11.4機械能及其轉(zhuǎn)化（原卷版）-2022-2023學(xué)年八年級物理下冊教學(xué)綜合資源（人教版）

第4節(jié)機械能及其轉(zhuǎn)化知識點1：機械能及其轉(zhuǎn)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）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(zhì)量和速度有關(guān)，重力勢能與質(zhì)量和高度有關(guān)，彈性勢能與彈簧的彈性形變程度有關(guān)，因此機械能的決定因素有質(zhì)量、速度、高度、彈性形變程度等。2.動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化（1）動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為重力勢能。除此之外，常見的動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的例子還有滾擺、過山車等。（2）動能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能;彈簧從最短到恢復(fù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化。對動能和勢能相互轉(zhuǎn)化過程的理解（1）在動能和勢能相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化。3.機械能守恒（1）機械能守恒∶大量研究結(jié)果表明，如果只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。應(yīng)用1：機械能的大小【典例1】一個在空中下落的物體，在某一時刻具有50J的機械能，若它具有的動能為35J，則它具有的重力勢能大小為J。應(yīng)用2：動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化?【典例2】下列過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的是（）A．熱氣球勻速下落 B．滾擺減速上升 C．雨滴加速下落 D．用弓將箭射出應(yīng)用3：動能和彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化【典例3】下列事例中，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能的是（）A．蘋果從樹上落下來 B．秋千從低處蕩到高處 C．拉彎的弓把箭射出 D．商場中扶梯勻速上升應(yīng)用4：機械能變化的判斷【典例4】用細線將小球系好后，固定在天花板上，做成一個擺。如圖所示，小球從A點靜止釋放經(jīng)過最低點B，再擺至C點的過程中，下列說法正確的是（）A．在C點小球的動能最大 B．在B點小球的重力勢能最大 C．從B點擺至C點的過程，小球的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 D．從A點擺至B點的過程，小球的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能知識點2水能和風(fēng)能的利用1.水能的利用（1）水能：流動的水具有動能，高處的水具有勢能，水所具有的機械能統(tǒng)稱為水能。（2）水能的利用———水力發(fā)電如圖所示，修筑攔河壩來提高上游的水位，在壩底安裝水輪機，發(fā)電機裝在水輪機的上面，它們的軸連接在一起，水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力勢能越大，能發(fā)出的電就越多。能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程∶水的機械能→水輪機的機械能→發(fā)電機的機械能→電能。2.風(fēng)能的利用（1）風(fēng)能：空氣在流動過程中所具有的機械能叫做風(fēng)能。（2）風(fēng)能的利用——風(fēng)力發(fā)電如圖所示，風(fēng)吹動風(fēng)車，風(fēng)車轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機發(fā)電。單個風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率較小，在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，可以同時安裝幾十臺到幾百臺風(fēng)力發(fā)電機，組成"風(fēng)車田"，聯(lián)在一起供電。能量傳遞和轉(zhuǎn)化過程：風(fēng)的機械能→風(fēng)車葉片的機械能→發(fā)電機的機械能→電能。應(yīng)用5：風(fēng)能的利用【典例5】（多選）12．風(fēng)能可以用來發(fā)電，風(fēng)吹動風(fēng)車，可以帶動發(fā)電機發(fā)電。單個風(fēng)力發(fā)電機的輸出功率較小，在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，可以同時安裝幾十臺到幾百臺風(fēng)力發(fā)電機，組成“風(fēng)車田”，聯(lián)在一起供電。關(guān)于風(fēng)車發(fā)電，下列說法正確的是（）A．機械能轉(zhuǎn)化成電能 B．風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機械能 C．風(fēng)能是一種可再生能源 D．獲得的電能成本比較低應(yīng)用6：水能的利用【典例6】下列關(guān)于水能的說法，正確的是（）A．自然界的流水是具有大量機械能的天然資源 B．利用水能發(fā)電不會破壞生態(tài)環(huán)境，所以要盡可能多地修建水力發(fā)電站 C．江河湖海中流動的水只具有動能 D．水量大的地方水能一定大易錯題型：分析機械能變化時遺漏某個影響因素【易錯1】國慶70周年閱兵式上，加受油機梯隊接受檢閱。如圖所示，轟油﹣6加油機正在給殲﹣10B戰(zhàn)斗機加油，若在此過程中殲﹣10B戰(zhàn)斗機高度、速度不變，則它的（）A．動能增加，勢能減小，機械能不變 B．動能不變，勢能不變，機械能不變 C．動能減小，勢能不變，機械能減小 D．動能增加，勢能增加，機械能增加人造地球衛(wèi)星的機械能轉(zhuǎn)化（1）人造地球衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運行。離地球最近的一點叫近地點，離地球最遠的一點叫遠地點。（2）人造地球衛(wèi)星在大氣層外環(huán)繞地球運行，衛(wèi)星在運行過程中不受空氣阻力，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，所以機械能守恒。（3）人造地球衛(wèi)星在近地點（高度最低）時重力勢能最小，在遠地點時（高度最高）重力勢能最大，從近地點向遠地點運行的過程中，由于高度增大，故重力勢能增大，根據(jù)機械能守恒可知，衛(wèi)星的動能會減小，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能;從遠地點向近地點運行的過程中，由于高度減小，故重力勢能減小，根據(jù)機械能守恒可知，衛(wèi)星的動能會增大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能?！镜淅?】如圖甲所示的是人造地球衛(wèi)星隨火箭加速上升的情景；如圖乙所示的是人造地球衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運行的情景，離地球最近的點叫近地點，最遠的點叫遠地點。下列說法中正確的是（）A．圖甲：在加速上升的過程中，人造地球衛(wèi)星的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 B．圖乙：在運行過程中，當(dāng)人造地球衛(wèi)星從遠地點向近地點運行時，其機械能減小 C．圖乙：在運行過程中，當(dāng)人造地球衛(wèi)星從近地點向遠地點運行時，其重力勢能增大，速度減小 D．在甲、乙兩圖中，人造地球衛(wèi)星的機械能都不變【典例2】如圖所示，過山車是一項驚險刺激的游戲項目，下列關(guān)于過山車的機械能說法正確的是（）A．剛開始過山車勻速被拉升時，機械能不變 B．過山車向下俯沖時，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 C．通過環(huán)形軌道最高點時，重力勢能最大，動能為0 D．過山車在運行過程中機械能守恒【典例1】請說明下列物體具有哪種形式的機械能：（1）在水平軌道上行駛的火車具有；（2）懸掛在天花板上的電燈具有；（3）拉緊的弓具有；（4）“神舟五號”飛船升空過程中具有和?！踞槍τ?xùn)練1】說明下列物體各具有哪種形式的機械能：（1）屋頂上的太陽能熱水器；（2）上緊發(fā)條的鐘表；（3）正在爬坡的登山運動員?！镜淅?】（多選）13．如圖所示，小球沿光滑軌道由靜止從A點向D點運動的過程中（不計空氣阻力），下列說法中正確的是（）A．小球從A點到C點運動過程中，重力勢能一直減小 B．小球在B點的動能最大 C．小球在B點和C點的機械能相等 D．小球不能到達D點【針對訓(xùn)練2】為了提高全校師生的身體素質(zhì)，學(xué)校買回了乒乓球發(fā)球機，如圖甲所示。如果乒乓球發(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三個質(zhì)量相同的球，如圖乙，若不計空氣阻力，則下列說法正確的是（）A．整個過程中，c球的運動狀態(tài)不變 B．三個球在運動過程中機械能不守恒 C．使球落向桌面的力的施力物體是發(fā)球機 D．下落的乒乓球碰到桌面后被彈起，是由于桌面發(fā)生了彈性形變【典例3】如圖所示，物塊在光滑斜面上由靜止開始下滑，依次經(jīng)過a、b兩個點，不計空氣阻力，比較物塊在a、b兩點的能量，下列說法正確的是（）A．物塊在a點重力勢能大 B．物塊在b點重力勢能大 C．物塊在a、b兩點的重力勢能一樣大 D．物塊在a點動能大【針對訓(xùn)練3】（多選）14．如圖所示，小球由靜止開始沿著粗糙的路面從A點向D點自由運動，其中B和D兩點在同一水平高度，則下列說法錯誤的是（）A．小球從A到C加速下滑，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 B．小球從C到D減速上坡，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 C．小球在B和D時重力勢能和動能都相等 D．小球從A到D的過程中機械能守恒【典例4】如圖甲所示，質(zhì)量不計的彈簧豎直固定在水平面上，t＝0時刻，將一重為G＝50N的金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點，然后又被彈起離開彈簧，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隨時間t變化的圖像如圖乙所示，則以下說法正確的是（）A．t2時刻小球的動能最大 B．t1到t2時間內(nèi)，小球的動能先增加后減小 C．t2到t3時間內(nèi)，小球增加的動能等于彈簧減少的彈性勢能 D．t3時刻小球處于平衡狀態(tài)【針對訓(xùn)練4】如圖所示，某同學(xué)在做模擬“蹦極”的小實驗，一根橡皮筋一端系一個小球，另一端固定在A點。B點是橡皮筋不系小球自然下垂時下端所在的位置，C點是小球從A點自由釋放后所能達到的最低點，關(guān)于小球從A點到C點的運動過程，下列說法中正確的是（）A．小球在B點時的動能最大 B．從B點下落到C點的過程中，小球的動能先增大后減小 C．從A點下落到C點的過程中，橡皮筋對小球的拉力不斷增大 D．小球在C點時，橡皮筋的彈性勢能最小1.如圖所示，過山車是一項驚險刺激的游戲項目。在剛開始時，過山車依靠彈射器的推力或鏈條爬上最高點，但在第一次下行后，就再也沒有任何裝置為它提供動力了。下列關(guān)于過山車運動過程中，機械能的轉(zhuǎn)化，說法正確的是（）A．剛開始過山車被勻速拉升時，機械能不變 B．過山車向下俯沖時，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 C．通過環(huán)形軌道最高點時，重力勢能最大，動能為零 D．過山車在運行過程中，機械能守恒2．如圖所示是彈性小球落地并反彈的頻閃照片，其中甲、丙兩位置距離水平地面等高，乙位置為小球彈跳的最高點，關(guān)于該過程，下列說法正確的是（）A．小球在甲位置時的機械能等于丙位置時的機械能 B．小球在甲位置時的重力勢能等于丙位置時的重力勢能 C．小球在甲位置時速度大小等于丙位置時速度大小 D．小球從甲位置到乙位置過程中，重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能3．如圖所示，用手托著兩個雞蛋勻速升高1m。下列說法正確的是（）A．雞蛋的重力勢能不變 B．雞蛋的機械能守恒 C．雞蛋處于非平衡狀態(tài) D．手對雞蛋做了功4．2022年11月21日世界杯正式開賽，世界優(yōu)秀的足球運動員齊聚卡塔爾，他們頑強拼搏，展現(xiàn)出了足球運動獨特的魅力。如圖所示為決賽中梅西的一腳勁射，踢出去的足球在空中飛行的過程中，會受到空氣阻力的作用，則下列分析中正確的是（）A．踢出去的足球在空中上升過程中，它的機械能保持不變 B．踢出去的足球在空中下降過程中，它的機械能逐漸增大 C．踢出去的足球在空中上升到最高點時，動能為0 D．踢出去的足球落到草地上滾動的過程中，機械能減小5．如圖所示，完全相同的兩個小球A、B分別與輕質(zhì)棉線和輕質(zhì)彈簧連接，將兩球拉高使棉線與彈簧在同一水平方向上，此時彈簧處于原長狀態(tài)，且彈簧原長長度（O'B）小于棉線長度（OA），由靜止釋放后，兩球運動到最低點時在同一水平面上（不計空氣阻力），關(guān)于小球A、B在這一段運動過程能量變化的描述，下面說法正確的是（）A．兩個小球A、B的機械能保持不變，最低點時兩球的動能相等 B．兩個小球A、B的機械能保持不變，最低點時A球的動能大于B球的動能C．兩個小球A、B的機械能保持不變，最低點時A球的動能小于B球的動能D．A球的機械能不變，B球的機械能減少，最低點時A球的動能大于B球的動能6．如圖所示，將鐵鎖用繩子懸掛起來，拉到自己的鼻子附近，松手后鐵鎖來回擺動。在擺動過程中，下列說法正確的是（）A．繩子對鐵鎖的拉力一直做功，且做功的功率發(fā)生變化 B．鐵鎖在來回擺動過程中，其運動狀態(tài)一直在發(fā)生變化 C．鐵鎖從最高處向下擺動時，重力勢能增大，動能減小 D．鐵鎖上升最大高度逐漸降低，說明機械能守恒7．如圖所示的滾擺，上下往復(fù)運動幅度越來越小，最終停在最低點。則下列說法中錯誤的是（）A．滾擺的動能與重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化 B．滾擺下降時重力勢能減小、動能增大 C．滾擺在最高點時，處于平衡狀態(tài) D．滾擺上下往復(fù)的過程中，其機械能不斷減小8．如圖所示，是小球在地面彈跳的情景。小球在A點的機械能為120J，當(dāng)小球由A點運動到B點時，機械能變?yōu)?00J，則小球由B點運動到C點時，其機械能可能為（）A．80J B．90J C．100J D．120J9．中國女籃獲世界杯亞軍，振奮全國人民。如圖1所示，離手后的籃球在空中依次從A點運動到D點，在點動能最大。圖2為它在等高點B和D的能量柱狀圖，則籃球在B點的機械能（選填“大于”“等于”或“小于”）在D點的機械能。整個過程能量的總量（選填“守恒”或“不守恒”）。10．如甲圖AOB是光滑軌道，A點的高度為H，B點的高度為h，h小于H，A、B兩點水平距離為s，讓一個小球由A點靜止開始自由滑下，沿軌道AOB到達B點后離開軌道，不計空氣阻力。則小球從A點運動到B點時，它經(jīng)O點的動能是由能轉(zhuǎn)化而來。小球離開B點后的運動軌跡a、b、c、d，最符合題意的是軌跡（選填“a”或“b”或“c”或“d”）。如圖乙所示，若右側(cè)的光滑軌道也足夠高，則小球（選填“能”或“不能”）達到與A等高的A′位置。如圖丙所示，在豎直平面內(nèi)用輕質(zhì)細線懸掛一個小球，將小球拉至A點，使細線處于拉直狀態(tài)，由靜止開始釋放小球，不計摩擦，小球可在A、B兩點間來回擺動。當(dāng)小球擺到B點時，細線恰好斷開，則小球?qū)⒀兀ㄟx填“BE”“BD”或“BC”）方向運動。11．如圖為中國03式遠火彈道導(dǎo)彈發(fā)射時的情景。發(fā)射后導(dǎo)彈加速升空，機械能（“變小”、“不變”或“變大”）。導(dǎo)彈引爆后會產(chǎn)生極大的破壞力，引爆時能被釋放出來，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、光能等，這一過程能量的總量（填“變小”、“不變”或“變大”）。12．如圖所示，撐桿跳高運動員提桿加速助跑過程中，是為了增大自身的，然后用壓彎的撐桿把自己送上高處，這是因為壓彎了的撐桿具有，最后轉(zhuǎn)化為運動員的，使他越過橫桿（以上均選填“動能”、“重力勢能”或“彈性勢能”）。13．在北京冬奧會上我國選手徐夢桃獲得自由式滑雪女子空中技巧金牌。如圖是她滑雪時的情景，當(dāng)徐夢桃沿雪道向坡頂滑時，能轉(zhuǎn)化為重力勢能，滑雪板受到地面的摩擦方向是（填“沿斜坡向下”或“沿斜坡向上”）。當(dāng)她下落時，以地面為參照物，她是的。14．修欄河大壩是為了提高上游水位，增加水的能，水流下時才能轉(zhuǎn)化為更多的能。跳傘運動員在空中勻速下降過程中，動能，重力勢能，機械能（后三空進填“增大”“減小”、“不變”）。15．在街道上，?？吹綖⑺囘叢シ胖鴥?yōu)美的樂曲邊向道路上灑水。如圖所示，一輛在水平路面上勻速行駛的灑水車正在灑水作業(yè)，一段時間后該灑水車的動能將，重力勢能將；機械能將（以上三空均選填“增大”、“減小”或“不變”）。16．如圖甲所示，一小球從高處落到豎直固定的彈簧上后又被彈起到原高度。小球從高處開始下落