3.2 机械能（原卷版）

3.2机械能学习目录学习目录目录模块一知己知彼 1模块二知识掌握 2知识点一、动能 2知识点二、势能 4知识点三、动能和势能的转化 5模块三巩固提高 10知识重点知识重点模块一知己知彼学习目标目标解读1.会识别动能、重力势能和弹性势能。2.知道决定物体的动能、重力势能和弹性势能的因素并能判断其变化。3.初步学会用控制变量法探究物体动能、重力势能和弹性势能的大小的方法。4.理解动能与势能的相互转化。5.描述机械能守恒的含义，能利用机械能守恒解释简单的现象。解读1:利用控制变量法、转换法等探究动能大小跟质量、速度的定性关系，重力势能大小跟质量、举高高度的定性关系，弹性势能大小跟弹性形变的定性关系，常见题型为实验探究题，难度适中。解读2:举例说出动能和势能的相互转化关系，能判断机械能是否守恒并能解释简单的现象，常见题型为选择题和填空题，难度较难。解读3:会分析弹簧弹性势能与物体机械能之间的变化关系,常见题型为选择题、解答题，难度较大。模块二知识掌握知识点一、动能（一）动能的概念物体由于运动而具有的能量叫做。一切做机械运动的物体都具有动能。例如:飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、流动的水和空气等，都具有动能。

（二）探究影响动能大小的因素(1)提出问题:动能的大小与哪些因素有关?(2)猜想与假设:物体动能大，表示物体由于运动而具有的能量大，所以动能可能与物体的有关，还可能与有关。(3)设计实验与制订计划:让小车从斜面上滑下，碰到一个木块上，推动木块做功。在同样的水平面上，通过木块被推动的距离大小，判断出小车动能的大小。①探究动能大小与速度的关系:让同一小车从不同高度滑下，看哪次木块被推得远②探究动能大小与质量的关系:换用质量不同小车，让它们从同一高度滑下，看哪个小车把木块推得远

(4)进行实验与收集证据:①同一小车从不同高度滑下，小车碰撞木块时的速度不同。高度越高，小车滑下时速度越大，木块被推得越远，说明。②不同小车从同一高度滑下，小车碰撞木块时的速度相同。质量大的小车将木块推得远，说明。(5)实验结论:物体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；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也。（三）在探究和理解动能大小与哪些因素有关时，应注意以下两点(1)因动能的大小与物体的质量、运动的速度两个因素有关，所以要用的方法进行实验。(2)一切运动的物体都具有动能，物体的动能由物体的质量和其速度的大小共同决定，在比较物体的动能大小或分析物体动能大小的变化时，要同时考虑到物体的质量和物体的速度两个因素，不能只考虑其中的一个方面。例如:一颗子弹的速度大于火车的速度，并不能说明子弹的动能就一定比火车的动能大，因为子弹的质量比火车的质量小得多；也不能因为火车的质量比子弹的质量大得多，就认为火车的动能就一定比子弹的动能大，因为火车的速度比子弹小得多。【能力拓展】①任何物体都有质量，无论固体、液体还是气体，只要它是的，它就具有动能。②本实验主要运用了(控制物体的质量或物体的速度相同)和(根据小车将木块推动的距离远近来判断小车具有的动能大小)。（2023•上城区一模）洒水车在清洁龙港市街道卫生环境中起到了很重要的作用，洒水车在水平路面上进行酒水作业时保持匀速行驶，则洒水车发动机的牵引力如何改变，洒水车的动能将如何改变（）A．牵引力不变，动能不变 B．牵引力减小，动能减小 C．牵引力减小，动能不变 D．牵引力不变，动能减小（2022秋•永康市期末）“跳远”是一项常见的体育运动。运动员在比赛中都是先助跑一段距离后才起跳，这样做是为了（）A．增大运动员的惯性 B．减小运动员的机械能 C．减小运动员的势能 D．增大运动员的动能（2023春•滨江区校级月考）如图1，大小相同的水平拉力F分别拉着物体M、N在甲、乙两个水平地面上以相同速度做匀速直线运动，乙地面比甲地面更粗糙。M的动能随时间变化如图3。（1）物体M受到的摩擦力物体N受到的摩擦力，物体M的质量物体N的质量（以上两空选填“大于”、“等于”或“小于”）。（2）请在图2中大致画出此过程N的动能随时间变化的图像。知识点二、势能（一）重力势能(1)定义:物体由于被举高而具有的能量叫做。判断一个物体是否具有重力势能，关键是看此物体相对某一个平面有没有被举高，即相对此平面有没有一定的高度。若有，则物体具有重力势能；若没有，则物体不具有重力势能。(2)探究影响重力势能大小的因素的实验实验原理金属小球的重力势能由被金属小球所撞出的沙坑的深度和大小来表示，撞出的沙坑越深越大，表明金属小球的重力势能越大实验过程a.探究重力势能与高度的关系:从不同高度自由释放同一金属小球，观察并记录金属小球所撞出沙坑的深度和大小；b.探究重力势能与质量的关系:从同一高度自由释放质量不同的金属小球，观察并记录金属小球所撞出沙坑的深度和大小实验现象a.同一个金属小球，下落高度越高，金属小球所撞出的沙坑越深越大；b.下落相同的高度，质量越大的金属小球撞出的沙坑越深越大分析现象得出结论a.在质量相同时，物体被举得越高，它具有的重力势能越大；b.物体被举高的高度相同，物体的质量越大，它具有的重力势能就越大(3)物体的重力势能大小与物体的和被举高的有关。物体的质量越大，被举得越高，它具有的重力势能就越大。

（二）弹性势能(1)定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做。例如，张开的弓、拉长的橡皮条、卷紧的钟表发条、压弯的杆等都是由于发生形生弹性形变而具有了弹性势能。判断一个物体是否具有弹性势能，关键是看物体是否发生了弹性形变，若物体发生了弹性形变，则此物体具有弹性势能。(2)影响弹性势能大小的因素:弹性势能的大小与物体有关。物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。例如，射箭时手拉弓弦使弓的弹性形变越大，弹性势能就越大，箭就射得越远。同样，机械表内发条卷得越紧，弹性形变越大，弹性势能就越大，机械表走动的时间就越长。【能力拓展】在没有特别指明的情况下，“高度”一般是相对于地面而言的，在初中阶段通常认为地面上的物体具有的重力势能为零。弹性势能说明：(1)不是所有发生形变的物体都具有弹性势能，如橡皮泥发生形变就不具有弹性势能，因为它发生形变后不能恢复原状，属于塑性形变。具有弹性的物体也不一定具有弹性势能，若弹簧被拉伸，超出弹性限度，不能恢复原状，此时弹簧就不具有弹性势能。(2)要判断物体的弹性势能是否发生了变化，关键是要看此物体的形变程度有没有发生改变。若物体的形变程度变大，则物体的弹性势长能变大；若物体的形变程度变小，则物体的弹性势能变小。（2021秋•长兴县期中）2021年3月1日，最新刑法修正案生效，“高空抛物”正式入刑。高空抛物存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的（）A．重力 B．动能 C．重力势能 D．弹性势能（2020春•江北区月考）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．拉长的橡皮条知识点三、动能和势能的转化（一）动能和重力势能的相互转化动能和重力势能之间可以相互转化，一般发生在重力作用下的运动过程中。(1)摆锤的摆动:在摆锤向下摆动的过程中，高度越来越低，速度越来越大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能:在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，高度越来越高，速度越来越小，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。(2)滚摆的运动:在滚摆下降的过程中，高度越光越低，速度越来越大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；在滚摆上升的过程中，高度越来越高，速度越来越小，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。(3)高处滚下的小球:小球在最高点运动速度是零，不具有动能，只具有重力势能；到最低点只具有动能；之间既有动能又有重力势能。最高点开始小球在滚动过程中，重力势能转化为动能；最低点开始动能转化为重力势能。（二）动能和弹性势能的相互转化一个木球从高处滚下来，撞击到弹簧片上。研究的过程球的速度动能弹簧片形变程度弹性势能能的转化木球压弯弹簧片不断减小直至为零不断减小直至为零由小变大不断增大动能转化为弹性势能弹簧片把木球弹回由零不断增大由零不断增大由大变小不断减小，直至为零弹性势能转化为动能（三）机械能守恒动能和势能之和称为机械能。物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果只有动能和势能的相互转化,机械能的总量就保持不变，即机械能守恒。（四）动能和势能转化的应用动能和势能的相互转化有着广泛的应用。如撑杆跳高运动员起跳后，身体不断上升，撑竿剧烈弯曲，动能转化为运动员的重力势能和撑竿的弹性势能。当上升到一定高度时，动能变得很小。此后，撑竿的弹性势能将逐渐转化为运动员的重力势能。水力发电站是利用水的势能转化为水的动能，再转化为叶轮的动能，进而带动发电机发电的。【能力拓展】正确分析动能和势能的相互转化，可分以下几步进行:(1)明确研究对象和所要研究的过程。(2)物体在起始位置所具有的动能、势能。(3)在运动过程中，物体的位置、形状、速度是否发生变化，如何变化，物体的重力势能、弹性势能、动能是否变化。(4)得出结论:减小的一种形式的能必定转化为增大的另一种形式的能。（2023•湖州模拟）如图是物体在空中飞行过程中动能Ek随时间t变化的曲线，运动的物体可能是（）A．由静止下落的乒乓球 B．竖直向上垫起的排球 C．离开脚后在地上滚动的足球 D．从肩上斜向上投掷出去的铅球（2023•龙湾区模拟）撑杆跳高时，运动员先加速助跑，起跳后，他的身体不断上升，撑杆剧烈弯曲，促使运动员继续上升，最后，撑杆离手，运动员越过横杆下落。若整个过程中不考虑空气阻力、人和撑杆之间的摩擦产生的能量损耗，从开始助跑到落地前，下列有关能量随时间变化正确的是（）A． B． C． D．（2023春•余杭区月考）如图所示为某市轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小坡度，这样能有效地提高能量的利用率，对此，下面有关说法正确的是（）A．列车进站过程动能减小，势能减小 B．列车进站过程动能增大，势能增大 C．列车出站过程动能减小，势能增大 D．列车出站过程动能增大，势能减小（2022秋•鄞州区期末）跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员（）A．在助跑阶段，动能保持不变 B．在起跳时，机械能最小 C．在最高点时，动能最大 D．从起跳到最高点的过程中，部分动能转化为重力势能（2022秋•鄞州区期末）如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面，一小球由A点以度v沿轨道滚下，依次经过等高的A点和C点。下列关于小球滚动过程的分析正确的是（）A．小球在B点的动能大于C点动能 B．小球在B点的机械能等于C点的机械能 C．小球不可能到达D点，因为轨道是粗糙的 D．小球从A点到B点的过程中，减少的重力势能都转化为球的动能（2023•杭州三模）如图所示，完全相同的两个小球A、B分别与轻质细线和轻质弹簧连接，将两球拉高使细线与弹簧在同一水平方向上，且弹簧长度小于细线长度。由静止释放后，两球运动到最低点时在同一水平面上（不计空气阻力）vAvB（填“＞”“＜”或“＝”），你判断的理由是：（2023•余杭区二模）如图甲所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，如图乙为其截面图。做好后如图丙所示，将该罐子从斜面A点由静止释放，滚到水平面D点停止，然后返回，自行滚上斜面的B点停止后又滚下斜面……如此往返，最后停在水平面上。橡皮筋在点（选填字母）的弹性势能最大；若罐内没有橡皮筋和小铁块，罐子（选填“可能”或“不能”）返回滚上斜面；第一次返回斜面，向上滚动的过程中，罐子整体在C点时的机械能（选填“大于”、“小于”或“等于”）在B点时的机械能。（2022秋•瑞安市校级期末）图甲是小科所做的课外兴趣实验，他将小球从同一个位置以相同速度抛出，不断改变发射角度θ，发现发射角度θ越大，小球上升的最高高度越高。忽略空气阻力，请在乙图中画出小球到达最高处的速度与发射角度θ的大致变化曲线，并结合所学知识进行分析。模块三巩固提高（2023•越城区模拟）共享单车为广大市民提供了“低碳环保”的出行方式。下列关于自行车结构及使用中，正确的是（）A．自行车匀速转弯时受到平衡力的作用 B．增大座垫面积能减小坐垫对人的压强 C．自行车匀速下坡过程中自行车机械能守恒 D．把手的花纹是为了增大接触面积，从而增大摩擦力（2023•龙湾区二模）某跳伞运动员从飞机上跳下，一段时间后打开降落伞，最后安全着地。跳伞过程中下降的速度与时间的关系如图所示。下列说法正确的是（）A．OA段：动能增大 B．AB段：势能不变 C．BC段：动能不变 D．CD段：机械能不变（2023春•义乌市期中）强大的国防力量，捍卫着我国主权和领土，也保障着我国人民安居乐业。如图所示是我国高超音速导弹“东风17”从起飞到击中目标的轨迹示意图，如果把大气层边缘看作水面，导弹飞行时就像在水面上“打水漂”，因此它突防能力强，难以拦截。下列说法正确的是（）A．导弹运动到b点时，不受重力作用 B．导弹飞出大气层后，仍受到惯性作用 C．导弹从a点运动至b点，重力势能不变 D．从起飞点到攻击点的过程中，导弹的运动状态发生改变（2023•杭州二模）如图甲是某运动员正在做蹦极运动。如图乙所示，运动员从高处O点开始下落，OA段的长度是弹性绳的自由长度，在B点时他所受弹性绳弹力恰好等于其重力，C点是第一次下落到达的最低点。运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图丙所示（蹦极过程视为竖直方向的运动）。下列判断正确的是（）A．t0时刻运动员正好在B点位置 B．运动员重力大小等于F0 C．从O点到B点过程中运动员动能增大 D．蹦极的整个过程，运动员的机械能保持不变（2023•温州）如图是滚摆完成一次下降和上升的示意图。该过程中，滚摆处于甲、乙位置时（）A．重力势能不同，动能相同 B．重力势能不同，动能不同 C．重力势能相同，动能相同 D．重力势能相同，动能不同（2023•镇海区模拟）原长为l的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个小钢球，将钢球从O点释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距离为2l，如图所示。则能反映钢球从O点运动到A点的过程中，其动能Ek随运动距离s变化的关系图象可能是（）A． B． C． D．（2023•杭州）小金将小球竖直向上抛出，小球先上升后下落，不计空气阻力。小球从离开手后到落回手中之前，此过程中能量变化的分析，正确的是（）A．动能先增大后减小 B．势能先减小后增大 C．机械能先减小后增大 D．机械能保持不变（2023•瑞安市模拟）乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，若不计空气阻力，则落到水平桌面时三者的速度大小关系是（）A．va＞vb＞vc B．va＜vb＜vc C．va＞vc＞vb D．va＝vb＝vc（2023•西湖区模拟）一中间有孔的木块套有光滑杆，用手将该木块按压至距桌面H0处（如图甲），松手后，木块将上升到最大高度H（如图乙）。若摩擦忽略不计，则木块上升过程中（）A．弹簧的弹性势能逐渐增大 B．弹簧的弹性势能先增大后不变 C．木块的机械能逐渐增大 D．木块的机械能先增大后不变（2023•萧山区校级二模）过山车是杭州乐园里一项刺激有趣的项目。过山车会由机械将车体送至左侧高台上，推出高台后便不再提供动力，下列过山车模型中，一定无法到达右边平台的是（）A． B． C． D．（2023•滨江区二模）蹦床是集艺术性和竞技性于一身的运动，深受广大青少年喜爱。蹦床公园应运而生，图甲为蹦床运动的简化示意图，O点是小滨由静止开始自由落下的起始位置，C点是小滨到达的最低点。从高处开始下落到弹回的整个过程中，他的运动速度随时间变化的图象如图乙所