中考物理专题复习:机械能及其转化 知识讲解
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【考点梳理】
考点一 、动能、势能、机械能(高清课堂《力学6:功和能》机械能概述)
1.动能
物体由于运动而具有的能,叫做动能;动能的大小与质量和速度有关。物体的速度越大,质量越大,则它的动能越大。
要点诠释:
(1)一切运动的物体都有动能。
(2)动能是“由于运动”这个原因而产生的,一定不要把它理解成“运动的物体具有的能量叫动能”。例如在空中飞行的飞机,不但有动能而且还具有其它形式的能量。
2.重力势能
物体由于高度所决定的能,叫做重力势能;重力势能的大小与质量和高度有关。物体的质量越大,被举得越高,则它的重力势能越大。
要点诠释:
(1)一切被举高的物体都有重力势能。
(2)重力势能是“被举高”这个原因而产生的,一定不要把它理解成“被举高的物体具有的能量叫重力势能”。例如在空中飞行的飞机,不但有重力势能而且还具有其它形式的能量。
3.弹性势能
物体由于发生弹性形变而具有的能量,叫做弹性势能;弹性势能的大小与弹性形变的程度有关。
要点诠释:
(1)一切发生弹性形变的物体都有弹性势能。
(2)弹性势能是“由于发生弹性形变”这个原因而产生的,一定不要把它理解成“发生弹性形变的物体具有的能量叫弹性势能”。
4.机械能
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
考点二、动能和势能之间的相互转化(高清课堂《力学6:功和能》动能和势能的转化)
1、在一定的条件下,动能和重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块,从低处抛向高处,再从高处下落的过程中,先是动能转化为重力势能后,后来又是重力势转化为动能。
2、在一定的条件下,动能和弹性势能之间可以相互转化。如跳板跳水运动员,在起跳的过程中,压跳板是动能转化为弹性势能,跳板将运动员反弹起来是弹性势能转化为动能。
3、机械能守恒。如果一个过程中,只有动能和势能相互转化,机械能的总和就保持不变。这个规律叫做机械能守恒。
【典型例题】
类型一、基础知识
1、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,针对此过裎。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
【思路点拨】(1)动能大小的影响因素:质量和速度,质量越大,速度越大,动能越大。(2)重力势能大小的影响因素:质量和高度,质量越大,高度越高,重力势能越大。(3)弹簧由于发生弹性形变而具有的能称为弹性势能,弹性势能的大小与物体发生弹性形变的程度有关。(4)机械能=动能+势能。
【答案】D
【解析】A、据图可知,a状态时弹簧的弹性势能最大,由于机械能等于动能加势能,所以机械能不是零,故A错误;B、a→b的过程中,弹簧的形变程度变小,所以具有的弹性势能变小,即到达b点时,弹簧恢复原状,所以弹性势能变为最小,故B错误;C、a→b的过程中,弹簧的形变程度变小,即弹性势能转化为动能,即到达b点动能最大,b→c的过程中,动能转化为小希的重力势能,故C错误;D、据上面的分析可知,a→b的过程中,弹簧的形变程度变小,即弹性势能转化为动能,即到达b点动能最大,b→c的过程中,动能转化为小希的重力势能,所以该过程中,小希先加速后减速,在b状态时速度最大,故D正确。
【总结升华】此题考查了动能、重力势能和弹性势能的相互转化。
2、为了研究动能的大小与哪些因素有关,教材中设计了“小钢球撞木块”的实验(如图所示)让静止的小钢球从斜面滚下,观察木块被推动的距离。关于该实验的说法中,不正确的是( )
A.该实验的设计思路是采用转换法,用木块移动的距离来表示动能的大小
B.该实验研究的基本方法是控制变量法,如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等
C.在实验器材的选择时,可以不考虑斜面的光滑程度,被撞木块的质量和软硬等因素
D.实验过程中,让同一小球从不同高度落下,目的是为了让小球获得不同的运动速度
【思路点拨】动能的决定因素有两个:质量和速度,在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”时,应该利用控制变量法的思路,去分析解决;钢球把木块推出的距离长,说明动能大这是一种转换的方法。
【答案】C
【解析】A、球的动能是从木块被推出的距离看出的,这里采用了转换法的思想,故该选项说法正确;
B、球的动能与质量和速度都有关系,根据控制变量法,如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等;故该选项说法正确;
C、斜面的光滑程度影响小球滚下的速度,木块的质量和软硬影响碰撞的程度,所以在实验器材的选择时,考虑斜面的光滑程度,木块的质量和软硬等因素,故该选项说法不正确;
D、让球滚到水平面上时获得的速度与球在斜面上的高度有关,同一小球从不同高度落下,目的是为了让小球获得不同的运动速度,故该选项说法正确。
【总结升华】本题全面地考查动能的大小与哪些因素有关,解答时注意多因素问题时需要运用控制变量法,反映动能多少时运用了转换法。
举一反三:
【变式】在探究“动能的大小与质量的关系”的实验中,记录数据如下。下列说法正确的是:( )
A.实验时,让小球从斜面的同一高度自由滚下
B.小球动能的大小通过木块移动的距离来判断
C.物体质量越大,动能一定越大
D.实验过程中运用了控制变量法和转换法
【答案】ABD
3、受高空落物伤人的启示,美军正在研制一种名为“上帝之杖”的太空武器。“上帝之杖”实质就是高密度、耐高温的金属棒,它要依托太空平台的搭载,借助小型火箭助推和高空下落产生的巨大动能,对地球战略目标实施打击,破坏力巨大。它攻击目标的巨大能量主要来源于( )
A.小型火箭助推动能 B.与大气摩擦产生的能量
C.“上帝之杖”本身的内能 D.下落过程重力势能转化的动能
【思路点拨】解决该题需掌握以下知识:
(1)动能大小的影响因素:质量、速度.质量越大,速度越大,动能越大;
(2)重力势能大小的影响因素:质量、被举得高度.质量越大,高度越高,重力势能越大;
(3)在发生能量转化时,减小的能转化为增大的能。
【答案】D
【解析】“上帝之杖”在高空下落过程中,质量不变,而高度越来越小,因此其重力势能越来越小,
但它的速度越来越快,因此动能越来越大,在下落过程重力势能转化为动能,它获得的动能越大,破坏力就越强。
【总结升华】此题通过生活中发生的事件考查了影响动能和重力势能的影响因素,以及能量间的转化,要注意辨别。
举一反三:
【变式】玩“过山车”是一项非常惊险刺激的娱乐活动。如图所示,过山车时而从轨道的最低点D上升到最高点A,时而从最高点A飞驰而下。过山车在运动过程中,若不计能量损失,只有动能和势能的相互转化。下列说法正确的是( )
A.A点机械能小于B点机械能
B.D点动能最大,A点势能最大
C.D点动能最大,A点机械能最大
D.A点势能最大,机械能最大
【答案】B
4、如图所示,一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业,关于该洒水车,下列说法正确的是( )
A.机械能不变,重力势能不变 B.机械能变小,重力势能动能变小
C.机械能不变,动能变小 D.机械能变小,动能不变
【思路点拨】(1)动能大小的影响因素:质量和速度,质量越大,速度越大,动能越大;
(2)动能和势能统称为机械能。
【答案】B
【解析】(1)洒水车在不断的洒水工程中,虽然速度是不变的,但是由于质量减小,所以动能减小。
(2)虽然在水平街道上,但是由于质量减小,所以重力势能也会减小,所以洒水车的机械能减小。
【总结升华】掌握动能、重力势能、弹性势能大小的影响因素,根据影响因素能判断动能、重力势能和弹性势能的大小变化。
类型二、知识运用
5、 如图是一种神奇的“魔罐”,其制作方法是:橡皮筋两头分别固定在罐子的顶部和底部,在橡皮筋的中间系一个钩码.当你将“魔罐”在水平地面上滚出后,它能自动滚回来的原因是 能转化为 能,“魔罐”滚回来后不能回到原抛出点的位置,主要原因是 。
【思路点拨】(1)动能的影响因素:质量和速度;弹性势能的影响因素:物体的形变程度;(2)此题中,由于罐与地面之间存在着摩擦力,所以罐的机械能会减小,魔罐滚回来后不能回到原抛出点的位置。
【答案】弹性势;动;克服摩擦做功,机械能减小
【解析】魔罐在开始滚动的时候,具有动能,滚动的过程中,罐子动能转化为橡皮筋的弹性势能,当动能为0时,弹性势能最大,魔罐开始向回滚动,在魔罐滚回来的过程中橡皮筋弹性势能减小,罐子动能增大,弹性势能转化为动能;由于罐与地面之间存在着摩擦力,所以罐的机械能会减小,即一部分机械能会转化为内能,故魔罐滚回来后不能回到原抛出点的位置。
【总结升华】本题考查动能和弹性势能的影响因素及机械能与内能的转化关系。
举一反三:
【变式】如图所示,小明从滑梯上下滑,在这一过程中,他的( )
A.动能转化为重力势能 B.重力势能全部转化为动能
C.机械能保持不变 D.机械能一定减少
【答案】D
6、如图所示,小球从左端由静止释放,在左右摆动过程中,不计空气阻力,则( )
A.从最高点运动到最低点的过程,一部分重力势能转化为动能
B.从最低点运动到最高点的过程,一部分动能转化为重力势能
C.左侧最高点的高度大于右侧最高点的高度
D.左侧最高点的高度等于右侧最高点的高度
【思路点拨】本题考查的知识点:
(1)物体由于被举高而具有的能,叫重力势能。即物体相对于参照物有相对高度而具有的能叫重力势能。
(2)物体的动能由质量和速度决定,重力势能由质量和高度决定,分析摆动过程中质量、速度、高度的变化,判断出动能和重力势能的转化。
(3)机械能守恒的条件:只有动能和势能的相互转化或者只有重力做功,机械能才守恒。
【答案】D
【解析】A、图中小球的重力势能是指小球相对最低点有相对高度差产生的,小球从最高点运动到最低点的过程,质量不变,高度降到最低,相对最低点来说,高度为0,重力势能为0,速度达到最大,动能最大,所以不计空气阻力时,减小的重力势能全部转化成了动能,即当小球到达最低点时重力势能全部转化为动能,故A错误。
B、小球从最低点运动到最高点的过程,质量不变,高度升高到最高,速度变为0,所以重力势能最大,动能最小为0,所以不计空气阻力时,是动能全部转化为重力势能;故B错误。
C、D、小球在摆动过程中,不计空气阻力,所以机械能守恒;左右两侧最高点的速度都为0,即动能为0,则重力势能相同,所以两侧最高点的高度相等,故C错误,D正确。
【总结升华】本题考查能量转化的有关问题;机械能守恒在初中只是要求定性的会判断,不要求根据机械能守恒去定量计算。注意:我们说的重力势能一定是有相对高度的,本题的重力势能就是指小球和最低点的相对高度差产生的。
举一反三:
【变式】如图所示为小球在地面弹跳的频闪照片。根据此图,以下分析正确的是( )
A.小球在下落时,它的重力势能减小,动能不变
B.小球在上升时,它的重力势能减小,动能减小
C.小球在弹跳过程中,它的高度下降,机械能减小
D.小球在弹跳过程中,它的高度下降,机械能不变
【答案】C
小球质量m/g
10
20
30
木块移动距离s/cm
8.3
16.8
25.2
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