《合理利用机械能》教案

第六节合理利用机械能-掌门1对1三点剖析：一．能（量）：物体做功的本领叫做能（或能量）。物体能做多少功，就说它具有多少能。能量的单位和功的单位一样是：焦耳（J）。能的种类很多，有与物体机械运动相关的机械能，还有内能、电能、光能、核能等等。动能和势能：物理量定义决定大小的因素动能物体由于运动而具有的能。动能与物体的质量和速度有关。速度越大、质量越大，物体的动能越大。势能重力势能物体由于被举高而具有的能。重力势能与物体的质量和高度有关。物体被举得越高、质量越大，重力势能就越大。弹性势能物体由于发生弹性形变而具有的能。弹性势能与弹性物体的弹性强弱和形变大小有关。弹性越强、形变越大，物体的弹性势能就越大。机械能：动能和势能统称为机械能。经常被利用的机械能还有水能、风能和潮汐能等。机械能的转化和守恒定律：物体的势能和动能是可以互相转化的，如果只在动能和势能的互相转化过程中，机械能的总量保持不变。注意：机械能总量是否保持不变的判断方法：一是从动能与势能之和（机械能）是否发生变化，如果动能不变，势能也不变，那么该物体的机械能总量保持不变；二是从转化过程中是否只有动能和势能之间的相互转化。比如忽略空气阻力时，抛出去的物体，只有动能和势能之间的相互转化，它的机械能总量就保持不变。问题与探究问题1：（04哈尔滨）在综合实践活动课上，王艳同学发现学校运动场地上有若干大小不等的铅球，如图9-6-1所示，于是他想利用这些器材亲自体验一下“重力势能的大小与哪些因素有关”探究：（1）请你帮他设计应如何去做。

（2）说明该实践中怎样判断物体重力势能的大小。图9-6-1探究过程：（1）将质量不同的铅球从同一高度释放，落至地面（沙坑）。（2）将同一铅球从不同高度释放，落至地面。（3）根据铅球对地面（沙坑）的作用效果（或引起地面形变的大小、砸出坑的深浅、对地面做功多少），判断重力势能的大小。效果越明显（或引起地面形变的越大、砸出的图9-6-1问题2：（04长春）（简答题）我们看杂技演员从高处跳下落在绷床上，又被弹起的过程如图9-6-2（1）____________________________________（2）____________________________________图9-6-2探究：图9-6-2问题3：（04重庆）图9-6-3例如：物理现象：小木片飞出后，小砝码在支柱上保持静止物理知识：小砝码具有惯性图9-6-3图9-6-3

探究：（1）物理现象：________________________________________________________物理知识：________________________________________________________（2）物理现象：________________________________________________________物理知识：________________________________________________________

参考答案：（1）物理现象：弹簧片被压弯 物理知识：力可以改变物体的形状（2）物理现象：被弹簧片打击后的木片飞出去 物理知识：力可以改变物体的运动状态（3）物理现象：木片飞出后下落 物理知识：小木片受到重力作用（4）物理现象：弯曲的弹簧片释放后以一定的速度打击木片 物理知识：弹性势能转化为动能精题精讲【例1】下列说法中，正确的是（）A．举得高一些的物体的重力势能一定大；B．速度慢的物体的动能一定小；C．形变大的物体弹性势能大；D．相同高度的同体积的实心铁球和木球，铁球的重力势能大；思路解析：重力势能的大小与物体的质量、高度两个因素有关，只知道高度不知质量大小时，无法比较物体重力势能的大小。故A错。动能的大小与物体的质量、速度两个因素有关，仅知道速度的大小不知质量时同样无法比较动能的大小。故B错。弹性势能与弹性物体的弹性强弱和形变大小两个因素有关，仅知道形变大小无法比较弹性势能的大小。相同高度的两球，质量大的重力势能大，因同体积的实心木球和铁球，铁球质量大，故铁球重力势能大。答案：D绿色通道：本题要求学生能够全面理解动能、重力势能和弹性势能的决定因素。即物体的动能与物体的质量和速度大小有关；物体的重力势能与物体的质量和高度有关；弹性势能大小与物体弹性强弱和形变大小有关。只有相关因素全部确定，才能正确比较两物体相应能量的大小关系。【例2】（05宜昌改编）以下事例中，有重力势能变化的是A.冰球在水平的冰面上滚动B.皮划艇在平静水面快速滑行C.跳水运动员下落D.举重运动员把杠铃举起停在空中静止不动思路解析：重力势能的大小只与物体的质量、高度有关。对一个确定的物体，高度的变化一定会伴有重力势能的变化。其中AB选项中的研究对象（冰球和皮划艇）均在水平面上运动，故高度没有发生变化，重力势能没有发生变化。D项中杠铃静止不动时，重力势能也不变化。C项中运动员下落过程，高度逐渐降低，所以重力势能逐渐减小。所以正确选项为C答案：C绿色通道：本题关键是抓住重力势能的决定因素入手。另外，从审题中也要求学生能抓住每一项的能快速找到关键词语，如水平的冰面，平静的水面，静止不动等与竖直高度的鲜明对比，使我们迅速排除干扰项，得出正确结论成为可能。【例3】（05武汉）如图9-6-4所示，小孩从不太陡的滑梯上滑下的过程中，臀部有灼热的感觉，下列说法正确的是Ａ、动能一定越来越大Ｂ、重力势能一定越来越小图9-6-4图9-6-4Ｄ、以上说法都不对思路解析：根据动能的相关因素可知，小孩在下滑过程中，速度越来越大，所以动能越来越大；因为是下滑，所以随着他竖直高度的下降，他的重力势能也逐渐减小。但小孩由于滑下的过程中臀部有灼热的感觉，因此小孩下滑过程中有一部分机械能转化为内能，因此机械能总量减少。所以正确选项为AB。答案：AB黑色陷阱：本题中比较容易出现的问题是判断出来动能增大，重力势能减少后，很轻率地得出动能与重力势能之和（机械能）保持不变的结论。对机械能是否变化应注意有两条途径：一是从动能与势能之和不变角度出发，适合定量计算问题中；二是从是否有机械能以外的能量形式如：内能、化学能、电能等出现，一旦出现，就可以确定机械能是不守恒的。这样就可以快速解决此类问题。【例4】下列几种情况中机械能没有发生变化的是：（）A.缆车沿水平方向匀速运动。 B.汽车匀速驶上一个斜坡。C.站在匀速下降的电梯中的乘客。 D.汽车关闭发动机后在平直公路上向前滑行。思路解析：选项A中，缆车速度不变，高度不变，它们的动能、重力势能都不变，机械能的大小也就不变。选项B中，汽车匀速上坡，速度不变，高度增加，它的动能不变，重力势能增加，汽车的机械能增加。选项C中，乘客匀速下降，速度不变，高度下降，它的动能不变，重力势能减小，机械能减小。选项D中，汽车关闭发动机后在水平公路上滑行时受到向后的阻力，汽车的速度减小，动能减小；公路是平直的，高度不变，汽车的重力势能不变，所以汽车的机械能减小。答案：A。绿色通道：在四个选项中，所研究的各个物体都没有发生变化，也说是说各选项中物体的质量不变，可以通过分析物体的速度是否变化来确定其动能是否改变，通过分析物体的高度是否变化来确定物体的重力势能是否变化。通过动能与重力势能变化综合起来判断机械能是否发生了变化。自主广场我夯基，我达标1．（05，福建莆田）质量较大的鸽子与质量较小的燕子以相同的速度在空中飞行，它们的动能分别为E鸽E燕、则()AE鸽＞E燕B．E鸽＜E燕C．E鸽=E燕D无法比较1.思路解析：由动能的大小与物体的质量、速度有关可知，速度相同的鸽子和燕子，质量小的燕子动能较小。因此正确选项为A答案：A2．(04福建漳州)上紧发条的玩具车在水平面上跑动时（）A．动能转化为弹性势能B．弹性势能转化为动能C．重力势能转化为动能D．动能转化为重力势能2.思路解析:上紧的发条由于发生了弹性形变从而具有弹性势能，因为在水平面上运动，所以重力势能不变，小车由静止开始跑动，速度变大，因此动能增加。此过程中，弹性势能转化为动能。答案：B3．（04重庆北碚）洒水车在水平路面上匀速行驶并向地面洒水的过程中，其机械能的变化是（）A．减小 B．保持不变 C．增大 D．先减小后增大3.思路解析:因为洒水车洒水过程中，洒水车的总质量减小，匀速行驶过程中速度大小不变，所以动能减小，因为在水平路面上行驶，所以洒水车重心高度下降，同时质量减小，所以重力势能减小。动能、重力势能均减小，所以机械能减小。答案：A4．（04北京朝阳区）如图9-6-5所示，滚摆在下降的过程中越转越快，它在下降过程中（）图9-6-5图9-6-5

A．动能增加，势能增加 B．动能增加，势能减少C．动能减少，势能减少 D．动能减少，势能增加4.思路解析：由题中滚摆在下降的过程中“越转越快”，可知滚摆速度越来越大，所以动能增加。在下降过程中，随着高度下降，滚摆的重力势能减小。所以本题正确选项为B答案：B5．（04重庆）“跳远”是一项常见的体育运动。跳远运动员在比赛中都是先助跑一段距离后才起跳，这样做（）A．增大了跳远运动员的惯性B．减小了跳远运动员的惯性C．增大了跳远运动员的动能D．减小了跳远运动员的动能5.思路解析:首先由惯性知识可知，运动员的惯性只与运动员的质量有关。因此助跑不会增大、也不会减小他的惯性。所以AB错误。助跑的作用是使运动员在起跳前有一个较大的速度，因此助跑的目的是为了增大运动员的动能。所以正确选项为C答案：C6．（04沈阳）小红在学习中收集了一些与机械能有关的实例，如图9-6-6所示，其中机械能增大的是（）图9-6-6图9-6-66.思路解析：A项火箭升空过程中，高度不断增加，速度越来越快，所以它的重力势能不断增大，动能也不断增大，因此机械能增大。另法：因为在火箭燃料燃烧过程中，有化学能不断地转化为机械能，所以机械能也是不断增加的。B项中小朋友慢慢滑下过程中，动能大小几乎不变，而随高度的下降，小朋友的重力势能在减小，所以他的机械能在减小；C项中汽车匀速行驶，故动能不变，由图可知汽车高度没有发生变化，所以重力势能也不变，因此机械能不变。D项中只有卫星的动能和重力势能之间的相互转化，故机械能总量不变。所以正确选项为A答案：A7.（04河北鹿泉实验区）2003年10月15日，“神舟”五号载人飞船在震天的轰鸣中腾空而起，飞向太空。完成任务后于次日凌晨准确降落在内蒙古中部预定地区。返回舱进入大气层一段时间后，由于受空气阻力做匀速运动。返回舱匀速下降过程中()A．重力势能减少，动能增加，内能增加B．机械能减少，动能不变，内能增加C．重力势能减少，动能增加，内能不变D．机械能不变，动能不变，内能增加7.思路解析:由题中受空气阻力做“匀速运动”，可以确定返回舱的动能不变，降落过程中重力势能减小，所以机械能减小。由于空气阻力作用，减小的机械能不断的转化为内能，所以内能增加。正确选项为B答案：B8.（05，四川）在下述情况发生的过程中,电能转化为机械能的是_____A.电动机运转 B.电熨斗烫衣服 C.发电机发电 D.蓄电池向外供电8.思路解析：电动机运转过程中，电能转化为机械能；电电熨斗烫衣服时，电能转化为内能；发电机发电是机械能转化为电能；蓄电池向外供电是化学能转化为电能。所以正确选项为A。答案：A我综合，我发展9．（05，福建莆田）参照右图9-6-7及示例填写不同形式的能量之间的转化及其实例。示例：电能→光能：电灯（1）_________________________________(2)_________________________________

（3）_________________________________9．思路解析：熟悉各种能量的表现形式，如发光的物体一定有其他形式的能量转化为光能；发热的物体一定有其他形式的能量转化为内能。耗电的物体电能转化为其他形式的能量。伴随有化学反应的一定有化学能量产生等等。答案：化学能→电能干电池，火力发电，图9-6-7化学能→图9-6-7机械能→电能发电机机械能→内能摩擦生热，电能→机械能电动车，电动机，电风扇10．（04连云港）“五一”黄金周，吴昊同学和爸爸妈妈一起游览花果山，在他们乘坐旅游车沿盘山公路下山的过程中，发现司机师傅要不时地踩踏刹车踏板，当车行驶至中途还要停下来，让工作人员用水龙头向车轮闸片部位喷水。吴昊同学提出了以下几种看法，（）①喷水的主要目的是为了降低车闸的温度，以防车闸因温度过高而损坏②下山过程中，机械能不变③下山过程中，重力对汽车不做功④刹车过程中有部分机械能转化为内能你认为这些看法中符合实际的是A．①②④ B．①④ C．①③④ D．①②③④10．思路解析：不断踩刹车时，由于摩擦会产生大量的热，使刹车片温度升高。可以判断出有部分机械能转化为内能，机械能减少。故④正确，②不正确。不断地向刹车片喷水，通过水的蒸发吸收热量，降低刹车片温度。因此①正确。下山过程中，汽车在重力方向上移动了距离，故重力对汽车做功。所以③不正确。因此正确选项为B答案：B11.（05临沂）如图9-6-8所示，是用于锻炼身体的体育器材——跑步机。人在跑步机上可以实现快走或跑步动作，达到锻炼身体的目的。下面关于人在跑步过程中的叙述，错误的是（）A．人对跑步机做了功图9-6-8图9-6-8C．人体消耗的能量一部分转化为跑步机的内能D．脚底与跑步机间有摩擦作用11.思路解析：。人在跑步机上可以实现快走或跑步动作时，实际上人脚对跑步机有摩擦力作用，同时与脚接触跑步机皮带部分在力的作用下沿力的方向移动了一段距离。因此人对跑步机做了功是正确的。快走或跑步过程中，跑步机皮带也会发热，因此人体消耗的能量有一部分转化为跑步机的内能。因此ACD正确。故本题选B答案：B12．（04黑龙江）学生在做模拟“蹦极”的小实验（如图9-6-9所示）。一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在a点，b点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，c点是小石块从a点自由下落所能到达的最低点。在小石块从a点到c点运动的过程中，以下说法正确的是（）A．小石块动能一直在增加图9-6-9图9-6-9C．小石块经过b点时，橡皮筋具有弹性势能D．小石块到达c点时，动能为零12．思路解析：小石块在a点时速度为零，所以动能为零；到达最低点C时，速度为零，动能也为零，D项正确；所以从a到c的过程中，小石块的速度先增大后减小，所以动能也是先增大后减小，所以A错误。因为弹性势能大小与形变量有关，所以小石块经过b点（b点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置）,所以弹性势能为零，所以C项错误。从a到c的过程中，小石块动能没变，说明重力势能完全转化为橡皮筋的弹性势能。所以B项错误。因此正确选项为D答案：D我创新，我超越13．（04泰州）（阅读探究题）阅读下列材料，然后根据材料提供的信息，设计一个相关的物理问题进行解答。2003年10月15日9时整，我国自行研制的“神州五号”载人飞船发射成功，准确进入预定轨道，航天员杨利伟被顺利送上太空，并于次日6时左右成功返回。当火箭点火后，火箭发动机内部燃料燃烧产生高温、高压气体从尾部向后喷出，对火箭产生巨大推力，火箭变得更高、更快。飞船升入太空后，首先是沿着椭圆形轨道绕地球运行，经过一定时间后，通过喷射燃气来实施变轨，变轨后飞船进入距离地球表面350km高度的圆形轨道作圆周运动，平均1.5h可绕地球飞行一周（地球的半径约为6400km）。杨利伟在太空中为我们演示了奇妙的失重实验：他松开手，原先握住的航天手册和笔就漂浮在空中…………问题：________________________________________________________________________，解答：________________________________________________________________________。13．思路分析：因为飞船作圆周运动，因此可以提出与运动相关的如参照物、速度、时间等问题。在飞船沿着椭圆形轨道绕地球运行时，涉及速度变化与轨道高度的变化，因此可以提出与之相关的动能、势能及相互转化等问题。问题：飞船在圆轨道上运动的平均速度是多少？

解答：问题：飞船在椭圆轨道上绕地球运行，从近地点向远地点运动过程中能量是如何转化的？

解答：动能转化为势能问题：飞船在椭圆轨道上绕地球运行，机械能总量是否保持不变？

解答：机械能总量保持不变（4）问题：杨利伟在太空中是否还具有惯性？

解答：杨利伟在太空中仍有惯性。共同成长合作共赢14.（04福州）（实验题）（5分）在观察如图9-6-10小球摆动时动能和势能转化的实验中，小涛发现小球每摆一个来回的时间似乎都相同。于是他产生了猜想，小球来回摆动一次所用的时间t：①可能跟小球质量m有关；②可能跟绳子长度L有关；③可能跟小球移开的距离s有关；为验证自己的猜想，他在竖直的木板上画出方格，用瓶子代替小球，并在瓶内装大米以改变质量，则：（1）除图9-6-11所示的器材外还需要、；

图9-6-11图9-6-11图9-6-10（2）在测出不同条件下，瓶子来回摆动一次所用的时间t后，得到表中的数据。则：为了研究t与L关系，应选择序号为的数据进行分析；序号瓶质量m／g移开距离s／格悬线长度L／格来回时间t／s1203122.12403122.13603122.14602122.15601122.1660391.9760361.5

（3）通过分析表中的数据可以得出初步的结论：t与无关，与有关（填写字母）。（4）实验中发现，瓶子摆动一次所用的时间很难测准，请你帮他想一个更准确的测量方法：。14.思路分析：（1）因为要测量小球的质量m和时间t，因此还需仪器有：天平和秒表（2）为了研究t与L关系，保证其他因素及小球质量m和小球移开的距离s相同，因此选择3、6、7组数据。（3）从表中数据可以看出，在L一定的条件下，小球摆动一次所用的时间基本不变。因此t与m、s无关，只与L有关。（4）为更准确测量时间，可以用累积法，测量多次来回摆动所用时间，再求出来回摆动一次所用的时间。答案：（1）秒表，天平；（2）3、6、7；（3）m、s，L（4）测出摆动n次的时间t，则摆一次的时间为t/n学会做人15.下面一段材料是致全国中学生朋友《节约能源从我做起（倡议书）》，阅读材料回答后面的问题节约能源从我做起（倡议书）全国的中学生朋友们：自１８３１年英国科学家法拉第发现发电的原理以来，在不到两百年的时间里，电已经成了人类不可或缺的重要能源。你可知道，在那看似源源不断的电流背后，每建一座中等规模的发电厂，国家需要投入数亿元的资金；我国８０％的电力来自火力发电厂，这不仅要消耗大量无法再生的煤炭资源，而且煤炭燃烧释放出二氧化硫、二氧化碳等废气，又是空气污染的元凶，“温室效应”的罪魁祸首。随着经济和社会的发展，全国各地用电量不断攀升，电力紧张已经成为