人教版初二物理第29讲：动能和势能 机械能及其转化(教师版)

动能和势能 机械能及其转化_1.知道机械能包括动能和势能。2.能正确理解有关动能和势能之间相互转化的简单现象。3.初步了解机械能守恒的含义。4.理解机械能的相互转化5.机械能与其他形式能的转化1.机械能：动能和势能统称为机械能。动能：物体由于运动而具有的能。重力势能：物体由于被举高而具有的能。弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能。2.动能和势能的影响因素（1）影响动能的因素：物体的质量和速度。质量相同时，速度大的物体具有的动能大；速度相同时，质量大的物体具有的动能大。（2）影响重力势能的因素：物体的质量和高度。质量相同时，高度大的物体重力势能大；高度相同时，质量大的物体重力势能大。（3）同一物体的弹性形变越大，其弹性势能越大。3. 动能和势能的相互转化（1）动能转化为重力势能时，物体的速度不断减小，高度不断增加；重力势能转化为动能时，高度降低速度增大。（2）动能转化为弹性势能时，速度减小，弹性形变_增大；弹性势能转化为动能时，弹性形变减小，速度增大。（3）撑杆跳高过程中的能量转化：助跑：化学能转化动能和部分热能（散失）起跳：动能转化为运动员的重力势能和撑杆的弹性势能；上升一半：撑杆的弹性势能转化为运动员的重力势能；过杆后：运动员的重力势能转化为动能。4. 机械能守恒（1）物体通常既具有动能，又具有势能。（2）当物体只受重力和弹力，不受阻力（如空气摩擦阻力、粗糙面摩擦阻力）时，机械能总量保持不变。即动能减小了多少，势能就增加多少；势能减小了多少，动能就增加多少。能的转化和守恒定律：能量既不会消失，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能的总量保持不变。能的转化和守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动，无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。能量的转移和转化有一定的方向性。（1）“永动机”不可能成功是因为它违背了能的转化和守恒定律。（2）自然界的事物的运动和变化都必须遵循能的转化和守恒定律，但符合能量和守恒定律的事件却不一定能够发生。 题型一 理解能、动能、势能的概念例1关于能的概念，下列说法正确的是（ ）A用线悬挂着的物体，它没有做功，它不具有机械能B在空中飞行的子弹，因为它能做功，所以它具有机械能C甲物体的运动速度比乙物体的大，则甲物体的动能一定比乙物体的大D甲物体的高度比乙物体的高度大，则甲物体的势能一定比乙物体的大 解析：用线悬挂的物体，由于被举高而具有重力势能；重力势能的大小是由物体的质量和高度共同决定的，被举得越高的物体具有的重力势能不一定大；物体动能的大小是由物体的质量和速度大小共同决定的，速度大的物体动能不一定大 答案： 选B例2判断下列物体是否具有动能或势能，如果有，说出能量的名称，如果没有，说明原因（1）在水平地面上滚动的铅球：_；（2）悬挂在室内的电灯：_；（3）玩具汽车中被卷紧的发条： _；（4）弹簧： _；（5）在空中飞行的波音747客机： _；（6）静止在水平轨道上的列车： _解析： 物体只要具有做功的本领，它就具有能，与当时是否正在做功无关有质量和运动速度的物体就具有动能；有质量和高度的物体就具有重力势能；弹性物体一定要发生弹性形变时，才具有弹性势能答案：（1）在水平地面上滚动的铅球：既有质量又有运动速度，具有动能； （2）悬挂在室内的电灯：既有质量又有高度，具有重力势能； （3）玩具汽车中被卷紧的发条：发条是弹性物体，卷紧后发生了弹性形变，具有弹性势能； （4）弹簧：尽管是典型的弹性物体，但它没有发生弹性形变，因而不具有动能和势能； （5）在空中飞行的波音747客机：有质量，有运动速度，还有高度，既有动能又有重力势能； （6）静止在水平轨道上的列车：尽管质量很大，但它不在运动，也没有高度，所以它不具有动能和势能题型二 动能及影响因素例3如图所示，是“探究动能及其影响动能大小的因素”的实验装置图：将A、B、C三小车先后从同一装置的hA、hB、hC高处滚下（mA=mBhC）,行驶的距离如图所示：（1）探究中让小车从装置中的同一高度滚下的目的是 ；（2）探究中通过比较 得出小车具有动能的大小；（3）要探究动能与质量的关系，应选择 两图进行比较；要探究动能与速度的关系，应选择 两图进行比较；（4）比较甲图和丙图，得出的结论是 。（5）探究“动能跟哪些因素有关”的探究方法是 法；再列举一个利用此方法的实验，写出实验名称： 。解析：动能的影响因素有质量和速度，实验自始至终体现控制变量法的思想，器材的选择、方案的设计、过程的操作、结论的总结都有体现，如：为让小车到水平面上具有相同的速度，必须让其从斜面的同一高度滑下，比较动能的大小用木块被撞开的距离来说明，又渗透了转换法的思想，第（4）问中比较甲、乙图的结论要体现控制变量：速度一定时（不可以讲成高度一定），质量大的物体运动大，控制变量法在初中用得较多，如：探究压力用效果与哪些因素有关、液体内部压强的特点、探究电阻大小与哪些因素有关等等。答案：（1）使小车到水平面上有相同的速度 （2）木块被撞开的距离 （3）甲丙 甲乙（4）速度相同时，质量越大，动能越大 （5）控制变量法 探究压力的作用效果与哪些因素有关 重力势能的影响素等例4如图是高速公路上的限速标志，可以看出，通常情况下载重汽车的限制速度要比小轿车小，这是因为 ；而在重大的事故中，有时小轿车造成的后果会比大货车严重，这又是什么原因： ；雨天比晴天的限制的最高速度要小，是因为 。解析：动能的影响因素有质量和速度，在速度相同的情况下，从能量角度讲，质量大的载重汽车具有动能大，所以限制的速度要比小轿车小（亦可从惯性角度解释：质量大惯性大）；另在事故中，小轿车虽然质量小，但如果速度很快，其具有的运动也会很大，后果也可能会很严重，而且速度对运动的影响要比质量对运动的影响要更大些。答案：在速度相同时，载重汽车质量大，动能大； 小轿车的质量小，但速度大，动能大 雨天路面滑，摩擦力小题型三：重力势能及其影响重力势能大小的因素 例5如图所示，是探究“重力势能及其影响重力势能大小的因素”的实验装置图：（1）探究中，通过观察 来确定“重锤”具有重力势能的大小；（2）把三根相同的木桩(a)、（b）、（c）插入沙子中的同一深度，让同一重物从不同高度打击（a）、(b)，再用较大质量的重物（与打击a的高度相同）打击（c），木桩打入沙子中不同深度。比较（a）和（b），说明 ；比较（a）和（c）说明 。（3）从能量转化角度分析，举重运动员为什么都是身体矮壮的人，如果选拔举重运动员身高太高有什么不利因素： 。解析：物体重力势能的大小与两个因素有关，即质量和被举高的高度；当质量相同时，被举的越高，重力势能越大；被举的高度相同时，质量越大，重力势能越大。在探究重力势能的大小时结合控制变量法的思路，观察木桩打入的深度来比较物体重力势能的大小关系。举重运动员个子高，在举重过程中他要比身材矮的运动员做更多的功，消耗更多的能量，才能转化为重力势能，运动成绩很难提高。答案：（1）木桩打入沙子的深度 （2）质量相同时，被举得越高，重力势能越大；被举高的高度相同时，质量越大，重力势能越大 （3）举重运动员个子高，举相同的杠铃，他要比其它运动员消耗更多的能量，运动成绩难提高。例6两个相同的篮球，表面潮湿，从不同高度自由落至同一地面,留下的印迹如图所示.关于初始时篮球的重力势能，下列说法正确的是（ ）A.落在a处的大 B.落在b处的大C.两个一样大 D.无法比较大小解析：两个相同的篮球，质量相同，在高度不明的情形下，判断其重力势能的大小，可以根据篮球在与地面撞击过程中的形变程度来判断，形变程度越大在地面上留下的印迹也越大，所以可以看出b的形变要比a的形变大，故b的重力势能就大。答案：B题型四：弹性势能例7市场上的乒乓球质量参差不齐，陈华同学买了两种不同品牌的乒乓球，为了比较两只乒乓球弹性的大小，他人设计了几种方案，你认为最好的是（ ）A、把两球向墙掷去，比较它们反弹后离墙的距离B、让两球置于乒乓球桌面上方同一高度自由落下，比较它们反弹的高度C、用乒乓球拍分别击打两球，比较两球飞出去的距离D、用手捏乒乓球，比较它们的硬度解析：比较两只球的弹性，看反弹的距离判断弹性的大小，但是要用相同的力进行投掷，但这样操作力的大小无法控制，最好的是让它们自由下落，比较反弹的高度，反弹的高，其弹性好，反弹的低，其弹性差。答案：B题型五：机械能及其转化例8跳伞运动员在空中打开降落伞后，匀速下落的过程中，运动员的（ ） A.动能增加，重力势能减少，机械能不变 B. 动能不变，重力势能减少，机械能减少C. 动能减少，重力势能增加，机械能增加 D. 动能不变，重力势能不变，机械能不变解析：动能是否变化看其质量和速度是否变化，重力势能是否变化看其质量和高度是否变化；在跳伞过程中其质量不会变化，而又是在匀速下落，速度不变、高度降低，所以动能不变，重力势能减小，总的机械能减小。（不能正解为重力势能转化为动能）答案：B 例9如图所示跳水运动员跳板跳水时的情景，从运动员腾空跳起向上运动后再向下落入水中，若不计空气阻力，则在整个过程中（ ） A.运动员的动能一直在增大，机械能不变 B.运动员的重力势能一直在减小，机械能不变 C.运动员的动能先减小后增大，机械能不变 D.运动员的重力势能先减小后增大，机械能增大解析：运动员整个起跳到落水过程，能量转化情况是：弹性势能转化为动能（起跳），动能转化为重力势能（离板上升），重力势能转化为动能（向下落水过程）。如果没有空气阻力，机械能总量不变，有阻力时，机械能转化为内能。答案：C题型六 机械能和其他形式能的转化例10把一个薄壁金属管固定在桌上，里面放一些酒精，用塞子塞紧，拿一根绳子在管外绕几圈，并迅速地来回拉动绳子，过一会儿，你会看到塞子跳了起来，如图所示。从能量的角度分析,这个现象表明_。解析：绳子与金属管摩擦，机械能转化为内能；高温筒壁对酒精加热，这是能量的转移；高温酒精推动塞子做功，使塞子跳起，内能转化为机械能。所以在整个过程中，存在着内能和机械能之间的相互转化，也存在着能量的转移。能答出“内能和机械能之间可以相互转化”即可。答案：内能和机械能之间可以相互转化（和转移）例11下列能量的转化中，属于机械能转化为内能的是（ ）A.点燃爆竹，爆竹腾空而起 B.汽车紧急刹车，轮胎发热C.给生石灰加水，温度升高 D.给电炉通电，电炉发热解析：本题的关键是弄清在各种能量的转化过程中前后能量的形式。点燃爆竹，爆竹腾空而起，是火药的化学能转化为内能，内能又转化为机械能；汽车紧急刹车，是轮胎与地面摩擦生热，机械能转化为内能；给生石灰加水，发生化学变化，属于化学能转化为内能；给电炉通电，电炉发热，是电能转化为内能。答案：B基础演练1.下列说法中正确的是A.用同样的速度抛出去的铅球和乒乓球具有相等的动能B.重力势能相等的物体一定在同一高度上C.两辆相同的汽车，行驶在同一条公路上，它们具有相等的动能D.同一物体的弹性形变越大时，它所具有的弹性势能也越大2.小孩从滑梯上匀速下滑的过程中，下列说法中正确的是A.重力势能减少，动能增加 B.重力势能增加，动能减少C.重力势能增加，动能不变 D.重力势能减少，动能不变3.关于能量的大小，下列说法中错误的是A.运动速度越大的物体，动能也越大 B.质量大的物体，动能不一定大C.质量大的物体，其重力势能不一定大 D.质量越大的物体，被举得越高，其重力势能就越大4.骑自行车上坡前，一般要加紧蹬几下，这是为了A.增大惯性 B.增大动能 C.增大势能 D.增大冲力5.物体在平衡力的作用下，下列说法中正确的是A.具有的机械能一定不变 B.具有的动能一定不变C.具有的重力势能一定不变 D.无法判断6如图所示在光滑水平面上一铁球匀速向前滚动，正前方有一自然弹簧，铁球压缩弹簧的过程中 （ ）多选 A铁球的动能减少 B弹簧的势能减少 C铁球的动能不变 D弹簧的势能增加 7.（2015春衡阳县期末）在下列情况中，物体既具有动能又具有势能的是（）A海面上航行的轮船 B空中飞行的子弹C吊在天花板上的电灯 D拉长的橡皮条8.（2015郴州二模）体积相等的实心铜球和实心木球在水平地面上以相同的速度做匀速直线运动，铜球的动能为EK铜，木球的动能为EK木已知铜的密度大于木头的密度，则（）AEK铜EK木 BEK铜EK木CEK铜=EK木 D无法判断9.（2015济南模拟）从雪山上匀速下滚的雪球越来越大，则下列说法正确的是（）A雪球的动能一定增大 B雪球的势能一定减小C雪球的机械能一定不变 D雪球的动能一定不变10.（2014秋崇川区校级月考）一个大人和一个小孩，都在地面上时，重力势能和动能都为零，若他们都跑上楼，到达楼上时动能相同，此时（）A它们的势能相等，小孩速度大B它们的势能相等，大人速度大C大人的势能大，小孩的速度大D大人的势能大，速度也大11.木块从粗糙的斜面顶端匀速下滑到底端的过程中（ ）A.木块的重力势能全部转化为动能B.木块的动能增加，重力势能减小C.木块有一部分机械能转化为内能D.木块的机械能全部转化为内能12.某物体对外做功，消耗了100 J的机械能，这些机械能转化为其他形式的能量是（ ）A.50 J B.100 J C.0 J D.无法确定13.用打桩机打桩，打桩锤从5 m高处自由落下时，锤与桩因冲击力作用表面温度升高，这说明（ ）A.机械能守恒 B.动能守恒C.势能守恒 D.能量守恒14水利发电站往往要利用拦河坝来提高水位，这样做的最终目的是增大水的_ 能，瑞士的大笛克桑斯大坝高284m。我国三峡大坝水位高135m，有人说前者水的重力势能比后者大，你认为这个观点一定正确吗？为什么？基础演练答案 1.D 2.D 3.A 4.B 5.B 6、AD 7. B 8.B 9.A 10.C 11.C 12.B 13. D 14.重力势能 不正确，因为水的质量不一定相等 巩固提高1判断物体在某过程中能量的变化（增大、不变、减小）（1）竖直向上抛出的物体在上升过程中，其动能_，重力势能_；它上升到一定高度后又加速下落，其动能_，重力势能_。（2）拉开的弓松手后能把箭射出去（箭离开弓之前），弓的弹性势能_，箭的动能_。2神州8号飞船完成与天宫一号对接任务后返回。在距离地面1m时，返回舱的4台发动机开始向下喷气，由于物体间力的作用是_的，舱体受到向上的阻力增大，因此再次减速下降，在这个过程中返回舱的动能_，重力势能_。3在下列情况中，物体既具有动能又具有势能的是( )A. 海上航行的轮船 B .空中飞行的子弹 C. 吊在天棚上的电灯 D. 拉长的橡皮条4（多选）如图11-3-3所示，铅球从出手到将要落地的过程中，下列说法正确的是（不计空气阻力） （ ）A铅球由ab时，动能逐渐增大B铅球在b点的重力势能大于a点的重力势能C铅球由b c时，速度逐渐减小D铅球在c点时动能最大5两个相同的篮球，从不同的高度落下，在同样的泥地上留下的印迹如图11-3-5所示，关于两篮球初始的重力势能，下列说法正确的是 （ ） A落到甲处的大 B落在乙处的大 C两个一样大D无法比较 6（2015平凉）2014年12月7日“长征四号乙”运载火箭在太原卫星发射中心执行中巴地球资源卫星04星的发射任务，如图所示是火箭发射时的情景，关于卫星加速上升的过程中，下列说法正确的是（）A动能变小，势能变大，机械能保持不变B动能变大，势能变小，机械能保持不变C动能变小，势能变大，机械能变大，内能转化为机械能D动能变大，势能变大，机械能变大，内能转化为机械能7.下列说法正确的是（ ）A “能源危机”的提法与“能量的转化和守恒定律”是矛盾的，所以是错误的B 太阳能不断地辐射到地球上，使地球不断吸热，不断升温，从而使全球“变暖”C 地球上现有的石油、煤、天然气等资源是有限的，但能量的来源是无限的D 只有在地球的范围内，能的转化和守恒定律才能成立8.下列说法不正确的是（ ）A能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化B只要有能的转化和转移，就一定遵循能量守恒定律C能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器D任何一种形式的能量在转化为其他形式的能量的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能量的总量是保持不变的9（2015潍坊）如图所示，斜面与水平面在M点通过小圆弧相连，弹簧左端固定，原长时右端在N点，小物块从斜面上P点由静止滑下，与弹簧碰撞后又返回到P点，则（）A小物块从P向M运动过程中，重力势能减少B小物块从P向M运动过程中，机械能减少C小物块从P向M运动过程中，机械能不变D弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大10.（2015福田区一模）如图，为了探究动能的大小与哪些因素有关，某同学设计了“小球撞物块”的实验，将静止的木质小球释放，观察物块被推动的距离，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，用物块移动的距离来表示动能的大小B小球在下落的过程中，重力势能减小，动能增大C将木球换成同样大小的铁球，重复实验，发现物块被推动距离增大，说明质量越大，动能越大D将木球从不同高度释放，比较物块被推动的距离，是为了探究动能与高度之间的关系11.（2014泰兴市校级模拟）甲、乙两个完全相同的金属球，在同一水平面上以大小相等的速度，同时将甲球竖直向上抛出、将乙球竖直向下抛出，两球在接触地面前的瞬间，（运动中不计空气阻力）下列说法正确的是（）A甲球的动能大 B乙球的动能大C两球的动能一样大 D抛出时刻，甲球的动能大于乙球的动能12.（2014潍坊模拟）蹦床比赛已被列入奥运会正式比赛项目，图是小朋友玩蹦床的情景，对他们在上升和下落过程中机械能的变化，下列分析不正确的是（忽略空气阻力）（）A小孩上升到最高点时的重力势能最大B小孩在空中下落的过程中重力势能转化为动能C小孩下落到最低点时的动能最大D小孩下落到最低点时蹦床的弹性势能最大13.（2015杭州一模）在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让同一铁球从斜面的不同高度由静止释放撞击同一木块（如图所示）移动S距离下列说法不正确的是（）A木块移动过程中，动能逐渐减小，摩擦力不变B该实验说明物体的动能大小与高度有关C若水平面绝对光滑，木块将做匀速直线运动D铁球从斜面上滚下来的过程中，速度越来越大，惯性却不变14.如图所示，是探究“动能的大小与哪些因素有关”的实验：（1）用质量不同的A、B两个小球（mAmB）碰撞静止在同一水平面上的纸盒。实验中控制小球的高度相同，是为了控制两球到达底端时相同；实验中通过观察纸盒被推动的距离的大小，可以比较A、B两个小球的的大小。（2）将（甲）与（乙）两实验比较可知，小球动能的大小与小球的有关.将（甲）与（丙）两实验比较可知，小球动能的大小与小球的有关.（3）本次实验采用物理最常用的一种实验方法是。巩固提高答案1.减小 增大 增大 减小；2.相互 减小 减小 3.B；4.BD 5.B 6.D 7.C 8.A 9.ACD 10.D 11.C 12.C 13.B14.（1）速度 动能（2）速度 质量 （3）控制变量法1下列说法正确的是 ( ) A.一个物体没有做功，我们说它不具有能量。 B.一个具有能量的物体，它一定在做功。 C.一个具有能量的物体，它可能在做功，也可能没做功。 D.一个物体正在做功，它具有的能量一定增大。2关于运动的物体具有的动能,下列说法正确的是( )A. 速度大的物体动能一定大 B. 质量大的物体动能一定大C. 速度和质量都大的物体动能一定大 D. 动能是运动物体本身的性质,与质量、速度无关3关于能的概念,下列说法中正确的是( )A. 高山上静止的石头不具有能 B. 物体已做的功越多,说明物体具有的能量越多C. 只要物体能够做功,说明物体具有能 D. 只有正在做功的物体才具有能4据报道，一辆横穿铁路的拖拉机，因故障而停在铁道上，此时远处驶来一列火车，尽管司机及时采取紧急制动措施，但缓慢驶进的列车还是将拖拉机撞飞了，这是因为火车的A.动能很大B.速度很大C.势能很大D.功率很大5判断以下物体动能的变化（增大、不变、减小） 1）行驶的汽车刹车过程中，汽车的动能_。 2）汽车起步的的过程中，汽车的动能_。 3）自行车不踩脚踏板下坡，自行车的动能_。 4）列车进站过程中，列车的动能_。 5）沿水平方向匀速飞行的飞机，空投一些物质后，它的动能_。6如图12-3-1甲图是探究“阻力对物体运动的影响”的实验装置；乙图是探究“物体的动能与质量关系”的实验装置，两个实验都要控制物体从同一高度自由下滑，这是为了保证物体到达水平面开始端的 相同，在下滑的过程中物体的动能将 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。7下表给出了一头牛慢步行走和一名普通中学生百米赛跑时的数据.物体质量m(kg)速度v(m/s)动能E(J)牛约600约0.5约75中学生约50约6约900分析数据,可以看出,对物体动能大小影响较大的因素是_,你这样判断的依据是_.8小红猜想动能的大小可能与物体的质量m和运动速度v有关，于是设计了如图11-3-2甲、乙所示的实验，探究动能的大小与物体的质量m和运动速度v的关系。甲、乙两组实验中：（1）甲图中让不同质量的两个小球从斜面的同一高度自由滚下，目的是使两球到达水平面时。具有相同的 。（2）选用图甲探究的是动能与 的关系，比较分析实验现象，得出的结论是： 。（3）选用图乙探究的是动能与 的关系，比较分析实验现象，得出的结论是： 。当堂检测答案1、C 2、C 3、C 4、A 5、减小、增大、增大、减小 6、速度、增大 7、速度牛的质量是中学生的10倍，而牛的速度是中学生的1/10，结果牛的动能只有中学生的1/10 8、速度 质量 速度相同时，质量越大，动能越大 速度 质量相同时，速度越大，动能越大_ 1、滚摆在上升过程中动能 ，重力势能(选填“增加”，“减小”或“不变”)，能转化为能。2、 利用传送带将货物匀速送到高处的过程中，货物的动能_，重力势能_，总机械能_。（选填“增大”“减小”或“不变”）3、弹射式模型飞机是由橡皮绳发射的，在发射的过程中，橡皮绳的 能转化为飞机的 能。在空中匀速飞行的飞机的重力势能是6103 J，动能是4103 J，飞机的机械能是_J。4、动能和势能是可以相互 的.如果只在二者之间发生转化，则