专题(四十三) 能的转化与能量守恒(一)——机械能
动能
1.动能的概念:物体由于 运动 而具有的能量。
2.动能大小的决定因素:一切运动的物体都具有动能,物体的动能由物体的 质量 和 运动速度 共同决定。当物体的质量相同时,其 运动速度 越 大 ,动能越大;当物体运动的速度相同时,其 质量 越 大 ,动能越大。
势能
1.重力势能
(1)重力势能的概念:物体由于 被举高 而具有的能量。
(2)重力势能大小的决定因素:物体的 质量 越大, 高度越高 ,具有的重力势能就越大。
2.弹性势能
(1)弹性势能的概念:物体由于发生 弹性形变 而具有的能量。
(2)弹性势能大小的决定因素:物体的 弹性形变 越大,弹性势能就越大。
机械能
1.机械能:动能和势能之和。
2.物体动能和势能的转化
(1)如果没有摩擦阻力,动能和势能在相互转化的过程中,机械能总量 保持不变 。
(2)如果存在摩擦阻力,动能和势能在相互转化的过程中,机械能的总量会减少。减少的机械能转化为摩擦产生的 热(或内) 能。
注意:功和能在本质上是一致的,做功的过程就是机械能与其他形式的能相互转化的过程。
课标要点一机械能的转化
考向1 动能和势能
例1 下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( D )
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
例2 蹦极运动的简化示意图如图所示,弹性绳一端系在运动员双脚上,另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落,到达A点时弹性绳正好处于原长;在B点时,运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等;C点是蹦极运动员到达的最低点。(整个过程忽略空气阻力,弹性绳的自重不计)
(1)从O点到A点的过程中,运动员的机械能 不变 (填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”)。
(2)从A点到C点的过程中,弹性绳的弹性势能 增大 (填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”,下同),运动员的动能 先增大后减小 。
考向2 动能和势能的影响因素
例3 为探究“动能大小的影响因素”,科学小组利用斜面、钢球、木块等器材开展了下图所示的活动。
(1)实验中通过比较木块 移动的距离 来判断钢球动能的大小,这种实验方法叫 转换 法。
(2)在图甲和图丙中,用质量不同的两个钢球从斜面上相同高度自由滚下,目的是使钢球撞击木块时的 速度 相同。
(3)比较甲、乙两图,得到的结论是 在质量相同时,物体的速度越大,动能越大 。
课标要点二机械能守恒
例4 如图所示,某装置由两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接组成。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点由静止释放,物体最高到达右侧圆弧槽B点处,然后再次滑下,最高到达左侧圆弧槽C点处。其中水平面长度为s,A、C两点距离水平面的高度分别为H、h。(忽略空气阻力)
(1)物体从A点滑到B点的过程中,机械能 减小 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)物体从A点滑到水平面上时,重力所做的功为 mgH (用字母表示)。
精准作业
概念理解与迁移
1. 如图所示,用绳子把一块橡皮悬挂起来,把橡皮贴近自己的鼻子稳定后松手,头保持不动,橡皮向前摆去又摆回来,不会碰到鼻子。下列说法正确的是( C )
A.橡皮在摆动的过程中机械能保持不变
B.橡皮摆动到最低点时动能最小
C.橡皮在下降过程中,重力势能转化为动能
D.橡皮在上升过程中,重力势能转化为动能
2.下列四幅图中,动能和势能之间没有发生转化的是( A )
3. 2024年4月30日,我国神舟十七号返回舱成功着陆。右图所示为返回舱返回地面时的情境,返回舱打开降落伞后到着陆前,其运动可视为竖直向下的减速运动,则返回舱在这段时间内( C )
A.动能不变 B.重力势能不变
C.机械能减小 D.所受重力不做功
4. 如图所示,光滑轨道ABC固定于竖直面内,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(不计空气阻力),错误的是( C )
A.小球滚动过程中机械能守恒
B.小球在A、B两点具有相同的动能
C.小球在C点的机械能比在B点的机械能小
D.小球在A点的机械能等于它在C点的重力势能
5.如图所示,一根轻质弹簧下端固定,竖立在水平面上,其正上方A位置有一个小球。小球由静止开始下落,在B位置接触弹簧的上端,在C位置小球所受弹力大小等于重力,在D位置小球速度减小到0。关于小球的下降阶段,下列说法正确的是( C )
A.在B位置小球动能最大
B.在C位置弹簧弹性势能最大
C.从A位置到D位置,小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量
D.从A位置到C位置,小球重力势能的减少量等于小球动能的增加量
6. 用如图所示的器材探究动能大小与哪些因素有关,实验时让小车从斜面上由静止开始下滑,撞击置于水平面上的木块。关于该实验,下列说法错误的是( D )
A.小车从斜面上下滑过程中,重力势能转化为动能
B.小车撞击木块对木块做功,使木块获得动能
C.木块被撞击后移动的距离可反映小车动能的大小
D.本套器材只能探究小车动能大小与速度的关系
7.人造卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图如图所示。下列关于卫星运动的近地点和远地点的说法正确的是( C )
A.从近地点到远地点,卫星动能增加
B.从远地点到近地点,卫星势能增加
C.卫星在绕地球运动过程中机械能守恒
D.卫星在近地点的速度小,在远地点的速度大
8.利用下图所示装置进行“探究动能大小的影响因素”实验。用两根细绳将小球悬挂起来,拉起小球,当两根细绳所在平面与竖直方向成θ角时松手,小球撞击水平木板上的木块,记下木块移动的距离s。改变角度θ的大小,重复实验。
(1)利用图示两根细绳悬挂小球,而不是用一根细绳,其好处是 便于控制小球的撞击方向(或便于准确撞击木块等) 。
(2)本实验探究的问题是物体的动能大小与 速度 的关系。
(3)利用上述实验,同时还可以探究的问题是 物体重力势能的大小与高度的关系 。
能力沉淀与升华
9.小明在“探究动能大小的影响因素”实验中,使质量分别为m和M(M>m)的两个钢球分别从不同的高度h和H(H>h)由静止开始滚下,观察木块B被撞击后移动的距离,实验过程如图所示。
(1)小明通过观察木块B移动的距离长短,来判断小球动能的大小,若水平面绝对光滑,本实验将 不能 (填“能”或“不能”)达到探究目的。
(2)由甲、乙两图可得实验结论:物体的动能大小与 速度 有关。
(3)小明根据 乙、丙 两图得出结论:物体的动能大小与质量有关。
(4)小明联想到“探究阻力对物体运动的影响”时,也用到了斜面,让小车从同一斜面的顶端由静止滑下,比较在不同表面滑行的距离(如下表所示),小车在三个表面克服摩擦力做功 相等 (填“相等”或“不相等”)。由该实验结论可进一步推理得出:运动的物体如果不受力,将保持 匀速直线运动 状态。
表面 毛巾 棉布 木板
摩擦力 最大 较大 最小
小车运动距离 最近 较远 最远专题(四十三) 能的转化与能量守恒(一)——机械能
动能
1.动能的概念:物体由于 而具有的能量。
2.动能大小的决定因素:一切运动的物体都具有动能,物体的动能由物体的 和 共同决定。当物体的质量相同时,其 越 ,动能越大;当物体运动的速度相同时,其 越 ,动能越大。
势能
1.重力势能
(1)重力势能的概念:物体由于 而具有的能量。
(2)重力势能大小的决定因素:物体的 越大, ,具有的重力势能就越大。
2.弹性势能
(1)弹性势能的概念:物体由于发生 而具有的能量。
(2)弹性势能大小的决定因素:物体的 越大,弹性势能就越大。
机械能
1.机械能:动能和势能之和。
2.物体动能和势能的转化
(1)如果没有摩擦阻力,动能和势能在相互转化的过程中,机械能总量 。
(2)如果存在摩擦阻力,动能和势能在相互转化的过程中,机械能的总量会减少。减少的机械能转化为摩擦产生的 能。
注意:功和能在本质上是一致的,做功的过程就是机械能与其他形式的能相互转化的过程。
课标要点一机械能的转化
考向1 动能和势能
例1 下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
例2 蹦极运动的简化示意图如图所示,弹性绳一端系在运动员双脚上,另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落,到达A点时弹性绳正好处于原长;在B点时,运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等;C点是蹦极运动员到达的最低点。(整个过程忽略空气阻力,弹性绳的自重不计)
(1)从O点到A点的过程中,运动员的机械能 (填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”)。
(2)从A点到C点的过程中,弹性绳的弹性势能 (填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”,下同),运动员的动能 。
考向2 动能和势能的影响因素
例3 为探究“动能大小的影响因素”,科学小组利用斜面、钢球、木块等器材开展了下图所示的活动。
(1)实验中通过比较木块 来判断钢球动能的大小,这种实验方法叫 法。
(2)在图甲和图丙中,用质量不同的两个钢球从斜面上相同高度自由滚下,目的是使钢球撞击木块时的 相同。
(3)比较甲、乙两图,得到的结论是 。
课标要点二机械能守恒
例4 如图所示,某装置由两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接组成。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点由静止释放,物体最高到达右侧圆弧槽B点处,然后再次滑下,最高到达左侧圆弧槽C点处。其中水平面长度为s,A、C两点距离水平面的高度分别为H、h。(忽略空气阻力)
(1)物体从A点滑到B点的过程中,机械能 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(2)物体从A点滑到水平面上时,重力所做的功为 (用字母表示)。
精准作业
概念理解与迁移
1. 如图所示,用绳子把一块橡皮悬挂起来,把橡皮贴近自己的鼻子稳定后松手,头保持不动,橡皮向前摆去又摆回来,不会碰到鼻子。下列说法正确的是( )
A.橡皮在摆动的过程中机械能保持不变
B.橡皮摆动到最低点时动能最小
C.橡皮在下降过程中,重力势能转化为动能
D.橡皮在上升过程中,重力势能转化为动能
2.下列四幅图中,动能和势能之间没有发生转化的是( )
3. 2024年4月30日,我国神舟十七号返回舱成功着陆。右图所示为返回舱返回地面时的情境,返回舱打开降落伞后到着陆前,其运动可视为竖直向下的减速运动,则返回舱在这段时间内( )
A.动能不变 B.重力势能不变
C.机械能减小 D.所受重力不做功
4. 如图所示,光滑轨道ABC固定于竖直面内,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(不计空气阻力),错误的是( )
A.小球滚动过程中机械能守恒
B.小球在A、B两点具有相同的动能
C.小球在C点的机械能比在B点的机械能小
D.小球在A点的机械能等于它在C点的重力势能
5.如图所示,一根轻质弹簧下端固定,竖立在水平面上,其正上方A位置有一个小球。小球由静止开始下落,在B位置接触弹簧的上端,在C位置小球所受弹力大小等于重力,在D位置小球速度减小到0。关于小球的下降阶段,下列说法正确的是( )
A.在B位置小球动能最大
B.在C位置弹簧弹性势能最大
C.从A位置到D位置,小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量
D.从A位置到C位置,小球重力势能的减少量等于小球动能的增加量
6. 用如图所示的器材探究动能大小与哪些因素有关,实验时让小车从斜面上由静止开始下滑,撞击置于水平面上的木块。关于该实验,下列说法错误的是( )
A.小车从斜面上下滑过程中,重力势能转化为动能
B.小车撞击木块对木块做功,使木块获得动能
C.木块被撞击后移动的距离可反映小车动能的大小
D.本套器材只能探究小车动能大小与速度的关系
7.人造卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图如图所示。下列关于卫星运动的近地点和远地点的说法正确的是( )
A.从近地点到远地点,卫星动能增加
B.从远地点到近地点,卫星势能增加
C.卫星在绕地球运动过程中机械能守恒
D.卫星在近地点的速度小,在远地点的速度大
8.利用下图所示装置进行“探究动能大小的影响因素”实验。用两根细绳将小球悬挂起来,拉起小球,当两根细绳所在平面与竖直方向成θ角时松手,小球撞击水平木板上的木块,记下木块移动的距离s。改变角度θ的大小,重复实验。
(1)利用图示两根细绳悬挂小球,而不是用一根细绳,其好处是 。
(2)本实验探究的问题是物体的动能大小与 的关系。
(3)利用上述实验,同时还可以探究的问题是 。
能力沉淀与升华
9.小明在“探究动能大小的影响因素”实验中,使质量分别为m和M(M>m)的两个钢球分别从不同的高度h和H(H>h)由静止开始滚下,观察木块B被撞击后移动的距离,实验过程如图所示。
(1)小明通过观察木块B移动的距离长短,来判断小球动能的大小,若水平面绝对光滑,本实验将 (填“能”或“不能”)达到探究目的。
(2)由甲、乙两图可得实验结论:物体的动能大小与 有关。
(3)小明根据 两图得出结论:物体的动能大小与质量有关。
(4)小明联想到“探究阻力对物体运动的影响”时,也用到了斜面,让小车从同一斜面的顶端由静止滑下,比较在不同表面滑行的距离(如下表所示),小车在三个表面克服摩擦力做功 (填“相等”或“不相等”)。由该实验结论可进一步推理得出:运动的物体如果不受力,将保持 状态。
表面 毛巾 棉布 木板
摩擦力 最大 较大 最小
小车运动距离 最近 较远 最远
