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考点17动能、势能和机械能【知识回顾】考点一、动能一、动能1.什么是动能：物体由于运动而具有的能。2.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。3.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。考点二、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。(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”，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。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。如图(2)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，其弹性势能越大。考点三、机械能及其转化1.动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。2.动能与势能的相互转化(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，后又是重力势转化为动能。(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。【考点梳理】考点一、动能动能和势能都是机械能，是本章的重要内容，同样也是中学物理重点内容，在中考试卷中属于常考知识点。从近几年的中考试题来看，“动能”主要考查物体是否具有动能、动能大小比较以及影响物体动能大小的因素。中考考题中，有关动能和势能问题形式基本上固定，常见于选择题、填空题，涉及动能实验探究题出现概率也较高，至于势能的实验探究题也曾出现过，但概率不高。填空题、选择题均属于基础题型，试题难度以中等偏下为主，只要能很好地掌握动能和势能的基本概念，一般情况下都可以很好地解答；难度较高主要集中在动能和势能的实验探究问题中，要想很好解答实验探究类试题，大家应正确理解动能和势能的基本概念以及影响它们大小的因素，另一方面利用物理分析方法结合所探究的问题，就可以很好解答此类考题。考点二、势能从近几年中考试卷看，“势能”主要考查物体是否具有势能，势能大小比较以及影响势能大小的因素(势能分为重力势能和弹性势能)。动能和势能考题中，注意联系生活实际，把所学知识与生活相结合。考点三、机械能机械能包含动能和势能，是本章的重要内容，同样也是中学物理重点内容，在中考试卷中属于常考知识点。从近几年的中考试题来看，本节中主要涉及到动能和势能之间的转化以及机械能守恒；当物体只受重力作用时，物体的动能和重力势能之和不变，这就是机械能守恒。在机械能转化和守恒考题中，注意把物体的实际运动与生活实际，把所学知识与生活相结合。中考考题中，有关机械能问题形式基本上固定，常见于选择题、填空题，有关机械能问题也是与动能和势能结合在一起进行考查，并且考查机械能之间的转化问题更为普遍。填空题、选择题均属于基础题型，试题难度以中等偏下为主，只要能很好地掌握机械能转化规律，一般情况下都可以很好地解答；难度较高主要集中在机械能守恒上，一般情况下试题会告诉考生物体的机械能是否守恒，只要机械能守恒动能与势能的总和就保持不变。考点一、动能【典例一】(2019·潍坊)无人机已被应用于诸多领域，如图所示是一款四翼无人机。在无人机匀速上升过程中，对其分析正确的是()。A．质量增加B．动能增加C．重力势能增加D．机械能不变【答案】C。【解析】无人机匀速上升过程中，无人机的质量不变，高度增大，重力势能增大；速度不变，质量不变，其动能不变；无人机上升过程中，没有发生弹性形变，不具有弹性势能，所以机械能等于重力势能与动能的总和，重力势能增大，动能不变，其机械能增大。故选C。【举一反三】1.(2019·绵阳)2019年1月3日，嫦娥四号实现了人类探测器首次成功在月球背面软着陆。嫦娥四号探测器在距离月球表面100米高处悬停，对月球表面识别，并自主避障，选定相对平坦的区域后，开始缓慢地竖直下降，最后成功软着陆。从距离月球表面100米到软着陆在月球表面的过程中，嫦娥四号探测器的重力势能________，机械能________。(选填“增加”或“不变”或“减少”)【答案】减少；减少。【解析】嫦娥四号从距离月球表面100米到软着陆在月球表面的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减少；该过程中其速度减小，动能减少；探测器没有发生弹性形变，不具有弹性势能，则机械能等于重力势能与动能的总和，所以其机械能减少。故答案为：减少；减少。2.(2017•龙东)(多选题)为了更好的推进习总书记提出的“一带一路”发展战略，我国计划发射十八颗通信卫星，为沿线国家提供服务。下列关于人造卫星说法中，正确的是()。A．卫星运动到近地点时，动能最大，重力势能最小；B．卫星运动到远地点时，动能最大，重力势能最小；C．卫星由近地点向远地点运动，重力势能转化为动能；D．卫星由远地点向近地点运动，重力势能转化为动能【答案】A、D。【解析】卫星运动到近地点时，速度最大，距离最近，所以动能最大，重力势能最小，故A正确。卫星运动到远地点时，速度最小，距离最远，所以动能最小，重力势能最大，故B错误。卫星由近地点向远地点运动，速度越来越小，动能越来越小，同时距离地球越来越远，重力势能越来越大，动能转化为重力势能，故C错误。卫星由远地点向近地点运动，速度越来越大，动能越来越大，同时距离地球越来越近，重力势能越来越小，重力势能转化为动能，故D正确。3.(2017•广元)如图甲所示是小张“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验装置。(1)小张让大小不同的实心钢球从同一斜面上相同的高度处由静止滚下，在水平面上运动并推动木块移动，是为了探究动能大小与的关系；(2)同班同学小红发现，木块被钢球撞击后移动的距离没有其他同学的明显，认为是木块太重导致滑动摩擦力过大的原因造成。为了验证猜测，小红设计了如图乙所示“探究滑动摩擦力与压力大小关系”的实验，当接触面粗糙程度不变，用弹簧测力计拉动木块匀速直线运动时，通过多次实验得到了表格中的相关数据，请你根据表中数据帮她分析并得出，滑动摩擦力f与压力F之间的数量关系式为。实验次数12345木块对木板压力F/N23456弹簧测力计读数f/N0.60.91.21.51.8【答案】(1)质量；(2)f=0.3F。【解析】(1)影响动能大小的因素是物体质量和运动速度；小明选用大小不同的钢球，故其质量也不同，如果从同一斜面的同一高度静止滚下，它们的速度相同，故实验是为了探究动能大小与质量的关系。(2)由表哥中的数据，可求得f1=0.3F；滑动摩擦力的大小等于拉力大小，即弹簧测力计的示数，故滑动摩擦力的大小与压力之间的关系为：f=0.3F。考点二、势能【典例二】(2017•扬州)扬州城区的高层建筑越来越多，但高空抛物却存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的()。A．弹性势能B．重力势能C．体积D．阻力【答案】B。【解析】物体的重力势能与物体的高度有关，物体的质量越大、高度越高，重力势能越大，所以高处的物体具有较大重力势能，故B正确为答案。【举一反三】1.(2017·深圳)关于功和能，下列描述正确的是()。A．机械表上发条是增加了发条的弹性势能；B．深圳大亚湾核电站是把电能转化为核能；C．汽车加油后，以原来的速度继续匀速行驶它的动能会降低；D．“飞流直下三千尺”中水的动能转化为重力势能【答案】A。【解析】A：上紧的机械表发条具有弹性势能，并且发条形变越大具有的弹性势能越大；故A正确。B：在核电站中，核燃料发生裂变，释放出核能，把核能再转化为电能；故B错误。C：汽车加油后相对于原来质量增加，虽然仍按原速度行驶，但动能相对于原来是增加的；故C错误。D：“流直下三千尺”中，高处的水具有大量重力势能，下落过程中重力势能转化为动能；故D错误。2.(2017•眉山)如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道绕地球运行，下列说法正确的是()。A．卫星在近地点时，动能最大，机械能最大；B．卫星在远地点时，势能最大，机械能最大；C．卫星从近地点向远地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变；D．卫星从远地点向近地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变【答案】C。【解析】卫星在近地点时，速度最大，动能最大，距离地球最近，势能最小，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故A错误。卫星在远地点时，速度最小，动能最小，距离地球最远，势能最大，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故B错误。卫星从近地点向远地点运行时，速度越来越小，动能逐渐减小，距离地球越来越远，势能逐渐增大，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故C正确。卫星从远地点向近地点运行时，速度越来越大，动能逐渐增大，距离地球越来越近，势能逐渐减小，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故D错误。3.(2019·天津)小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。实验序号铁块质量m/g铁块距桌面高度H/cm桌腿进入沙子的深度h/cm①20201.9②20302.9③20403.8④30202.9⑤40204.1(1)实验中通过比较______来判断物体重力势能的大小；(2)为了验证猜想一，需选择表中______(填实验序号)三组数据进行分析；(3)分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：______。【答案】桌腿进入沙子的深度；①④⑤；质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。【解析】(1)通过小明设计的实验可以知道，他是通过比较桌腿进入沙子的深浅来比较重力势能的大小的。桌腿进入沙堆越深说明物体做的功越多，它原来具有的重力势能越大；(2)根据控制变量法，要验证物体的重力势能与物体的质量有关，应控制物体的高度相同，改变物体质量的大小，故小明要完成探究，需要找数个质量不同的物体进行实验；故①④⑤三组数据符合，所以应利用①④⑤三组数据分析得出结论。(3)比较表中①②③的实验数据，可以发现，高度相同，③中桌腿进入沙子的深度更深，所以，③中的物体具有重力势能大，即可以得出的初步结论是：质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。故答案为：(1)桌腿进入沙子的深度；(2)①④⑤；(3)质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。二、机械能【典例三】(2017•广州)电梯匀速上升过程中，电梯的()。A.动能保持不变B.机械能保持不变C.重力势能保持不变D.动能转化为重力势能【答案】A。【解析】动能与质量和速度有关，质量越大，速度越大，动能越大；重力势能与质量和高度有关，质量厚度越大，重力势能越大。因为电梯匀速，因此动能不变；又因为上升，所以重力势能增大，机械能是重力势能和动能之和。因此机械能增大。【举一反三】1.(2017•杭州