登陆21世纪教育 助您教考全无忧
第24讲 机械能
Ⅰ考生必背:基础知识
必记1:动能和势能
1.能量:物体能够对外做功,表示这个物体具有能量。
2.动能:物体由于运动而具有的能叫动能,动能的大小与物体的质量和物体运动的速度有关,物体的质量越大,运动的速度越大,物体所具有的动能就越大。
3.势能:(1)重力势能:物体由于被举高而具有的能量叫重力势能,重力势能的大小与物体的质量和物体被举的高度有关,物体的质量越大,被举得越高,则物体所具有的重力势能就越大。(2)弹性势能:物体由于弹性形变而具有的能量叫弹性势能。
必记2:机械能及其转化
4.机械能:动能和势能统称为机械能。在国际单位制中,机械能的单位是焦耳(J)。
5.机械能的转化:动能和势能可以相互转化。
Ⅱ考生必会:考点
一、基本考点
考点1:动能和势能(重点)21世纪教育网
考点归纳与拔高:
1.能量:物体能够对外做功,表示这个物体具有能量。能量是表示物体做功本领大小的物理量,所以能量的大小用物体能够做功的多少来度量。在国际单位制中,能量的单位是焦耳(J)。同学们在复习能量的概念时,要注意:物体“能够对外做功”并不是一定“要做功”,也不是“正在做功”或“已经做功”,而是指可以做功。
2.动能:物体由于运动而具有的能量叫动能。一切运动的物体都具有动能。物体所具有的动能的大小跟物体的质量和物体运动的速度有关,在质量相同时,物体的速度越大,物体所具有的动能越大;在速度相同时,物体的质量越大,物体所具有的动能越大,所以在比较物体所具有的动能大小时要同时考虑质量和速度这两个因素。另外在相同条件下,速度对物体动能的影响比质量对物体动能的影响大。
3.势能:势能包括重力势能和弹性势能。(1)重力势能:物体由于被举高而具有的能量叫重力势能。“被举高”是判断物体是否具有重力势能的依据,因高度具有相对性,所以重力势能也具有相对性,一般以地面为高度的参照面。重力势能的大小与物体的质量和物体被举高的高度有关。在质量相同时,物体被举得越高,所具有的重力势能越大;被举的高度相同时,物体的质量越大,所具有的重力势能越大,所以在比较物体所具有的重力势能的大小时要同时考虑质量和被举高的高度这两个因素。(2)弹性势能:物体由于弹性形变而具有的能量叫弹性势能。“弹性形变”是判断物体是否具有弹性势能的依据。弹性势能的大小与物体的弹性及弹性形变程度有关,物体的弹性越强,发生的弹性形变程度越大,则物体所具有的弹性势能越大。21世纪教育网
【例1】汶川特大地震发生后,15位空降兵在极其恶劣的环境下实施伞降,打通了重灾区与外界的信息通道。空降兵在4 999 m高空跳离飞机后先加速下降,最后以较小速度平稳着陆。关于伞降过程中空降兵动能的变化,以下说法正确的是( )
A.越来越大 B.越来越小21世纪教育网
C.先增大后减小 D.先减小后增大
解:C 点拨:物体所具有的动能的大小由物体的质量和运动速度这两个因素决定,物体的质量越大,速度越大,物体所具有的动能越大。本题中空降兵在下落的过程中,质量不变,而速度先增大后减小,故所具有的动能也是先增大后减小,选项C正确。
考点2:探究动、势能的大小与哪些因素有关(实验考点、重点)
考点归纳与拔高:21世纪教育网
1.探究动能的大小与哪些因素有关:(1)探究方法:控制变量法、转化法。如图1—24-1所示,让同一钢球在斜面的不同高度处滚下;让质量不同的钢球从斜面的同一高度处滚下,钢球到达水平面后可推动木块做功,观察比较木块被推动的距离的大小,从而归纳得出影响动能大小的因素。(2)探究过程:①让同一钢球从斜面的不同高度处滚下,则钢球到达水平面时的速度不同,钢球滚下时所处的位置越高,则钢球到达水平面后的速度越大,钢球推动木块移动的距离也越大,如图l—24—1甲、乙所示。由此可得出:质量相同时,速度大的物体所具有的动能大;②让质量不同的钢球从斜面的同一高度处滚下,则钢球到达水平面时的速度相同,钢球的质量越大,则钢球推动木块移动的距离越大,如图l—24—1乙、丙所示,由此可得出:速度相同时,质量大的物体所具有的动能大。(3)探究结论:质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能也越大;运动速度相同的物体,质量越大,它的动能也越大。
( http: / / www.21cnjy.com )
2.探究重力势能的大小与哪些因素有关:(1)探究方法:控制变量法、转化法。如图1-24—2所示,让重物从高处自由下落,下落的重物对小方桌做功,比较小方桌在沙子中下陷的深度,归纳得出影响重力势能大小的因素;(2)探究过程:①让质量相同的重物从不同高处下落,如图1—24—2(a)、(b)所示,由此可得出:质量相同时,物体被举得越高,物体所具有的重力势能越大;②让不同质量的重物从同一高度处下落,如图l~24—2(c)、(d)所示,由此可得出:物体被举高度相同时,物体的质量越大,它所具有的重力势能就越大。(3)探究结论:物体的重力势能与物体的质量和被举高的高度有关,物体的质量越大,被举得越高,物体所具有的重力势能就越大。
( http: / / www.21cnjy.com )
【例2】小明为了探究动能的大小与哪些因素有关,他设计了如图1—24—3甲、乙所示的实验。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)让质量相同的两个小球沿同一光滑斜面分别从A处、B处开始向下运动,然后与放在水平面上的纸盒相碰,纸盒在水平面上移动一段距离后静止,如图甲所示。
(2)让不同质量的两个小球沿同一光滑斜面分别从B处开始向下运动,然后与放在水平面上的纸盒相碰,纸盒在水平面上移动一段距离后静止,如图乙所示。
上述甲、乙两组实验中: 21世纪教育网
(1)要探究动能与物体运动速度的关系应选用______图,选择的理由是:____________ 。
(2)乙图中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是____________ 。
(3)甲、乙两组实验可以得出的结论是________________________。
解:(1)甲;小球质量相同,高度不同,到达斜面底端与纸盒相碰时速度不同 (2)使小球到达斜面底端与纸盒相碰时速度相同 (3)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,它的动能越大
点拨:物体动能的大小与多个因素有关,所以探究动能的大小与哪些因素有关时,应该用控制变量法,例如:探究动能大小与速度的关系时,应保持质量相同,而让速度不同。沿光滑斜面下滑的物体,到达斜面底端时的速度大小只与下滑的高度有关,而与物体的质量无关。21世纪教育网
考点3:机械能及其转化(重点、热点)
考点归纳与拔高:
1.机械能:动能和势能统称为机械能。一个物体具有机械能有以下几种情况:(1)物体只具有动能。(2)物体只具有势能。(3)物体既具有动能又具有势能。物体所具有的机械能的大小等于它所具有的动能与势能的总和,即机械能=动能+势能。
2.机械能的转化:(1)动能可以转化为势能,势能也可以转化为动能。在动能与势能相互转化时,动能和势能的大小都要发生变化,一种形式的能量减小,另一种形式的能量增大,这也是判断动、势能是否相互转化的依据。(2)解答动能与势能相互转化的问题的分析方法是:首先分析决定动、势能大小的因素,再看这些因素中的哪些因素发生了变化,然后判断动、势能的大小如何变化,变小的量转化为变大的量。(3)在分析动、势能相互转化的问题时要注意,动、势能相互转化的过程中能量的守恒与变化,若在动、势能的转化过程中,除重力和弹力外没有其他外力做功,机械能的总量不变;若在动、势能的转化过程中,外力
对物体做功,则机械能的总量增加;若物体对外做功(如克服摩擦或空气阻力做功),则机械能的总量减少。解答本考点的有关题目时,要注意题目中“匀速”、“自由下落”、“光滑”等词语的含义。
【例3】图1—24—4所示的四幅图中属于动能转化为重力势能的是( )
( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com )
图1—24—4
解:C 点拨:物体的动能转化为重力势能的过程中,动能减小,重力势能增加,本题中,A选项是弹性势能转化为动能;B选项是重力势能转化为动能;C选项是动能转化为重力势能;D选项将动能转化为内能,故选项C正确。
三易点警示灯:物体匀速上升(下降)过程中能量的变化(易误点)
详释:有些同学由于对机械能的转化不理解,弄不清物体匀速上升(下降)过程中能量的变化情况,误认为物体匀速上升的过程中,动能转化为重力势能,物体匀速下降的过程中,重力势 能转化为动能。实际上,物体匀速上升时,速度不变,高度增加,在这个过程中,物体的动能不变,重力势能增加,物体所具有的机械能总量增加;物体匀速下降时,速度不变,高度减小,在这个过程中,物体的动能不变,重力势能减小,物体所具有的机械能总量减少。在只有动、势能相互转化的过程中,动能增加,则必定重力势能减小;重力势能增加,则必定动能减小,而机械能的总量保持不变。 21世纪教育网
【例4】华蓥市境内的华蓥山矿藏丰富,矿山工作车昼夜繁忙,其中李子垭煤矿的空中索道是连接山顶矿区和山下火车站的重要通道,当运矿车从山下沿索道匀速上山时( )
A.动能减少,重力势能减少21世纪教育网
B.动能增加,重力势能减少21世纪教育网
C.动能不变,重力势能增加21世纪教育网
D.动能减少,重力势能增加21世纪教育网
错解:D
错解分析:错解的原因是审题不认真,受思维定式影响。解答本题时,要注意“匀速上山”四个字的意义,由于运矿车速度不变、质量不变,其动能大小也不变;质量不变、高度增加,故其重力势能增加,C选项正确。
正确解法:C
二、综合运用考点
考点4:体育活动中的动、势能转化(学科内综合考点)
考点归纳与拔高:
在体育活动中,有很多项目涉及动、势能的转化问题,例如:荡秋千,蹦极,投掷铁饼、标枪、铅球、链球,跳高,跳水等。在近几年的中考中,有关体育活动中动、势能相互转化的题目经常出现,解答该类题目时,要认真审题、分析被研究对象的速度、高度等变化情况,运用动、势能及决定动、势能大小的因素等知识,作出正确的解答。
【例1】在北京奥运会上,我国蹦床运动实现零的突破,图l—24—5为蹦床运动员何雯娜从蹦床弹向空中表演技巧动作的过程中,则运动员具有的( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.动能增加,势能减少 B.动能增加,势能增加
C.动能减少,势能减少 D.动能减少,势能增加
解:D 点拨:运动员从蹦床弹向空中的过程中,动能减少,势能增加。
三、实际应用考点
考点5:机械能的相互转化在生活、生产中的应用
考点归纳与拔高:21世纪教育网
1.机械能的相互转化知识在日常生活、工农业生产、科学技术中有着广泛的应用,例如:汽车上坡时,动能转化为重力势能,所以汽车上坡前,司机要加大油门,提高车速,增加汽车的动能,从而在上坡时转化为较多的重力势能;人们在河流上修筑大坝,提高水位,增加水的重力势能,发电时,重力势能转化为动能,从而带动发电机发电;带有弹簧的门被推开后,能自行关闭,是弹性势能转化为动能。
2.本考点涉及的物理知识有:动能、势能的概念;决定动、势能大小的因素;机械能的转化。
本考点在中考中常结合生产、生活中的实例考查同学们应用所学知识分析、解决问题的能力。常见的题型有填空题、选择题、简答题、阅读理解题。
【例6】 为了2010年世博会的顺利召开,上海市政府预计在某路段修建地铁,图l—24—6所示是这类地铁的设计方案,进站与出站的轨道都与站台构成一个缓坡。为了充分利用能量,火车上坡前关闭发动机,由于惯性冲上缓坡,则上坡时火车的动能、重力势能分别( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.增大、减小 B.减小、增大
C.减小、减小 D.增大、增大
解:B 点拨:火车上坡前关闭发动机,靠惯性冲上缓坡,则在上坡的过程中,速度不断减小,而高度不断增加,所以上坡时,火车的动能减小,重力势能增加,故选项B正确。站台按本题图所示设计的好处是火车进站时,动能转化为重力势能,减少因刹车损失的机械能,出站时将储存的重力势能转化为动能,起到节能的作用。
Ⅲ 考生必知:课标新题型
课标新型题一:探究题
【例1】(实验探究题)图1—24-7甲是研究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置,实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下,打到同一个木块上。图l—24—7乙是研究“牛顿第一定律”的实验装置,实验中让同一钢球从斜面上相同的高度由静止滚下,在粗糙程度不同的平面上运动。请回答以下问题:
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)设计甲实验的目的是研究钢球动能的大小与_________的关系;设计乙实验的目的是研究运动的钢球速度减小的快慢与所受_________的关系。
(2)甲实验是通过木块被推动_________的大小,说明钢球对木块做功的多少,从而判断钢球动能的大小;乙实验是通过钢球在粗糙程度不同的平面上运动的远近,推理得出:在理想情况下,运动的物体如果_________,将永远做匀速直线运动。
(3)两个实验都涉及同一种物理方法,叫_________ 。
解:(1)速度;阻力 (2)距离;不受阻力 (3)控制变量法 点拨:图甲实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下,以使它们到达水平面推动木块时的速度不同,通过木块被推动距离的大小,说明钢球对木块做功的多少,从而判断钢球动能的大小。图乙实验中同一钢球从相同高度滚下,到达水平面的速度相同,但由于水平面粗糙程度不同,造成运动的远近不同,水平面越光滑,钢球运动越远,由此推理得出:运动的物体如果不受阻力,将永远做匀速直线运动。两个实验都涉及了控制变量法。21世纪教育网
课标新型题二:阅读理解题
【例2】阅读短文,回答下列问题。
过山车
当你在游乐场乘过山车奔驰之际,你是否会想到:过山车为什么不需要引擎来推动就能“翻山越岭”呢
过山车在开始旅行时,是靠一个机械装置推上最高点的,但在第一次下行后,就再没有任何装置为它提供动力了,从这时起带动它沿轨道行驶的唯一“发动机”就是重力势能。过山车的重力势能在处于最高点时达到最大值,当它开始下行时,它的势能不断减小,动能不断增大;由于摩擦,损耗了少'量的机械能,所以随后的“小山丘”设计的比开始时的“小山丘”低(如图l—24—8所示)。
( http: / / www.21cnjy.com )
像所有列车一样,过山车也安装了机械制动装置,使它在结束行程或在紧急情况下能够准确地停下来。21世纪教育网
(1)过山车通过A点向上运动过程中,动能_____(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)后面的“小山丘”设计的比开始时的“小山丘”低,是由于过山车运动过程中,将部分机械能转化为_____。
(3)过山车旅行过程中,遇到紧急情况能够及时停下来,是由于____________________。
(4)过山车第一次下行后,是利用_____作为“发动机”的;在生产与生活中,与过山车利用了相同“发动机”的有___________________________________ (举一例即可)。
解:(1)变小 (2)内能 (3)安装了机械制动装置 (4)重力势能;水力发电(或滑滑梯)
点拨:从A点向上运动,其速度在减小,动能在减小,而高度增加,重力势能在增大;过山车在运动中要克服摩擦阻力做功,将机械能转化为内能;过山车之所以能制动是由于有制动装置;开始启动时,过山车位于最高位置,是提高了其重力势能,下行时,重力势能转化为动能;利用重力势能的装置有水力发电(滑滑梯)等。
Ⅳ 考生必试:中考题
1.如图l—24—9所示,忽略空气阻力,由空中A处释放的小球经过B、C两位置时具有相同的( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.速度 B.动能 C.机械能 D.重力势能
2.上紧发条的玩具车在水平桌面上开始跑动时( )
A.弹性势能减小,动能增大
B.弹性势能增大,动能减小
C.弹性势能不变,动能减小
D.弹性势能减小,动能不变
3.一物体沿固定的粗糙斜面匀速下滑,物体在下滑的过程中( )
A.动能不变,势能减小,机械能不变
B.动能不变,势能减小,机械能减小
C.动能增大,势能减小,机械能不变
D.动能增大,势能减小,机械能减小
4.荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动,也是我国民族运动会的一个比赛项目。小丽同学荡秋千时的情景如图1—24一l0所示,在从右侧最高点荡到左侧最高点这一过程中,小丽的( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.动能一直增大,重力势能一直减小
B.动能一直减小,重力势能一直增大
C.动能先减小后增大,重力势能先增大后减小
D.动能先增大后减小,重力势能先减小后增大
Ⅴ 考生必闯:过关测验题
一、选择题
1.图l—24—11所示的事例中,物体机械能增加的是21世纪教育网( )
( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com )
图l—24—11
2.“神舟六号”载人飞船的返回舱下落到地面附近时,由于受到空气阻力而做减速运动。在减速下降的过程中,返回舱的( )
A.动能增大,势能减小 B.动能减小,势能减小
C.动能不变,势能减小 D.动能减小,势能增大
3.如图1—24—12所示,先用绳子把一个铁锁悬挂起来,然后把铁锁拿近到自己的鼻子,松手后,铁锁向前摆动又摆回来。有关铁锁在摆动过程中的能量转化,下列说法正确的是( )
( http: / / www.21cnjy.com )
A.铁锁回摆后能碰到鼻子,因为铁锁的机械能始终不变
B.铁锁下降过程中,重力势能转化为动能
C.铁锁上升到最高点,重力势能最小
D.铁锁下降到最低点,动能最小
二、填空题
4.四川汶川地震造成的唐家山堰塞湖水位不断上升,水的_____能增大,若一旦溃堤,奔流而下的水所具有的_____能会给下游造成巨大的损失。
5.2008年5月12日,四川汶川发生大地震。空军奉命执行任务。某空降兵和降落伞总重为800 N。刚跳下时,降落伞未打开,空降兵和降落伞做_____运动(填“加速”或“减速”);当降落伞加开后匀速下落时,空降兵和降落伞所受阻力为_____N。在整个下落过程中,一直减少的能量是_____能。
6.如图1—24—13所示,运动员射箭时用力将弓拉开,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。
( http: / / www.21cnjy.com )
7.一个小朋友从滑梯的顶端匀速地滑到滑梯的底部。在这个过程中,该小朋友具有的机械能_____ (填“增大”、“不变”或“减小”);能的转化情况是____________________。
8.苹果从树上掉下的过程中,它的_____ 能转化为_____能。
三、课标新型题
9.如图1—24—14所示,在“研究物体动能与哪些因素有关”的实验中,将A、B、C三个小球先后从同一装置的h、 h、h高处滚下(m= m< m,h= h> h),推动纸盒运动一段距离后静止。21世纪教育网
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)要研究动能与质量的关系,我们应选择_______________。
(2)从图中可以看出,A、B、C三个小球刚到达水平面时,______球的动能最大。
参考答案:
Ⅳ.l.C点拨:在忽略空气阻力的情况下,小球从空中自由下落,重力势能转化为动能,但机械能的总量不变,故C正确。
2.A点拨:玩具车开始跑动时,车内发条的弹性势能转化为车的动能,故A选项正确。
3.B21世纪教育网
4.D点拨:小丽从右侧最高点荡到最低点,重力势能转化为动能;从最低点荡到左侧最高点,动能转化为重力势能,故D正确。
V.一、1.A点拨:匀速上升的救灾物资动能不变,重力势能增加,故机械能增加;皮球在弹跳的过程中、飞船在下降过程中、滚摆在运动过程中,机械能都减少。
2.B点拨:返回舱减速下降过程中,速度与高度均减小,所以动能和重力势能都减小,故选项8正确。
3.B点拨:铁锁在摆动的过程中,因克服空气阻力做功,消耗一部分机械能,机械能不守恒,A选项错;铁锁在最高点时,重力势能最大,在下降过程中,把重力势能转化为动能,在最低点时,动能最大,B选项正确,C、D选项错。
二、4.重力势;动21世纪教育网
5.加速;800;重力势
6.弹性势;动;重力势 点拨:运动员用力将弓拉弯,弓具有弹性势能,在放开箭的瞬间,弓的弹性势能减小,转化为箭的动能;箭在空中向上飞行的过程中,高度越来越大,重力势能增大。
7.减小;机械能转化为内能
8.重力势;动
三、9.(1)A与C (2)C点拨:要探究动能的大小与质量的关系,应该在速度相同、质量不同的条件下,通过比较做功的多少来判断动能的大小,从而探究动能与质量的关系,从题图中可知,h=h,则A球与C球从斜面滚到水平面时,速度相同,由题意知,m>m,Ekc>EkA,所以要探究动能的大小与质量的关系应选A球与C球。从题图中看出三个小球从斜面上滚下后,C球对纸盒做的功最多,所以A、B、C三个小球刚到达水平面时,C球的动能最大。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品资料·第 9 页 (共 10 页) 版权所有@21世纪教育网