第10讲 动能势能与机械能（原卷版）

第10讲动能势能机械能知道动能、重力势能、弹性势能及机械能的概念；了解影响动能、重力势能、弹性势能大小的因素；掌握探究影响动能、重力势能大小的实验过程； 了解机械能的转化。动能什么是动能：物体由于而具有的能。如图所示，物体都具有动能。行驶的汽车飞翔的小鸟空中的客机自由下落的小球影响动能的因素：物体动能的大小与两个因素有关：一是物体的，二是物体运动的大小。当物体的质量一定时，物体运动的速度越大其动能，物体的速度越小其动能；具有相同运动速度的物体，质量越大动能，质量越小动能。动能是“由于运动”而产生的，一定不要把它理解成“运动的物体具有的能量叫动能”，不运动的物体也具有能量，但不具有动能。例如在空中飞行的飞机，不但有动能而且还具有其它形式的能量。势能重力势能：物体由于被举高而具有的能量，叫做。重力势能的大小与和有关。物体的质量越大，被举得越高，则它的重力势能。重力势能是“被举高”这个原因而产生的，一定不要把它理解成“被举高的物体具有的能量叫重力势能”，被举高的物体具有重力势能，同时也具有其他形式能量。例如在空中飞行的飞机，不但有重力势能而且还具有其它形式的能量。弹性势能：物体由于发生弹性形变，而具有的能叫做。如图所示，撑杆跳高时弯曲的杆、拉开的弓箭都具有弹性势能。弹性势能的大小与弹性形变的程度有关；形变程度越大，其弹性势能。撑杆跳高拉开的弓箭机械能及其转化动能、重力势能和弹性势能统称为。动能与势能的相互转化在一定的条件下，动能和重力势能之间可以。如将一块小石块，从低处抛向高处，再从高下落的过程中，先是动能转化为重力势能，后又是重力势转化为动能。在一定的条件下，动能和弹性势能之间可以。如跳水运动员，在起跳的过程中，压跳板是动能转化为弹性势能，跳板将运动员反弹起来是弹性势能转化为动能。机械能守恒：如果一个过程中，只有动能和势能相互转化，机械能的总和就保持不变，这个规律叫做。水能和风能的利用：自然界的流水和风能都是具有大量机械能的天然资源。利用水能发电，一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。利用风能发电，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”联在一起供电。知识点一：能与动能【探究重点】具有做功的本领，即说明此物体具有能。但是有能不一定正在做功。物体能做多少功，就说它具有多少能。功就是能转化多少的量度。功代表了能量从一种形式转化为一另种形式，因而功和能的单位也是相同的。功的单位是焦耳（J），能的单位也是焦耳（J）。物体动能的大小与两个因素有关：一是物体的质量，二是物体运动的速度大小。当物体的质量一定时，物体运动的速度越大其动能越大，物体的速度越小其动能越小。具有相同运动速度的物体，质量越大动能越大，质量越小动能越小。动能是“由于运动”这个原因而产生的，一定不要把它理解成“运动的物体具有的能量叫动能”。例如在空中飞行的飞机，不但有动能而且还具有其它形式的能量。【例题精讲】（2022·四川自贡）在2022年北京冬奥会自由式滑雪比赛中，我国运动员谷爱凌获得冠军，她在雪道上自由下滑的过程中，如果不计雪道阻力和空气阻力，下列说法中正确的是（）。A.动能不变，重力势能不变，机械能不变；B.动能增大，重力势能增大，机械能不变；C.动能增大，重力势能减少，机械能不变；D.动能减少，重力势能减少，机械能减少【巩固训练】(2022·山东济南·中考真题)爸爸开车带着小明行驶在高速公路上，小明看到图所示的限速标志，想起了学过的“动能”的知识，也产生了一系列有关的问题。其中最有探究价值且易于探究的是()A．物体的动能与物体的形状是否有关？B．物体的动能与它的速度有什么关系？C．物体的动能与它的质量和速度有什么关系？D．物体的动能与哪些因素有关？知识点二：势能【探究重点】一切被举高的物体都有重力势能。重力势能是“被举高”这个原因而产生的，一定不要把它理解成“被举高的物体具有的能量叫重力势能”。例如在空中飞行的飞机，不但有重力势能而且还具有其它形式的能量。一切发生弹性形变的物体都有弹性势能。弹性势能是“由于发生弹性形变”这个原因而产生的，一定不要把它理解成“发生弹性形变的物体具有的能量叫弹性势能”。【例题精讲】（2022·陕西省）如图，滑雪运动员正在比赛，下列分析正确的是（）。A.雪地上的影子是光的折射形成的；B.运动员在沿倾斜赛道下滑过程中，重力势能不变；C.滑雪板可以减小运动员对雪地的压强；D.运动员在沿倾斜赛道加下滑过程中，运动状态保持不变【巩固训练】柚子树上有甲、乙、丙、丁四个柚子，甲和乙的质量都是1.5kg；丙和丁的质量都是1.2kg。它们的位置如图所示则重力势能最大的是()A．甲 B．乙 C．丙 D．丁知识点三：机械能【探究重点】影响机械能大小的因素：①动能的大小；②重力势能的大小；③弹性势能的大小。【例题精讲】（2022·江苏连云港）知识梳理是学习的一种重要方法，请将动能、能、机械能、内能填在下列知识结构图对应的序号框中。（1）___________；（2）___________；（3）___________；（4）___________【巩固训练】如图所示，弹簧的一端固定在竖直墙上，另一端连接一个小球。弹簧未发生形变时，小球静止在A点。用手把小球向左运动压缩弹簧至B点后松开手，小球在水平光滑地面BC间来回运动。不考虑空气阻力，下列说法中正确的是()A．当小球从B运动至A的过程，弹簧产生的弹力变大B．当小球从B运动至C的过程，弹簧的弹性势能转化为小球的动能C．小球在A点时的机械能最大D．在来回运动中，小球的机械能保持不变知识点四：动能和势能之间的相互转化【探究重点】在一定的条件下，动能和重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块，从低处抛向高处，再从高下落的过程中，先是动能转化为重力势能后，后来又是重力势转化为动能。在一定的条件下，动能和弹性势能之间可以相互转化。如跳板跳水运动员，在起跳的过程中，压跳板是动能转化为弹性势能，跳板将运动员反弹起来是弹性势能转化为动能。水能和风能的利用：自然界的流水和风能都是具有大量机械能的天然资源。利用水能发电，一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。利用风能发电，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”联在一起供电。物体只受到重力或弹力作用时，动能和势能在转化过程中，整个系统的机械能的总和不变，即机械能守恒。【例题精讲】（2022·湖南常德）北京冬奥会引入的AI评分系统，能逐帧抓取运动员从起跳到落地之间的空中姿态，将运动员的精彩表现在最短时间内真切地呈现给观众，为裁判评分提供可视依据。如图所示，某次比赛系统呈现运动员上升（ab）及下落（bc）瞬间，下列说法中正确的是（）。A.运动员在ab段重力势能增大，动能减小；B.运动员在ab段重力势能减小，动能增大；C.运动员在bc段重力势能减小，动能减小；D.运动员在bc段重力势能增大，动能增大【巩固训练】(2022·四川攀枝花·中考真题)2022年北京冬奥会赛场上，我国选手谷爱凌摘得自由式滑雪大跳台比赛的金牌。谷爱凌离开跳台后，从低处向高处跃起后下落，在此过程中()A．动能一直减小 B．重力势能一直减小C．动能先减小后增大 D．重力势能先减小后增大故选C。知识点五：探究影响动能、势能大小的因素【探究重点】【实验目的】探究影响动能大小的因素。【实验器材】木板，长方形木块，质量不同的小球。【实验原理】运动的小球碰到水平桌面上的木块，木块被推的越远，说明小球对木块做的功越多，小球动能越大。【实验步骤】一、实验装置如图。二、让小球A从斜面顶端自由滚下，小球碰到木块B后，将B推动一段路程，记录路程大小s1，并计入表格。三、让小球A从斜面中间位置自由滚下，小球碰到木块B后，将B推动一段路程，记录路程大小s2，并计入表格。四、换另一个质量不同的小球，重复上述两步实验，并记录路程s3、s4；数据并计入表格。五、实验表格实验步骤小球A实验步骤小球B次数路程s/cm次数路程s/cm斜面顶端s11斜面顶端s312233斜面中间s21斜面中间s412233六、整理器材。【实验结论】物体动能与质量有关，与速度有关。质量越大、速度越大的物体，动能越大。【例题精讲】（2022·湖北宜昌）小明和小红在“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验中，让钢球从斜槽上一定高度的位置滚下，在水平面上运动，碰上木块C并将C推动一段距离，通过推动距离的大小来判断动能大小。（1）实验中探究的动能是指（）；A．钢球撞击木块时的动能B．钢球撞击木块后的动能C．木块被钢球撞击后的动能（2）如图甲、乙为小明两次实验的示意图，钢球A、B的质量mA>mB，高度hA>hB，距离sA>sB。他得出“物体的质量越大，动能越大”的结论，他的实验方法___________（选填“正确”或“错误”），理由是___________；（3）小红让钢球A分别从同一斜面的不同高度由静止自由滚下，撞击木块，这是为了探究物体动能与___________的关系。【巩固训练】（2022·湖北宜昌）小明和小红在“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验中，让钢球从斜槽上一定高度的位置滚下，在水平面上运动，碰上木块C并将C推动一段距离，通过推动距离的大小来判断动能大小。（1）实验中探究的动能是指（）；A．钢球撞击木块时的动能B．钢球撞击木块后的动能C．木块被钢球撞击后的动能（2）如图甲、乙为小明两次实验的示意图，钢球A、B的质量mA>mB，高度hA>hB，距离sA>sB。他得出“物体的质量越大，动能越大”的结论，他的实验方法___________（选填“正确”或“错误”），理由是___________；（3）小红让钢球A分别从同一斜面的不同高度由静止自由滚下，撞击木块，这是为了探究物体动能与___________的关系。(2020黄冈)避险车道是在长且陡的下坡路段､行车道外侧增设的､供刹车失灵车辆驶离正线并安全减速的专用车道｡如图所示是上坡险车道型避险车道，避险车道上铺有很多小石子，车道尽头有废旧轮胎或防撞墙｡下列分析错误的是()A．小石子可以増大失控车辆与避险车道之间的摩擦力B．失控车辆在避险车道向上运动速度减小时，动能减少C．失控车辆撞击废旧轮胎时，将动能转化成重力势能D．在避险车道上停下来的失控车辆仍具有惯性（2021南京模拟）平昌冬奥会越野滑雪比赛中，如图所示，运动员(图中用小球代替)以初速度v沿着凹凸不平的滑道从a点滑到d点的过程中（）A．运动员在b、d两点的动能相等B．运动员从b点到c点的过程中机械能减小C．运动员在a、d两点的动能相等D．运动员从c点到d点的过程中重力势能减小(2020鄂州)把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去，如图所示。下列说法中正确的是()A．铁锁摆回时会打到鼻子B．铁锁在摆动过程中动能与重力势能可以相互转化C．铁锁由高处摆到低处的过程中动能转化为重力势能D．铁锁上升的最大高度逐次降低，是由于受到重力作用(2020安徽)一人造地球卫星沿椭圆轨道运行，我们把卫星运行过程中离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点(如图所示)。已知卫星在运行过程中机械能保持不变，那么A．卫星在远地点的势能最大、动能为零B．卫星在近地点的动能最大、势能为零C．卫星从近地点向远地点运动过程中，势能增大，动能减小D．卫星以近地点向远地点运动过程中，动能增大，势能减小(2021·湖北荆州·中考真题)2020年12月17日凌晨，嫦娥五号返回器携带月球样品成功着陆地球，实现了中国首次月球无人采样返回，嫦娥五号探测器如图所示。以下有关说法正确的是()A．携带的月球样品从月球到达地面后重力会变大B．嫦娥五号探测器加速升空的过程中，其机械能不变C．嫦娥五号在月球表面的惯性小于它在地面的惯性D．在返回的过程中，携带的月球样品相对于返回器是运动的(2020天津)2020年6月23日，我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星发射成功｡若某卫星沿椭圆轨道从远地点向近地点运动时速度增大了，由此可知其动能()A.减小 B.增大 C.不变 D.消失(2020广州)球竖直向上运动，并落回地面，这过程中先后经过M、S两点。球在这两点的动能和重力势能如图所示，则球在M点的()A．速度比在S点的大B．机械能大于在S点的C．机械能等于在S点的D．离地高度比在S点的低(2021·上海中考真题)火箭加速上升过程中，相对于地面是______；火箭的重力势能______，惯性______。(2021·上海中考真题)火箭加速上升过程中，相对于地面是______；火箭的重力势能______，惯性______。（2021陕西模拟）蹦极是一种运动游戏.图中A点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，B点是游戏者所能到达的最低点.游戏者离开跳台向A点运动的过程中（忽略空气阻力），其重力势能逐渐转化为______能；游戏者从A点到B点的过程中，绳子具有的______能逐渐增加；到达B点时游戏者受到的弹力大于重力，所以游戏者在B点时______（选填“是”或“不是”）处于平衡状态的.

(2021·江苏江苏·中考真题)如图所示，小球从斜面上由静止滚下，最后停在粗糙水平面上的B点处。小球滚下过程中______能转化为动能。从A点到B点的运动过程中，小球的速度______(填“变大”“变小”或“不变”)，原因是小球受到粗糙水平面对它的______力。（2021·山东滨州·八年级期末）物理兴趣小组决定对超载超速问题进行一次模拟探究，经讨论后认为，可以用小球作为理想模型，代替汽车作为研究对象。如图，将小球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下，完成甲、乙、丙三次实验，其中，。（1）把小球放在同一高度由静止开始沿斜面滚下是为了控制到达平面的___________相同；（2）实验中超载超速带来的危害程度用表示，这种研究方法叫___________；（3）研究超载带来的危害时，选择甲、乙、丙三次实验中的___________进行比较；（4）为比较超载超速带来的危害程度，兴趣小组利用上述器材进行定量研究。得到数据如下表：小球质量/克高度/厘米木块移动距离/厘米A10510B20518C30529D101038E101586请根据上表数据分析，货车超载20%与超速20%两者相比，潜在危害更大的是___________。(2020黄石)如图，弹簧下端悬挂一个实心小球，用手托住小球，小球静止在A点，此时弹簧处于自然长度。释放小球，小球向下运动到最低点B(不超过弹簧弹性限度)，小球从A点运动到B点的过程中，下列说法正确的是()A．小球的重力势能--直在减少，动能一直在增加B．小球减少的重力势能全部转化为动能C．弹簧的弹性势能不断增大D．小球运动到B点时，重力势能最小，动能最大(2021·湖南怀化市·中考真题)田径运动会上，运动员投出的铅球在下落过程中，下列说法正确的是()A．动能增加 B．重力势能增加C．动能转化为重力势能 D．机械能增加(2020成都)图是过山车向下“俯冲”的情景，对过山车加速下降过程中的机械能，下列分析正确的是()A．动能增大，重力势能增大B．动能减小，重力势能增大C．动能减小，重力势能减小D．动能增大，重力势能减小(2020南京)如图所示是荡秋千的简化模型，摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高，下列说法正确的是()A．球在B、C两点的动能相等B．球在A、D两点的机械能相等C．球从B点到O点的过程中机械能减少D．球从O点到C点的过程中重力势能减少(2021·湖南郴州市·中考真题)2021年5月29日，我国用长征7号运载火箭成功发射了天舟二号货运飞船，5月30日，天舟二号货运飞船与中国空间站的天和核心仓完成了交会对接。下列说法正确的是()A．天舟二号货运飞船加速上升过程中机械能守恒B．天舟二号货运飞船加速上升过程中动能转化为重力势能C．天舟二号货运飞船加速上升过程中重力势能转化为动能D．对接成功后天舟二号货运飞船与天和核心仓处于相对静止状态(2021·湖北武汉市·中考真题)如图所示，运动员迎着飞来的足球奔跑，腾空跃起将足球顶