第2节 机械能（功能转换之机械能）学案（无答案）

机械能及能量转换

【知识梳理】
能量的储存形式
光能、热能（内能）、化学能、动能、势能、电能、风能、太阳能、核能等；
机械能

1、动能和势能统称为机械能，机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。
一个物体具有机械能时，可以表现为只有动能，没有势能。例如，在水平地面上运动的物体，它的动能为200J，势能为零，这个物体的机械能为200J+0，等于200J。
一个物体具有机械能时，也可以表现为只有势能，没有动能。例如，被举在空中静止的杠铃，它的动能为零，重力势能为6000J，那么这个杠铃具有的机械能是6000J+0，为6000J。
一个物体既有动能，又有势能，它的机械能等于它的动能与势能之和，比如，在空中飞行的一颗子弹，它的动能是5000J，势能是150J，那么这颗子弹的机械能是5150J。
一切物体可以既具有动能又具有势能，也可以只具有动能或只具有势能。机械能大小的决定因素：质量、速度、高度、形变量。


例题讲解：
考点一：动能和势能
1、下面物体中，只具有动能的是______；只有势能的是______；既具有动能、又具有势能的是（ ）
A.停在地面上的汽车 B.在空中飞行的飞机
C.被起重机吊在空中静止的货物 D.弹簧 E.在水平铁轨上正行驶的火车
2、判断下列几种情况下，物体的动能、势能是否变化？是增加还是减少？
（1）货物在钢丝绳的牵引下上升，但速度在减小 （2）电梯上升得越来越快
（3）汽车在平直公路上匀速前进 （4）弯曲的钢锯条在逐渐变直

考点二：动能和势能相互转化的问题
在动能和势能的相互转化过程中，机械能是否一定保持不变？
在动能和势能的转化过程中，若不考虑转化过程中的能量损失，则机械能的总量保持不变；在转化过程中若有能量损失（如克服阻力做功）或其他形式能的补充，则机械能的总量将发生变化。
在做滚摆的实验时，可以看到滚摆从高处旋转下降，越转越快，它的重力势能转化成了动能；到达最低点后，滚摆转而上升，它越转越慢，滚摆的动能又转化成重力势能。但滚摆不能回到原来的高度上，这表明滚摆的机械能减小了。这是因为滚摆与绳之间有摩擦，滚摆在运动中还受到了空气阻力，由于克服阻力做功，使滚摆的一部分机械能转化成其它能（内能），它的机械能总量就减小了，不再保持不变。



典型例题讲解：
题型一：滚摆问题
1、如图1是研究滚摆运动的实验，在滚摆向上运动的过程中，若不计阻力，下列说法中正确的是
A．动能转化为重力势能，机械能不变 B．动能转化为重力势能，机械能增加
C．重力势能转化为动能，机械能不变 D．重力势能转化为动能，机械能减速
2、如图2所示，摆球运动到最高点A点时，势能最______，动能为______；摆球从A点运动到B点的过程中，是______转化为______；在B点时势能为______，摆球的速度最______；当摆球运动到C点时，此时势能为______，动能为______。
题型二：斜面问题
1、如图3所示，A、B、C是三个高度相同而倾角不同的光滑斜面，让质量相同的小球沿斜面从顶端运动到底端，比较小球滚到底端时速度大（ ）
A.在A的速度最大 B.在C点的速度最大
C.在A、B、C三点速度相同 D.无法判断
2、如图4所示，让一个小球分别沿着光滑的斜面BA或BC滚下，比较小球滚到A处与C处的速度大小是（ ）
小球在A点的速度大于在C点的速度 B.小球在A点的速度等于在C点的速度
C.小球在A点的速度小于在C点的速度 D.无法判定
题型三：弹簧问题
1、（2011浙江绍兴，第20题）如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在一压力传感器上，压力传感器是电阻阻值随受到压力的增大而减小的变阻器（压力不超过最大值），压力传感器、电流表、定值电阻和电源组成一电路。压力传感器不受力时电流表示数是I0。t=0时刻，将以金属小球从弹簧正上方某一高度由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。整个过程中，不计能量损失，电流表示数I随时间t变化的图像如图乙所示：则（ ）
A.t1时刻，小球动能最小 B.t2时刻，弹簧的弹性势能最小
C.t2～t3这段时间内，弹簧的弹性势能先增加后减少
D.t2～t3这段时间内,小球增加的动能小于弹簧减少的弹性势能
2、图是“蹦极”的示意图，a点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，b点是蹦极者速度最大的位置，c点是蹦极者下降的最低点。则下列说法正确的是
A．蹦极者是靠惯性通过a点的，a点的合力最大
B．蹦极者在b点所受的合力最大
C．从a点到b点，蹦极者的动能转化为绳的弹性势能
D．从b点到c点，蹦极者的动能和重力势能转化为绳的弹性势能
3、掉在水平地面上的弹性小球会被弹起，而且弹跳的高度会越来越低。图8所示是小球弹跳的频闪照片，MN为等高线，小球在3、5位置的高度一样。下面说法正确的是
A．小球在位置4时的势能最大
B．小球3和5比较，它们的机械能相同
C．小球3和5比较，在位置5时动能较小
D．小球从位置1到位置2的过程中，势能全部转化为动能
跟踪训练；
1、对于下面四幅图的理解，正确的是（　　）







A．图甲中改变木板倾角α时，悬挂小球的细线总是竖直的，说明重力方向是一定的
B．图乙中蹦床运动员在上升过程中，重力势能转化为动能
C．图丙中房屋建在承受面积更大的地基上，是为了减小对地面的压力
D．图丁中用鼻子嗅气味来鉴别醋和酱油，是因为醋分子是运动的，而酱油分子不运动
2、关于能量及能量之间的转化，下列说法正确的是
A．火山具有内能，冰山不具有内能 B．火箭在加速上升时，机械能保持不变
C．拦河大坝使水位升高，增加了水的重力势能
D．坠落的陨石在空中划过一道亮光时，内能转化为机械能
3、如图所示，小明在玩蹦蹦杆，在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化是（???）
A．重力势能减小，弹性势能增大
B．重力势能增大，弹性势能增大
C．重力势能减小，弹性势能减小
D．重力势能增大，弹性势能减小
4、跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员（???）
A．起跳后升空的过程中，重力势能转化为动能
B．A点处的机械能小于最高点处的机械能
C．经过最高点时动能为零
D．落地点时重力势能最小
5、如图5所示，小球从离地h的高度沿着光滑的轨道滑下，使小球滑到光滑的离心轨道顶端A而不下落，此时（ ）
A.小球既有势能，又有动能 B.小球只有势能，没有动能
C.小球只有动能，没有势能 D.以上说法都不正确
6、如图所示，一根不可伸长的细绳一端固定在0点，另一端系一小球，正下方点的正下方固定有一枚钉子P。位置1在O点的正下方，位置3与A点等高，位置5是A与1之间的某点位置2是1与3之间的某点，位置4是高于3的某点。不考虑空气阻力及摩擦，小球从A点静止释放………………………………( )
A．第一次过位置l后最高能到达位置2 B. 第一次过位置1后最高能到达位置4
C. 第二次过位置1后最高能到达位簧5 D. 第一二次过位嚣1后龌高能到达位置A


功
1.、功：物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过一段距离，我们就说这个力对该物体做了功。力做功也常说成物体做功。如果物体移动的方向与力的方向相反，则称物体克服该力做功。
2.、做功的两个必要因素：
（1）作用在物体上的力；
（2）物体在力的方向上通过的距离
3、几种不做功的情况：
（1）物体没有受到力的作用，但因为惯性通过一段距离；（F=0）
（2）物体受到力的作用，但没有移动距离；（s=0）
（3）物体受到了力的作用，同时也运动了一段路程，但在力的方向上没有通过距离；（力和通过的距离方向垂直）（F⊥s）
4、 功的计算
在力学中规定：
（1）功的大小：功等于力和物体在力的方向上通过的距离的乘积。
（2）计算公式：功=力×距离，即W=Fs
（3）功的单位：焦耳，简称焦（J） 1焦=1牛?米
（体会1焦的大小：把2个鸡蛋举高1米，做的功大约是1焦）（介绍人物焦耳）
5、功和能的关系
（1）能：物体具有做功的本领，就说物体具有能（单位：焦耳）。
（2）做功的过程实质上就是能量转化的过程。
（3）功用来量度——能量转化的多少。

常错例题分析：
1、某人用50 N的水平拉力，拉着100 N重的物体A在水平地面上前进5 m，则（ ）
A.拉力对物体做功是500 J,重力对物体没有做功 B.拉力对物体做功是250 J,重力对物体做功是500 J
C.拉力对物体做功是250 J,重力对物体没有做功 D.拉力对物体做功是750 J,重力对物体没有做功
2、一个足球运动员用100N的力踢一个重为5N的足球，球离脚后在水平草地上向前滚动了30m．在球滚动的过程中，运动员对足球做的功为( )
A．3000J????B．500J????C．150J????D．0J
3、如图所示，把同一物体G分别沿着光滑的斜面AD、BD、CD从底端匀速拉到顶端，拉力所做的功（ ）
A.沿AD斜面拉时最多 B.沿BD斜面拉时最多
C.沿CD斜面拉时最多 D.沿AD、BD、CD斜面拉时一样多
4、小明用100 N的力猛踢一个静止在水平草地上的重为6 N的足球，球离脚后在草地上前进了25 m，则人对足球做的功是（ ）
A.0J B.150J C. 2500J D.条件不足，无法判断?
5、如图所示，三物体在相同的力F作用下沿力的方向移动了距离s，力对物体做功为W1、W2、W3，则W1、W2、W3的关系为 。

6、子弹在枪膛内受火药爆炸后产生的气体的平均推力是800牛，子弹的质量为20克，枪膛长55厘米，射出后子弹在空中飞行了80米，则气体对子弹所做的功是多少？






五、功率
1. 引入：反映该物体做功的快慢的科学量（功率也表示了能量转化的快慢）
2. 定义：单位时间里完成的功叫功率。
3. 计算公式：
（1）定义式：功率＝功/时间 P＝W/t
（2）推导式：（注意：F与v同方向！）
（物体在拉力F的作用下，以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动，则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积。在功率P一定时，力F与速度v成反比。当汽车上坡时，司机采取换挡的办法，减小速度，以获得较大的牵引力。）
4. 单位：瓦特（W）或焦/秒（J/s）或牛·米/秒（N·m/s）
——说明科学量的单位可以通过推导的公式来获得
1瓦特＝1焦耳/秒，1千瓦＝1000瓦，1兆瓦＝106瓦特。
介绍：功率是机器的主要技术性能之一，选购机器考虑它的功率时要从实际出发。

例题讲练：
1、 一台机器功率是1000瓦特，它的意思是（ ）
A. 这台机器每次只能做1000焦耳的功 B. 这台机器每小时能做1000焦耳的功
C. 这台机器每秒钟能做1000焦耳的功 D. 这台机器每秒钟能做1000瓦特的功
2、甲物体重100牛，乙物体重50牛，用20牛的水平拉力分别拉甲、乙两物体，使甲物体在粗糙水平面匀速移动10米，使乙物体在光滑水平面加速移动10米，则拉力对甲、乙两物体所做的功较多的是（ ）
A. 甲 B. 乙 C. 一样多 D. 无法判断
3、甲、乙两个集装箱质量相同，用起重机将甲集装箱以0.5米/秒的速度提升10米，再将乙集装箱以1米/秒的速度提升相同的高度，那么起重机（ ）
A. 第一次做的功多，功率大 B. 第二次做的功多，功率大
C. 两次做功一样多，功率一样大 D. 两次做功一样多，第二次功率大
4、功率相等的两辆汽车，在相等的时间内匀速通过的距离之比为3：2，则（ ）
A. 两辆汽车的牵引力之比为3：2 B. 两辆汽车的牵引力之比为2：3
C. 两辆汽车做功之比为3：2 D. 两辆汽车做功之比为2：3
5、高出水面30米处有一个容积是50米3的蓄水池，要用一台离心式水泵抽水给蓄水池，1小时能把水池充满即可，这台水泵的功率至少是多少千瓦？


6、一辆汽车在平直公路上匀速行驶，速度为36千米/时，牵引力为6000牛，求①5分钟内汽车牵引力做的功；②汽车的功率。


7、子弹在枪膛内受火药爆炸后产生的气体的平均推力是800牛，子弹的质量为20克，枪膛长55厘米，射出后子弹在空中飞行了80米，则气体对子弹所做的功是多少？