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动能和势能机械能及其转化【学习目标】1、知道动能、重力势能、弹性势能及机械能的概念；2、了解影响动能、重力势能、弹性势能大小的因素；3、掌握探究影响动能、重力势能大小的实验过程；4、了解机械能的转化和守恒。【要点梳理】要点一、能物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。要点诠释：1、物体具有做功的本领，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。2、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）。要点二、动能动能：物体由于运动而具有的能。要点诠释：1、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。2、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。要点三、势能1.重力势能：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。2.弹性势能：物体由于发生弹性形变，而具有的能叫做弹性势能。要点诠释：1、重力势能的大小与质量和高度有关。物体的质量越大，被举得越高，则它的重力势能越大。2、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。3、弹性势能的大小与弹性形变的程度有关。要点四、机械能动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。要点五、动能和势能之间的相互转化（高清课堂《动能和势能、机械能及其转化》机械能及其转化）1、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，后来又是重力势能转化为动能。2、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。3、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。这个规律叫做机械能守恒。4、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。【典型例题】类型一、基础知识1、下列关于能量的说法，不正确的是（）A．正在做功的物体，才具有能量B．被压缩的弹簧具有能C．具有能的物体，可能在做功，也可能不在做功D．同步卫星相对于地面静止不动，实际上它也具有能【答案】A【解析】A、正在推土的推土机，推土机对土做功，推土机具有能；被举高的杠铃静止不动，没有做功，杠铃具有重力势能，故A错误，符合题意；B、被压缩的弹簧具有弹性势能，不符合题意；C、具有能的物体，具有做功的本领，可能正在做功，可能不在做功，不符合题意；D、同步卫星相对于地面静止不动，实际上它是运动的，运动的物体具有动能，不符合题意。【总结升华】物体具有能，就具有做功的本领，可能正在做功，可能不在做功。举一反三：【变式】关于能的概念，下列说法中错误的是（）A．一个物体能够做功越多，这个物体具有的能量越多B．动能、势能及机械能的单位都是焦耳C．用线悬挂着的静止的小球没有做功，所以小球没有能D．甲物体的速度比乙物体的速度大，但甲物体具有的动能不一定比乙物体多【答案】C2、火箭点火后，载着神八加速上升过程中，神八的机械能变化情况是（）A．动能减小，重力势能增大B．动能减小，重力势能减小C．动能增大，重力势能减小D．动能增大，重力势能增大【答案】D【解析】火箭在加速上升的过程中，由于速度增大，其动能变大；由于上升时高度变大，其重力势能变大；故动能与重力势能的和--机械能变大；故选D。【总结升华】此题考查机械能的知识；机械能的大小取决于动能和势能的大小，根据题目中动能和势能的大小变化可分析出机械能的大小变化。举一反三：【变式】（2016•鄄城县模拟）迎世博晚会上，彩色气球伴随欢庆的乐曲匀速上升，在此过程中，气球的（）A．动能转化为势能，机械能不变B．动能转化为势能，机械能增大C．动能不变，势能增大，机械能增大D．动能不变，势能不变，机械能不变【答案】C3、下列物体中具有弹性势能的是：A.拧紧的钟表的发条。B.扔在空中的橡皮。C.在桌面上的弹簧。D.充满气的气球【答案】A、D【解析】只有发生弹性形变的物体才具有弹性势能，拧紧的钟表的发条，充满气的气球都发生了弹性形变，所以都有弹性势能。【总结升华】形变包括弹性形变和塑性形变两种，前者能恢复原状，具有弹性势能，后者不能恢复原状。我们在研究能量守恒的问题时，涉及到弹性势能的时候，务必要分清形变的性质。类型二、知识应用4、如左图所示，天花板上挂一个单摆，放手后摆球沿弧ABC来回摆动。若在D点钉一枚钉子，当摆球从A点摆到B点时，绳子被钉子挡住。则小球在左侧升高的高度将（）A、高于C点B、低于C点C、与C点等高D、无法判断【答案】C【解析】木板上挂一个单摆，放手后摆球沿弧ABC来回摆动，因为A、C两点的高度相同，说明摆球在摆动过程中机械能守恒。若在D点钉一枚钉子，当摆球从A点摆到B点时，虽然绳子被钉子挡住，但是摆球由于惯性继续向左运动，只是摆球的运动轨迹是在以D点为圆心，以DB为半径的圆弧上，如右图所示。在沿圆弧上升的过程中，摆球的动能转化为重力势能，而它的机械能没有转化为其它形式的能量，即摆球的机械能守恒。所以摆球在右侧升高的高度与C点等高。因此选C。【总结升华】根据机械能守恒，小球从某一高度静止释放后它所能达到的高度不会超过原来的高度，或者说它所具有的机械能的大小不会超过原来所具有的机械能的大小。举一反三：【变式】如图所示，是演示动能和势能相互转化的实验装置。小球从轨道上的E点滚落下来，在圆形轨道上运动了一周，最后经过H点被抛出去，在整个过程中，小球的动能最大的位置是（）A．E点B．F点C．G点D．H点【答案】B5、骑自行车上坡前，往往要加紧蹬几下，从能的转化角度说明这样做的好处？答：因为人和自行车的____不变，所以动能只与______有关，重力势能只与_______有关。加紧蹬几下，可增大速度，使车在上坡前有足够大的______。由于车在上坡过程中，是___能转化为_____势能，所以____能越大转化为____势能就越大，从而使车比较容易到达坡顶。【答案】质量速度高度动能动重力动重力【解析】分析本题目不但要准确判断出在骑车爬坡过程中是什么能转化为什么能，而且还能利用所学的动能大小和重力势能大小与什么因素有关等知识来解释生活中的这一现象。【总结升华】当物体有外力作用时，机械能会变化，这样动能和势能的相互转化量也会变化。举一反三：【变式】高清课堂《动能和势能、机械能及其转化》例2）如图是将一个小球放到光滑的半圆形容器顶端放手后由A点经过B点到达C点的频闪照片。分析小球在不同位置时动能和重力势能的大小，下列说法不正确的是A、小球从A到B的过程中速度越来越快，动能越来越大B、小球从B到C的过程中速度越来越慢，重力势能越来越大C、小球在A点和C点的高度相同，重力势能相同D、小球到达C点后如果继续拍照，可以拍到小球高出C点的画面【答案】D6、（2016•蒙城县模拟）如图所示的是运动员在投掷铅球的场景。铅球离手后，只考虑重力做功，铅球在空中飞行过程中动能EK随时间t变化的曲线最接近的是（）【答案】A【解析】如图，铅球在整个飞行过程中，质量不变，铅球一直在运动，动能不为零。从出手到最高点过程中，速度减小，此过程动能减小；在下落的过程中，速度不断增大，此过程动能增大。所以整个过程中铅球的动能先减小再增大，故排除BD；铅球处于最高点时竖直方向速度为0，但水平方向仍然有速度，因此动能不为0，故排除C，故只有A项正确，故选A。【总结升华】掌握动能大小的影响因素，能通过图象判断动能的大小变化。举一反三：【变式】许多同学都看过杂技演员表演的“水流星”，一根细绳系着盛水的杯子，演员抡起绳子，杯子就做圆周运动．如图为一杂技演员正在竖直平面内表演“水流星”，杯子在竖直面内做匀速圆周运动，则下列关于其中的一只杯子说法正确的是（）A．受平衡力作用B．重力势能保持不变C．机械能在不断改变D．运动状态没有发生改变【答案】C7、在研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验中，三个完全相同的木桩被从空中静止释放的铁块撞击，陷入沙坑中的情况如图所示，在此实验中，我们是通过观察___________来比较重力势能的大小；若A、B两铁块质量相等，则两铁块下落高度的关系是hA____hB，若A、C两铁块下落的高度相同时，则两铁块质量关系mA____mC,实验得出的结论是：物体重力势能大小与_________和________有关。【答案】木桩陷入沙子的深浅小于小于物体被举高高度质量大小【解析】这是一个探究重力势能大小与什么因素有关的实验。首先本实验运用了转换法，把重力势能的大小通过同一木桩陷入沙地里的深浅体现出来。其次为了弄清楚重力势能大小与高度关系，同学们要有控制变量的思想，保证铁块的质量保持不变。同理探究重力势能大小与质量关系时，我们要保证铁块下落的高度是一样的。【总结升华】解决此类问题时，通常是利用转换法和控制变量法来探究物体的重力势能的大小与质量和高度的关系。