浙教版科学9上 3.2 机械能 创优同步学案（含解析）

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第2节　机械能
1．机械能：动能和势能统称为机械能。
(1)动能：物体由于__ __而具有的能量。
(2)重力势能：物体由于被__ __而具有的能量。
(3)弹性势能：物体由于发生__ __而具有的能量。
2．动能和势能大小的影响因素：
(1)影响动能的因素是物体的__ __。
(2)影响重力势能的因素是物体的__ __。
(3)同一物体的弹性__ __越大，其弹性势能越大。
3．动能和势能的相互转化
(1)动能转化为重力势能时，物体的速度不断____，高度不断____；重力势能转化为动能时，高度不断
____________，速度不断____________。
(2)动能转化为弹性势能时，速度不断____，弹性形变不断____；弹性势能转化为动能时，弹性形变不断________，速度不断________。
4．机械能守恒
(1)当物体只受重力和弹力时(不受阻力时)，机械能总量____。即动能减少多少，势能就增加多少；势能减少多少，动能就增加多少。
(2)物体受到摩擦力作用，那么在动能和势能相互转化过程中，机械能的总量减少。
常考1 学会用控制变量法探究物体动能或势能大小的影响因素
例题1、小静在观看台球比赛时发现：有时运动的白球去撞击一个静止的球后，白球会立即静止在碰撞时的位置，而被撞的球似乎接替了白球，沿白球原来的运动方向，以几乎相同的速度向前运动，如图甲所示。
小静想：白球碰撞后立即静止，被撞的球是以白球撞前相同大小速度运动出去的吗？
通过了解和初步实验，小静发现只有当体积和质量均相同的两球，而且球心在同一直线上相碰时，才可能出现上述现象。为进一步探究，她设计了下述实验方案：
将一个两端翘起、中间水平的轨道固定在水平桌面上，取两个相同的台球A、B，将B球静置于轨道的水平部分，A球置于轨道左端斜面上某处，测出该点到水平桌面的高度h1，如图乙所示，释放A球，撞击后，A球静止，B球向前运动并冲上轨道右端斜面能到达的最高点，测出该点的高度h2．通过比较h2与h1的大小关系即可作出判断。请你作答以下问题：
已知重力势能的计算公式为Ep=mgh，动能的计算公式为Ek=mv2，若轨道光滑，则碰撞
前瞬间A球运动速度的表达式VA=　 　；若h2=h1，则说明B球被撞后开始运动的速度
VB　　VA（选填“＞”、“=”或“＜”）。
（2）在实际实验中，测出的h2总小于h1，则导致这一现象的原因　 　。
【解答】解：因轨道光滑时，A球下滑的过程中重力势能全部转化为动能，
所以，Ep=Ek，即mgh1=mvA2，
解得：vA=；
若h2=h1，则最高点时A和B球的重力势能相等，
由上面的匀速可知，B球碰撞后的速度和A球碰撞前的速度相等，即vB=vA；
（2）实验中轨道的摩擦力是不可避免的，所以小球在滚动过程中要克服摩擦做功，损耗部分机械能，测出的h2总小于h1。
答案：（1）；=；（2）轨道有摩擦，小球的机械能不断减少。
常考2 知道动能和势能的相互转化及机械能守恒的条件
例题2、（2018 贵池区一模）如图所示，把篮球以一定的初速度抛向空中，忽略空气阻力，下列图中哪一个图象能正确反映篮球离手后至落回地面前机械能（E）与篮球离地面的高度（h ）的关系（　　）
A． B． C． D．
【解答】解：把篮球抛向空中，忽略空气阻力，只有动能和势能的相互转化，机械能守恒，机械能不变；所以只有A是正确的。
答案：A。
1．关于能的概念，下列说法中正确的是（　　）
A．势能相等的物体一定在同一高度
B．悬挂着的物体因为没有做功，所以没有能
C．在空中飞行的子弹，具有做功的本领，所以具有能
D．一个物体具有机械能，则这个物体一定既具有动能，又具有势能
2．如图所示，屹立在仙游菜溪岩上的“心动石”，给人以危险的感觉，原因是它具有较大的（　　）
A．内能 B．重力势能 C．动能 D．弹性势能
3．频闪摄影是研究物体运动的一种常见而有效的方法。频闪摄影的重要特点在于照相机总是每隔相等的时间就对运动物体拍摄一次，我们能够从这些不连续的图象中发现、揭示物体运动的规律。图是一张网球运动员击球过程的频闪摄影照片。根据频闪摄影的特点，观察球拍在a、b、c、d的运动情况，比较运动员在击球过程中，球拍具有最大动能的位置是（　　）
A．a B．b C．c D．d
4．两个相同的篮球，表面潮湿，从不同高度自由落至同一地面，留下的印迹如图所示。关于初始时篮球的重力势能，下列说法正确的是（　　）
A．两个一样大 B．落在a处的大 C．落在b处的大 D．无法比较大小
5．孔明灯俗称许愿灯，放孔明灯是我国的一种民俗文化。如图所示，孔明灯在点燃后加速上升的过程中，忽略其质量的变化，则孔明灯的（　　）
A．重力势能减少，动能减少 B．重力势能减少，动能增加
C．重力势能增加，动能减少 D．重力势能增加，动能增加
6．小明同学从距地面1m高的地方竖直向上抛出一块橡皮，橡皮离手后，在空中飞行到落地的过程中，不计空气阻力。动能Ek随时间t变化的曲线最接近的是（　　）
A． B． C． D．
7．高空抛物现象被称为“悬在城市上空的痛”，这是一种不文明的行为，会带来很大的社会危害，因为高处的物体具有较大的（　　）
A．重力 B．动能 C．惯性 D．重力势能
8．如图是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验示意图，下列说法错误的是（　　）
A．实验中的钢球A在斜面顶端具有的重力势能最大、动能最小
B．实验中物体动能的大小是通过木块B移动的距离来反映的
C．实验中让同一钢球分别从不同高度由静止开始滚下，钢球运动到水平面的速度相同
D．实验中让不同的钢球从斜面同一高度由静止开始滚下，这是为了探究物体的动能与物体的质量的关系
9．小明用图示装置“探究重力势能大小与质量的关系”，下列说法正确的是（　　）
A．实验研究对象是三脚小桌
B．让同一木块从三个不同的高度由静止下落
C．让质量不同的木块从不同的高度由静止下落
D．用三脚小桌下陷的深度来表示木块重力势能的大小
10．下列的物品中，不是利用弹性势能工作的是（　　）
A．撑杆跳高 B．跳板跳水 C．弓把箭射出 D．正在下落的雨滴
11．物体能够　 　，这个物体就具有能量。能的单位是　 　。一个物体　 　多，表示这个物体的能量越大。一个物体的机械能是指它的　 　。
12．一架正在升空的直升机，使该直升机向上升空的力的施力物体是　 　，它除了具有动能外，还具有　 　能。当飞行员从右侧舷窗看到的“天地分界线”从图甲变成图乙时，以“天地分界线”为参照物，飞机可能在　 　（向上爬升/向下俯冲）。
13．小汽车与摩托车以相同的速度行驶时，　 　具有的动能大。质量相等的实心铁球和木球放在同样高的桌面上，　 　具有的重力势能大。
14．足球运动是大家非常喜爱的一种竞技运动，如图是某球员传球时足球在空中的一段运动轨迹，当球在空中一段时间内，人相对于足球是　 　，图中其中A点的重力势能　 　（选填“大于”、“小于”或者“等于”）B点的重力势能。足球在下落的过程中机械能　 　（选填“增大”“减小”或“不变”）（不计空气阻力）
15．如图所示，一颗人造地球卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行。当它从远地点向近地点运动时，速度　 　，同时重力势能　 　（两空均选填“变大”或“变小”）。
16．如图甲所示，将一根弹簧和一只金属球（球上有一直小孔）套在铁架台的金属杆AB上面。将小球提到B端后松手，小球的高度随时间变化的情况如图乙所示。
（1）压缩的弹簧可以将小球向上弹起，说明弹性形变的物体具
有　 　能。
（2）小球离开弹簧后可以继续向上运动，但是每一次反弹的高度逐渐变小，说明此过程小球机械能　 　（选填“守恒”或“不守恒”）。
（3）若小球在t1时刻的动能为E1，在t2时刻的动能为E2，则E1　 　E2（选填“＞”、“＜”或“=”）。
17．下面，让我们来研究用器械捕捉老鼠的三种方法。
（1）如图a所示，在地面上放一个较重的罩，它的一端（如图a中的B点）用一根小棍支撑离地，小棍与细线相连，线的另一端拴着食物。当鼠入内吃食时，扯动细线，B端落地，将鼠封在罩内。
（2）图b画的是另一种捕鼠笼，笼门D被直杆AB拉起时拉弹簧E，用细杆CF上端的球C扣住杆的A端，当鼠入内吃F上的食物时，拉动杆CF，使环C释放A，门D在弹簧E的作用下关闭，将鼠囚禁在笼内。
（3）图c画的也是一个捕鼠装置，在深缸P的边沿上放一块长木板AB，AB的中点在缸沿上，当老鼠爬上木板去A端吃食时，木板失去平衡而使鼠掉入缸内。
根据以上介绍，请回答下列问题：上述3种捕鼠方法中，主要利用弹性势能捕鼠装置是　 　；主要利用重力势能捕鼠装置是　 　。（填序号）
　
参考答案
知识聚焦
1、运动;举高_;弹性形变;
2、质量和速度；质量和高度；形变
3、减小；增大；减小；增大；减小；增大；减小；增大；
4、不变
知能提升突破
1．【解答】解：A、势能与物体的质量和高度有关，判断大小不能只考虑一个，而忽视另外一个因素，故A错误；
B、悬挂的物体具有做功的本领，具有能量的物体能够做功，但不一定正在做功，故B错误；
C、空中飞行的子弹具有动能和重力势能，能够做功，故C正确；
D、动能和势能统称为机械能，因此一个物体具有机械能，这个物体可能具有动能，也可能具有势能，还可能同时具有动能和势能；故D错误；
答案：C。　
2．【解答】解：
A、根据内能的定义可知，静止的叠石确实具有内能，但其给人危险的感觉是由于其处于一定的高度容易落下来而造成的，这与其内能大小无关，即使其有再多的内能，若其在地面上，也不会给人危险的感觉。故A错误。
B、静止的叠石，由于其处于一定的高度，容易落下来，对外界做功从而造成危害，物体由于举高而具有的能量是重力势能。故B正确。
C、由于叠石是静止的，根据动能的定义可知，叠石不具有动能。故C错误。
D、由于叠石没有发生弹性形变，根据弹性势能的定义可知，叠石不具有弹性势能。故D错误。
答案：B。　
3．【解答】解：根据频闪摄影的特点，对照片进行观察，比较运动员在击球过程中球拍在a、b、c、d的平均速度的大小，c速度最大，a速度最小，因为屏闪的时间相同，故c的动能最大。
答案：C。　
4．【解答】解：篮球从静止开始下落，是由重力势能转化为动能；到达地面后，篮球撞击地面，是由动能转化为弹性势能；
根据篮球留下的印迹可知，a处的印迹大，说明篮球落在a处时具有的弹性势能大，所以其开始下落时具有的重力势能就大。
答案：B。　
5．【解答】解：孔明灯在加速上升的过程中，忽略其质量的变化，高度升高，则重力势能增加，速度增大，则动能增加。故ABC错误，D正确。
答案：D。　
6．【解答】解：橡皮上升的过程中，速度越来越小，动能越来越小，到达最高点，速度为0，动能为0，下落的过程中，速度越来越大，动能越来越大，所以动能是先减小，后增大，且落地点低于抛出点，末动能大于初动能。
答案：D。　
7．【解答】解：由题意可知，高空抛物现象只所以会造成危害，是因为物体被举高后具有了重力势能，而且物体的质量越大、高度越高，重力势能越大。
答案：D。　
8．【解答】解：
A、实验中的钢球A在斜面顶端时，钢球的高度最大，所以具有的重力势能最大，此时小球的速度为0，动能为0，即动能最小，故A正确；
B、实验中通过观察木块被撞击后运动的距离的大小来间接判断物体动能的大小，这种研究问题的方法是转换法，故B正确；
C、实验中让同一钢球分别从不同高度由静止开始滚下，钢球运动到水平面的速度不同，故C错误；
D、实验中让不同质量的钢球从斜面上相同的高度由静止滚下，小球撞击木块前的速度相同，质量不同，可以研究动能大小与质量的关系，故D正确。
答案：C。　
9．【解答】解：A、实验中让质量不同的木块从相同的高度落下，通过观察三角小桌下陷的深度来探究木块的动能大小与质量的关系，所以实验研究对象是木块，故A错误；
BC、探究重力势能大小与质量的关系，要控制木块所处的高度相同，质量不同，即让不同质量的木块从同一高度静止落下；故BC错误；
D、实验运用了转换法，通过观察三角小桌下陷的深度来探究木块的动能大小与质量的关系；故D正确。
答案：D。　
10．【解答】解：A、撑竿跳高是将弹性势能转化为了动能和重力势能；不符合题意。
B、跳板跳水是将弹性势能转化为了动能；不符合题意。
C、弓把箭射出是将弹性势能转化为了动能；不符合题意。
D、正在下落的雨滴是将重力势能转化为了动能；符合题意。
答案：D。
11．【解答】解：由能量的定义可知，一个物体能做功，我们就说它具有能量，简称能；能的单位是焦耳，简称焦；一个物体能做的功越多，表示这个物体的能量越大。
动能与势能统称机械能。
答案：对外做功；焦耳；能够做的功越；动能与势能的总和。　
12．【解答】解：（1）直升机飞行过程中，螺旋桨对空气施加向下的作用力，由于力的作用是相互的，空气对直升机产生向上的反作用力，也就是飞机的升力；
（2）直升机处于运动状态，所以有动能；同时直升机在空中，相对地面有一定高度，所以具有重力势能；
（3）当直升机斜向下俯冲时，飞行员以飞机为参照物时，将看到右侧舷窗看到的“天地分界线”左高右低，倾斜向上；
当直升机斜向上爬升时，飞行员以飞机为参照物时，将看到右侧舷窗看到的“天地分界线”左低右高，倾斜向下。如图乙所示。
（也可以这样理解，不管战斗机如何飞行，“天地分界线”始终是水平的，可旋转书本，将乙图中的“天地分界线”调至水平位置，此时飞机左侧（机头方向）向上扬起。）
答案：空气；重力势；向上爬升。　
13．【解答】解：小汽车与摩托车以相同的速度行驶时，速度相同，小汽车的质量大，因此小汽车具有的动能大；
质量相同的实心铁球和木球，铁的密度大于木的密度，根据公式m=ρV知木球的体积大，两球放在同样高的桌面上，木球的重心较高，重力势能大。
答案：小汽车；木球。　
14．【解答】解：
（1）当球在空中一段时间内，人与足球间的位置不断变化，所以人相对于足球是运动的；
（2）由图可知，A点的高度高于B点的高度，球的质量不变，所以A点的重力势能大于B点的重力势能；
（3）足球在下落的过程中，不计空气阻力，则足球的机械能守恒，即机械能不变。
答案：运动；大于；不变。　
15．【解答】解：卫星从远地点到近地点运动过程中，速度变大，高度减小，重力势能减小，动能变大，重力势能转化为动能。
答案：变大；变小。　
16．【解答】解：
（1）压缩的弹簧可以将小球向上弹起，说明它具有弹性势能；
（2）小球离开弹簧后可以继续向上运动，但是每次小球反弹的高度逐渐变小，因为在此过程中小球的机械能转化为内能，说明此过程小球机械能不守恒；小球在整个过程中机械能越来越少，所以动能也逐渐减小，所以第一次接触地面（但还没有发生弹性形变），也就是t1min时动能最大，故小球在t1时刻的动能为E1，在t2时刻的动能为E2，则E1＞E2。
答案：（1）弹性势；（2）不守恒；（3）＞。
17．【解答】解：b图中当鼠入内吃F上的食物时，拉动杆CF，使环C释放A，门D在弹簧E的作用下关闭，弹簧的弹性势能转化为门的动能，使门关闭；
a图中当鼠入内吃食时，扯动细线，B端落地，重力势能转化为动能。
c图中当老鼠爬上木板去A端吃食时，超过木板的重心，木板失去平衡而使鼠掉入缸内。
答案：b；a。
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