專題12-2功和機械能第2節(jié)機械能及其轉化

第十二課功和機械能第2節(jié)機械能及其轉化基礎知識過關一、動能和勢能1.能量（1）定義：物體能夠對外做功，我們就說這個物體具有能量，簡稱能。（2）單位：焦耳，符號是J。（3）功與能量的關系：一個物體能夠做的功越多，表示這個物體的能量越大。2.動能（1）定義：物體由于運動而具有的能，叫做動能。（2）影響因素：質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大；運動速度相同的物體，質量越大,它的動能越大。3.重力勢能（1）定義：物體由于受到重力并處在一定高度而具有的能，叫做重力勢能。（2）影響因素：物體的質量越大，高度越高，它具有的重力勢能就越大。4.彈性勢能（1）定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能，叫做彈性勢能。（2）影響因素：同種材料的物體的彈性形變程度越大，它具有的彈性勢能越大。二、機械能及其轉化1.機械能定義：動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機械能。2.轉化（1）規(guī)律：減少的能量轉化為增加的能量。（2）人造地球衛(wèi)星的能量轉化：①近地點→遠地點：動能能轉化為重力勢能；②遠地點→近地點：重力勢能轉化為動能。3.守恒：如果只有動能和勢能的相互轉化，機械能的總和保持不變，或者說機械能是守恒的。高頻考點過關考點一：機械能及其轉化1．（2022?鹽城）在北京冬奧會上蘇翊鳴獲得單板滑雪冠軍，如圖所示是他從高處加速下落時的情景，下列關于蘇翊鳴說法正確的是（）A．動能增加，重力勢能減小 B．動能增加，重力勢能增加 C．動能減小，重力勢能增加 D．動能減小，重力勢能減小【答案】A【解答】解：蘇翊鳴從高處加速下落時，質量不變，高度變小，重力勢能減小，速度變大，動能增加，故A正確。故選：A。2．（2022?呼和浩特）蕩秋千是一種喜聞樂見的運動，在越蕩越高的歡樂中，享受的是激情與健身的歡欣。如圖所示，晨光同學在蕩秋千。他從A點自由出發(fā)，經過最低點B和與A點等高的C點，到達右側最高點D返回。經測量，D點高于A點和C點。晨光同學從A到D的過程中，下列判斷正確的是（）A．A點和D點機械能相等 B．到達B點時，受力平衡 C．在此過程中，只有機械能與內能之間相互轉化 D．從A點到D點，其機械能增加【答案】D【解答】解：ACD、由題意和圖示可知，他從A點自由出發(fā)（初速度為0、動能為0），經過最低點B和與A點等高的C點，到達右側最高點D，D點高度大于A點，則此時人的重力勢能大于A點時的重力勢能，且人在D點時速度也為0、動能為0，因機械能等于動能與勢能之和，所以可知A點和D點機械能不相等，且人在D點時機械能更大，故A錯誤；人站在秋千上，不靠外力做功，而秋千越蕩越高，是因為蕩秋千的人不斷調節(jié)了重心的位置（最低點時蹲下、最高點時站起來），并將人體的化學能轉化為機械能，所以從A點到D點，人的機械能增加；整個過程中，有化學能、機械能與內能之間相互轉化，故C錯誤，D正確；B、到達B點時，晨光同學運動方向在改變，不是平衡狀態(tài)，受力不平衡，故B錯誤。故選：D。3．（2022?襄陽）神舟13號返回艙在空中高速下降到適當位置時打開降落傘，返回艙和傘開始做減速運動，空氣阻力隨速度的減小而減小，下降一段高度后，開始勻速下降直到地面附近。以返回艙和傘為研究對象，下列說法不正確的是（）A．減速下降過程中受力不平衡 B．減速下降過程中減少的機械能等于克服空氣阻力做功消耗的能量 C．勻速下降過程中機械能減小 D．減速下降過程中重力做功的功率小于勻速下降時重力做功的功率【答案】D【解答】解：A、減速下降過程中，返回艙和傘處于非平衡狀態(tài)，所以它受力不平衡，故A項說法正確；B、減速下降的過程中，要克服空氣阻力做功，則減少的機械能等于克服空氣阻力做功消耗的能量，故B項說法正確；C、返回艙和傘勻速下降的過程中，質量不變、速度不變，但高度減小，則動能不變，重力勢能減少，則機械能總量減少，故C項說法正確；D、返回艙和傘的重力大小不變，由題意可知返回艙和傘減速下降時的速度大于勻速下降時的速度，根據公式P＝＝＝Gv可知，減速下降中重力做功的功率大于勻速下降中重力做功的功率，故D項說法錯誤。故選：D。4．（2022?威海）如圖所示，為了把兩件相同貨物搬運到汽車上，工人用相同材質的木板搭建了AB、CD兩個斜面，用沿斜面向上的力將其中一件貨物從斜面AB的底端勻速推到頂端，另一件貨物用同樣的方法沿斜面CD搬運。下列說法正確的是（）A．沿斜面AB推動更省力 B．沿斜面CD推動，工人克服貨物重力做的功更多 C．無論利用哪個斜面，工人克服貨物重力做功的功率一定相同 D．沿斜面推動貨物的過程中，貨物的機械能增大【答案】D【解答】解：A、沿斜面CD推動更省力，因為CD斜面的傾斜角度更小，故A錯誤；B、由W＝Gh可知，G與h均相等，所以斜面CD推動和AB推動，工人克服貨物重力做的功相等，故B錯誤；C、由P＝可知，W相同，時間的大小不確定，所以沿兩個斜面推貨物，工人克服貨物重力做功的功率不一定相同，故C錯誤；D、沿斜面勻速推動貨物的過程中，貨物的質量、速度不變，動能不變，由于高度變大，重力勢能變大，所以機械能增大，故D正確。故選：D。5．（2022?六盤水）如圖所示是小明端午小長假在游樂園乘坐過山車時的情景，過山車在粗糙軌道的頂端由靜止滑下，途中經過A、B、C三點，其中A點與B點等高，C點在水平軌道上。在此過程中保證絕對安全，不計空氣阻力，下列關于過山車分析正確的是（）A．重力勢能全部轉化為動能 B．A點和B點的速度相等 C．在B點時受三個力作用 D．在C點時受平衡力作用【答案】C【解答】解：A.軌道粗糙，過山車在滑下的過程中摩擦生熱，重力勢能轉化為動能和內能，故A錯誤；B.因為軌道粗糙，因此機械能不守恒，B點機械能低于A點，A、B高度相同，重力勢能相等，因此B點速度低于A點速度，故B錯誤；C.過山車在B點時受到自身重力、軌道壓力和摩擦力，故C正確；D.過山車經過C點時，受到重力、支持力和摩擦力的作用，且過山車處于非平衡狀態(tài)（在水平軌道上運動時速度逐漸減?。赃@三個力不是平衡力，故D錯誤。故答案為：C。6．（2021?鞍山）如圖所示，小球由靜止開始沿著粗糙的曲面從a點向d點運動，其中b和d兩點在同一水平高度。下列說法中正確的是（）A．小球從a點運動到c點，重力勢能全部轉化為動能 B．小球在b點的機械能大于在c點的機械能 C．小球在b點的動能等于在d點的動能 D．小球從a點運動到d點的過程中，機械能一定全部轉化為內能【答案】B【解答】解：A、從a點到c點過程中，小球的質量不變，高度變小，則重力勢能變小，同時速度變大，動能變大，重力勢能會轉化為動能，由于小球在滾動的過程中受摩擦力的作用，小球克服摩擦力做功，所以一部分重力勢能會轉化為內能，故A錯誤；B、因小球在滾動過程中要克服摩擦力做功，機械能會逐漸減小，所以小球在b點的機械能大于在c點的機械能，故B正確；C、小球從b運動到d的過程中，有一部分機械能會轉化為內能，故小球在b點的機械能大于在d點的機械能；已知b和d兩點在同一水平高度，即兩位置小球的重力勢能相同，根據“機械能＝動能+勢能”可知，小球在b點的動能大于在d點的動能，故C錯誤；D、小球運動到d點時具有一定的高度，有一定的機械能，所以，小球從a到d的過程中，機械能不是全部轉化為內能，故D錯誤。故選：B。7．（2021?南通）跳傘運動員從高空跳下后沿直線向下做加速運動，降落傘打開后開始減速，落地前運動員的速度已減至安全值且保持不變，若把運動員和降落傘作為一個整體進行研究，則（）A．加速運動時動能轉化為重力勢能 B．減速運動時所受的阻力大于重力 C．勻速直線運動時機械能保持不變 D．整個過程中所受的阻力保持不變【答案】B【解答】解：A、加速運動時，整體的質量不變，速度變大，動能變大，高度變小，重力勢能變小，重力勢能轉化為動能，故A錯誤；B、減速運動時合力的方向是向上的，所受的阻力大于重力，故B正確；C、勻速直線運動時，整體的質量不變，高度變小，重力勢能變小，速度不變，動能不變，機械能為動能和勢能的和，所以機械能保持減小，故C錯誤；D、加速運動時，合力的方向向下，阻力小于裝備的總重力；勻速直線運動時，阻力等于裝備的總重力；減速運動時阻力大于重力，所以阻力是變化的，故D錯誤。故選：B。8．（2021?無錫）如圖所示，擺球由A點靜止釋放，經過最低點O到達B點，A、B兩點等高。關于擺球，下列說法中正確的是（）A．從A點到B點的過程中機械能守恒 B．在B點時處于平衡狀態(tài) C．在O點時重力勢能最大 D．從A點到O點動能轉化為重力勢能【答案】A【解答】解：A、A、B兩點等高，說明擺球由A點靜止釋放，經過最低點O到達B點的過程中沒有能量損失，即從A點到B點的過程中機械能守恒，故A正確；B、當小球擺至B點時，擺球只受到豎直向下的重力和沿繩子向上的拉力作用，這兩個力沒有作用在同一直線上，不是平衡力，所以在B點時擺球受力不平衡，不是平衡狀態(tài)，故B錯誤；C、由圖可知，擺球在O點時高度最低，則重力勢能最小，故C錯誤；D、擺球從A點到O點質量不變，高度降低，速度變大，則重力勢能減少，動能增多，重力勢能轉化為動能，故D錯誤。故選：A。9．（2021?南京）2021年4月，中國女足通過奮勇拼搏，晉級奧運會。如圖是足球落地后又彈起的示意圖。分析可知，足球（）A．在B點時受力平衡 B．在A、D兩點動能可能相等 C．在C點時，若所受力全部消失，其運動狀態(tài)將不斷改變 D．在運動過程中，只存在動能和勢能的相互轉化【答案】B【解答】解：A、在B點時，小球既不是靜止，也不是勻速直線運動狀態(tài)，不是平衡狀態(tài)，所以受力不平衡，故A錯誤；B、圖中小球的高度越來越小，說明有機械能的損失，則D點的機械能一定小于A點的機械能；機械能等于動能與勢能之和。D點比A點低，所以D點的重力勢能小，則其動能有可能與A點的動能相等，故B正確；C、在C點時，若所受力全部消失，其運動狀態(tài)將不再改變，而是保持力消失一瞬間的速度，做勻速直線運動，故C錯誤；D、在運動過程中，其機械能在減小，因此不只存在動能和勢能的相互轉化，還存在機械能與內能的轉化，故D錯誤。故選：B。10．（2020?鄂爾多斯）蹦床運動逐漸進入了大眾生活。下列有關對蹦床者的分析，正確的是（）A．下落到與蹦床接觸的瞬間時，動能最大 B．被蹦床彈起的過程中，彈性勢能轉化為重力勢能 C．從接觸蹦床到下落至最低處的過程中，彈性勢能轉化為動能 D．在空中上升過程中，動能轉化為重力勢能【答案】D【解答】解：A、剛與蹦床接觸時，運動員受到合力向下，速度增大，當重力和彈力相等，合力為零時，速度最大，動能最大，故A錯誤；B、運動員被蹦床彈起的過程中，小孩離開蹦床前，動能增大，蹦床的彈性勢能減小，是彈性勢能轉化為動能；離開蹦床后，小孩的重力勢能增大，動能減小，動能轉化為重力勢能，故B錯誤；C、運動員從接觸蹦床到下落到最低處的過程中，速度最終減小為0，動能減小，同時高度變小，重力勢能變小，蹦床的彈性形變變大，彈性勢能增大，是動能和重力勢能轉化為彈性勢能，故C錯誤；D、運動員在空中上升的過程中，質量不變，速度變小，動能減小，同時其高度變大，重力勢能增大，所以動能轉化為重力勢能，故D正確。故選：D。11．（2020?丹東）如圖，滾擺下降過程中，滾擺的能轉化為能。滾擺上下往復運動過程中，其每次上升所能達到的高度越來越低，滾擺在運動過程中的機械能（選填“增加”、“減少”或“不變”）?！窘獯稹拷猓簼L擺在下降過程中，高度逐漸減小，重力勢能減小，速度越來越大，動能增大，滾擺的重力勢能轉化為動能。滾擺上下往復運動過程中，要克服阻力做功，部分機械能轉化為內能，故總的機械能減少。故答案為：重力勢；動；減少。12．（2020?河北）蹦極是一種運動游戲。如圖中A點是彈性繩自然下垂時繩下端的位置，B點是游戲者所能到達的最低點。當游戲者離開跳臺向A點運動的過程中（忽略空氣阻力），其重力勢能逐漸轉化為能；游戲者從A點到B點的過程中，繩子具有的能逐漸增加；到達B點時游戲者受到的彈力大于重力，所以游戲者在B點時（選填“是”或“不是”）處于平衡狀態(tài)?！窘獯稹拷猓河螒蛘邚淖罡唿c到A時，高度減小，速度變大，重力勢能減小，動能變大，重力勢能轉化為動能；從A點到B點的過程中，繩子逐漸伸長，彈性形變程度變大，彈性勢能變大；到達B點時游戲者受到的彈力大于重力，合力不為0，所以游戲者在B點時不是處于平衡狀態(tài)。故答案為：動；彈性勢；不是。考點二：探究物體的動能與哪些因素有關13．（2022?阜新）在探究“物體的動能跟哪些因素有關”的實驗中，如圖甲、乙、丙所示，將A、B、C三個鋼球先后從同一裝置高度分別為h1、h2、h3的位置由靜止開始滾下（mA＝mB＜mC，h1＝h3＞h2），水平面上同一位置的木塊被撞出一段距離后停下。請回答以下問題：（1）該實驗探究的是（填“木塊”或“鋼球”）的動能。（2）實驗通過觀察木塊被鋼球撞出的長短來判斷鋼球動能的大小，這種研究問題的方法叫。（3）比較兩圖進行的實驗，可以探究鋼球動能大小與速度有關。（4）比較兩圖進行的實驗，可以探究鋼球動能大小與質量有關。此探究過程中兩球剛好運動到水平面時的速度（填“相等”或“不相等”）。（5）由此實驗聯(lián)想到某段道路限速牌上標明“100”和“80”字樣，（填“大客車”或“小轎車”）的限速應該是80km/h?！窘獯稹拷猓海?）該實驗研究的主體是鋼球，研究的是鋼球動能的大小與速度和質量的關系；（2）該實驗中鋼球動能的大小是通過木塊移動的距離體現(xiàn)的，木塊被撞的越遠，說明鋼球的動能越大，被撞的越近，說明鋼球的動能越小，這里采用了轉換法的思想；（3）為了研究物體動能與物體速度的關系，應多次讓同一鋼球從斜面不同高度上靜止?jié)L下，控制鋼球的質量相同，改變鋼球的速度，故選甲、乙兩圖；質量相同，速度越大，鋼球推動木塊移動的距離越大，動能越大；（4）為了研究物體動能與物體質量的關系，應多次讓不同鋼球從斜面相同高度上靜止?jié)L下，控制鋼球到達水平面時的速度相同，改變鋼球的質量，故選甲、丙兩圖；速度相同，質量越大，鋼球推動木塊移動的距離越大，動能越大；（5）因速度相同時，質量越大，動能越大，克服摩擦力做功的越多，越不容易剎車，因大客車的質量更大，故限制的速度要越小，大客車的限速應該是80km/h。故答案為：（1）鋼球；（2）距離；轉換法；（3）甲、乙；（4）甲、丙；相等；（5）大客車。14．（2020?溫州）在做“探究動能大小與質量關系”的實驗時，小明想：小球從相同高度滾下，若小球材質和斜面傾角不同，到達水平位置時的速度會相同嗎？（1）圖甲是用擋板控制大小不同的兩個小球在斜面上起始位置的兩種方案，小明實驗時選擇A方案而不能選擇B方案的原因是。（2）小明選擇大鋼球、小鋼球、木球以及可調整傾角的斜面進行實驗。分別讓球從斜面同一高度由靜止開始釋放，利用測速儀測出球到達水平位置時的速度如表所示。10°20°30°40°50°60°大鋼球2.672.672.672.752.882.97小鋼球2.672.672.672.752.882.97木球2.672.672.672.672.742.89分析表中數(shù)據可知：要使球到達水平位置時的速度與球是鋼質或木質無關，則斜面傾角不可能是。A.15°B.25°C.35°D.45°（3）小明利用圖乙裝置做“探究動能大小與質量關系”的實驗時，通過觀察球撞擊相同塑料軟片的數(shù)目來比較球的動能大?。▓D中未畫出固定塑料軟片的裝置）。老師指出此裝置不適合體積不同的兩個球做實驗，原因是。【解答】解：（1）圖A中擋板水平放置，兩小球從起始位置到水平位置的高度差相同，圖B中擋板與斜面垂直放置，兩小球從起始位置到水平位置的高度差不同，為了控制大小不同的兩個小球在斜面上從起始位置到水平位置的高度差相同，實驗時選擇A方案而不能選擇B方案；（2）根據表中數(shù)據可知，斜面傾角為10°、20°、30°時，大鋼球、小鋼球、木球達到水平面時的速度相同，斜面傾角為40°、50°、60°時，大鋼球、小鋼球、木球達到水平面時的速度不同，所以要使球到達水平位置時的速度與球是鋼質或木質無關，則斜面傾角不可能是40°以上，故D符合題意；（3）體積大的小球從塑料軟片下面通過時受到的阻力大，即體積大小不同的小球從塑料軟片下面通過時受到的阻力不同，無法“探究動能大小與質量關系”。故答案為：（1）B方案中兩球從起始位置到水平位置的高度差不同；（2）D；（3）塑料軟片對不同體積的小球的阻力不同。考點三：探究物體的勢能與哪些因素有關15．（2021?淄博）小雨和小明利用沙子、小桌、重物、透明的箱子進行實驗探究。（1）如圖1所示，把小桌放在透明的沙箱中，讓重物從高處落下，撞擊小桌，觀察桌腿陷入沙子的深度，探究重力勢能的大小與哪些因素有關。①實驗探究的是（填“重物”或“小桌”）的重力勢能。②通過實驗，發(fā)現(xiàn)同一個重物從不同高度落下，高度越高，能夠對外做功越，說明它的重力勢能越。③要進一步探究重力勢能與質量的關系，應換用不同的重物，讓它們從同一高度落下，觀察桌腿陷入沙子的深度。（2）把重物按圖2所示方式