3.2机械能（原卷版）-九年级科学上册（浙教版）

第3章能量3．2机械能【知识必备】考点一动能1.定义：物体由于运动而具有的能量叫做动能。例如：飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、掷出的铅球等，都具有动能。2.影响动能大小的因素：物体的质量和运动速度。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大。运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。注意：判断物体是否具有动能的依据是看物体“是否运动”。一切运动的物体都具有动能。在判断分析物体动能的大小或动能的变化时，应该注意：物体的动能由物体的质量和其速度共同决定，要同时考虑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因素。例1如图所示是“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验装置。(1)实验中通过观察______________________的大小，来判断钢球动能的大小。(2)实验中为了研究动能的大小与质量的关系，需要控制钢球撞击时的速度不变，具体的控制方法是_______________________________________________________。点拨：实验中动能大小是通过观察木块被钢球撞击后滑行的距离来衡量的，利用了转换法；研究动能大小与质量的关系时，让钢球从同一高度自由滚下，钢球撞击时的速度不变，这是利用了控制变量法。考点二势能1.重力势能(1)定义：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。(2)影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体被举高的高度。物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。2.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弹性势能。例如：张开的弓、拉长的橡皮筋、弯曲的钢条等由于发生弹性形变而具有弹性势能。(2)影响弹性势能大小的因素：物体形变的大小。物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。方法：重力势能与质量和高度有关，因此实验中用到控制变量法：保持物体的质量一定，让同一小球从不同高度下落，观察小球撞出的沙坑深度；保持高度不变，让不同质量的小球从同一高度落下，观察小球撞出的沙坑深度。通过撞出的沙坑深度来比较重力势能的大小，运用了转换法。例2某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图322所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球质量均为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为和,C、D两球陷入沙深度均为，且。(1)本实验中，铅球的重力势能大小是通过___________来反映的。(2)比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：____________________________。(3)比较A、C两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：____________________________。(4)比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径____________(选填“有关”或“无关”)。点拨：解本题的关键是利用控制变量法的思想观察图片，控制的变量和不变量分别是什么，同时理解物体重力势能的大小是通过铅球陷入沙中的深度来体现的。考点三动能和势能的转化1.动能和重力势能的相互转化动能和重力势能之间的相互转化，一般发生在重力作用下的运动过程中。如：向上抛出的石块、单摆、滚摆，它们在上升的过程中，运动速度逐渐减小，动能逐渐减小，高度不断增加，重力势能不断增大，将减小的动能转化为自身的重力势能储存起来；反之在下落时，将储存的重力势能转化为动能。2.动能和弹性势能的相互转化物体的动能和弹性势能可以相互转化。当拉长橡皮筋时，橡皮筋就储存了弹性势能，放手后橡皮筋就会飞出去，橡皮筋的动能就是由绷紧的橡皮筋的弹性势能转化而来的。方法：判断物体是否具有弹性势能，是看此物体是否发生弹性形变；判断物体弹性势能是否发生变化，是看此物体形变量是否变化。3.机械能守恒动能和势能之和称为机械能。动能和势能可以相互转化。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。注意：机械能守恒的条件是：只有动能和势能的相互转化，在有空气的空间中，演示滚摆的能量转化，由于存在空气阻力，滚摆的机械能会逐渐减小，即在动能和势能的转化过程中，还存在部分机械能转化成其他形式的能，机械能的总量是减少的。4.动能和势能转化的应用撑杆跳高、水力发电、人造地球卫星。例3如图是老师在课堂上进行的滚摆演示实验示意图，下列说法不正确的是()A.滚摆运动过程中，机械能守恒B.滚摆向下运动时，重力势能部分转化为动能C.滚摆向上运动时，动能部分转化为重力势能D.滚摆上升的最大高度逐渐降低【题型必练】一．选择题（共22小题）1．如图是运动场上的物体离手后，在空中飞行时（落地前）动能随时间变化的曲线图。该运动的物体可能是（）​A．斜向上抛的铅球​B．静止下落的乒乓球​C．竖直向上垫的排球​D．在地上滚动的足球​2．摆球从A点由静止释放，依次经过B、O、C到达右侧最高点D，如图所示。在这个过程中，摆球机械能最小的位置是（）​A．A位置B．B位置C．O位置D．D位置3．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＞vcB．va＜vb＜vcC．va＞vc＞vbD．va＝vb＝vc4．下列有关如图所示四幅图的观点中（不计摩擦），分析合理的是（）A．图甲中，起跳后上升到最高点时人的动能为零B．图乙中，在下降过程中滚摆的动能转化为重力势能C．图丙中，卫星从近地点到远地点机械能减小D．图丁中，小球从A到B的过程中重力势能转化为动能5．为解决停车问题，温州建成了一种垂直升降式立体车库。如图为自动垂直升降式车库的停车过程示意图。当汽车匀速上升时，汽车的（）A．动能不变，重力势能增加B．动能不变，重力势能不变C．动能增加，重力势能不变D．动能增加，重力势能增加6．有条新闻记述了：“某高楼大厦发生高空抛物的不文明行为，一位老太太被抛下的西瓜皮砸伤……”，被抛下的西瓜皮在下落过程中逐渐增大的科学量是（）A．重力势能B．动能C．重力D．质量7．在温哥华冬奥会上，来自牡丹江的选手李妮娜在自由式滑雪比赛中获得银牌。她在比赛过程中运动的轨迹如图所示，如果不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．从a点向b点运动过程中，重力势能全部转化为动能B．在a点和c点速度都为零，因此重力势能相等C．从c点下落到d点过程中，重力势能转化为动能D．在a点和e点都处于静止状态，因此机械能相等8．司机开车上坡前，往往加大油门以提高汽车的速度，这样做能够（）A．减小阻力B．增大惯性C．增大动能D．增大势能9．一架飞机在某灾区上空沿水平方向匀速飞行，同时向地面投放救灾物资。投下物资后，飞机的动能和势能发生变化是（）A．动能不变，势能减小B．动能变小，势能不变C．动能和势能都变小D．动能和势能都不变10．全国蹦床锦标赛中，当运动员从蹦床上起跳后，在空中上升的过程中（）A．动能变大，重力势能变小B．动能变小，重力势能变小C．动能变大，重力势能变大D．动能变小，重力势能变大11．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12．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13．第24届冬季奥运会在北京举行，如图所示为冬奥会的一些运动项目，关于这些项目中的情景，下列说法中正确的是（）A．跳台滑雪运动员在空中下落的过程中，重力势能不变B．短道速滑运动员在转弯滑行的过程中，运动状态不变C．冰球在水平冰面滑动过程中，机械能保持不变D．冰壶运动员掷出去的冰壶能继续向前运动，是由于冰壶具有惯性14．如图，将甲、乙两钩码以细线相连并跨过定滑轮，使两钩码距离地面相同高度。静止释放后，观察到甲下降，乙上升。忽略摩擦及细线重力，在钩码运动过程中，机械能变化的情况是（）A．甲的动能增加，乙的重力势能减少B．甲的动能减少，乙的重力势能增加C．甲的动能增加，乙的重力势能增加D．甲的动能减少，乙的重力势能减少15．如图是冬奥会上的冰壶比赛。当冰壶离开运动员的手在冰上滑行的过程中（）A．冰壶的动能不变B．冰壶的机械能减少C．冰壶的能量增加D．冰壶的摩擦力变大，导致冰壶最终停止16．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17．如图所示，小朋友沿着滑梯匀速下滑的过程中，下列说法中正确的是（忽略空气阻力）（）A．他受重力、支持力、下滑力和摩擦力的共同作用B．他的重力势能转化成了动能和内能C．他的重力势能减小，动能增大，机械能不变D．他受重力、支持力和摩擦力的共同作用18．如图所示，一轻质弹簧一端系在墙上的O点，自由伸长到B点，今将一小物块m连在弹簧上，并把弹簧压缩到A点，然后释放，小物体能运动到C点静止，物体与水平地面间的摩擦力恒定，试判断下列说法中正确的是（）A．物体从A到B动能越来越大，从B到C动能越来越小B．物体从A到C动能一直在减小C．物体从A到B动能先增大后减小，从B到C动能一直减小D．物体动能最大的位置在B和C之间19．无人机已被应用于诸多领域。如图所示，是一款我国具有完全自主知识产权的大疆无人机。在无人机匀速上升的过程中，对其分析正确的是（）A．质量增大B．动能减小C．机械能不变D．重力势能增大20．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21．质量较小的鸽子与质量较大的大雁在空中飞行。如果它们的动能相等，那么（）A．大雁比鸽子飞得快B．鸽子比大雁飞得快C．大雁比鸽子飞得高D．鸽子比大雁飞得高22．如图是教材中的几幅图，对图中所示的情景，下列说法正确的是（）A．踢出去的足球虽然会继续“飞行”，但它总会停下来，说明物体的运动必须有力维持B．跳远运动员助跑可以提高成绩，是利用了身体的惯性C．男孩水平用力推车但没推动，是因为他的推力小于车所受的阻力D．蹦蹦杆跃到最高点时，动能最大，速度最大二．填空题（共8小题）23．蹦极是一项极限体育运动，如图所示，A点是最高点、B点为弹性绳自然伸长的位置，蹦极人在C点受弹性绳的弹力与自身重力想等，D点是能下落的最低点。在蹦极人从A点下落到D点的过程中，___________（填“B”、“C”或“D”）点动能最大，在这个过程中，减小的重力势能都转化为___________能，机械能___________（填“增大”、“减小”或“不变”）（不计空气阻力）。24．弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结构如图甲所示，图乙是小金玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过程，其中b是弹簧处在原长的状态。在玩弹跳杆过程中，小金在___________（选填”b前某”、“b”或“b后某”）时具有的动能最大；在b→c的过程中，___________转化成小金的重力势能。25．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。26．跳台滑雪是冬奥会比赛项目之一（1）北京冬奥会上某运动员在跳台滑雪比赛时的运动轨迹如图所示，该运动员沿跳台从A点到B点的下滑过程中，重力势能大小的变化是___________；（2）跳台采用的人造雪可循环利用，体现绿色奥运理念。造雪时不断吸入水，喷出粉状雪，该造雪过程中水发生的主要物态变化是___________。27．撑杆跳高是一项技术性很强的体育运动，完整的过程可以简化成如图所示的三个阶段：持杆助跑、撑杆起跳上升、越杆下落。到达最高点的过程中是动能和___________能转化为___________能；下落过程中___________能逐渐增加。28．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。（整个过程中忽略空气阻力）（1）从a运动到b的过程中小球的机械能___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。（2）从b到c的过程中，小球的动能转化为弹簧的___________。（3）小球从a运动到c的过程中，在___________（选填“a”、“b”或“c”）位置速度最大。29．在北京冬奥会上，中国运动员苏翊鸣勇夺单板滑雪大跳台金牌。（1）滑雪板底做得越宽大，在它对雪地的压力一定时，对雪地的压强___________。（2）如图所示，苏翊鸣由A点运动到B点时动能___________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。（3）若滑雪板与雪地的总接触面积为2，苏翊鸣和滑雪板的总质量为72kg，当他穿着滑雪板站立在水平雪地上时，对雪地的压强为___________Pa。（g取10N/kg）30．请分析以下两个有关能量形式的问题。（1）“强弩之末势不能穿鲁缟”，强弓射出的箭到了射程尽头时，不能穿透鲁地的薄绢，说明物体的动能大小与它的___________有关。（2）如图所示，旋转图中的吸管后，将可乐罐平放在桌面上，罐就会运动起来，这是因为罐中的橡皮筋积蓄了___________能。三．解答题（共1小题）31．如图所示为我国空军战机空中加油时的情景，加油机与受油机均水平匀速飞行，以___________为参照物，受油机是静止的。加油过程中，加油机的重力势能___________（选填“增大”“不变”或“减小”）；加油机机翼上方空气流速____