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人教版11.4 机械能及其转化授课ppt课件
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这是一份人教版11.4 机械能及其转化授课ppt课件，共60页。
知识点一 机械能及其转化1.机械能:动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。说明 (1)动能和势能都属于机械能,一个物体可以有动能,也可以有势能, 还可以同时具有动能和势能;(2)物体具有的机械能的大小等于物体具有的动能和势能之和,即机械能= 动能+势能。2.转化:在一定条件下,动能和势能是可以相互转化的。
3.机械能守恒如果只有动能和势能相互转化,尽管动能、势能的大小会变化,但两者的总 和不变,或者说,机械能是守恒的。说明 机械能守恒是有条件的,只有动能和势能相互转化时,机械能才是守 恒的。
例1 (2019江苏盐城建湖二模)在下图所示的四个过程中,属于弹性势能转 化为动能的是 ( )
解析 滚摆从低处滚向高处,其质量不变,速度变小,动能变小,高度升高,重 力势能变大,动能转化为重力势能,故A不符合题意;塑料圆桶滚动时,速度 变小,动能变小,同时皮筋拉紧,弹性势能增大,动能转化为弹性势能,故B不 符合题意;用拉弯的弓把箭射出去,弓的弹性势能变小,转化为箭的动能,故 C符合题意;人造地球卫星从远地点向近地点运动时,质量不变,高度减小, 速度增大,重力势能转化为动能,故D不符合题意。答案 C
知识点二 水能和风能的利用
例2 我国早在2000多年前就开始利用风来推动帆船航行,至少在1700多 年前已开始利用风来推动风车做功。如图11-4-1所示是现代的风力发电 站,利用风力发电最明显的缺点是 。 图11-4-1
解析 风能利用起来比较简单、成本低,而且不会污染环境,但是风能不稳 定。答案 不稳定
题型一 判断机械能的转化情况例1 (2019安徽滁州一模)如图11-4-2是李明参加蚌埠市“走进科学,走进 梦想”科技节比赛中用的弹力小车,它依靠橡皮筋作为动力。比赛时卷紧 橡皮筋后静止释放小车,橡皮筋牵动车上齿轮带动车轮使小车前进,这个过 程中的能量转化是把 能转化为动能,小车的惯性将 (选 填“变大”、“变小”或“不变”)。 图11-4-2
解析 比赛时卷紧橡皮筋后,橡皮筋发生弹性形变,具有弹性势能,释放橡 皮筋,橡皮筋要恢复原状,使小车前进,所以是橡皮筋的弹性势能转化成小 车的动能;惯性的大小只与物体的质量有关,小车的质量不变,惯性不变。答案 弹性势 不变
方法归纳 分析动能和势能相互转化的一般步骤:①明确要研究的对象和 所要研究的过程;②根据物体在初始状态的位置、速度、形变情况,确定物 体具有的机械能类型及大小;③根据物体在最终状态的位置、速度、形变 情况,确定物体具有的机械能类型及大小;对比②③中的结论做出机械能类 型转化的判断。
题型二 判断机械能转化过程中机械能总量变化的问题例2 (2018四川绵阳中考)蹦床运动是奥运会比赛项目。运动员比赛开始 前直立在蹦床中央,比赛开始时快速下蹲并立即恢复直立被蹦床弹起,离开 蹦床时成直立状态并一直保持,到达最高点后下落,接触蹦床时又快速下蹲 并立即恢复直立,再次被蹦床弹起,达到更高点。忽略空气阻力,下列说法 正确的是 ( ) 图11-4-3A.在整个过程中,运动员机械能守恒B.在整个过程中,运动员机械能一直在增加
C.从离开蹦床到下落接触蹦床的过程中,运动员机械能守恒D.从下落接触蹦床到离开蹦床的过程中,运动员机械能守恒
解析 从下落接触蹦床到离开蹦床的过程中,运动员的机械能先减少后增 加,运动员的机械能不守恒,所以A、B、D错;从离开蹦床到下落接触蹦床 的过程中,忽略空气阻力,运动员的机械能守恒,所以C正确。答案 C
点拨 正确理解动能和势能的影响因素以及机械能转化和守恒的条件是 解题的关键。在机械能相互转化过程中,只要给出“忽略空气阻力和摩擦 力”等假设条件,就意味着机械能守恒,否则,就意味着机械能不守恒。
学用结合,细探“机械能及其转化”素养呈现 能量是《物理课程标准》中科学内容的三大主题之一,充分说 明了能量在初中物理课程中的重要地位。本章中功和功率除单独考查外, 还常与第十二章《简单机械》的知识结合进行综合考查。而机械能及其 转化除与生活、科技相结合进行考查外,还常与高中相关物理知识结合,以 信息题的形式综合考查“获取和处理信息”及“应用物理观念解决实际 问题”的物理素养。
典例剖析例 (2019广东惠州惠阳二模)如图11-4-4所示,小球在不同场景做不同运 动。请你根据所给条件回答以下问题。 图11-4-4(1)如图甲,质量为m的小球从高度为h的光滑斜面顶端由静止自由滑下,到 达斜面底端的速度为v0,此过程 能转化成 能,关系式mgh= mv2成立,则一个物体从高0.2 m的光滑斜面顶端自由下滑到斜面底端时的速度为 m/s。(g=10 m/s2)
(2)如图乙,将物体以一定的初速度v0沿水平方向抛出(不计阻力),物体做平 抛运动,在水平方向做匀速直线运动,则水平方向的距离公式为 (用图中字母符号表示),在竖直方向下落的高度y= gt2,则y与x2的关系可用丙图中的图线 表示。
解析 (1)小球从光滑斜面顶端由静止自由滑下,质量不变,高度变小,重力 势能变小,重力势能转化为动能,使它的速度变大,动能变大;因为关系式 mgh= mv2成立,所以物体从高0.2 m的光滑斜面顶端自由下滑到斜面底端时的速度为v= = = =2 m/s;(2)将物体以一定的初速度v0沿水平方向抛出(不计阻力),物体做平抛运动,在水平方向运动的距 离x=v0t,则运动时间为t= ,在竖直方向下落的高度y= gt2= g ,g与v0都是常数,所以y与x2成正比,故b符合题意。
答案 (1)重力势 动 2 (2)x=v0t b
素养解读 正确解答本题的关键是通过阅读题干获取相关信息。计算物 体在底端速度大小时,考查了对题目中所给表达式的理解与运用的“物理 观念”素养。
知识点一 机械能及其转化1.(独家原创试题)在门与门框之间连上一根橡皮筋并拉直,开门后橡皮筋 被拉紧,一松手,门就可自动关闭,在门关闭的过程中,机械能的转化情况是 ( )A.弹性势能转化为动能B.动能转化为重力势能C.动能转化为弹性势能D.重力势能转化为动能
答案 A 开门时拉紧了橡皮筋,橡皮筋具有弹性势能,松手后,橡皮筋恢复 原状,弹性势能减少,转化成门的动能,使门自动关闭。
2.(2018广东揭阳二模)如图11-4-1所示,忽略空气阻力与摩擦,小球从a点抛 出时具有400 J的机械能,其中动能为250 J,小球经过b、c两点落到地面上 的d点,已知b点是最高点,a与c在同一高度,则请问小球在b点的机械能为 J,在c点的重力势能为 J,在d点的动能为 J。 图11-4-1
答案 400 150 400解析 小球在a点时的机械能为400 J,忽略空气阻力与摩擦,机械能守恒,所 以在b点的机械能为400 J;在a点的重力势能为400 J-250 J=150 J;又因为c点 与a点的高度相同,所以重力势能相同,则在c点的重力势能也为150 J;在d点 的重力势能为零,所以动能为400 J。
知识点二 水能和风能的利用3.唐诗中有“黄河远上白云间”“不尽长江滚滚来”的诗句,从物理学的 角度来看,前一句生动形象地表明黄河水存储着大量的 能,后一句 表明长江水具有大量的 能;古诗中又有“强弩之末势不能穿鲁缟 者也”,说明物体的动能大小与它的 有关。
答案 重力势 动 速度解析 从前一诗句中可看出黄河之水高高在上,由于有一定的高度而具有 重力势能;后一诗句可看出长江之水在流动,由于运动而具有动能。“强弩 之末势不能穿鲁缟者也”,强弩到最后速度比较慢,动能小,不能穿鲁缟,说 明物体的动能大小与它的速度有关。
1.(2019山东滨州滨城一模)2018俄罗斯世界杯足球赛中,某球员传球时足 球的运动轨迹如图所示,下列分析不正确的是 ( ) A.在不计空气阻力的情况下,足球从离开脚后到达最高点的过程中,球的机 械能不变B.在最高点时,球的动能大于零C.足球在下落过程中,脚对足球一直在做功D.球在整个运动过程中,运动状态不断改变
答案 C 在不计空气阻力的情况下,足球离开脚后,只有重力势能与动能 的转化,所以球的机械能不变,A说法正确;由图知,球是沿斜上方运动,到达 最高点时仍具有向右运动的速度,所以,球的动能大于零,B说法正确;足球 在下落过程中,脚没有对足球施加力的作用,所以脚对球没有做功,C说法错 误;球在整个运动过程中,一直只受向下的重力的作用,所以运动状态不断 改变,D说法正确。
2.(2018黑龙江哈尔滨道里一模)如图所示的情景中,重力势能转化为动能 的过程是 ( )
答案 D 将弓拉弯时,人对弓做功,弓形状发生改变,产生了弹性势能;松 手后,箭离开弓的过程中,弓对箭做功,使箭的速度变大,弓的弹性势能转化 为箭的动能,A不合题意;撑杆跳运动员撑起过程,所处的高度增加,其速度 减小,动能转化为重力势能,B不合题意;杠铃被举起时,其速度变慢,所处的 高度增加,动能转化为重力势能,C不合题意;运动员下落时,所处的高度降 低,重力势能减小,其速度增加,动能增加,重力势能转化为动能,D符合题 意。
3.铅球被推出手后,在某一时刻它的动能是200 J,重力势能是120 J,此时它 的机械能为 J。
答案 320解析 铅球的机械能就是其动能和势能之和。
4.(2019安徽马鞍山一模)如图所示的单摆,如果不考虑空气阻力的影响,小 球将在ABC间不停地往复运动。小球从A运动到B的过程中,机械能 (选填“逐渐变小”或“保持不变”);绳子的拉力对小球 (选填“做功”或“不做功”)。
答案 保持不变 不做功解析 不考虑空气阻力的影响,小球将在ABC间不停地往复运动,机械能守 恒,即机械能总量保持不变;单摆摆动过程中,绳子对小球有拉力的作用,但 小球并没有在拉力的方向上移动距离,所以绳子的拉力对小球不做功。
5.简要回答有关水电站的下列问题。(1)从能量转化的角度说明水电站的工作原理。(2)建设水电站选址时,从能量利用角度来看,你将选择图甲所示的A址还是 选择图乙所示的B址?并说明理由?
答案 (1)水从高处流下,水的重力势能转化为动能,水流推动水轮机发电, 水的动能转化为电能。(2)B址,理由见解析。解析 (1)水电站是通过将水的重力势能转化为动能再转化为电能来发电 的;(2)B址与水库的高度差比A址与水库的高度差大,相同质量的水流下时 转化成的动能更多,转化成的电能也就相应多。
1.(独家原创试题)如图11-4-2所示,将同一物体从A点开始沿两个光滑的弧 面 AB、AC自由滚下,到达同一水平面时的动能分别为E1、E2,所用时间分 别为t1、t2,不计空气阻力,则下列关系正确的是 ( ) 图11-4-2A.E1=E2,t1=t2 B.E1=E2,t1
答案 A 两图中,火柴盒下落时,重力势能转化为动能,当与桌面碰撞时动 能转化为弹性势能,此时有能量损失,机械能减小,故B、C、D选项错误;而 乙图中,火柴盒还克服摩擦力做功,机械能减小得更多,故不能弹起,所以A 选项正确。
3.(2019河北石家庄一模)星期天,小明去做蹦极运动。如图11-4-4所示,小 明从上端O点跳下的过程中,A点是弹性绳不系小明时自然下垂到的位置,B 点是小明蹦极过程中受力平衡的位置,C点是小明蹦极过程中下落到的最 低位置,不计空气阻力。(1)小明在下落过程中,速度最大的位置在 (选填“A”、“B”或 “C”)点。(2)在从O点到A点运动过程中,小明的能量转化是 ;在从 B点到C点运动过程中,小明的 能转化为弹性绳的弹性 势能。(3)最终,小明静止在 (选填“A”、“B”或“C”)点。
图11-4-4
答案 (1)B (2)重力势能转化为动能 动能和重力势 (3)B解析 (1)小明从O点到A点,只受重力,做加速运动,从A点到B点,重力大于 弹力,做加速运动,从B点到C点,重力小于弹力,做减速运动,所以在B点弹力 恰好等于重力时,小明的速度达到最大;(2)在从O点到A点运动过程中,高度 降低,重力势能转化为动能;在从B点到C点运动过程中,小明的质量不变,速 度变小,高度降低,重力势能和动能都变小,转化成绳的弹性势能;(3)由于在 B点小明所受弹力恰好等于重力,所以小明经历多次往复运动后,最终静止 在B点。
1.(2017江苏苏州工业园区期末)弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结 构如图甲所示。图乙是小希玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过 程,针对此过程,下列分析正确的是 ( )
A.在a状态时弹簧的弹性势能最大,小希的机械能为零B.a→b的过程中,弹簧的弹力越来越大,在b状态时弹力最大C.b→c的过程中,弹簧的弹性势能转化为小希的重力势能D.a→c的过程中,小希先加速后减速,在b状态时速度最大
答案 A 由图可知,a状态时弹簧的形变程度最大,弹簧的弹性势能最大, 小希处于最低位置,高度为0、速度为0,故小希的重力势能和动能均为0,由 于小希的机械能等于动能加重力势能,所以小希的机械能为零,故A正确。 a→b的过程中,弹簧的形变程度变小,所以弹簧的弹力越来越小,到达b状态 时,弹簧恢复到原长,所以此时弹力为0,故B错误。b→c的过程,即离开地面 上升的过程,小希的速度减小,动能减小,高度增大,重力势能增大,所以该过 程中是动能转化为小希的重力势能,故C错误。a→b的过程中,开始一段时 间内,弹簧的形变量较大,向上的弹力大于向下的重力,小希做加速运动,随 着弹簧形变量的减小,弹力减小,当弹力等于重力时,小希的速度达到最大, 弹力继续减小,向上的弹力小于向下的重力时,小希做减速运动,而b→c的 过程中,小希在重力作用下做减速运动,所以,a→c的过程中,小希先加速后 减速,在b状态时速度并不是最大(此时只受重力作用,处于减速阶段),故D错误。
2.(2018四川成都中考)如图所示,小邦在国色天乡玩蹦极,不考虑空气阻力, 关于他在下降过程中的能量分析,下列说法正确的是 ( ) A.弹性绳绷直前,重力势能增大,动能减小B.弹性绳绷直前,重力势能减小,动能不变C.下降到最低点,动能最小,弹性势能最大D.下降到最低点,重力势能最大,弹性势能最小
答案 C 弹性绳绷直前,人在重力作用下加速下落,重力势能减小,动能增 大,A、B错误;绳绷直后,人继续下落,弹性绳的伸长量逐渐增大,对人向上 的拉力逐渐增大,下降到最低点,人的速度为零,此时人的重力势能最小,动 能最小,弹性绳的弹性势能最大,C正确,D错误。
3.(2019河北石家庄新华一模)图中AOB是光滑轨道,A点的高度大于B点的 高度,让小球由A点静止开始自由落下,沿轨道AOB到达B点后离开(不计空 气阻力),从A点到O点的过程中 能转化为 能,小球到达B 点后由于 会继续运动,它的运动轨迹a、b、c、d最符合实 际的是 。
答案 重力势 动 惯性 c解析 因为不计空气阻力,AOB完全光滑,小球运动时其机械能守恒;从A点 到O点的过程中,高度变小,重力势能转化为动能;小球到达B点后由于惯性, 仍要保持原来的运动状态,所以会继续运动;小球离开B点后,仍然运动,具 有动能,它会沿原来的方向斜向上运动,d不符合题意,动能转化成重力势能, 到达最高点后,仍然具有水平方向的速度,故动能不能全部转化成重力势 能,所以小球不会达到与A点等高的位置,a、b不符合题意,正确满足这个条 件的只有曲线c。
1.(2019湖北武汉模拟,3,★☆☆)如图11-4-5所示,人造地球卫星沿椭圆轨道 绕地球运行时,离地球最近的一点叫近地点,最远的一点叫远地点。关于运 行的卫星,下列说法错误的是 ( ) 图11-4-5A.由于不受空气阻力,只有动能和势能的转化B.从远地点向近地点运动时,动能减小
C.从近地点向远地点运动时,速度减小D.在远地点和近地点的机械能相等
答案 B 由于不受空气阻力,所以卫星在运行过程中只有动能和势能的 转化,其机械能是守恒的,卫星在远地点和近地点的机械能相等,故A、D说 法正确;卫星从远地点向近地点运动时,质量不变,高度减小,重力势能减小, 转化为动能,使它的动能增大,故B说法错误;卫星从近地点向远地点运动 时,质量不变,高度增大,重力势能增大,同时速度减小,动能减小,故C说法正 确。
2.(2018江西赣州模拟,15,★★☆)如图11-4-6所示,小球在一个光滑的轨道 上从O点由静止释放,小球始终没有离开轨道,你认为小球最远可以滚到 ( ) 图11-4-6
A.a点 B.b点 C.c点 D.d点
答案 C 由于轨道是光滑的,所以小球的机械能守恒,故小球从O点由静 止释放,始终没有离开轨道,最远可以滚到与O点等高的c点。
3.(2018河南濮阳一模,4,★☆☆)随着我国经济的高速发展,城市建筑物越 建越高,“高空坠物伤人”事件时有发生。原因是物体所处的高度越高,物 体所具有的重力势能越 (选填“大”或“小”)。当高处的物体 坠落时,因重力势能转化为 能,从而带来安全隐患。
答案 大 动解析 物体从高空落下的过程中,高度越来越小,所以重力势能越来越小, 速度越来越快,所以动能越来越大,所以物体落下的过程中重力势能转化为 动能。
1.(2019湖北仙桃一模,8,★☆☆)如图所示,先用绳子把一个铁锁悬挂起来, 然后把铁锁拿到紧挨自己的鼻子,松手后,铁锁向前摆动又摆回来。有关铁 锁在摆动过程中的能量转化,下列说法正确的是 ( ) A.铁锁下降到最低点,动能最小B.铁锁上升到最高点,重力势能最小C.铁锁下降过程中,重力势能转化为动能D.铁锁回摆后能碰到鼻子,因为铁锁的机械能始终不变
答案 C 铁锁下降到最低点时,重力势能转化成动能,其动能最大,故A错 误、C正确;铁锁上升到最高点,高度最大,其重力势能最大,故B错误;铁锁 在摆动过程中不断克服空气阻力做功,机械能减小,所以铁锁回摆后不能碰 到鼻子,故D错误。
2.(2017四川内江期末,9,★★☆)下列关于机械能的说法中正确的是 ( )A.“弓开如满月,箭去似流星”,在将箭射出时,弓的弹性势能转化为箭的 动能B.“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”,在水下落过程中是弹性势能转化 为动能C.骑自行车的人在奋力蹬车前进时,是人的重力势能转化为车的动能D.荡秋千时,当秋千在最高处时,动能最大,重力势能最小
答案 A 箭射出去时,弓的形变程度变小,弹性势能减小;箭由静止变为运 动,动能增大;弓的弹性势能大部分转化为箭的动能,故A正确。
3.(2019安徽亳州蒙城一模,8,★☆☆)图甲所示是小明从家到学校的一条水 平公路,爱动脑筋的他做了这样的设想:要是将从家到学校的路挖成一个 “V”字形,如图乙所示,那么只要从家骑上自行车后,不用刹车也不用蹬脚 踏板,等车停下来就可以到达学校了。请你从能量转化与守恒的角度分析 小明的设想在现实生活中不能实现的原因是 。
答案 自行车对外做了功,自身的机械能减少解析 骑车过程中要克服车轮与地面、转轴间的摩擦和空气阻力做功,使 自身的机械能减小,所以不蹬脚踏板不能到达学校。
4.(2017河南模拟,3,★★☆)2016年4月24日定为首个中国航天日,是为了纪 念我国首枚人造卫星东方红一号发射成功,卫星加速升空的过程中重力势 能 ,动能 ,机械能 。(均选填“变大”“变小” 或“不变”)
答案 变大 变大 变大解析 卫星加速升空的过程中,质量不变,速度变大,高度变大,故动能和重 力势能均变大,而机械能=势能+动能,所以机械能也变大。
5.(2018广东广州模拟,25,★★☆)如图是一则公益广告:现如今随着入住高 楼的人们越来越多,高空抛物的现象也屡屡发生。高空抛物有非常大的危 险性,一个鸡蛋从18楼抛下来就可以砸碎行人头骨。请从能量的角度解释 高空落下的鸡蛋能砸伤人的原因。(4分)
答案 见解析解析 高空中的鸡蛋具有很大的重力势能,下落过程中重力势能大部分转 化为动能,在落地前鸡蛋具有很大的动能,砸向行人时会造成较大的伤害。
1.(2019湖北宜昌中考,9,★☆☆)如图11-4-7所示,过山车是一项惊险刺激的 游戏项目,下列关于过山车的机械能说法正确的是 ( ) 图11-4-7A.刚开始过山车匀速被拉升时,机械能不变B.过山车向下俯冲时,重力势能转化为动能
C.通过环形轨道最高点时,重力势能最大,动能为0D.过山车在运行过程中机械能守恒
答案 B 刚开始过山车匀速被拉升时,动能不变,高度增加,重力势能增 大,所以机械能变大,故A错误;过山车向下俯冲时,重力势能转化为动能,故 B正确;通过环形轨道最高点过山车仍在运动,所以动能不为0,故C错误;由 于有摩擦力和空气阻力,过山车在运行过程中机械能不守恒,故D错误。
2.(2017湖南衡阳中考,15,★★☆)选项图中,动能和势能之间没有发生相互 转化的是 ( )
答案 C A选项中,用弓将箭射出时,弓的弹性势能转化为箭的动能;B选 项中,上升的滚摆,滚摆的动能转化为它的重力势能;C选项中,在水平公路 上匀速行驶的汽车,汽车的动能和重力势能均未发生变化;D选项中,人造地 球卫星绕地球运行时,当它由近地点向远地点运动时,它的动能减小,重力 势能增加,动能转化为重力势能(由远地点向近地点运动时的能量转化刚 好相反)。故动能和势能之间没有发生转化的是C。
3.(2018广东广州中考,10,★★☆)如图11-4-8所示,甲、乙两个质量不同的 小球从相同高度静止释放,甲球下落过程中经过P、Q两点。忽略空气阻 力,下列说法正确的是 ( ) 图11-4-8A.着地瞬间,两球的动能相等B.甲球在P点和Q点的机械能相等C.释放瞬间,两球的重力势能相等
D.从释放到着地,两球所受重力做的功相等
答案 B 甲、乙两个质量不同的小球从相同高度静止释放,忽略空气阻 力,两个小球同时落地,速度相等,但甲、乙两个小球质量不同,所以两球的 动能不相等,A错误;忽略空气阻力,机械能守恒,故甲球在P点和Q点的机械 能相等,B正确;释放瞬间,两球所处高度相同,但两球质量不同,所以两球的 重力势能不相等,C错误;根据W=Gh=mgh可知,两球所受重力做的功不相 等,D错误。
4.(2018云南中考,15,★★☆)如图11-4-9所示,光滑斜面PM与水平面MN平 滑连接,弹簧左端固定。小物块在斜面上从P点由静止滑向M点的过程中, 机械能 ;小物块压缩弹簧的过程中,弹簧的弹性势能 (均 选填“变大”、“变小”或“不变”)。 图11-4-9
答案 不变 变大解析 小物块从P向M运动过程中,斜面光滑,只有重力势能与动能的转化, 机械能守恒,故机械能不变;弹簧被压缩过程中,弹性势能变大。
1.(2019湖南长沙中考,24,★☆☆)下列有关机械能及其转化的说法正确的 是 ( )A.弯弓射箭,箭的动能转化为弓的弹性势能B.拦河大坝使上游的水位升高,提高了水的重力势能C.蹦床运动员从高处落下,其动能转化为重力势能D.人造卫星从近地点飞向远地点时势能减小,动能增大
答案 B 将弓拉弯时,人对弓做功,弓形状发生改变,产生了弹性势能;松 手后,弓对箭做功,弓的弹性势能转化成箭的动能,故A错误;拦河坝为了提 高上游水位,质量一定,高度越高,水的重力势能越大,故B正确;从最高处落 下,运动员的质量不变,高度减小,重力势能减小,转化成了动能,运动员的速 度增大,故C错误;人造卫星从近地点飞向远地点时高度增大,重力势能增 大,故D错误。
2.(2015四川成都中考,A5,★★☆)如图所示,直升机悬停在空中,下列对直 升机能量的分析,正确的是 ( ) A.直升机具有重力势能B.直升机的动能不断转化为重力势能C.直升机的重力势能不断转化为动能D.直升机的机械能在不断增大
答案 A 直升机悬停在空中,故具有重力势能;由于质量、高度和速度保 持不变,故重力势能和动能保持不变,所以机械能也保持不变。综合分析可 知A选项正确,B、C、D选项错误。
3.(2019山东烟台中考,8,★☆☆)如图所示,小球沿轨道由静止从A处经B、 C运动到D处的过程中,忽略空气阻力和摩擦力,则 ( ) A.小球在A处的动能等于在D处的动能B.小球在A处的动能大于在D处的动能C.小球在B处的机械能小于在C处的机械能D.小球在B处的机械能等于在C处的机械能
答案 D 忽略空气阻力和摩擦力时,机械能守恒,则小球在运动过程中重 力势能和动能相互转化,但机械能总量不变。
4.(2017天津中考,16,★★☆)图为某蹦床运动员从床面上A点起跳后腾空 瞬间的照片,根据照片信息估测此时运动员脚尖到床面的距离约为 (选填“0.8 m”“1.8 m”或“3.8 m”);运动员在空中下落的过程中,他 的 能转化为动能。
答案 1.8 m 重力势解析 蹦床运动员的身高约1.7 m,脚尖到床垫的距离和身高差不多,所以 约为1.8 m;运动员在高处具有重力势能,在下落时重力势能转化为动能。
5.(2018四川广安中考,16,★☆☆)小明站在匀速上升的观光电梯里,此时他 的重力势能增大,动能 (选填“增大”、“减小”或“不变”);用 吸尘器“吸”灰尘时,灰尘是由于空气流速越大,压强 被“吸”入 吸尘器的。
答案 不变 越小解析 小明站在匀速上升的观光电梯里,他的速度和质量都不变,故动能不 变;用吸尘器“吸”灰尘时,吸尘器内空气流速大、压强小,吸尘器外的空 气流速小、压强大,在压强差的作用下灰尘被“吸”入吸尘器中。
6.(2017江西中考,19,★★☆)如图所示,是承承在乒乓球比赛中,高抛发球时 的情景。不计空气阻力,请你回答下列问题: (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的能量是如何转化的?其机械能如何变 化?(2)乒乓球运动到最高点时,是否处于平衡状态?请说明理由。
答案 (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的动能转化为重力势能,由于不 计空气阻力,则机械能不变。(2)乒乓球运动到最高点时,处于非平衡状态,因为乒乓球此时只受重力的 作用。解析 (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的质量不变,速度变小,动能减小, 同时高度升高,重力势能变大,动能转化为重力势能;机械能为动能和势能 之和,不计空气阻力,机械能不变;(2)见答案。
(2019江苏南通如皋期中)小静在观看台球比赛时发现:有时运动的白球去 撞击一个静止的球后,白球会立即静止在碰撞时的位置,而被撞的球似乎接 替了白球,沿白球原来的运动方向,以几乎相同的速度向前运动,如图11-4-1 0甲所示。
小静想:白球碰撞后立即静止,被撞的球是以白球撞前相同大小的速度运动 出去的吗?通过了解和初步实验,小静发现只有当体积和质量均相同的两球,而且球心 在同一直线上相碰时,才可能出现上述现象。为进一步探究,她设计了下述 实验方案:将一个两端翘起、中间水平的轨道固定在水平桌面上,取两个相同的台球 A、B,将B球静置于轨道的水平部分,A球置于轨道左端斜面上某处,测出该 点到水平桌面的高度h1,如图乙所示,释放A球,撞击后,A球静止,B球向前运 动并冲上轨道右端斜面能到达的最高点,测出该点的高度h2。通过比较h2 与h1的大小关系即可做出判断。请你回答以下问题:
(1)A球从斜面滑下的过程中, 能转化为动能。(2)B球由静止变为运动是因为B球在碰撞中获得了 能。(3)已知重力势能的计算公式为Ep=mgh,动能的计算公式为Ek= mv2。若轨道光滑,则碰撞前瞬间A球运动速度的表达式vA= ;若h2=h1,则说明B 球被撞后开始运动的速度vB vA(选填“>”、“=”或“<”)。(4)在实际实验中,测出的h2总小于h1,则导致这一现象的原因是 。
答案 (1)重力势 (2)动 (3) = (4) 轨道不光滑解析 本题通过图示实验,考查了“基于实验得出结论”的探究能力,通过 实验改进设计,考查了“评估、反思”探究能力。(1)A球从斜面滑下的过 程中,高度逐渐降低,重力势能减小,而球的速度逐渐增大,动能增大,重力势 能转化为动能。(2)B球由静止变为运动是因为获得动能。(3)若轨道光滑, 则mAgh1= mA ,解得vA= ;若h2=h1,则vB=vA。(4)因为轨道不可能绝对光滑,小球在轨道上运动时需克服摩擦做功,机械能减少,故在实际实验中,测 出的h2总小于h1。
1.(2017福建福州闽侯期末)杂技演员表演荡秋千时,为了让秋千越荡越高, 每次到达最高点时会直立身体,而到达最低点时会蹲下,如图所示。请说明 从最低点上升到最高点时的能量转化,并解释到达最高点时直立身体的作 用。
答案 动能转化为重力势能 见解析解析 本题以“荡秋千现象”的特点分析为载体,突出考查了“获取和处 理信息”和“用物理观念解决实际问题”的能力。杂技演员从最低点上 升到最高点的过程中,质量不变,速度变小,高度升高,动能变小,重力势能变 大,动能转化为重力势能;到达最高点时直立身体,人的重心提高,高度升高, 重力势能增大,可以保证演员在向下荡的时候获得更多的动能。
2.小球在没有空气阻力的情况下,沿无摩擦轨道运动。(1)如图所示,小球从A点静止释放,小球到达C点时速度是否为零? 。 (2)将轨道BC段改为水平,如图所示。小球仍从A点静止释放,小球经过M点 时的机械能大于、小于还是等于其在A点的机械能? 。以小球经 过M点时为计时起点,大致画出小球在MN段运动的速度-时间图线。
答案 (1)为零 (2)等于 图线如图所示
知识点一 机械能及其转化1.机械能:动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。说明 (1)动能和势能都属于机械能,一个物体可以有动能,也可以有势能, 还可以同时具有动能和势能;(2)物体具有的机械能的大小等于物体具有的动能和势能之和,即机械能= 动能+势能。2.转化:在一定条件下,动能和势能是可以相互转化的。
3.机械能守恒如果只有动能和势能相互转化,尽管动能、势能的大小会变化,但两者的总 和不变,或者说,机械能是守恒的。说明 机械能守恒是有条件的,只有动能和势能相互转化时,机械能才是守 恒的。
例1 (2019江苏盐城建湖二模)在下图所示的四个过程中,属于弹性势能转 化为动能的是 ( )
解析 滚摆从低处滚向高处,其质量不变,速度变小,动能变小,高度升高,重 力势能变大,动能转化为重力势能,故A不符合题意;塑料圆桶滚动时,速度 变小,动能变小,同时皮筋拉紧,弹性势能增大,动能转化为弹性势能,故B不 符合题意;用拉弯的弓把箭射出去,弓的弹性势能变小,转化为箭的动能,故 C符合题意;人造地球卫星从远地点向近地点运动时,质量不变,高度减小, 速度增大,重力势能转化为动能,故D不符合题意。答案 C
知识点二 水能和风能的利用
例2 我国早在2000多年前就开始利用风来推动帆船航行,至少在1700多 年前已开始利用风来推动风车做功。如图11-4-1所示是现代的风力发电 站,利用风力发电最明显的缺点是 。 图11-4-1
解析 风能利用起来比较简单、成本低,而且不会污染环境,但是风能不稳 定。答案 不稳定
题型一 判断机械能的转化情况例1 (2019安徽滁州一模)如图11-4-2是李明参加蚌埠市“走进科学,走进 梦想”科技节比赛中用的弹力小车,它依靠橡皮筋作为动力。比赛时卷紧 橡皮筋后静止释放小车,橡皮筋牵动车上齿轮带动车轮使小车前进,这个过 程中的能量转化是把 能转化为动能,小车的惯性将 (选 填“变大”、“变小”或“不变”)。 图11-4-2
解析 比赛时卷紧橡皮筋后,橡皮筋发生弹性形变,具有弹性势能,释放橡 皮筋,橡皮筋要恢复原状,使小车前进,所以是橡皮筋的弹性势能转化成小 车的动能;惯性的大小只与物体的质量有关,小车的质量不变,惯性不变。答案 弹性势 不变
方法归纳 分析动能和势能相互转化的一般步骤:①明确要研究的对象和 所要研究的过程;②根据物体在初始状态的位置、速度、形变情况,确定物 体具有的机械能类型及大小;③根据物体在最终状态的位置、速度、形变 情况,确定物体具有的机械能类型及大小;对比②③中的结论做出机械能类 型转化的判断。
题型二 判断机械能转化过程中机械能总量变化的问题例2 (2018四川绵阳中考)蹦床运动是奥运会比赛项目。运动员比赛开始 前直立在蹦床中央,比赛开始时快速下蹲并立即恢复直立被蹦床弹起,离开 蹦床时成直立状态并一直保持,到达最高点后下落,接触蹦床时又快速下蹲 并立即恢复直立,再次被蹦床弹起,达到更高点。忽略空气阻力,下列说法 正确的是 ( ) 图11-4-3A.在整个过程中,运动员机械能守恒B.在整个过程中,运动员机械能一直在增加
C.从离开蹦床到下落接触蹦床的过程中,运动员机械能守恒D.从下落接触蹦床到离开蹦床的过程中,运动员机械能守恒
解析 从下落接触蹦床到离开蹦床的过程中,运动员的机械能先减少后增 加,运动员的机械能不守恒,所以A、B、D错;从离开蹦床到下落接触蹦床 的过程中,忽略空气阻力,运动员的机械能守恒,所以C正确。答案 C
点拨 正确理解动能和势能的影响因素以及机械能转化和守恒的条件是 解题的关键。在机械能相互转化过程中,只要给出“忽略空气阻力和摩擦 力”等假设条件,就意味着机械能守恒,否则,就意味着机械能不守恒。
学用结合,细探“机械能及其转化”素养呈现 能量是《物理课程标准》中科学内容的三大主题之一,充分说 明了能量在初中物理课程中的重要地位。本章中功和功率除单独考查外, 还常与第十二章《简单机械》的知识结合进行综合考查。而机械能及其 转化除与生活、科技相结合进行考查外,还常与高中相关物理知识结合,以 信息题的形式综合考查“获取和处理信息”及“应用物理观念解决实际 问题”的物理素养。
典例剖析例 (2019广东惠州惠阳二模)如图11-4-4所示,小球在不同场景做不同运 动。请你根据所给条件回答以下问题。 图11-4-4(1)如图甲,质量为m的小球从高度为h的光滑斜面顶端由静止自由滑下,到 达斜面底端的速度为v0,此过程 能转化成 能,关系式mgh= mv2成立,则一个物体从高0.2 m的光滑斜面顶端自由下滑到斜面底端时的速度为 m/s。(g=10 m/s2)
(2)如图乙,将物体以一定的初速度v0沿水平方向抛出(不计阻力),物体做平 抛运动,在水平方向做匀速直线运动,则水平方向的距离公式为 (用图中字母符号表示),在竖直方向下落的高度y= gt2,则y与x2的关系可用丙图中的图线 表示。
解析 (1)小球从光滑斜面顶端由静止自由滑下,质量不变,高度变小,重力 势能变小,重力势能转化为动能,使它的速度变大,动能变大;因为关系式 mgh= mv2成立,所以物体从高0.2 m的光滑斜面顶端自由下滑到斜面底端时的速度为v= = = =2 m/s;(2)将物体以一定的初速度v0沿水平方向抛出(不计阻力),物体做平抛运动,在水平方向运动的距 离x=v0t,则运动时间为t= ,在竖直方向下落的高度y= gt2= g ,g与v0都是常数,所以y与x2成正比,故b符合题意。
答案 (1)重力势 动 2 (2)x=v0t b
素养解读 正确解答本题的关键是通过阅读题干获取相关信息。计算物 体在底端速度大小时,考查了对题目中所给表达式的理解与运用的“物理 观念”素养。
知识点一 机械能及其转化1.(独家原创试题)在门与门框之间连上一根橡皮筋并拉直,开门后橡皮筋 被拉紧,一松手,门就可自动关闭,在门关闭的过程中,机械能的转化情况是 ( )A.弹性势能转化为动能B.动能转化为重力势能C.动能转化为弹性势能D.重力势能转化为动能
答案 A 开门时拉紧了橡皮筋,橡皮筋具有弹性势能,松手后,橡皮筋恢复 原状,弹性势能减少,转化成门的动能,使门自动关闭。
2.(2018广东揭阳二模)如图11-4-1所示,忽略空气阻力与摩擦,小球从a点抛 出时具有400 J的机械能,其中动能为250 J,小球经过b、c两点落到地面上 的d点,已知b点是最高点,a与c在同一高度,则请问小球在b点的机械能为 J,在c点的重力势能为 J,在d点的动能为 J。 图11-4-1
答案 400 150 400解析 小球在a点时的机械能为400 J,忽略空气阻力与摩擦,机械能守恒,所 以在b点的机械能为400 J;在a点的重力势能为400 J-250 J=150 J;又因为c点 与a点的高度相同,所以重力势能相同,则在c点的重力势能也为150 J;在d点 的重力势能为零,所以动能为400 J。
知识点二 水能和风能的利用3.唐诗中有“黄河远上白云间”“不尽长江滚滚来”的诗句,从物理学的 角度来看,前一句生动形象地表明黄河水存储着大量的 能,后一句 表明长江水具有大量的 能;古诗中又有“强弩之末势不能穿鲁缟 者也”,说明物体的动能大小与它的 有关。
答案 重力势 动 速度解析 从前一诗句中可看出黄河之水高高在上,由于有一定的高度而具有 重力势能;后一诗句可看出长江之水在流动,由于运动而具有动能。“强弩 之末势不能穿鲁缟者也”,强弩到最后速度比较慢,动能小,不能穿鲁缟,说 明物体的动能大小与它的速度有关。
1.(2019山东滨州滨城一模)2018俄罗斯世界杯足球赛中,某球员传球时足 球的运动轨迹如图所示,下列分析不正确的是 ( ) A.在不计空气阻力的情况下,足球从离开脚后到达最高点的过程中,球的机 械能不变B.在最高点时,球的动能大于零C.足球在下落过程中,脚对足球一直在做功D.球在整个运动过程中,运动状态不断改变
答案 C 在不计空气阻力的情况下,足球离开脚后,只有重力势能与动能 的转化,所以球的机械能不变,A说法正确;由图知,球是沿斜上方运动,到达 最高点时仍具有向右运动的速度,所以,球的动能大于零,B说法正确;足球 在下落过程中,脚没有对足球施加力的作用,所以脚对球没有做功,C说法错 误;球在整个运动过程中,一直只受向下的重力的作用,所以运动状态不断 改变,D说法正确。
2.(2018黑龙江哈尔滨道里一模)如图所示的情景中,重力势能转化为动能 的过程是 ( )
答案 D 将弓拉弯时,人对弓做功,弓形状发生改变,产生了弹性势能;松 手后,箭离开弓的过程中,弓对箭做功,使箭的速度变大,弓的弹性势能转化 为箭的动能,A不合题意;撑杆跳运动员撑起过程,所处的高度增加,其速度 减小,动能转化为重力势能,B不合题意;杠铃被举起时,其速度变慢,所处的 高度增加,动能转化为重力势能,C不合题意;运动员下落时,所处的高度降 低,重力势能减小,其速度增加,动能增加,重力势能转化为动能,D符合题 意。
3.铅球被推出手后,在某一时刻它的动能是200 J,重力势能是120 J,此时它 的机械能为 J。
答案 320解析 铅球的机械能就是其动能和势能之和。
4.(2019安徽马鞍山一模)如图所示的单摆,如果不考虑空气阻力的影响,小 球将在ABC间不停地往复运动。小球从A运动到B的过程中,机械能 (选填“逐渐变小”或“保持不变”);绳子的拉力对小球 (选填“做功”或“不做功”)。
答案 保持不变 不做功解析 不考虑空气阻力的影响,小球将在ABC间不停地往复运动,机械能守 恒,即机械能总量保持不变;单摆摆动过程中,绳子对小球有拉力的作用,但 小球并没有在拉力的方向上移动距离,所以绳子的拉力对小球不做功。
5.简要回答有关水电站的下列问题。(1)从能量转化的角度说明水电站的工作原理。(2)建设水电站选址时,从能量利用角度来看,你将选择图甲所示的A址还是 选择图乙所示的B址?并说明理由?
答案 (1)水从高处流下,水的重力势能转化为动能,水流推动水轮机发电, 水的动能转化为电能。(2)B址,理由见解析。解析 (1)水电站是通过将水的重力势能转化为动能再转化为电能来发电 的;(2)B址与水库的高度差比A址与水库的高度差大,相同质量的水流下时 转化成的动能更多,转化成的电能也就相应多。
1.(独家原创试题)如图11-4-2所示,将同一物体从A点开始沿两个光滑的弧 面 AB、AC自由滚下,到达同一水平面时的动能分别为E1、E2,所用时间分 别为t1、t2,不计空气阻力,则下列关系正确的是 ( ) 图11-4-2A.E1=E2,t1=t2 B.E1=E2,t1
答案 A 两图中,火柴盒下落时,重力势能转化为动能,当与桌面碰撞时动 能转化为弹性势能,此时有能量损失,机械能减小,故B、C、D选项错误;而 乙图中,火柴盒还克服摩擦力做功,机械能减小得更多,故不能弹起,所以A 选项正确。
3.(2019河北石家庄一模)星期天,小明去做蹦极运动。如图11-4-4所示,小 明从上端O点跳下的过程中,A点是弹性绳不系小明时自然下垂到的位置,B 点是小明蹦极过程中受力平衡的位置,C点是小明蹦极过程中下落到的最 低位置,不计空气阻力。(1)小明在下落过程中,速度最大的位置在 (选填“A”、“B”或 “C”)点。(2)在从O点到A点运动过程中,小明的能量转化是 ;在从 B点到C点运动过程中,小明的 能转化为弹性绳的弹性 势能。(3)最终,小明静止在 (选填“A”、“B”或“C”)点。
图11-4-4
答案 (1)B (2)重力势能转化为动能 动能和重力势 (3)B解析 (1)小明从O点到A点,只受重力,做加速运动,从A点到B点,重力大于 弹力,做加速运动,从B点到C点,重力小于弹力,做减速运动,所以在B点弹力 恰好等于重力时,小明的速度达到最大;(2)在从O点到A点运动过程中,高度 降低,重力势能转化为动能;在从B点到C点运动过程中,小明的质量不变,速 度变小,高度降低,重力势能和动能都变小,转化成绳的弹性势能;(3)由于在 B点小明所受弹力恰好等于重力,所以小明经历多次往复运动后,最终静止 在B点。
1.(2017江苏苏州工业园区期末)弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结 构如图甲所示。图乙是小希玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过 程,针对此过程,下列分析正确的是 ( )
A.在a状态时弹簧的弹性势能最大,小希的机械能为零B.a→b的过程中,弹簧的弹力越来越大,在b状态时弹力最大C.b→c的过程中,弹簧的弹性势能转化为小希的重力势能D.a→c的过程中,小希先加速后减速,在b状态时速度最大
答案 A 由图可知,a状态时弹簧的形变程度最大,弹簧的弹性势能最大, 小希处于最低位置,高度为0、速度为0,故小希的重力势能和动能均为0,由 于小希的机械能等于动能加重力势能,所以小希的机械能为零,故A正确。 a→b的过程中,弹簧的形变程度变小,所以弹簧的弹力越来越小,到达b状态 时,弹簧恢复到原长,所以此时弹力为0,故B错误。b→c的过程,即离开地面 上升的过程,小希的速度减小,动能减小,高度增大,重力势能增大,所以该过 程中是动能转化为小希的重力势能,故C错误。a→b的过程中,开始一段时 间内,弹簧的形变量较大,向上的弹力大于向下的重力,小希做加速运动,随 着弹簧形变量的减小,弹力减小,当弹力等于重力时,小希的速度达到最大, 弹力继续减小,向上的弹力小于向下的重力时,小希做减速运动,而b→c的 过程中,小希在重力作用下做减速运动,所以,a→c的过程中,小希先加速后 减速,在b状态时速度并不是最大(此时只受重力作用,处于减速阶段),故D错误。
2.(2018四川成都中考)如图所示,小邦在国色天乡玩蹦极,不考虑空气阻力, 关于他在下降过程中的能量分析,下列说法正确的是 ( ) A.弹性绳绷直前,重力势能增大,动能减小B.弹性绳绷直前,重力势能减小,动能不变C.下降到最低点,动能最小,弹性势能最大D.下降到最低点,重力势能最大,弹性势能最小
答案 C 弹性绳绷直前,人在重力作用下加速下落,重力势能减小,动能增 大,A、B错误;绳绷直后,人继续下落,弹性绳的伸长量逐渐增大,对人向上 的拉力逐渐增大,下降到最低点,人的速度为零,此时人的重力势能最小,动 能最小,弹性绳的弹性势能最大,C正确,D错误。
3.(2019河北石家庄新华一模)图中AOB是光滑轨道,A点的高度大于B点的 高度,让小球由A点静止开始自由落下,沿轨道AOB到达B点后离开(不计空 气阻力),从A点到O点的过程中 能转化为 能,小球到达B 点后由于 会继续运动,它的运动轨迹a、b、c、d最符合实 际的是 。
答案 重力势 动 惯性 c解析 因为不计空气阻力,AOB完全光滑,小球运动时其机械能守恒;从A点 到O点的过程中,高度变小,重力势能转化为动能;小球到达B点后由于惯性, 仍要保持原来的运动状态,所以会继续运动;小球离开B点后,仍然运动,具 有动能,它会沿原来的方向斜向上运动,d不符合题意,动能转化成重力势能, 到达最高点后,仍然具有水平方向的速度,故动能不能全部转化成重力势 能,所以小球不会达到与A点等高的位置,a、b不符合题意,正确满足这个条 件的只有曲线c。
1.(2019湖北武汉模拟,3,★☆☆)如图11-4-5所示,人造地球卫星沿椭圆轨道 绕地球运行时,离地球最近的一点叫近地点,最远的一点叫远地点。关于运 行的卫星,下列说法错误的是 ( ) 图11-4-5A.由于不受空气阻力,只有动能和势能的转化B.从远地点向近地点运动时,动能减小
C.从近地点向远地点运动时,速度减小D.在远地点和近地点的机械能相等
答案 B 由于不受空气阻力,所以卫星在运行过程中只有动能和势能的 转化,其机械能是守恒的,卫星在远地点和近地点的机械能相等,故A、D说 法正确;卫星从远地点向近地点运动时,质量不变,高度减小,重力势能减小, 转化为动能,使它的动能增大,故B说法错误;卫星从近地点向远地点运动 时,质量不变,高度增大,重力势能增大,同时速度减小,动能减小,故C说法正 确。
2.(2018江西赣州模拟,15,★★☆)如图11-4-6所示,小球在一个光滑的轨道 上从O点由静止释放,小球始终没有离开轨道,你认为小球最远可以滚到 ( ) 图11-4-6
A.a点 B.b点 C.c点 D.d点
答案 C 由于轨道是光滑的,所以小球的机械能守恒,故小球从O点由静 止释放,始终没有离开轨道,最远可以滚到与O点等高的c点。
3.(2018河南濮阳一模,4,★☆☆)随着我国经济的高速发展,城市建筑物越 建越高,“高空坠物伤人”事件时有发生。原因是物体所处的高度越高,物 体所具有的重力势能越 (选填“大”或“小”)。当高处的物体 坠落时,因重力势能转化为 能,从而带来安全隐患。
答案 大 动解析 物体从高空落下的过程中,高度越来越小,所以重力势能越来越小, 速度越来越快,所以动能越来越大,所以物体落下的过程中重力势能转化为 动能。
1.(2019湖北仙桃一模,8,★☆☆)如图所示,先用绳子把一个铁锁悬挂起来, 然后把铁锁拿到紧挨自己的鼻子,松手后,铁锁向前摆动又摆回来。有关铁 锁在摆动过程中的能量转化,下列说法正确的是 ( ) A.铁锁下降到最低点,动能最小B.铁锁上升到最高点,重力势能最小C.铁锁下降过程中,重力势能转化为动能D.铁锁回摆后能碰到鼻子,因为铁锁的机械能始终不变
答案 C 铁锁下降到最低点时,重力势能转化成动能,其动能最大,故A错 误、C正确;铁锁上升到最高点,高度最大,其重力势能最大,故B错误;铁锁 在摆动过程中不断克服空气阻力做功,机械能减小,所以铁锁回摆后不能碰 到鼻子,故D错误。
2.(2017四川内江期末,9,★★☆)下列关于机械能的说法中正确的是 ( )A.“弓开如满月,箭去似流星”,在将箭射出时,弓的弹性势能转化为箭的 动能B.“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”,在水下落过程中是弹性势能转化 为动能C.骑自行车的人在奋力蹬车前进时,是人的重力势能转化为车的动能D.荡秋千时,当秋千在最高处时,动能最大,重力势能最小
答案 A 箭射出去时,弓的形变程度变小,弹性势能减小;箭由静止变为运 动,动能增大;弓的弹性势能大部分转化为箭的动能,故A正确。
3.(2019安徽亳州蒙城一模,8,★☆☆)图甲所示是小明从家到学校的一条水 平公路,爱动脑筋的他做了这样的设想:要是将从家到学校的路挖成一个 “V”字形,如图乙所示,那么只要从家骑上自行车后,不用刹车也不用蹬脚 踏板,等车停下来就可以到达学校了。请你从能量转化与守恒的角度分析 小明的设想在现实生活中不能实现的原因是 。
答案 自行车对外做了功,自身的机械能减少解析 骑车过程中要克服车轮与地面、转轴间的摩擦和空气阻力做功,使 自身的机械能减小,所以不蹬脚踏板不能到达学校。
4.(2017河南模拟,3,★★☆)2016年4月24日定为首个中国航天日,是为了纪 念我国首枚人造卫星东方红一号发射成功,卫星加速升空的过程中重力势 能 ,动能 ,机械能 。(均选填“变大”“变小” 或“不变”)
答案 变大 变大 变大解析 卫星加速升空的过程中,质量不变,速度变大,高度变大,故动能和重 力势能均变大,而机械能=势能+动能,所以机械能也变大。
5.(2018广东广州模拟,25,★★☆)如图是一则公益广告:现如今随着入住高 楼的人们越来越多,高空抛物的现象也屡屡发生。高空抛物有非常大的危 险性,一个鸡蛋从18楼抛下来就可以砸碎行人头骨。请从能量的角度解释 高空落下的鸡蛋能砸伤人的原因。(4分)
答案 见解析解析 高空中的鸡蛋具有很大的重力势能,下落过程中重力势能大部分转 化为动能,在落地前鸡蛋具有很大的动能,砸向行人时会造成较大的伤害。
1.(2019湖北宜昌中考,9,★☆☆)如图11-4-7所示,过山车是一项惊险刺激的 游戏项目,下列关于过山车的机械能说法正确的是 ( ) 图11-4-7A.刚开始过山车匀速被拉升时,机械能不变B.过山车向下俯冲时,重力势能转化为动能
C.通过环形轨道最高点时,重力势能最大,动能为0D.过山车在运行过程中机械能守恒
答案 B 刚开始过山车匀速被拉升时,动能不变,高度增加,重力势能增 大,所以机械能变大,故A错误;过山车向下俯冲时,重力势能转化为动能,故 B正确;通过环形轨道最高点过山车仍在运动,所以动能不为0,故C错误;由 于有摩擦力和空气阻力,过山车在运行过程中机械能不守恒,故D错误。
2.(2017湖南衡阳中考,15,★★☆)选项图中,动能和势能之间没有发生相互 转化的是 ( )
答案 C A选项中,用弓将箭射出时,弓的弹性势能转化为箭的动能;B选 项中,上升的滚摆,滚摆的动能转化为它的重力势能;C选项中,在水平公路 上匀速行驶的汽车,汽车的动能和重力势能均未发生变化;D选项中,人造地 球卫星绕地球运行时,当它由近地点向远地点运动时,它的动能减小,重力 势能增加,动能转化为重力势能(由远地点向近地点运动时的能量转化刚 好相反)。故动能和势能之间没有发生转化的是C。
3.(2018广东广州中考,10,★★☆)如图11-4-8所示,甲、乙两个质量不同的 小球从相同高度静止释放,甲球下落过程中经过P、Q两点。忽略空气阻 力,下列说法正确的是 ( ) 图11-4-8A.着地瞬间,两球的动能相等B.甲球在P点和Q点的机械能相等C.释放瞬间,两球的重力势能相等
D.从释放到着地,两球所受重力做的功相等
答案 B 甲、乙两个质量不同的小球从相同高度静止释放,忽略空气阻 力,两个小球同时落地,速度相等,但甲、乙两个小球质量不同,所以两球的 动能不相等,A错误;忽略空气阻力,机械能守恒,故甲球在P点和Q点的机械 能相等,B正确;释放瞬间,两球所处高度相同,但两球质量不同,所以两球的 重力势能不相等,C错误;根据W=Gh=mgh可知,两球所受重力做的功不相 等,D错误。
4.(2018云南中考,15,★★☆)如图11-4-9所示,光滑斜面PM与水平面MN平 滑连接,弹簧左端固定。小物块在斜面上从P点由静止滑向M点的过程中, 机械能 ;小物块压缩弹簧的过程中,弹簧的弹性势能 (均 选填“变大”、“变小”或“不变”)。 图11-4-9
答案 不变 变大解析 小物块从P向M运动过程中,斜面光滑,只有重力势能与动能的转化, 机械能守恒,故机械能不变;弹簧被压缩过程中,弹性势能变大。
1.(2019湖南长沙中考,24,★☆☆)下列有关机械能及其转化的说法正确的 是 ( )A.弯弓射箭,箭的动能转化为弓的弹性势能B.拦河大坝使上游的水位升高,提高了水的重力势能C.蹦床运动员从高处落下,其动能转化为重力势能D.人造卫星从近地点飞向远地点时势能减小,动能增大
答案 B 将弓拉弯时,人对弓做功,弓形状发生改变,产生了弹性势能;松 手后,弓对箭做功,弓的弹性势能转化成箭的动能,故A错误;拦河坝为了提 高上游水位,质量一定,高度越高,水的重力势能越大,故B正确;从最高处落 下,运动员的质量不变,高度减小,重力势能减小,转化成了动能,运动员的速 度增大,故C错误;人造卫星从近地点飞向远地点时高度增大,重力势能增 大,故D错误。
2.(2015四川成都中考,A5,★★☆)如图所示,直升机悬停在空中,下列对直 升机能量的分析,正确的是 ( ) A.直升机具有重力势能B.直升机的动能不断转化为重力势能C.直升机的重力势能不断转化为动能D.直升机的机械能在不断增大
答案 A 直升机悬停在空中,故具有重力势能;由于质量、高度和速度保 持不变,故重力势能和动能保持不变,所以机械能也保持不变。综合分析可 知A选项正确,B、C、D选项错误。
3.(2019山东烟台中考,8,★☆☆)如图所示,小球沿轨道由静止从A处经B、 C运动到D处的过程中,忽略空气阻力和摩擦力,则 ( ) A.小球在A处的动能等于在D处的动能B.小球在A处的动能大于在D处的动能C.小球在B处的机械能小于在C处的机械能D.小球在B处的机械能等于在C处的机械能
答案 D 忽略空气阻力和摩擦力时,机械能守恒,则小球在运动过程中重 力势能和动能相互转化,但机械能总量不变。
4.(2017天津中考,16,★★☆)图为某蹦床运动员从床面上A点起跳后腾空 瞬间的照片,根据照片信息估测此时运动员脚尖到床面的距离约为 (选填“0.8 m”“1.8 m”或“3.8 m”);运动员在空中下落的过程中,他 的 能转化为动能。
答案 1.8 m 重力势解析 蹦床运动员的身高约1.7 m,脚尖到床垫的距离和身高差不多,所以 约为1.8 m;运动员在高处具有重力势能,在下落时重力势能转化为动能。
5.(2018四川广安中考,16,★☆☆)小明站在匀速上升的观光电梯里,此时他 的重力势能增大,动能 (选填“增大”、“减小”或“不变”);用 吸尘器“吸”灰尘时,灰尘是由于空气流速越大,压强 被“吸”入 吸尘器的。
答案 不变 越小解析 小明站在匀速上升的观光电梯里,他的速度和质量都不变,故动能不 变;用吸尘器“吸”灰尘时,吸尘器内空气流速大、压强小,吸尘器外的空 气流速小、压强大,在压强差的作用下灰尘被“吸”入吸尘器中。
6.(2017江西中考,19,★★☆)如图所示,是承承在乒乓球比赛中,高抛发球时 的情景。不计空气阻力,请你回答下列问题: (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的能量是如何转化的?其机械能如何变 化?(2)乒乓球运动到最高点时,是否处于平衡状态?请说明理由。
答案 (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的动能转化为重力势能,由于不 计空气阻力,则机械能不变。(2)乒乓球运动到最高点时,处于非平衡状态,因为乒乓球此时只受重力的 作用。解析 (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的质量不变,速度变小,动能减小, 同时高度升高,重力势能变大,动能转化为重力势能;机械能为动能和势能 之和,不计空气阻力,机械能不变;(2)见答案。
(2019江苏南通如皋期中)小静在观看台球比赛时发现:有时运动的白球去 撞击一个静止的球后,白球会立即静止在碰撞时的位置,而被撞的球似乎接 替了白球,沿白球原来的运动方向,以几乎相同的速度向前运动,如图11-4-1 0甲所示。
小静想:白球碰撞后立即静止,被撞的球是以白球撞前相同大小的速度运动 出去的吗?通过了解和初步实验,小静发现只有当体积和质量均相同的两球,而且球心 在同一直线上相碰时,才可能出现上述现象。为进一步探究,她设计了下述 实验方案:将一个两端翘起、中间水平的轨道固定在水平桌面上,取两个相同的台球 A、B,将B球静置于轨道的水平部分,A球置于轨道左端斜面上某处,测出该 点到水平桌面的高度h1,如图乙所示,释放A球,撞击后,A球静止,B球向前运 动并冲上轨道右端斜面能到达的最高点,测出该点的高度h2。通过比较h2 与h1的大小关系即可做出判断。请你回答以下问题:
(1)A球从斜面滑下的过程中, 能转化为动能。(2)B球由静止变为运动是因为B球在碰撞中获得了 能。(3)已知重力势能的计算公式为Ep=mgh,动能的计算公式为Ek= mv2。若轨道光滑,则碰撞前瞬间A球运动速度的表达式vA= ;若h2=h1,则说明B 球被撞后开始运动的速度vB vA(选填“>”、“=”或“<”)。(4)在实际实验中,测出的h2总小于h1,则导致这一现象的原因是 。
答案 (1)重力势 (2)动 (3) = (4) 轨道不光滑解析 本题通过图示实验,考查了“基于实验得出结论”的探究能力,通过 实验改进设计,考查了“评估、反思”探究能力。(1)A球从斜面滑下的过 程中,高度逐渐降低,重力势能减小,而球的速度逐渐增大,动能增大,重力势 能转化为动能。(2)B球由静止变为运动是因为获得动能。(3)若轨道光滑, 则mAgh1= mA ,解得vA= ;若h2=h1,则vB=vA。(4)因为轨道不可能绝对光滑,小球在轨道上运动时需克服摩擦做功,机械能减少,故在实际实验中,测 出的h2总小于h1。
1.(2017福建福州闽侯期末)杂技演员表演荡秋千时,为了让秋千越荡越高, 每次到达最高点时会直立身体,而到达最低点时会蹲下,如图所示。请说明 从最低点上升到最高点时的能量转化,并解释到达最高点时直立身体的作 用。
答案 动能转化为重力势能 见解析解析 本题以“荡秋千现象”的特点分析为载体,突出考查了“获取和处 理信息”和“用物理观念解决实际问题”的能力。杂技演员从最低点上 升到最高点的过程中,质量不变,速度变小,高度升高,动能变小,重力势能变 大,动能转化为重力势能;到达最高点时直立身体,人的重心提高,高度升高, 重力势能增大,可以保证演员在向下荡的时候获得更多的动能。
2.小球在没有空气阻力的情况下,沿无摩擦轨道运动。(1)如图所示,小球从A点静止释放,小球到达C点时速度是否为零? 。 (2)将轨道BC段改为水平,如图所示。小球仍从A点静止释放,小球经过M点 时的机械能大于、小于还是等于其在A点的机械能? 。以小球经 过M点时为计时起点,大致画出小球在MN段运动的速度-时间图线。
答案 (1)为零 (2)等于 图线如图所示
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