第15讲　机械能 物理

考点　动能、势能及其转化 【例】(2017，自贡)如图所示是一名运动员投掷铅球的过程示意图。铅球在b点离手，c点是铅球运动的最高点，不计空气阻力。在a到d的整个过程中，下列说法不正确的是(　) A．只有在a到b的过程中，运动员对铅球做了功 B．在b到d的过程中，铅球的机械能先增加后减少 C．在c到d的过程中，铅球的重力势能减少 D．在a到d的过程中，铅球的运动状态在不断的变化 B

【点拨】在a到b的过程中，铅球受到推力作用，且在推力方向上通过了距离；故运动员对铅球做了功；因为不计空气阻力，在b到d的过程中，铅球的机械能不变；在c到d的过程中，由于铅球的高度减小，故铅球的重力势能减小；在a到d的，铅球的运动方向和速度都不断变化，故铅球的运动状态在不断的变化。

【方法归纳】(1)分析动能、势能转化的一般步骤： a．分析要研究的对象和所要研究的过程。 b．分析物体在初始状态的位置、速度、形变情况。 c．分析物体在最终状态的位置、速度、形变情况。 d．根据动能、势能的影响因素判定物体动能、势能的变化情况。

(3)如果计算摩擦和阻力，机械能不守恒，如火箭发射，从滑梯滑下等。 (2)在只有动能和势能相互转化过程中，机械能守恒.机械能内部转化情况可用下图判断: (不计能量损失、物体质量不变) (3)如果计算摩擦和阻力，机械能不守恒，如火箭发射，从滑梯滑下等。

【易错易混】 1．浸在液体中的物体不一定都受到浮力，如水中的圆柱形桥墩。 2．浮力的大小与物体的密度、物体在液体中的运动状态、液体体积等无关。如在水中下沉的物体不一定比上浮的物体所受浮力大；1 N的水有可能产生大于1 N的浮力等。 3．区分F浮＝G排和F浮＝G物，阿基米德原理F浮＝G排，在计算浮力时普遍适用，而F浮＝G物，只有在物体受力平衡，即漂浮或悬浮时用到。 4．潜水艇下潜时所受浮力不变，是靠改变自重达到下潜目的。

【图片与命题】 图片 命题内容 对于同一车型的机动车，行驶①_______越大，车的动能越大，危险性也就越大，所以要对机动车的最高行驶速度进行限制 (2)车型不同，车的质量也不同，因此在相同的道路上，如果车的速度相同，②_______越大，动能越大，行驶时危险性也就越大 速度 质量

(1)发生形变的网球拍具有③__________，能将网球弹出，网球拍发生的形变越大，其弹性势能越大，网球弹出得越远 (2)拉弯的弓能将箭射出，射箭时弓的形变越大，其弹性势能就④________，箭射得越远 弹性势能 越大

滚摆下降时，它的重力势能越来越小，动能越来越大，⑤_________能转化为⑥____能。滚摆上升时，动能越来越小，重力势能越来越大，⑦____能转化为⑧_________能 小球从A点下落到B点，⑨________能逐渐转化为⑩____能，到最低点B时动能⑪_______，之后又从B点上升到C点，⑫____能逐渐转化为重力势能 重力势 动 动 重力势 重力势 动 最大 动

实验　探究物体的动能跟哪些因素有关 命题点 1．转换法的应用：物体动能的大小是通过________________________来反映。 2．选择同一个小球进行实验，目的是便于控制小球的________相同。 3．让不同的小球从斜面的同一高度释放，目的是让小球到达斜面底部的________相同。 4．控制变量法的应用：①控制速度一定，探究动能与_______的关系。②控制质量一定，探究动能与____________的关系。 小球撞击木块前进的距离 质量 速度 质量 运动速度

5．如本实验中水平面绝对光滑，本实验将_______达到实验目的，原因是_____________________________________________。 6．注意：实验中要保持小球的运动路线与木块的中心在同一条直线上。 7．实验结论。 不能 小球将在光滑水平面做匀速直线运动

【例】(2017，泰州)如图所示，在探究物体动能的大小与哪些因素有关时，让同一小车分别从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上的同一木块。

(1)本实验探究的是________(填“木块”“小车”或“斜面”)的动能与________的关系，实验中是通过观察_________________________来比较动能大小的。 (2)第一次实验的情景如图甲所示，在进行第二次实验前，应先将撞出的木块________________________。 (3)若操作正确，第二次实验木块最终的位置如图乙所示，则此实验的结论是____________________________________________。 小车 木块移动的距离 速度 恢复到原位置 在质量相同的情况下，速度越大，动能越大

【拓展设问】 (4)该实验应用的两种研究方法：______________、__________。 (5)如果在实验中将两个质量不同的小球从斜面的同一高度静止释放，是为了探究_______________________________。 (6)本实验装置的水平面如果绝对光滑，还能得出结论吗？_______。理由是__________________________________________________。 控制变量法 转换法 物体的动能与质量的关系 不能 木块在水平面上将一直匀速直线运动下去

(7)实验后，同学们联想到在许多交通事故中，造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超速”，进一步想知道，在影响物体动能大小的因素中，哪个对动能影响更大？于是利用上述器材进行了实验测定，得到的数据如下表。 实验序号 小球的质量m/g 小球自由滚下的高度h/cm 木块被撞后运动的距离s/cm 1 30 10 4 2 20 16 3 60 8

①为了探究“超载”安全隐患，应选择_______两个序号的实验进行比较。 ②为了探究“超速”安全隐患，应选择_______两个序号的实验进行比较。 ③分析表格中对应的实验数据可知：_______对物体的动能影响更大，当发生交通事故时，由此造成的危害更严重。 1、3 1、2 速度

1．(2017，怀化)在2016年8月8日巴西奥运会中，我国运动员吴敏霞与施廷懋在女子双人三米板跳水比赛中，勇夺金牌，她们在下落过程中，重力势能变____，动能变____。 2．(2017，常州)我国火箭回收方式是：火箭消耗完燃料后将自动脱离飞船，借助降落伞落回地面，如图所示，匀速下落过程中，火箭的动能_______(填“变小”“不变”或“变大”)，机械能_______(填“变小”“不变”或“变大”)。 小 大 不变 变小

3．(2017，邵阳)邵阳市在创建文明卫生城市期间，每天洒水车都清洁街道。匀速行驶的洒水车在洒水的过程中，洒水车的动能_______(填“增大”“不变”或“减小”)。 4．(2017，广东)火箭加速上升过程中，对于火箭搭载的卫星来说，动能_______，重力势能_______，卫星的机械能是由火箭燃料的_______能转化而来的。 减小 增大 化学 增大

5．(2017，扬州)扬州城区的高层建筑越来越多，但高空抛物却存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的( ) A．弹性势能　　　　　　B．重力势能 C．体积 D．阻力 B

6．(2017，南充)2017年4月20日，我国首艘货运飞船“天舟一号”在海南文昌航天发射中心由“长征七号”遥二运载火箭发射升空，并于4月27日成功完成与“天宫二号”的首次推进剂在轨补加实验。则下列说法正确的是( ) A．“天舟一号”加速上升时，其机械能总量保持不变 B．“天舟一号”加速上升时，其惯性逐渐增大 C．“天舟一号”给“天宫二号”进行推进剂补加时，它们处于相对静止状态 D．“天宫二号”在轨运行时，处于平衡状态 C

7．(2017，衡阳)下列四幅图中，动能和势能之间没有发生相互转化的是( ) C

8．(2016，淄博)如图所示，空中加油机正在给水平匀速飞行的战斗机加油，加油后战斗机仍以原来的高度和速度做匀速飞行，则战斗机的( ) A．动能不变，势能不变，机械能不变 B．动能不变，势能减少，机械能减少 C．动能增加，势能不变，机械能增加 D．动能增加，势能增加，机械能增加 D

9．(2017，郴州)改革开放以来，我国的航天事业得到了空前的发展，并取得了举世瞩目的成就。如图所示，为我国神舟号飞船返回舱减速降落的情景。返回舱在此过程中( ) A．动能减小，重力势能减小 B．动能增大，重力势能增大 C．动能不变，重力势能减小 D．动能减小，重力势能不变 A

10．(2017，鸡西)(多选)为了更好的推进习总书记提出的“一带一路”发展战略，我国计划发射十八颗通信卫星，为沿线国家提供服务。下列关于人造卫星的说法中，正确的是( ) A．卫星运动到近地点时，动能最大，重力势能最小 B．卫星运动到远地点时，动能最大，重力势能最小 C．卫星由近地点向远地点运动，重力势能转化为动能 D．卫星由远地点向近地点运动，重力势能转化为动能 AD

11．(2017，呼和浩特)(多选)如图所示，质量为m的小球由静止下落，落在与A点等高处、竖直放置静止的轻弹簧上，到达与B点等高处时小球重力与弹簧的弹力大小相等，图中与C点等高处是小球到达的最低点(不计空气阻力)。下列说法正确的是( ) A．下落过程中，小球重力势能减小，动能增大，小球与弹簧机械能不守恒 B．下落过程中，小球重力势能一直减小，动能先增大后减小，小球与弹簧机械能守恒 C．到达C点时，小球的动能为零，受到的重力大于弹簧的弹力 D．从B到C，小球重力势能与动能都减小，转化成弹性势能 BD

12．(2017，乐山)如甲图所示，小球从竖直放置的弹簧上方一定高度处由静止开始下落，从a处开始接触弹簧，压缩至c处时弹簧最短。从a至c处的过程中，小球在b处速度最大。小球的速度v和弹簧被压缩的长度L之间的关系如乙图所示。不计空气阻力，则从a至c处的过程中，下列说法正确的是( ) A．小球所受重力始终大于弹簧的弹力 B．小球的重力势能先减小后增大 C．小球减少的机械能转化为弹簧的弹性势能 D．小球的动能一直减小 C

13．(2017，东营)右图为某道路交通标志牌：小型车最高行 驶速度不得超过100 km/h，而大型客车、载货汽车最高行驶 速度不得超过80 km/h。请用动能的知识解释这样规定的原因。 答：机动车质量一定，速度越快，动能越大，刹车时制动距离越大，容易出现交通事故，所以要限速行驶；在相同的道路上，不同车型的机动车质量不同，速度相同时，大型客车、载货汽车质量大动能大，制动距离大，小型车质量小动能小，制动距离小，当制动距离相同时，不同车型限速就不同。

14．(2017，江西)如图所示，是承承在乒乓球比赛中，高抛发球时的情景。不计空气阻力，请你回答下列问题： (1)在乒乓球上升的过程中，乒乓球的能量是如何转化的？其机械能如何变化？ (2)乒乓球运动到最高点时，是否处于平衡状态？请说明理由。

答：(1)在乒乓球上升的过程中，乒乓球的动能转化为重力势能，机械能不变。 (2)乒乓球运动到最高点时，处于非平衡状态，因为乒乓球此时只受到重力的作用，所以处于非平衡状态。

15．(2017，义乌)排球充气后，让排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度。 (1)解释整个过程中能量是否守恒。 (2)排球从接触地面到形变最大的过程中，速度v与形变大小ΔV之间的关系大致如图，请说明该过程中，排球受力情况与机械能变化的关系。

解：(1)整个过程中的能量守恒。排球从手上自由落下，排球每次弹回的高度都低于落下时的高度，是因为由于空气的摩擦，有一部分机械能逐渐转化为内能，但能量的总量是守恒的。 (2)排球从接触地面到形变最大的过程中，受到重力和地面给予的弹力的作用，开始时重力大于弹力，速度逐渐增大；当重力等于弹力时，速度达到最大值；然后重力小于弹力，弹力达到最大值，速度逐渐减小，直至速度为零。在这一过程中，动能转化为排球的弹性势能。

16．(2017，福建)小江同学利用一个弹珠、三根材料和厚度相同、长宽不同的橡皮条，探究“橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系”。他依次将橡皮条固定在弹弓上，如图所示。在弹性范围内，拉伸相同的伸长量，将弹珠在同一位置沿水平方向弹射出去，测得弹射的水平距离，数据如下表： 次数 橡皮条 橡皮条宽/cm 橡皮条长/cm 弹射的水平距离/m 1 a 0.50 20.00 10.10 2 b 30.00 8.20 3 c 1.00 14.00

请回答以下问题： (1)实验中，是通过比较_______________________________来间接反映橡皮条的弹性势能大小。 (2)比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的________有关。 (3)比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能还与橡皮条的___________有关。 弹珠被弹射的水平距离 长度 宽度

(4)用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最大的橡皮条是( )。 A．窄而长的 B．宽而长的 C．窄而短的 D．宽而短的 D

17．(2017，山西)小明和同学打乒乓球时，注意到乒乓球台上的球不小心就会滚到台下，落地点时远时近。小明思考：若运动着的小球从桌上滚落后，小球的落地点到桌子的水平距离可能与哪些因素有关呢？他的猜想如下： 猜想一：小球的落地点到球台的水平距离s可能与小球离开桌面的速度大小有关。 猜想二：小球的落地点到球台的水平距离s可能与桌子的高度H有关。 然后，小明选取了钢球并用高度可调的桌子与斜面组成如图所示的装置，并进行了实验，得到了部分数据如下表。

同一钢球，H＝1.2 m 次数 小球高度h/m 落地点到桌子的水平距离s/m 1 0.1 0.65 2 0.2 0.96 3 0.3 1.16

(1)在实验中让钢球从桌上的斜面不同高度由静止滚下，其目的是_________________________。 (2)分析表中数据你可得到的结论是 ____________________________________________________________________________________________________________________。 使钢球到达桌面的速度不同 同一钢球，在桌子高度一定时，离开桌面的速度越大，钢球落地点到桌子的水平距离越大