4机械能（原卷版）

一、机械能及其转化1、机械能（1）定义∶动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。（2）单位∶焦耳，简称焦，符号是J。（3）大小∶机械能=动能+势能。（势能包括重力势能和弹性势能）【注释】①对机械能的理解一个物体可以同时具有动能和势能，如天空中飞行的飞机、跳水过程中的运动员等;也可以只具有动能或只具有势能，如在水平地面上行驶的汽车只具有动能，吊在天花板上的灯只具有重力势能。②机械能的决定因素机械能由动能和势能（包括重力势能和弹性势能）共同决定。由于动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，弹性势能与弹簧的弹性形变程度有关，因此机械能的决定因素有质量、速度、高度、弹性形变程度等。2、动能和势能的相互转化（1）动能和重力势能的相互转化单摆实验：如图所示，将摆球从A点静止释放，摆球从A点摆向最低点B的过程中，位置越来越低，速度越来越快，所以重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，重力势能转化为动能;从B点摆向C点的过程中，位置越来越高，速度越来越慢直至为零，所以重力势能逐渐增大，动能逐渐减小，动能转化为重力势能。除此之外，常见的动能和重力势能相互转化的例子还有滚摆、过山车等。（2）动能和弹性势能的相互转化小球碰撞弹簧实验：如图所示，从斜面上滚下的小球从接触弹簧到把弹簧压缩到最短的过程中（图甲→乙），小球速度越来越小，弹簧的形变越来越大，即小球的动能减小，弹簧的弹性势能增大，小球的动能转化为弹簧的弹性势能;弹簧从最短到恢复原状的过程中（图乙→丙），弹簧的弹性形变越来越小，小球的速度越来越大，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。另外，篮球落地反弹的过程、撑竿跳高的过程中也发生了动能和弹性势能的相互转化。【对动能和势能相互转化过程的理解】（1）在动能和势能相互转化的过程中，只要其中一种能量在减少，另一种能量就在增加;（2）动能和势能的转化可以发生在同一物体之间，比如单摆实验中摆球的动能和重力势能的相互转化;也可以发生在不同物体之间，比如小球碰撞弹簧实验中小球的动能与弹簧的弹性势能的相互转化。3、机械能守恒（1）机械能守恒∶大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。（2）机械能守恒的条件∶机械能守恒是有条件的，只有动能和势能相互转化时，或者说只有重力和弹力做功时，机械能才守恒。【机械能不守恒的情况】①受到阻力作用的物体机械能不守恒。如果运动的物体受到摩擦或空气阻力，机械能就会转化为其他形式的能，从而使机械能逐渐减小，不再守恒。如落地的篮球越跳越低，最终静止在地面上，机械能逐渐减小。②有重力或弹力以外的力对物体做功时，机械能不守恒。二、动能1、概念∶物体由于运动而具有的能，叫做动能。2、具有动能的物体∶一切运动的物体都具有动能。如风吹动帆船，使肌船前进，风对帆船做了功，说明流动的空气具有能量（动能）;子弹击穿苹果，子弹对苹果做了功，说明运动的子弹具有能量（动能）。【注释】动能是物体"由于运动具有的能量"，不能理解为"运动的物体具有的能量"一切运动的物体都有动能，动能指的是与物体运动有关的能量，不能理解为"运动的物体具有的能量"，因为运动的物体不只具有动能，它还可能具有其他形式的能量，如重力势能、弹性势能、内能等。3、影响物体动能大小的因素（1）速度∶质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大;（2）质量∶运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大。【判断物体动能大小的变化】在分析物体的动能大小变化时，必须同时考虑物体的质量和运动速度是否发生变化，不能只考虑其中一个因素。注意有些物体自身质量的变化，如洒水车洒水时或飞机空投物资时总质量在不断减小;道路清扫车清扫过程中总质量在不断增大。三、势能1、重力势能（1）定义∶物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫做重力势能。（2）具有重力势能的物体∶高处的物体都具有重力势能。比如打桩机上被举高的重锤具有重力势能，可以将桩打入地下;山上的石头具有重力势能，掉下时会对人或物造成伤害。【对物体重力势能的理解】重力势能定义中的"高度"是指相对高度，例如在山顶有一块石头，如果以地面为参照物，石头具有重力势能，如果以山顶为参照物，其重力势能为零;一般情况下我们都是以地面为参照物来确定物体是否具有重力势能。（3）影响物体重力势能大小的因素①质量∶高度相同的物体、质量越大，它的重力势能越大;②高度∶质量相同的物体，高度越高，它的重力势能越大。【重点】重力势能大小的比较物体的重力势能由质量和高度共同决定，质量大的物体，重力势能不一定大，高度高的物体重力势能也不一定大;在比较重力势能的大小时，要同时比较物体的质量和高度。2、弹性势能（1）定义∶物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。（2）具有弹性势能的物体∶发生弹性形变的物体都具有弹性势能。如图所示，被拉长的弹弓、张开的弓、变形的蹦床等都具有弹性势能。【怎样判断物体是否具有弹性势能】判断一个物体是否具有弹性势能，关键是看该物体是否发生了弹性形变。若物体只有弹性而没有发生形变，则物体不具有弹性势能，如处于自由状态的弹簧;若物体发生形变而无弹性，此时物体也不具有弹性势能，如把橡皮泥捏成小动物，橡皮泥发生形变，但它的形变不是弹性形变，它也不具有弹性势能。（3）影响弹性势能大小的因素现象及分析结论弹弓被拉得越长，"子弹"射出得越远，说明弹弓对子弹做功越多，弹弓具有的弹性势能越大在弹性限度内，物体的弹性形变越大，弹性势能越大弓被拉伸得越开，箭射出得越远，说明弓对箭做功越多，弓具有的弹性势能越大蹦床被压得越"凹"，人弹起得越高，说明蹦床对人做功越多，蹦床具有的弹性势能越大另外，物体的弹性势能大小还和物体的材料有关。综上，影响弹性势能大小的因素有物体的材料和物体在弹性限度内发生弹性形变的程度。在材料相同时，弹性形变越大，弹性势能就越大。3、势能（1）定义∶重力势能和弹性势能统称为势能。（2）动能与势能的辨析不同点相同点产生原因影响因素=1\*GB3①都是能量的一种具体表现形式;②单位都是焦耳动能由于运动而具有的能量质量、速度势能重力势能由于受重力并处在一定高度所具有的能量质量、高度弹性势能由于发生弹性形变而具有的能量材料、弹性形变程度1、如图所示，小明沿滑道从顶端匀速下滑的过程中，小明的（）A．重力势能减小，机械能减小 B．动能不变，机械能不变C．重力势能减小，动能增大 D．重力势能不变，机械能减小2、蹦极是一项深受年轻人喜爱的极限运动，如图所示是某位爱好者蹦极时的简化示意图，该爱好者体重是600N。弹性绳一端固定在O点，爱好者从O点自由下落，到A点处弹性绳自然伸直，C点是蹦极爱好者能到达的最低点（全程忽略空气阻力）。以下说法中正确的是（）A．爱好者在A点时其重力势能最大B．爱好者在B点时速度最大，受到非平衡力的作用C．爱好者在C点时处于平衡状态，所受弹力等于600ND．从B到C的过程中，爱好者减少的机械能等于弹性绳增加的弹性势能3、如图所示，运动员用弹簧拉力器锻炼身体时，将拉力器从原长逐渐缓慢拉伸到某一伸长状态（不超过弹性限度），下列说法正确的是（）A．未被拉伸的拉力器弹簧具有弹性势能B．在拉伸过程中，拉力器的弹簧产生的弹力逐渐变大C．拉力器被水平拉长的过程中，人对拉力器没有做功D．拉力器被水平拉长的过程中，手对拉力器的力大于拉力器对手的力4、如图所示，舰载机在“山东舰”航母上起飞，其在加速上升过程中（）A．动能减小，重力势能增大B．动能增大，重力势能减小C．动能增大，重力势能增大D．动能减小，重力势能减小5、下列情境中，属于势能转化为动能的是（）A．

返回舱减速下降B．

悬挂的铁锁上摆C．

魔罐能自动滚回来D．

人造卫星由近地点向远地点运动6、“神舟十五号”由长征二号运载火箭发射升空。飞船加速上升时，它受到了（平衡力或非平衡力）作用，它的机械能逐渐，到达预定轨道后与天宫空间站对接成组合体（如图甲）。当空间站组合体在运行轨道上由近地点向远地点运行的过程中（如图乙），空间站组合体的动能（以上两空均填“增大”“减小”或“不变”）。7、如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定在水平面上，钢球从C点由静止释放，经过B点到达最低点O，然后到达另一侧与B点等高的点A时刚好速度为零。由O到A点过程中，能转化为重力势能，点的动能最大，从C点到B点的过程中，机械能的总量（选填“变大”、“变小”或“不变”）。8、让系于橡皮筋一端的小球，从O点的正下方由静止释放，分别经过a、b、c三点，如图甲所示。整个下落过程中，橡皮筋所受弹力F与小球下落高度h的关系如图乙所示，则小球从a运动到c的过程中，在点重力势能最大，当橡皮筋的伸长量最大时，小球的速度为0，此时小球处于状态（选填“平衡”或“非平衡”），b点时小球速度最大，则小球的重力为N。（不计空气阻力）9、如图是北京冬奥会上的高台滑雪项目。滑雪运动员沿斜坡从A点由静止自由滑下，到达B点后会沿曲线（选填“a”“b”或“c”）继续运动。假如运动员到达最高点时所有外力突然全部消失，你推测他将会，理由是：。10、如图所示为游乐园过山车的轨道示意图，过山车从高处加速滑下的过程中，轨道对车的支持力(选填“不”或“要”)做功，过山车重力势能(选填“增加”、“减少”或“不变”)。1、有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是()A．装置所具有的机械能始终不变B．如果没有能量补充，装置最终会停下来C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化2、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．vb＞vc＞va C．va＞vc＞vb D．va＝vb＝vc3、如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道地球运行，当卫星从远地点向近地点运动过程中，下列说法中正确的是（）A．动能逐渐增大，势能逐渐减小，机械能减小B．动能逐渐增大，势能逐渐减小，机械能不变C．势能逐渐减小，机械能减小D．动能逐渐增大，机械能增大4、如图所示，一名运动员在投掷铅球。铅球在b点离手，在c点运动位置最高，不计空气阻力，下列说法不正确的是（）A．从a点到b点的过程中，运动员对铅球做了功B．在b点到d点的过程中，铅球的机械能先增加后减少C．在c点到d点的过程中，铅球的重力势能减少D．铅球在c点时的动能不为零5、如图1所示，物体M静止在电梯底部，其上表面通过轻质弹簧与电梯顶部相连。M对电梯底部的压力用F表示，忽略M和电梯的形变，0~t1内，电梯静止，弹簧处于伸长状态，t1时刻后电梯由静止开始沿竖直方向运动。0~t4内，F随时间t变化的图线如图2所示，则（）A．t1∼t2内，电梯可能向上运动B．t2∼t3内，M的机械能保持不变C．t3∼t4内，电梯的动能一定增大D．t1∼t4内，弹簧的弹性势能不变6、如图，小芳设想利用升降台让球越弹越高。将球从M点竖直向下以某速度抛出，球经静止在位置a的台面反弹后，到达的最高点为N。经台面反弹后上升过程球的动能（选填“增大”“不变”“减小”），N比M高（选填“可能”“不可能”）。球从N点下降时，台面己升至合适的位置b并保持静止，球再次经反弹后，到达的最高点P比N高（选填“可能”“不可能”）。7、将皮球从离地某一高度O点处水平抛出，球落地后又弹起。它的部分运动轨迹如图所示。（1）皮球运动到D点时的机械能（选填“大于”“等于”或“小于”）运动到C点时的机械能。（2）若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两处留下两个黑色圆斑，其中M处的圆斑（选填“大于”“等于”或“小于”）N处的圆斑。8、如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上，a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置。则小球从a运动到c的过程中，在（选填“a”、“b”或“c”）位置动能最大；从b到c的过程中，小球的动能转化为弹簧的，小球从a运动到b的过程机械能总量（选填“变大”、“变小”或“不变”）。9、如图是玩弹弓的情景．经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，这说明橡皮筋的弹性势能与有关；若橡皮筋被拉的长度相同，而仅所用“子弹”的质量不同