重力势能,机械能减小
D.木块滑到水平面时其减小的重力势能大于增加的动能
第4讲 机械能及其转化
板块1 机械能及其转化
【例1】A
【例2】C
【例3】大 大 守恒
【例4】不变 减小 增大
【典题精练】
1. D
2. B
3. C
4. C
5.动 重力势 0.27
板块2 运动过程中的机械能转化
【例1】A
【例2】C
【例3】A
【典题精练】
1. D
2. D
3. D
4. D
5.(1)不守恒 (2)t (3)先增大后减小
板块3 机械能守恒
【例1】B
【例2】C
【例3】D
【例4】B
【典题精练】
1. A
2. B
3. C
4. A
5. D