4機械能（原卷版）

一、機械能及其轉化1、機械能（1）定義∶動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機械能。（2）單位∶焦耳，簡稱焦，符號是J。（3）大小∶機械能=動能+勢能。（勢能包括重力勢能和彈性勢能）【注釋】①對機械能的理解一個物體可以同時具有動能和勢能，如天空中飛行的飛機、跳水過程中的運動員等;也可以只具有動能或只具有勢能，如在水平地面上行駛的汽車只具有動能，吊在天花板上的燈只具有重力勢能。②機械能的決定因素機械能由動能和勢能（包括重力勢能和彈性勢能）共同決定。由于動能與質量和速度有關，重力勢能與質量和高度有關，彈性勢能與彈簧的彈性形變程度有關，因此機械能的決定因素有質量、速度、高度、彈性形變程度等。2、動能和勢能的相互轉化（1）動能和重力勢能的相互轉化單擺實驗：如圖所示，將擺球從A點靜止釋放，擺球從A點擺向最低點B的過程中，位置越來越低，速度越來越快，所以重力勢能逐漸減小，動能逐漸增大，重力勢能轉化為動能;從B點擺向C點的過程中，位置越來越高，速度越來越慢直至為零，所以重力勢能逐漸增大，動能逐漸減小，動能轉化為重力勢能。除此之外，常見的動能和重力勢能相互轉化的例子還有滾擺、過山車等。（2）動能和彈性勢能的相互轉化小球碰撞彈簧實驗：如圖所示，從斜面上滾下的小球從接觸彈簧到把彈簧壓縮到最短的過程中（圖甲→乙），小球速度越來越小，彈簧的形變越來越大，即小球的動能減小，彈簧的彈性勢能增大，小球的動能轉化為彈簧的彈性勢能;彈簧從最短到恢復原狀的過程中（圖乙→丙），彈簧的彈性形變越來越小，小球的速度越來越大，彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能。另外，籃球落地反彈的過程、撐竿跳高的過程中也發(fā)生了動能和彈性勢能的相互轉化。【對動能和勢能相互轉化過程的理解】（1）在動能和勢能相互轉化的過程中，只要其中一種能量在減少，另一種能量就在增加;（2）動能和勢能的轉化可以發(fā)生在同一物體之間，比如單擺實驗中擺球的動能和重力勢能的相互轉化;也可以發(fā)生在不同物體之間，比如小球碰撞彈簧實驗中小球的動能與彈簧的彈性勢能的相互轉化。3、機械能守恒（1）機械能守恒∶大量研究結果表明，如果只有動能和勢能相互轉化，盡管動能、勢能的大小會變化，但機械能的總和不變，或者說，機械能是守恒的。（2）機械能守恒的條件∶機械能守恒是有條件的，只有動能和勢能相互轉化時，或者說只有重力和彈力做功時，機械能才守恒。【機械能不守恒的情況】①受到阻力作用的物體機械能不守恒。如果運動的物體受到摩擦或空氣阻力，機械能就會轉化為其他形式的能，從而使機械能逐漸減小，不再守恒。如落地的籃球越跳越低，最終靜止在地面上，機械能逐漸減小。②有重力或彈力以外的力對物體做功時，機械能不守恒。二、動能1、概念∶物體由于運動而具有的能，叫做動能。2、具有動能的物體∶一切運動的物體都具有動能。如風吹動帆船，使肌船前進，風對帆船做了功，說明流動的空氣具有能量（動能）;子彈擊穿蘋果，子彈對蘋果做了功，說明運動的子彈具有能量（動能）?！咀⑨尅縿幽苁俏矬w"由于運動具有的能量"，不能理解為"運動的物體具有的能量"一切運動的物體都有動能，動能指的是與物體運動有關的能量，不能理解為"運動的物體具有的能量"，因為運動的物體不只具有動能，它還可能具有其他形式的能量，如重力勢能、彈性勢能、內能等。3、影響物體動能大小的因素（1）速度∶質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大;（2）質量∶運動速度相同的物體，質量越大，它的動能越大?！九袛辔矬w動能大小的變化】在分析物體的動能大小變化時，必須同時考慮物體的質量和運動速度是否發(fā)生變化，不能只考慮其中一個因素。注意有些物體自身質量的變化，如灑水車灑水時或飛機空投物資時總質量在不斷減小;道路清掃車清掃過程中總質量在不斷增大。三、勢能1、重力勢能（1）定義∶物體由于受到重力并處在一定高度時所具有的能，叫做重力勢能。（2）具有重力勢能的物體∶高處的物體都具有重力勢能。比如打樁機上被舉高的重錘具有重力勢能，可以將樁打入地下;山上的石頭具有重力勢能，掉下時會對人或物造成傷害?！緦ξ矬w重力勢能的理解】重力勢能定義中的"高度"是指相對高度，例如在山頂有一塊石頭，如果以地面為參照物，石頭具有重力勢能，如果以山頂為參照物，其重力勢能為零;一般情況下我們都是以地面為參照物來確定物體是否具有重力勢能。（3）影響物體重力勢能大小的因素①質量∶高度相同的物體、質量越大，它的重力勢能越大;②高度∶質量相同的物體，高度越高，它的重力勢能越大?！局攸c】重力勢能大小的比較物體的重力勢能由質量和高度共同決定，質量大的物體，重力勢能不一定大，高度高的物體重力勢能也不一定大;在比較重力勢能的大小時，要同時比較物體的質量和高度。2、彈性勢能（1）定義∶物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢能。（2）具有彈性勢能的物體∶發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能。如圖所示，被拉長的彈弓、張開的弓、變形的蹦床等都具有彈性勢能?！驹鯓优袛辔矬w是否具有彈性勢能】判斷一個物體是否具有彈性勢能，關鍵是看該物體是否發(fā)生了彈性形變。若物體只有彈性而沒有發(fā)生形變，則物體不具有彈性勢能，如處于自由狀態(tài)的彈簧;若物體發(fā)生形變而無彈性，此時物體也不具有彈性勢能，如把橡皮泥捏成小動物，橡皮泥發(fā)生形變，但它的形變不是彈性形變，它也不具有彈性勢能。（3）影響彈性勢能大小的因素現象及分析結論彈弓被拉得越長，"子彈"射出得越遠，說明彈弓對子彈做功越多，彈弓具有的彈性勢能越大在彈性限度內，物體的彈性形變越大，彈性勢能越大弓被拉伸得越開，箭射出得越遠，說明弓對箭做功越多，弓具有的彈性勢能越大蹦床被壓得越"凹"，人彈起得越高，說明蹦床對人做功越多，蹦床具有的彈性勢能越大另外，物體的彈性勢能大小還和物體的材料有關。綜上，影響彈性勢能大小的因素有物體的材料和物體在彈性限度內發(fā)生彈性形變的程度。在材料相同時，彈性形變越大，彈性勢能就越大。3、勢能（1）定義∶重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為勢能。（2）動能與勢能的辨析不同點相同點產生原因影響因素=1\*GB3①都是能量的一種具體表現形式;②單位都是焦耳動能由于運動而具有的能量質量、速度勢能重力勢能由于受重力并處在一定高度所具有的能量質量、高度彈性勢能由于發(fā)生彈性形變而具有的能量材料、彈性形變程度1、如圖所示，小明沿滑道從頂端勻速下滑的過程中，小明的（）A．重力勢能減小，機械能減小 B．動能不變，機械能不變C．重力勢能減小，動能增大 D．重力勢能不變，機械能減小2、蹦極是一項深受年輕人喜愛的極限運動，如圖所示是某位愛好者蹦極時的簡化示意圖，該愛好者體重是600N。彈性繩一端固定在O點，愛好者從O點自由下落，到A點處彈性繩自然伸直，C點是蹦極愛好者能到達的最低點（全程忽略空氣阻力）。以下說法中正確的是（）A．愛好者在A點時其重力勢能最大B．愛好者在B點時速度最大，受到非平衡力的作用C．愛好者在C點時處于平衡狀態(tài)，所受彈力等于600ND．從B到C的過程中，愛好者減少的機械能等于彈性繩增加的彈性勢能3、如圖所示，運動員用彈簧拉力器鍛煉身體時，將拉力器從原長逐漸緩慢拉伸到某一伸長狀態(tài)（不超過彈性限度），下列說法正確的是（）A．未被拉伸的拉力器彈簧具有彈性勢能B．在拉伸過程中，拉力器的彈簧產生的彈力逐漸變大C．拉力器被水平拉長的過程中，人對拉力器沒有做功D．拉力器被水平拉長的過程中，手對拉力器的力大于拉力器對手的力4、如圖所示，艦載機在“山東艦”航母上起飛，其在加速上升過程中（）A．動能減小，重力勢能增大B．動能增大，重力勢能減小C．動能增大，重力勢能增大D．動能減小，重力勢能減小5、下列情境中，屬于勢能轉化為動能的是（）A．

返回艙減速下降B．

懸掛的鐵鎖上擺C．

魔罐能自動滾回來D．

人造衛(wèi)星由近地點向遠地點運動6、“神舟十五號”由長征二號運載火箭發(fā)射升空。飛船加速上升時，它受到了（平衡力或非平衡力）作用，它的機械能逐漸，到達預定軌道后與天宮空間站對接成組合體（如圖甲）。當空間站組合體在運行軌道上由近地點向遠地點運行的過程中（如圖乙），空間站組合體的動能（以上兩空均填“增大”“減小”或“不變”）。7、如圖所示，粗糙的弧形軌道豎直固定在水平面上，鋼球從C點由靜止釋放，經過B點到達最低點O，然后到達另一側與B點等高的點A時剛好速度為零。由O到A點過程中，能轉化為重力勢能，點的動能最大，從C點到B點的過程中，機械能的總量（選填“變大”、“變小”或“不變”）。8、讓系于橡皮筋一端的小球，從O點的正下方由靜止釋放，分別經過a、b、c三點，如圖甲所示。整個下落過程中，橡皮筋所受彈力F與小球下落高度h的關系如圖乙所示，則小球從a運動到c的過程中，在點重力勢能最大，當橡皮筋的伸長量最大時，小球的速度為0，此時小球處于狀態(tài)（選填“平衡”或“非平衡”），b點時小球速度最大，則小球的重力為N。（不計空氣阻力）9、如圖是北京冬奧會上的高臺滑雪項目?；┻\動員沿斜坡從A點由靜止自由滑下，到達B點后會沿曲線（選填“a”“b”或“c”）繼續(xù)運動。假如運動員到達最高點時所有外力突然全部消失，你推測他將會，理由是：。10、如圖所示為游樂園過山車的軌道示意圖，過山車從高處加速滑下的過程中，軌道對車的支持力(選填“不”或“要”)做功，過山車重力勢能(選填“增加”、“減少”或“不變”)。1、有人設想的“永動機”如圖所示。下列對該裝置開始轉動后的分析正確的是()A．裝置所具有的機械能始終不變B．如果沒有能量補充，裝置最終會停下來C．根據能量守恒定律，裝置可以一直轉動下去D．裝置中小球的動能和重力勢能不會相互轉化2、乒乓球發(fā)球機在同一高度以相同的初速度朝不同方向分別發(fā)出a、b、c三個球，若不計空氣阻力，則落到水平桌面時三者的速度大小關系是()A．va＞vb＞vc B．vb＞vc＞va C．va＞vc＞vb D．va＝vb＝vc3、如圖所示，人造衛(wèi)星沿橢圓形軌道地球運行，當衛(wèi)星從遠地點向近地點運動過程中，下列說法中正確的是（）A．動能逐漸增大，勢能逐漸減小，機械能減小B．動能逐漸增大，勢能逐漸減小，機械能不變C．勢能逐漸減小，機械能減小D．動能逐漸增大，機械能增大4、如圖所示，一名運動員在投擲鉛球。鉛球在b點離手，在c點運動位置最高，不計空氣阻力，下列說法不正確的是（）A．從a點到b點的過程中，運動員對鉛球做了功B．在b點到d點的過程中，鉛球的機械能先增加后減少C．在c點到d點的過程中，鉛球的重力勢能減少D．鉛球在c點時的動能不為零5、如圖1所示，物體M靜止在電梯底部，其上表面通過輕質彈簧與電梯頂部相連。M對電梯底部的壓力用F表示，忽略M和電梯的形變，0~t1內，電梯靜止，彈簧處于伸長狀態(tài)，t1時刻后電梯由靜止開始沿豎直方向運動。0~t4內，F隨時間t變化的圖線如圖2所示，則（）A．t1～t2內，電梯可能向上運動B．t2～t3內，M的機械能保持不變C．t3～t4內，電梯的動能一定增大D．t1～t4內，彈簧的彈性勢能不變6、如圖，小芳設想利用升降臺讓球越彈越高。將球從M點豎直向下以某速度拋出，球經靜止在位置a的臺面反彈后，到達的最高點為N。經臺面反彈后上升過程球的動能（選填“增大”“不變”“減小”），N比M高（選填“可能”“不可能”）。球從N點下降時，臺面己升至合適的位置b并保持靜止，球再次經反彈后，到達的最高點P比N高（選填“可能”“不可能”）。7、將皮球從離地某一高度O點處水平拋出，球落地后又彈起。它的部分運動軌跡如圖所示。（1）皮球運動到D點時的機械能（選填“大于”“等于”或“小于”）運動到C點時的機械能。（2）若將皮球表面涂黑，則會在地面M、N兩處留下兩個黑色圓斑，其中M處的圓斑（選填“大于”“等于”或“小于”）N處的圓斑。8、如圖，彈簧的左端固定，右端連接一個小球，把它們套在光滑的水平桿上，a是壓縮彈簧后小球靜止釋放的位置，b是彈簧原長時小球的位置，c是小球到達最右端的位置。則小球從a運動到c的過程中，在（選填“a”、“b”或“c”）位置動能最大；從b到c的過程中，小球的動能轉化為彈簧的，小球從a運動到b的過程機械能總量（選填“變大”、“變小”或“不變”）。9、如圖是玩彈弓的情景．經驗表明，橡皮筋拉得越長，同樣的“子彈”射得越遠，這說明橡皮筋的彈性勢能與有關；若橡皮筋被拉的長度相同，而僅所用“子彈”的質量不同