初中物理沪科版（五四制）(2024)八年级下册（2024）第4节 机械能及其转化优秀学案

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▉题型1 动能的概念
【知识点的认识】
①概念：物体由于运动而具有的能，叫做动能。一切物体都具有动能。
②影响动能大小的因素：物体的质量和速度。物体的质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。
③单位：焦耳（J）
1．某大厦安装的观光电梯。
（1）小明站在上升的电梯里，以电梯为参照物，他看到电梯外楼房墙面上的广告牌是 的。
（2）电梯匀速上升过程中，小明的重力势能 ，动能 。若小明受到的重力为G，电梯对小明的支持力为F1，小明对电梯的压力为F2，则F1和 是一对平衡力。
▉题型2 探究影响物体动能大小的因素
【知识点的认识】
提出问题：动能的大小与哪些因素有关？
猜想和假设：动能的大小可能与物体的质量有关，还可能与物体的运动速度有关
实验器材：斜面、钢球、木块
实验步骤：
①让同一个钢球从斜面的不同高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近；
②换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近。
实验现象：
①同一钢球从不同高度滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球滚到平面上时的速度越大，木块被推得越远；
②质量不同的钢球从同一高度滚下，钢球滚到平面上时的速度相同。质量越大的钢球将木块推得越远。
得出结论：
①物体动能的大小与物体的运动速度有关，物体运动速度越大，物体的动能越大；
②物体动能的大小与物体的质量有关，物体的质量越大，物体的动能越大。
归纳总结：
动能的大小与物体的质量和运动速度有关。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，它的动能也越大
2．为了模拟研究超载和超速带来的安全隐患，小野同学设计了如图所示的探究实验：将A、B、C三个小球从同一装置高度分别为hA、hB、hC的位置由静止滚下（mA＝mB＜mC，hA＝hC＞hB），推动小木块运动一段距离后停止。
（1）该实验中所探究物体的动能是指 （选填“小球”或“小木块”）的动能。
（2）在甲、丙两图所示的实验中，A、C两球刚滚到水平面时的速度 （选填“相等”或“不相等”）。
（3）用来研究超速带来的安全隐患时，小野应选择 两图所示的实验进行比较；用来研究超载带来的安全隐患时，小野应选择 两图所示的实验进行比较。
（4）实验装置中，如果水平面光滑，能否完成本实验的探究内容？ 。理由是 。
（5）后来小野分别用B球和C球将弹性相同的弹簧压缩到相同程度后再放手，如图丁所示，则两球离开弹簧时的速度 （选填“相等”或“不相等”）。
▉题型3 动能大小与质量的关系
【知识点的认识】
动能的大小与物体的质量和运动的速度有关：物体质量越大、速度越大，具有的动能越大。
3．为增强学生体质，实验中学近期举办了运动会。如图是某同学投铅球时，铅球在空中运动的示意图，画出铅球在空中运动过程中，动能Ek与时间t的大致关系图象。
▉题型4 动能大小与速度的关系
【知识点的认识】
动能的大小与物体的质量和运动的速度有关：物体质量越大、速度越大，具有的动能越大。
4．小明竖直向上抛出一个小球，小球离手后在空中运动。如图线中，能反映小球动能EK随时间t变化关系的是（ ）
A．B．
C．D．
5．学生的安全问题越来越引起社会的关注，2014年度全国各地仍然发生导致多名学生伤亡的校车事故频频发生。此类事故，主要原因是车辆破旧，行驶时超速、超载等原因。下列相关说法正确的是（ ）
A．行驶时超速、超载会增大汽车的动能，撞击时破坏就大
B．超速行驶会增大汽车的惯性，难以刹车
C．校车的轮子做得宽大一些是为了增大摩擦力
D．加速行驶的汽车在水平方向受到的是一对平衡力
▉题型5 弹性势能的概念
【知识点的认识】
①概念：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能．
②影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度．同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大．
6．如图所示，“蹦床”不仅是奥运会的正式比赛项目，也是小朋友非常喜欢的游戏项目。小朋友通过对蹦床施力，蹦床发生弹性形变，因而具有 能；同时由于力的作用是 的，蹦床对小朋友也施力，把小朋友弹到高处，小朋友由于被弹到高处而具有 能，小朋友达到最高点时动能大小为 焦。
▉题型6 探究影响物体弹性势能大小的因素
【知识点的认识】
实验设计：‌
使用两根材料不同的弹簧A和B（‌长度和粗细相同）‌，‌小球、‌木块和长刻度尺。‌将弹簧按照不同的压缩长度安装好，‌确保弹簧被压缩的长度在弹性限度内。‌将小球置于弹簧的右端，‌放手后观察小球弹出的距离，‌以及木块被推动的距离。‌
实验操作：‌
第一次实验中，‌将弹簧压缩到一定的长度ΔL1，‌记录木块被推动的距离S1。‌
第二次实验中，‌将弹簧压缩到长度ΔL2（‌ΔL2＞ΔL1）‌，‌再次记录木块被推动的距离S2。‌
数据分析：‌
比较S1和S2的距离，‌如果S2的距离大于S1，‌说明弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。‌
实验结论：‌
弹性势能的大小确实与弹簧被压缩的程度有关。‌
7．小明猜想同一根弹簧具有的弹性势能大小可能与其形变量（x）或者形变量的平方（x2）成正比。于是进行了如下实验：
①如图所示，把弹簧套在光滑竖直杆上，且底端固定在水平面上，用刻度尺读出并记录处于自由状态时弹簧上端距水平面的高度h0；
②将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出并记录此时弹簧上端到水平面的高度h1；
③释放小铁块，读出并记录铁块上升到最大高度时，弹簧上端到水平面的高度h2；
④改变弹簧的压缩长度h1，重复以上步骤并根据表格中记录的数据计算出x、x2和小铁块上升的距离Δh。
请你解答：
（1）弹簧每次被压缩时的形变量的表达式为x＝ （用所测物理量的符号表示）；
（2）弹簧弹性势能的大小是通过 来间接反映的；
（3）根据表中数据得到的结论是同一根弹簧弹性势能的大小与 成正比。
▉题型7 机械能的概念
【知识点的认识】
（1）动能和势能之和称为机械能。
动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和势能是机械能的两种表现形式。
（2）大小：物体具有的机械能是指动能和势能的总和。
8．我国现代农业已进入信息化和数字化时代，农用机械已经能通过北斗导航系统精准作业。如图所示，水平匀速飞行的无人机正在喷洒农药，在此过程中（ ）
A．它的动能不变，重力势能减小，机械能减小
B．它的动能不变，重力势能不变，机械能不变
C．它的动能减小，重力势能不变，机械能减小
D．它的动能减小，重力势能减小，机械能减小
9．如图所示是战斗机在巡航过程中用加油机加油的情况，下列的说法错误的是（ ）
A．加油过程中，战斗机保持在同一高度匀速直线运动，机械能不变
B．以加油机为参照物，战斗机是静止的
C．加油机升空的原理是机翼上方的空气流速大，压强小
D．加完油后，加油机的质量减小，惯性也减小
10．如图所示，体育课上小李用30N的力将重力大小为6N的篮球投出。
（1）离开手的篮球由于 继续向前；若篮筐高度约为3m，球从入框到落地，重力做功为 J。
（2）篮球在上升过程中增大的是 。
A.动能
B.重力势能
C.机械能
▉题型8 动能和重力势能的相互转化
【知识点的认识】
动能和重力势能之间可以相互转化．动能和重力势能之间的相互转化一般发生在只受重力作用下的运动过程中，例如滚摆在下降的过程中，越转越快，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能；滚摆在上升过程中，越转越慢，它的重力势能越来越大，动能越来越小，动能转化为重力势能．
11．自行车沿斜坡匀速驶下的过程中，它具有的（ ）
A．重力势能减小，动能不变
B．重力势能减小，机械能不变
C．重力势能减小，动能增大
D．动能不变，机械能增大
12．如图是滑雪运动的轨道。某运动员从高处A点由静止滑下，经过B点到达最低点，然后到达另一侧与B点等高的C点时速度刚好为零。下列说法正确的是（ ）
A．从A点到O点的过程，动能转化为重力势能
B．从O点到C点的过程，机械能不断增加
C．B点和C点的机械能相等
D．从A点到O点的过程，机械能不断减小
13．2022年2月，我国成功举办了第24届冬奥会，图片是中国滑雪运动员谷爱凌在U形场地比赛的情景，关于比赛过程中的能量转化，下列说法正确的是（ ）
A．她滑行向上冲击到最高点时，动能将达到最大
B．她从高处运动到低处的过程中，动能转化为重力势能
C．她从出发点加速下滑的过程中，重力势能越来越小
D．她在整个比赛过程中机械能保持不变
14．飞机在空中沿水平方向匀速飞行，同时往地面投放救灾物资。在这个过程中，飞机的动能 ，势能 （填“增大”、“减小”或“不变”）。
▉题型9 动能和弹性势能的相互转化
【知识点的认识】
动能和弹性势能之间也可以相互转化．它可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间，例如，从高处落下的皮球与地面撞击的过程中，由于皮球发生弹性形变，皮球的动能转化为弹性势能，皮球在恢复形变的过程中，它的弹性势能转化为动能．拉弯的弓把箭射出去的过程中，拉弯的弓具有弹性势能，射出去的箭具有动能，这是弓的弹性势能转化为箭的动能．
15．如图所示的网球掉到地上会跳起，但是越跳越低。A，B，C，D四点为同一水平线上的不同位置。下列说法正确的是（ ）
A．网球在A，B，C，D四点中，A点机械能小于B点机械能
B．网球触地变形，动能转化为弹性势能；恢复形状反弹，弹性势能转化为动能
C．网球由于受到阻力的作用，机械能转化为其他形式的能，导致在运动过程中机械能不守恒，但由于惯性，所以会一直运动下去
D．A点动能小于C点动能
16．如图所示的是我国古代的一种攻击武器——床弩。被拉弯的弩弦具有 能，射出的箭斜向上运动时动能转化为 能。
17．“歼20”是我国自主研制的新一代隐身重型歼击机，具有卓越的机动性能，当它在空中加速向下俯冲时，动能 ，重力势能 。（选填“变大”、“变小”或“不变”）；如图所示，当松手时，小球被弹簧弹起，弹簧的 能转化为小球的 能。
▉题型10 机械能的守恒
【知识点的认识】
机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的．
做功角度：只有重力或弹力做功，无其它力做功；其它力不做功或其它力做功的代数和为零；系统内如摩擦阻力对系统不做功．
能量角度：首先只有动能和势能之间能量转化，无其它形式能量转化；只有系统内能量的交换，没有与外界的能量交换
18．如图所示是撑竿跳高时的情景，运动员从助跑到越过横杆的过程中，用到了很多物理知识，从起跳到越过横杆过程中以下有关能量转换正确说法的是（ ）
A．起跳时动能全部转换成重力势能
B．撑杆跳高比普通跳高跳的高的原因主要是撑杆跳高在空中还消耗了人自身的能量最终转化成了人体的机械能
C．人体在最高点时动能为0
D．若忽略空气的阻力，人在撑杆跳高的过程中人体的机械能是守恒的
19．如图甲是生活中处处可见的扶手电梯。
（1）如图乙小洲在电梯上站好保持静止，电梯匀速上升的过程中，在右边的黑点（代表小洲）上画出小洲的受力示意图；
（2）在（1）过程中，小洲的动能 （选填“增大”“减小”或“不变”），机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）；
（3）已知小洲质量为50kg，所站立的该块电梯板的面积为0.5m2，脚底和电梯的接触面积为500cm2，则小洲对电梯板产生的压强为 Pa。（g取10N/kg）
▉题型11 机械能与其他形式的能之间的转化
【知识点的认识】
各种形式的能量都可以相互转化．如电能可以转化为光能和内能；太阳能可以转化为电能等．动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式．能量转化过程中一种能量减少，另一种能量增加．
20．跳伞运动员在跳离飞机但降落伞尚未打开的一段时间内，下列说法中正确的是（ ）
A．空气阻力不做功B．重力势能增加
C．动能减少D．机械能减少
题型1 动能的概念
题型2 探究影响物体动能大小的因素
题型3 动能大小与质量的关系
题型4 动能大小与速度的关系
题型5 弹性势能的概念
题型6 探究影响物体弹性势能大小的因素
题型7 机械能的概念
题型8 动能和重力势能的相互转化
题型9 动能和弹性势能的相互转化
题型10 机械能的守恒
题型11 机械能与其他形式的能之间的转化
实验次数
h0/m
h1/m
h2/m
x/m
x2/m2
Δh/m
1
0.50
0.40
0.55
0.10
0.01
0.15
2
0.50
0.30
0.90
0.20
0.04
0.60
3
0.50
0.20
1.55
0.30
0.09
1.35
4
0.50
0.15
2.00
0.35
0.12
1.85