11.4機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化（原卷版）

11.3動(dòng)能和勢能（原卷版）知識(shí)清單1.機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化；2.水能和風(fēng)能知識(shí)點(diǎn)1：機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化1.機(jī)械能（1）定義：動(dòng)能、重力勢能、彈性勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。機(jī)械能是和物體運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系的能量。機(jī)械能的單位是焦耳（J）。（2）對機(jī)械能的理解一個(gè)物體可以只有動(dòng)能，也可以只有勢能，還可以既有動(dòng)能又有勢能，都稱為物體具有機(jī)械能。物體只有動(dòng)能，如在水平路面上行駛的汽車；物體只有勢能，如懸掛在空中靜止的物體、射箭時(shí)發(fā)生彈性形變的弓；物體同時(shí)具有動(dòng)能和勢能，如在空中飛行的飛機(jī)、小鳥等。2.機(jī)械能守恒（1）機(jī)械能守恒大量研究結(jié)果證明，如果只有動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化，盡管動(dòng)能、勢能的大小會(huì)變化，但機(jī)械能的總和不變，或者說機(jī)械能守恒?！锾貏e提醒機(jī)械能守恒的條件是只有動(dòng)能和勢能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化，沒有其他形式的能參與轉(zhuǎn)化。但在現(xiàn)實(shí)生活中，由于摩擦阻力的存在，動(dòng)能和勢能相互轉(zhuǎn)化的過程中總要克服摩擦力做功，總有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，機(jī)械能的總量減少?！卣古鄡?yōu)能量轉(zhuǎn)化的普遍性自然界中，各種形式的能量都可以相互轉(zhuǎn)化，能量轉(zhuǎn)化過程中總是一種形式的能量減少，另一種形式的能量增加動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化只是各種能量轉(zhuǎn)化的一種。（2）判斷機(jī)械能如何變化①當(dāng)物體的機(jī)械能守恒時(shí)，動(dòng)能和勢能中一種形式的能量減少，另一種形式的能量必然增加。示例（忽略空氣阻力和摩擦導(dǎo)致的機(jī)械能損失）判斷依據(jù)能的轉(zhuǎn)化速度高度形變滾擺上升時(shí)減小增大——?jiǎng)幽苻D(zhuǎn)化為重力勢能過山車下降時(shí)增大減少——重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能運(yùn)動(dòng)的小球壓縮彈簧時(shí)減小——增大動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能彎弓射箭時(shí)增大——減小彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能②物體受外力作用機(jī)械能不守恒時(shí)，可先分析動(dòng)能和勢能的變化情況，再結(jié)合“機(jī)械能=動(dòng)能+勢能”來判斷。示例動(dòng)能變化勢能變化機(jī)械能水平路面上加速運(yùn)動(dòng)的小車增大不變增大水平路面上減速運(yùn)動(dòng)的小車減小不變減小勻速上升的熱氣球不變增大增大勻速下降的熱氣球不變減小減小斜面上減速下滑的滑塊減小減小減小汽車加速?zèng)_上斜面增大增大增大③人造衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化人造衛(wèi)星繞地球橢圓軌道運(yùn)行過程中，不受空氣阻力，只有動(dòng)能與勢能的相互轉(zhuǎn)化，故衛(wèi)星的機(jī)械能守恒。如圖所示，它離地球中心最遠(yuǎn)的一點(diǎn)叫遠(yuǎn)地點(diǎn)，離地球中心最近的一點(diǎn)叫近地點(diǎn)，衛(wèi)星在兩點(diǎn)間運(yùn)行時(shí)能量轉(zhuǎn)化情況如圖所示?！镜淅?】如圖所示，小明在做模擬“蹦極”“的小實(shí)驗(yàn)，一根橡皮筋一端系一個(gè)小石塊，另一端固定在A點(diǎn)。B點(diǎn)是橡皮筋不系小石塊自然下垂時(shí)下端所在的位置，C點(diǎn)是小石塊從A點(diǎn)自由釋放后所能達(dá)到的最低點(diǎn)，關(guān)于小石塊從A點(diǎn)到C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程，下列說法中正確的是（）。A．小石塊在B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能最大；B．小石塊在C點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能最大；C．從A點(diǎn)下落到C點(diǎn)的過程中，小石塊的動(dòng)能一直在增大；D．從B點(diǎn)下落到C點(diǎn)的過程中，小石塊的動(dòng)能先增大后減小知識(shí)點(diǎn)2：水能和風(fēng)能1.水能：流動(dòng)的水具有動(dòng)能，高處的水具有勢能，水所具有的機(jī)械能統(tǒng)稱為水能。2.風(fēng)能：風(fēng)是流動(dòng)的空氣，風(fēng)具有的機(jī)械能叫風(fēng)能。3.風(fēng)能和水能的利用水能風(fēng)能本質(zhì)機(jī)械能特點(diǎn)無污染、蘊(yùn)藏量大、可循環(huán)利用資源豐富、無污染、不穩(wěn)定、不便于儲(chǔ)存利用（1）早期，人們利用水流沖擊水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來汲水、磨粉、碾谷；（2）到18世紀(jì)，人們利用大功率水輪機(jī)來帶動(dòng)紡織機(jī)、冶金鼓風(fēng)機(jī)工作；（3）近代，利用水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電（1）利用風(fēng)能來驅(qū)動(dòng)帆船航行；（2）利用風(fēng)能來推動(dòng)風(fēng)車做功；（3）利用風(fēng)能來發(fā)電【典例2】如圖所示，這是水電站的示意圖。?（1）我們知道水電站是利用水能資源的一項(xiàng)重大工程。那么，水電站到底是怎樣“發(fā)電”的？其實(shí)它是利用能量的轉(zhuǎn)化來“發(fā)電”的：把水庫里的水蓄高后，打開水壩導(dǎo)管的閘門，水就會(huì)沿著導(dǎo)管瀉下，推動(dòng)水輪機(jī)把“電”發(fā)出來。請你根據(jù)以上的文字說明，試從能量轉(zhuǎn)化的角度來說明水電站的工作原理。（2）建設(shè)水電站選址時(shí)，從能量的利用來看，你將選擇圖中的（A）址還是（B）址？請說說你的看法。實(shí)驗(yàn)清單1.實(shí)驗(yàn)探究：動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化；2.實(shí)驗(yàn)探究：動(dòng)能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、探究1動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)探究：動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化單擺實(shí)驗(yàn)滾擺實(shí)驗(yàn)圖示現(xiàn)象將小球拉至A點(diǎn)釋放，小球加速擺向B點(diǎn)，然后擺向C點(diǎn)，速度越來越小，到C點(diǎn)的速度為零，之后再經(jīng)過B點(diǎn)回到A點(diǎn)，不斷往復(fù)（因?yàn)橛锌諝庾枇?，?shí)際上不能回到A點(diǎn)）捻動(dòng)滾擺的軸，使?jié)L擺上升至某一高度后松開，滾擺開始旋轉(zhuǎn)下降，轉(zhuǎn)速越來越大，到最低點(diǎn)后，開始纏繞懸線上升，轉(zhuǎn)速逐漸變小，最終再次上升到原來的高度，之后再次下降，不斷重復(fù)（因?yàn)橛锌諝庾枇?，滾擺不能回答原來的高度）能量轉(zhuǎn)化情況分析單擺的運(yùn)動(dòng)可分為上升段和下降段。其動(dòng)能和重力勢能轉(zhuǎn)化情況見下表。運(yùn)動(dòng)階段高度重力勢能速度動(dòng)能能的轉(zhuǎn)化下降段A→BC→B降低減小變大增大重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能上升段B→AB→C升高增大變小減小動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能滾擺的運(yùn)動(dòng)也可分為上升段和下降段。其動(dòng)能和重力勢能轉(zhuǎn)化情況見下表。運(yùn)動(dòng)階段高度重力勢能速度動(dòng)能能的轉(zhuǎn)化下降段降低減小變大增大重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能上升段升高增大變小減小動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能探究歸納在一定條件下，動(dòng)能和重力勢能可以互相轉(zhuǎn)化?！镜淅?】2020年11月24日，探月工程嫦娥五號(hào)探測器成功發(fā)射，探測器在加速上升過程中（）。A.動(dòng)能不變，勢能增大 B.動(dòng)能增大，勢能增大C.動(dòng)能不變，勢能不變 D.動(dòng)能增大，勢能不變實(shí)驗(yàn)、探究2動(dòng)能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)探究：動(dòng)能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】一個(gè)木球以一定的速度v0撞到彈簧片上?！痉治稣撟C】探究過程球的速度球的動(dòng)能彈簧片形變程度彈簧片的彈性勢能能的轉(zhuǎn)化木球壓彎彈簧片不斷減小，直至為零不斷減小，直至為零由小變大不斷增大動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能彈簧片把木球彈回由零不斷增大由零不斷增大由大變小不斷減小，直至為零彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能【歸納總結(jié)】在一定條件下，動(dòng)能和彈性勢能可以互相轉(zhuǎn)化?！锾貏e提醒動(dòng)能和彈性勢能的之間的轉(zhuǎn)化，可以發(fā)生在同一物體上，也可以發(fā)生在不同物體之間。例如，由高處落下的籃球在撞擊地面發(fā)生了彈性形變過程中，球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為自身的彈性勢能；球在恢復(fù)原狀的過程中，球的彈性勢能轉(zhuǎn)化為自身的動(dòng)能，動(dòng)能和彈性勢能在一個(gè)物體上相互轉(zhuǎn)化。運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行蹦床表演時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能和蹦床的彈性勢能在兩個(gè)物體間相互轉(zhuǎn)化。方法清單1.對機(jī)械能守恒的理解；2.機(jī)械能守恒與圖像結(jié)合題型一：對機(jī)械能守恒的理解★解題指導(dǎo)：判斷機(jī)械能是否守恒的關(guān)鍵（1）從能量角度：若整個(gè)過程只有動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，沒有其他形式的能參與轉(zhuǎn)化，則機(jī)械能守恒；（2）從受力角度：若物體只受重力、彈力作用，而沒有其他力的作用，則可認(rèn)為機(jī)械能守恒?！镜淅?】如圖所示，2021年6月17日搭載聶海勝、劉伯明和湯洪波三名航天員的神舟十二號(hào)飛船加速升空時(shí)的情景，下列說法正確的是（）。A．火箭的重力勢能變大，動(dòng)能變大，機(jī)械能不變；B．火箭的重力勢能變大，動(dòng)能減小，機(jī)械能不變；C．火箭的重力勢能變大，動(dòng)能變大，機(jī)械能變大；D．火箭的重力勢能變大，動(dòng)能減小，機(jī)械能減小題型二：機(jī)械能守恒與圖像結(jié)合【典例5】如圖a、b為豎直向上拋出的小石塊在上升過程中動(dòng)能和重力勢能隨高度變化的圖線（不計(jì)阻力），其中______是動(dòng)能高度關(guān)系圖線，小石塊上升到5m時(shí)的機(jī)械能為______J。易錯(cuò)清單1.動(dòng)能和重力勢能的轉(zhuǎn)化；2.動(dòng)能和彈性勢能的轉(zhuǎn)化；3.動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能之間的轉(zhuǎn)化★易錯(cuò)預(yù)警1：動(dòng)能和重力勢能的轉(zhuǎn)化看到下落，學(xué)生就容易習(xí)慣性的認(rèn)為重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，當(dāng)當(dāng)物體勻速下落時(shí)，速度不變，物體的動(dòng)能不變，此時(shí)重力勢能沒有轉(zhuǎn)化為動(dòng)能?！镜淅?】跳水運(yùn)動(dòng)是奧運(yùn)會(huì)的正式比賽項(xiàng)目，我國運(yùn)動(dòng)員在該項(xiàng)目上一直處于國際領(lǐng)先地位。比賽中，跳水運(yùn)動(dòng)員騰空跳起向上運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)后再向下落人水中，若不計(jì)空氣阻力，在整個(gè)空中運(yùn)動(dòng)過程中，運(yùn)動(dòng)員的（）。A.動(dòng)能先減小后增大，重力勢能先增大后減小；B.動(dòng)能先增大后減小，重力勢能先增大后減小；C.動(dòng)能先減小后增大，重力勢能先減小后增大；D.動(dòng)能先增大后減小，重力勢能先減小后增大★易錯(cuò)預(yù)警2：動(dòng)能和彈性勢能的轉(zhuǎn)化解答此類問題的關(guān)鍵是確定哪個(gè)階段物體做加速運(yùn)動(dòng)，哪個(gè)階段小球做減速運(yùn)動(dòng)。（1）加速運(yùn)動(dòng)時(shí)：彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；（2）減速運(yùn)動(dòng)時(shí)：動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能?！镜淅?】如圖，彈簧的左端固定，右端連接一個(gè)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(shí)小球的位置，c是小球到達(dá)最右端的位置。則小球從a運(yùn)動(dòng)到c的過程中，在______（選填“a”、“b”或“c”）位置動(dòng)能最大；從b到c的過程中，小球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈簧的______，小球從a運(yùn)動(dòng)到b的過程機(jī)械能總量______（選填“變大”、“變小”或“不變”）。★易錯(cuò)預(yù)警3：動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能之間的轉(zhuǎn)化不計(jì)空氣阻力時(shí)，物體的機(jī)械能守恒。在分析動(dòng)能、重力勢能和彈性勢能之間的轉(zhuǎn)化時(shí)，根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)情況，可以把物體的運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程進(jìn)行分段?？紤]每段運(yùn)動(dòng)過程中，物體運(yùn)動(dòng)速度的變化情況，物體的形變情況，即可分析重力勢能和彈性勢能的變化規(guī)律，以及動(dòng)能與重力勢能和彈性勢能之間的轉(zhuǎn)化?！镜淅?】如圖甲所示，輕彈簧豎直固定在水平面上，時(shí)刻，將一重為G的金屬小球從彈簧正上方某一髙度處靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點(diǎn)，然后被彈簧彈起，上升到一定高度后再下落，如此反復(fù)，通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測出這一過程彈簧彈力F隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示，則（）。A．時(shí)刻小球的動(dòng)能最大；B．時(shí)刻小球的重力勢能最大；C．時(shí)刻小球的機(jī)械能等于時(shí)刻小球的機(jī)械能；D．從開始下落到第一次到達(dá)最低點(diǎn)，小球內(nèi)能的增加量小于這兩個(gè)時(shí)刻小球機(jī)械能的減少量中考清單1.機(jī)械能轉(zhuǎn)化與守恒1