第15讲 机械能本讲内容主要以选择题和填空题的形式考查动能和势能之间的转化，实验探究动能的大小与哪些因素有关、重力势能的大小与哪些因素有关，对机械能守恒作简单的了解．考试说明1.知道动能、势能和机械能．通过实验，了解动能和势能的相互转化.2.举例说明机械能和其他形式能量的相互转化.动能、势能能量定义物体能够______，我们就说这个物体具有_______，简称________单位能量的单位是_______，符号是____功与能量关系一个物体能够做的功越多，表示这个物体的能量越大动能定义物体由于_____而具有的能，叫做动能探究物体的动能跟哪些因素有关探究方法：控制变量法、转换法，即物体动能的大小通过观察__________来判断实验过程：①让同一钢球从不同的高度滚下，探究物体动能与其_____的关系；②让质量不同的钢球从同一滚下，目的是_________________，探究物体动能和其质量的关系结论：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，它的动能越大重力势能定义物体由于________而具有的能，叫做重力势能影响因素物体的________越大，_______越高，它具有的重力势能就________比较方法相同质量时比较________；举起相同高度时比较___________弹性势能定义物体由于____________而具有的能，叫做弹性势能影响.因素物体的________越大，它具有的弹性势能_________ 【提示】 一般而言，规定物体在“水平地面”上的重力势能为零． 机械能及其转化机械能定义______、______和_______统称为机械能单位________，符号____________机械能转化动能与重力势能之间相互转化转化的规律是减小的能量转化为增大的能量动能与弹性势能之间相互转化人造地球卫星能量转化从近地点→远地点：_____能转化为______能从远地点→近地点：______能转化为_____能机械能守恒如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和保持________________ 【提示】 题中如果有“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．7\n命题点1 理解动能、势能、机械能 (2022·安顺)如图所示，氢气球释放后，若它的运动可看成是匀速上升，则上升过程中氢气球的动能______，机械能______．(填“增大”“不变”或“减小”)．点拨：氢气球在匀速上升的过程中，质量不变、速度不变，因此动能不变；但高度增大，重力势能增大，而机械能是动能和势能的总和，因此机械能增大．1．(2022·黔南)如图所示的是运动员在铅球比赛中的场景．铅球离手后，在空中飞行过程中动能EK随时间t变化的曲线最接近的是( ) 2．(2022·遵义)2022年6月16日“神舟九号”载人飞船成功发射，完成任务后宇航员乘返回舱安全返回，返回舱到达离地面一定高度时打开降落伞，受到空气的阻力而匀速下落，在匀速下落过程中，返回舱的动能____，机械能______．(填“增大”“不变”或“减小”)3．(2022·河池)2022年12月14日，“嫦娥三号”探测器在月球表面着陆．着陆前速度从1700m/s逐渐减小到0(以月球为参照物)，悬停在距月球表面100m高处．“嫦娥三号”探测器所载的“月兔”号月球车在减速下降过程中重力势能________，动能________．(填“增大”“不变”或“减小”)命题点2 机械能及其转化 (2022·贵阳)如图所示，材质均匀的弧形轨道固定在水平平面，将小球置于轨道的A点，小球具有的机械能为100J，让小球从A点由静止开始滚动，到右侧所能达到的最高位置B点时，具有机械能为80J，随即小球向左侧滚动，当滚动到左侧所能达到的最高位置时，它具有的机械能可能是(不计空气阻力)( )A．80J B．70J C．60J D．50J点拨：动能和重力势能转化的过程中，如果没有能量损失，机械能是守恒的．但在实际中动能和势能相互转化时会有一部分转化成其他形式的能，使机械能的总量减小．4．(2022·黔东南)如图所示，已知人造地球卫星绕地球运行的轨道是椭圆形的，有一近地点和远地点，下面关于卫星的说法正确的是( )7\nA．当卫星从远地点向近地点运动时，速度变大B．当卫星从近地点向远地点运动时，速度变大C．当卫星在远地点时，动能最大，重力势能最小D．当卫星在近地点时，动能最小，重力势能最大5．(2022·黔南)2022年4月27日夜冰雹狂风突袭黔南，发生的许多现象与物理有关．冰雹是由高空中的过冷水滴________(填物态变化名称)形成的；掉在地上的冰雹会反弹起来，在上升过程中将________能转化为________能；都匀大龙大道旁边的许多板房的顶棚被狂风卷起，这是因为顶棚上方空气流速较快，压强________造成的．6．(2022·莆田)莆田是国家级射箭训练基地，2022年3月份全国射箭冠军赛在我市举行．如图甲，拉满的弓箭射出，是弓的 能转化为箭的________能．手在拉弦的同时感到弦也在拉手，这是由于物体间力的作用是________的．如图乙，运动员拉弦的手要戴上“护指”，这是通过增大手的受力面积来________(填“增大”或“减小”)弦对手的压强．命题点 探究动能跟哪些因素有关动能的大小与物体的质量和速度有关，因此本实验的探究方法是控制变量法．探究动能与质量的关系时，要让质量不同的小球分别从斜面的同一高度自由滚下，目的是保证小球到达水平面时的速度相等．探究动能与速度的关系时，让同一个小球分别从斜面的不同高度滚下，这样保证质量相同．通过小球推动物块移动的距离来判断小球的动能大小．注：本实验是探究小球(非物块)的动能与哪些因素有关，这点学生需弄清楚． (2022·贵阳)老师利用如图甲所示的装置演示动能与重力势能的相互转化后，小光想：小球在摆动过程中的机械能的大小是否与细线的长度有关呢？为了探究此问题，他设计了以下实验装置：将无弹性的细线上端固定在铁架台上，下端拴住小球，使小球摆动到最低点时恰好撞击静止在水平桌面上的木块，如图乙所示．(不计细线固定端的摩擦与空气阻力)(1)小光将长为l的细线拉至水平状态静止时，小球具有的机械能是以________能的形式存在．(2)释放小球后，木块被小球撞击并在水平桌面上滑动了一段距离s，在此过程中木块克服______力做功．(3)小光多次改变拴小球的细线长度，并调整细线固定端的位置，每次均将小球拉至细线处于水平状态时自由释放，使它摆动到相同的最低点撞击同一木块，测出木块被撞击后的运动距离，通过比较运动距离的长短来判断小球具有的机械能大小，请你分析小光的实验方案是否可行？________，理由是：________________________________________________________________________.(4)小光想：细线没有弹性，如果换成长度为l′(l′<l)的橡皮筋拴住小球，并保持小球在第(1)问的水平高度静止(如图丙所示)，自由释放小球后，若仍能摆动到原来的最低点撞击同一木块，那么借助橡皮筋的弹性应该能使木块运动的距离大于s.请你从能量转化的角度分析这一设想是否正确？_________________________________________________________________________.7\n本实验要应用控制变量法，要控制物体的质量和撞击木块时的速度不变．另外探究动能与质量的关系时，要让质量不同的小球分别从同一斜面的同一高度自由滚下；探究动能与速度的关系时，让同一个小球分别从同一斜面的不同高度滚下．(2022·眉山)为探究“动能大小的影响因素”，科学小组利用斜面、钢球、木块等器材做了如图所示的实验．(1)实验中通过比较木块____________来判断钢球动能的大小．(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；比较甲、乙两图，得到的结论是____________________________________________________.(3)由实验中钢球撞击木块做功，同学们联想到汽车撞击行人出现交通事故的情景，并猜想到交通事故的危害程度与“超载”、“超速”有关．进一步探究，获得了表格内的数据：实验序号小球的质量m/g小球自由滚下的高度h/cm木块被撞后运动的距离s/m甲202016乙20104丙402032 分析表格内的数据可知，利用甲、丙两次实验可验证危害程度与________(填“超载”或“超速”)有关；在质量和速度两个因素中，对动能影响较大的因素是________，理由是________________________________________________________________________．一、选择题1．(2022·南通)蹦床比赛时，从接触蹦床到运动至最低点的过程中，运动员的( )A．动能增大B．动能转化为重力势能C．机械能增大D．机械能转化为蹦床的弹性势能2．(2022·贵阳)如图所示，是国产歼－15舰载机正在“辽宁号”航母上进行阻拦着舰时的情景：战机呼啸着舰，机尾挂钩精准钩住阻拦索，在阻拦索的拉力帮助下，使战机在航母的飞行甲板上短距离滑行便停下来．根据对舰载机着舰过程的介绍可判断，舰载机在滑行过程中( )A．受平衡力的作用B．其机械能逐渐减小C．使“辽宁号”航母的内能减小D．使“辽宁号”航母的机械能减小7\n3．(2022·潍坊)在索契冬奥会上，我国选手贾宗洋在自由式滑雪比赛中获得铜牌．他在比赛过程中运动的轨迹(a→b→c→d→e)如图所示，如果不计空气阻力，则对贾宗洋运动描述错误的是( )A．从a点下滑到b点过程中，动能增加B．从b点运动到c点过程中，重力势能增加C．在c点的机械能等于d点的机械能D．在a点的重力势能等于c点的重力势能4．(2022·营口)在电影《斯巴达三百勇士》中，波斯军队用投石车投出巨石来攻击斯巴达克城的城墙，在巨石被投出到击中城墙的过程中，下列说法正确的是( )A．巨石在最高点时动能最大B．巨石在最高点时重力势能最小C．巨石的动能先增大后减小D．巨石的重力势能先增大后减小 5．(2022·聊城)如图所示，捻动滚摆的轴使其升高后释放，观察滚摆运动过程，长时间后滚摆停止上下滚动．下列说法正确的是( )A．滚摆下降时，重力势能减小，动能减小B．滚摆到最低点后又上升，重力势能转化为动能C．滚摆整个运动过程中，机械能守恒D．滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能减小二、填空题6．(2022·黔东南)1970年4月24日，我国成功发射了第一颗人造地球卫星．如图所示，已知人造地球卫星沿椭圆轨道运行．其近地点距离地面的高度439km，远地点距离地面高2384km，卫星在近地点时动能________，在远地点时势能________，(前两空填“最大”或“最小”)从近地点向远地点运动的过程中，________转化为____________．(后两空填“动能”或“重力势能”)7．(2022·邵阳)如图，被压弯的撑竿恢复原状时，使船离岸．这个过程中，撑竿的弹性势能转化为船的________能．7\n8．(2022·张家界)高速公路上行驶的车辆不能超速超载：不能超速是因为当车的质量一定时，________越大，动能越大，行驶时就越危险；不能超载是因为当车的速度一定时，________越大，动能越大，行驶时就越危险．9．(2022·常州)美国正在实验助推火箭无损回收技术：火箭将飞船推送至一定高度；箭船分离，火箭停止喷火、落向地面；接近地面时，火箭再次消耗燃料、向下喷火，并以2m/s的速度匀速下降，如图所示．匀速下降时，火箭的动能________，重力势能________．(填“变小”“不变”或“变大”)三、简答题10．(2022·毕节)如图是洪家渡水电站，针对大坝涉及的物理知识，回答下列问题．(1)问题：水电站中的发电机是利用什么原理制成的？回答：________________________________________________________________________.(2)请从机械能的角度提出一个问题并回答．问题：________________________________________________________________________?回答：________________________________________________________________________.四、实验探究题11．(2022·日照)一物理兴趣小组“探究物体的动能和哪些因素有关”的过程如下：a．如图甲，让质量不同的钢球分别从同一轨道、同一高度由静止开始滚下，撞击水平轨道左端的物块B，比较物块B滑行距离的远近；b．如图乙，让质量相同的钢球分别从同一轨道、不同高度由静止开始滚下，撞击水平轨道左端的物块B，比较物块B滑行距离的远近；c．分析实验结果，形成结论；d．实验反思．该小组进行了以下实验反思：(1)质量不同的钢球分别从同一轨道、同一高度由静止开始滚下，撞击水平轨道上同一位置处的物块B，强调三个“同一”是为了保证钢球撞击物块B时具有相同的________．(2)如果影响一个物理量的因素存在两个或两个以上，当研究这个物理量与这些因素的关系时，常采用类似本实验的做法，这种实验方法是________．(3)组内有的同学认为水平面是光滑的更有助于完成本实验，小明不同意这个观点．小明认为如果水平面是光滑的，物块B将一直运动下去，无法比较其滑行距离的远近．小明的理论依据是________(填写定律名称)．(4)如果水平面光滑，小明同学提出了解决方案，可以在水平轨道右侧固定一轻弹簧(如图丙)，利用弹簧被压缩的长度反映小球动能的大小．在小球向右压缩弹簧的过程中，小球的动能和弹簧的弹性势能之和将______(填“变大”“变小”或“不变”)．7\n参考答案考点解读考点1 做功 能量 能 焦耳 J 运动 木块被推动的距离 速度 高度 使两球到达水平面时的速度相同 高度 质量 举得 越大 举高的高度 物体质量 发生弹性形变 弹性形变 越大考点2 动能 重力势能 弹性势能 焦耳 J 动 重力势 重力势 动 不变各个击破例1 不变 增大题组训练 1.A 2.不变 减小 3.减小 减小例2 B题组训练 4.A 5.凝固 动 重力势 较小 6.弹性势 动 相互 减小实验突破例 (1)重力势 (2)摩擦 (3)不可行 细线变化后小球处的高度会有变化，重力势能会改变，达到最低点撞击木块时的动能会有不同 (4)小球往下摆动时会有一部分能量转化成橡皮筋的弹性势能，使撞击木块时的动能减小，使木块运动的距离应该会小于s拓展训练 (1)被推动距离 (2)速度 质量相同时，速度越大，动能越大 (3)超载 速度 动能与物体速度的平方成正比整合集合1．D 2.B 3.D 4.D 5.D 6.最大 最大 动能 重力势能 7.动 8.速度 质量 9.不变 变小 10.(1)发电机是利用电磁感应原理工作的 (2)大坝为什么要建得很高 是为了提高水位，增大重力势能 11.(1)速度 (2)控制变量法 (3)牛顿第一定律 (4)不变7
