第四講 機(jī)械能

第四講機(jī)械能一、知識點1、能把物體做功的本領(lǐng)叫做能。物體能做的功越多，就說它具有的能越多。能是一個狀態(tài)量。它可以用一些狀態(tài)參量（如速度v，高度h，形變x等）表示出其量的多少。能量的多少是可以改變的。起重機(jī)的鋼索用力把重物提高使物體的重力勢能增大，在牽引力作用下車輛行駛得越來越快，其動能增大，用力拉彈簧使其伸長而彈性勢能增大……在物體能量改變過程中，通常伴隨著有力對物體或物體克服阻力做功，所以功是能量改變的量度。2、動能和勢能（1）動能動能是物體由于運(yùn)動而具有的能。物體的質(zhì)量越大，運(yùn)動速度越大，其動能就越大。公式：（2）重力勢能重力勢能是物體處于某一高度時所具有的勢能。物體質(zhì)量越大，所處的位置越高，重力勢能就越大。公式：（3）彈性勢能彈性勢能是物體由于發(fā)生彈性形變而具有的勢能。物體的彈性形變越大，彈性勢能就越大。公式：重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為勢能。3、機(jī)械能動能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。動能和勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中若沒有能量的損失或其他能量的補(bǔ)充，機(jī)械能的總和保持不變，機(jī)械能是守恒的。機(jī)械能和其他形式的能之間也可以相互轉(zhuǎn)化。無論是動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化，還是機(jī)械能和其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化常常是通過做功的過程來實現(xiàn)的。在轉(zhuǎn)化過程中，所做的功越多，一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能就越多。能量的轉(zhuǎn)化多少可以用做功的多少來量度。在國際單位制中能的單位與功的單位相同，也是焦（J）二、機(jī)械能和其他形式能的轉(zhuǎn)化沒有外力對物體做功（或者只有重力、彈力對物體做功），在物體勢能與動能相互轉(zhuǎn)化的過程中，機(jī)械能總量將保持不變。如圖所示，一個乒乓球從某一高度由靜止開始下落，經(jīng)光滑地面反彈再回到原高度（空氣阻力不計）。當(dāng)球在A處釋放時具有重力勢能，下落到B處時球既有動能（有速度），又有重力勢能（有高度）。繼續(xù)落到C處（設(shè)C為零高度）球的重力勢能為零，動能最大。在此過程中球的重力勢能轉(zhuǎn)化成動能，而A處的重力勢能最大，C處的動能最大，B處的重力勢能與動能之和等于A處的重力勢能，也等于C處的動能。球在C處發(fā)生形變使動能轉(zhuǎn)化成彈性勢能，再轉(zhuǎn)化成動能，球被彈回A處。在此過程中，動能又轉(zhuǎn)化成重力勢能，機(jī)械能的總和扔保持不變（即機(jī)械能守恒）。若地面不光滑，空氣阻力作用不可忽略，乒乓球便不能彈回原高度，表明球在運(yùn)動過程中有機(jī)械能轉(zhuǎn)化成其他形式的能（如內(nèi)能），機(jī)械能的總量就會減少。機(jī)械能和其他形式的能之間可以相互轉(zhuǎn)化，例如水電站水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)做功，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，而電動機(jī)則將電能重新轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。汽車和火車的內(nèi)燃機(jī)通過燃?xì)馔苿託飧字械幕钊龉?，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車的動能?，F(xiàn)代生活和生產(chǎn)中隨處可見的各種動力機(jī)械，小到電動玩具、大到噴氣發(fā)動機(jī)，都是將電能、化學(xué)能等其他形式的能轉(zhuǎn)化為動能的能量轉(zhuǎn)化器。三、機(jī)械能守恒1、內(nèi)容：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能可以互相轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變。2、守恒的條件：只有重力或彈力做功．3、守恒表達(dá)式：二、精選練習(xí)題【典例】22．在探究“物體的動能跟哪些因素有關(guān)”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(jìn)行的實驗，可以探究鋼球動能大小與速度有關(guān)。（4）比較兩圖進(jìn)行的實驗，可以探究鋼球動能大小與質(zhì)量有關(guān)。此探究過程中兩球剛好運(yùn)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(biāo)明“100”和“80”字樣，（填“大客車”或“小轎車”）的限速應(yīng)該是80km/h。23．熱愛勞動的津津，在家學(xué)做天津特色菜“貼餑餑熬魚”時，一個飲料瓶不小心落到了松軟的玉米面團(tuán)上，在面團(tuán)上留下較深的痕跡。于是他靈機(jī)一動，利用玉米面團(tuán)和裝有水的飲料瓶，依次做了如圖所示的實驗，對如下兩個問題進(jìn)行了探究。問題一：壓力作用效果跟哪些因素有關(guān)。問題二：重力勢能大小跟哪些因素有關(guān)。（1）做實驗①②③是為了探究（選填“問題一”或“問題二”）；（2）利用實驗④⑤可探究重力勢能大小與是否有關(guān)；（3）《民法典》中規(guī)定“禁止從建筑物中拋擲物品”，生活中更要杜絕“高空拋物”這種嚴(yán)重危害公共安全的行為。“高空拋物”危害性大的原因，可通過分析實驗⑤⑥得出的結(jié)論來解釋，請你寫出該結(jié)論。【變式訓(xùn)練】1．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(guān)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2．2022年北京冬奧會賽場上，我國選手谷愛凌摘得自由式滑雪大跳臺比賽的金牌。谷愛凌離開跳臺后，從低處向高處躍起后下落，在此過程中（）A．動能一直減小 B．重力勢能一直減小 C．動能先減小后增大 D．重力勢能先減小后增大3．神舟13號返回艙在空中高速下降到適當(dāng)位置時打開降落傘，返回艙和傘開始做減速運(yùn)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(jī)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(jī)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4．如圖所示，為了把兩件相同貨物搬運(yùn)到汽車上，工人用相同材質(zhì)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(yùn)。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(jī)械能增大5．如圖所示，用繩子把一塊橡皮懸掛起來，把橡皮貼近自己的鼻子，穩(wěn)定后松手，頭保持不動，橡皮向前擺去又?jǐn)[回來，不會碰到鼻子。下列說法正確的是（）A．橡皮在擺動的過程中機(jī)械能保持不變 B．橡皮擺動到最低點時動能最小 C．橡皮在下降過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 D．橡皮在上升過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能6．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(jīng)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(guān)于過山車分析正確的是（）A．重力勢能全部轉(zhuǎn)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7．2021年7月30日，中國蹦床運(yùn)動員朱雪瑩和劉靈玲包攬了東京奧運(yùn)會女子蹦床金銀牌，為國爭了光。比賽中朱雪瑩先被蹦床彈起上升到最高點，之后從最高點下落直至將蹦床壓縮到最低點。在此過程中，有關(guān)朱雪瑩機(jī)械能變化的說法正確的是（）A．在空中上升過程中，她的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 B．在最高點她的動能最大 C．下落到將與床面接觸時，她的動能為零 D．蹦床被壓縮到最低點時，她的重力勢能最大8．打籃球是很多同學(xué)喜愛的運(yùn)動項目，某次打籃球過程中，籃球的部分運(yùn)動軌跡如圖所示，下列說法正確的是（）A．籃球經(jīng)過相同高度的B、C兩點時，機(jī)械能相等 B．籃球第一次反彈后到達(dá)最高點D時，動能為0 C．籃球經(jīng)過B、E兩點時，動能可能相等 D．籃球在整個過程中機(jī)械能守恒9．如圖甲所示，輕彈簧豎直固定在水平面上。t＝0時刻，將一重為G的金屬小球從彈簧正上方某一高度處靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點，然后被彈簧彈起，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變化的圖象如圖乙所示。則（）A．t1時刻小球的動能最大 B．t1時刻小球的重力勢能最大 C．t2時刻小球的機(jī)械能等于t1時刻小球的機(jī)械能 D．從開始下落到第一次到達(dá)最低點，小球內(nèi)能的增加量小于這兩個時刻小球機(jī)械能的減少量10．如圖所示，小球從左側(cè)斜面的P點由靜止釋放，在右側(cè)斜面上能到達(dá)的最高位置是Q點，M、N是小球運(yùn)動過程中先后通過的兩個等高點，下列關(guān)于該過程的說法中正確的是（）A．小球在左側(cè)斜面向下運(yùn)動的過程中，重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能 B．小球從P點向Q點運(yùn)動的過程中，機(jī)械能保持不變 C．小球從P點向Q點運(yùn)動的過程中，所受支持力不做功 D．小球通過M、N兩點時的速度大小相等11．如圖，質(zhì)量為2m的物塊P下方連接有一個質(zhì)量為m的鉤碼，上端通過細(xì)線繞過輕質(zhì)定滑輪連接一質(zhì)量為2m的物塊Q，將它們由靜止釋放。在物塊P下落到地面的過程中，P，Q間細(xì)線拉力大小為F，（細(xì)線重力及各處的摩擦均不計，鉤碼落地后不彈起）（）A．鉤碼落地前F＝3mg，Q的機(jī)械能增大 B．鉤碼落地前F＜3mg，Q的機(jī)械能增大 C．鉤碼落地后F＝2mg，P的機(jī)械能不變 D．鉤碼落地后F＞2mg，P的機(jī)械能減小12．一顆番茄從手中由靜止開始下落，撞擊水面時濺起許多水珠（如圖），同時番茄仍有較大速度并繼續(xù)下沉。若不計一切機(jī)械能損耗，番茄從開始下落至剛好浸沒時減少的勢能（）A．等于所有濺起的水珠在撞擊過程中增加的機(jī)械能總和 B．大于所有濺起的水珠在撞擊過程中增加的機(jī)械能總和 C．等于所有濺起的水珠在空中上升過程中增加的機(jī)械能總和 D．小于所有濺起的水珠在空中上升過程中增加的機(jī)械能總和13．如圖所示為蹦極運(yùn)動的簡化示意圖，彈性繩一端系在運(yùn)動員雙腳上，另一端固定在跳臺O點。運(yùn)動員由靜止開始自由下落，A點處彈性繩正好處于原長；B點處運(yùn)動員受到的重力與彈性繩對運(yùn)動員的拉力大小相等；C點處是蹦極運(yùn)動員到達(dá)的最低點。（整個過程忽略空氣阻力，彈性繩的自重不計）（1）從O點到A點的過程中，運(yùn)動員的機(jī)械能（選填“增大”“減小”“不變”或“先增大后減小”）。（2）從A點到C點的過程中，彈性繩的彈性勢能（選填“增大”“減小”“不變”或“先增大后減小”，下同）；運(yùn)動員的動能。14．跳臺滑雪是冬奧會比賽項目之一。（1）北京冬奧會上某運(yùn)動員在跳臺滑雪比賽時的運(yùn)動軌跡如圖所示，該運(yùn)動員沿跳臺從A點到B點的下滑過程中，重力勢能大小的變化是；（2）跳臺采用的人造雪可循環(huán)利用，體現(xiàn)綠色奧運(yùn)理念。造雪時不斷吸入水，噴出粉狀雪，該造雪過程中水發(fā)生的主要物態(tài)變化是。15．某興趣小組通過自主探究得知“在一定范圍內(nèi)，彈簧的彈力大小與彈簧的伸長量成正比”。原長為10cm的彈簧（質(zhì)量不計）上端固定在天花板上，下端系一重為20N的小球，靜止時小球位于A處，彈簧長度變?yōu)?1cm，再用力F將小球豎直向下拉到B處，彈簧長度為11.5cm（未超過彈性限度），然后由靜止釋放，在釋放瞬間小球受到的合力大小為N，小球從B處第一次回到A處過程中，小球的動能（選填“增大”、“減小”、“先增大后減小”或“先減小后增大”）。16．如圖所示，旋翼無人機(jī)正在噴灑農(nóng)藥，當(dāng)無人機(jī)水平勻速飛行時，無人機(jī)處于（選填“平衡”或“非平衡”）狀態(tài)，噴灑過程中無人機(jī)的動能（選填“增大”、“減小”或“不變”）。17．我國獨(dú)立自主研制的火星探測器“天問一號”沿橢圓軌道繞火星運(yùn)動時，不考慮空氣阻力，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，由近火點向遠(yuǎn)火點運(yùn)動時，探測器的動能，機(jī)械能（選填“變大”、“變小”或“不變”）。18．如圖1，小麗站在商場的手扶電梯上，隨梯勻速下樓，運(yùn)動軌跡如圖2虛線所示。（1）在圖2中畫出小麗的受力示意圖。（圖中“?”表示小麗）（2）此過程中，小麗的動能（選填“增大”“不變”或“減小”），機(jī)械能（選填“增大”“不變”或“減小”）。19．如圖所示，小球從A點擺到C點的過程中，不計空氣阻力。能會先減小后增大；機(jī)械能總和（選填“增大”、“減小”或“不變”）。20．如圖所示為游樂園過山車的軌道示意圖。過山車