資源簡介

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第3章 能量的轉化與守恒
第2節 機械能
學習目標
1.會識別動能、重力勢能和彈性勢能。
2.知道決定物體的動能、重力勢能和彈性勢能的因素并能判斷其變化。
3.初步學會用控制變量法探究物體動能、重力勢能和彈性勢能的大小的方法。
4.理解動能與勢能的相互轉化。
5.描述機械能守恒的含義，能利用機械能守恒解釋簡單的現象。
知識點1 動能
1.現象探究：運動的物體具有能量
現象 風吹著帆船移動 河水把沙子沖走 子彈射穿雞蛋
圖示
分析 風在流動，促使帆船移動 河水在流動，促使沙子移動 子彈在運動，促使雞蛋破裂
歸納 運動的物體具有能量 3.教材第77頁活動：探究影響動能大小的因素
提出問題 物體的動能跟哪些因素有關？
猜想與 假設 （1）“十次車禍九次快”，猜想動能可能與物體的運動速度有關;
（2）同樣速度的自行車和汽車，碰到行人后造成的傷害不同，猜想動能可能與物體的質量有關
設計實驗與制訂 計劃
2.動能的概念：物體由于運動而具有的能量叫做動能。一切做機械運動的物體都具有動能。
進行實驗
甲
乙
丙
丁
分析與 論證 （1）同一鋼球從不同高度處滾下，鋼球碰撞木塊時的速度不同。高度越高，鋼球碰撞木塊時速度越大，木塊被推得越遠，說明物體的動能與物體的速度有關;
（2）不同鋼球從同一高度處滾下，鋼球碰撞木塊時的速度相同。質量大的鋼球將木塊推得遠，說明物體的動能與物體的質量有關
實驗結論 物體的動能與物體的質量和運動速度有關。質量相同的物體，運動速度越大，動能越大；運動速度相同的物體，質量越大，動能越大
一切運動的物體都具有動能，物體的動能由物體的質量和運動速度決定，在討論物體動能大小時，必須同時分析兩個因素（即運用控制變量法來研究）。
例如，一顆子彈的速度大于火車的速度，但子彈的動能不一定比火車的動能大，因為子彈的質量比火車的質量小得多；也不能因為火車的質量比子彈的質量大得多，就認為火車的動能一定比子彈的動能大，例如當火車的速度為零時動能為零，其動能一定比飛行的子彈小。
特別提醒
典例1 用如圖的裝置探究動能大小與哪些因素有關。讓小車從斜面頂部由靜止開始下滑，撞擊置于水平面上的木塊。
（1） 實驗時用木塊被撞擊后移動的______來反映小車動能的大小。
距離
（2） 讓裝有鉤碼的小車和未裝鉤碼的小車分別從斜面頂部由靜止開始下滑，小車運動到水平面上時的速度大小______（選填“相等”或“不等”），裝有鉤碼的小車將木塊推得較遠，這說明動能的大小與物體的______有關。
相等
質量
知識點2 勢能
1.現象探究：處于高處的物體具有能量
現象 地球上的隕石坑 水滴石穿 鉛球砸出沙坑
圖示
分析 隕石落下前相對地面有一定高度 水滴落下前相對石頭有一定高度 鉛球落地前相對地面有一定高度
歸納 處于高處的物體具有能量 說明 判斷一個物體是否具有重力勢能，關鍵是看此物體相對于某一個平面有沒有被舉高，即相對于此平面有沒有一定的高度。若有，則物體具有重力勢能；若沒有，則物體不具有重力勢能。
2.重力勢能的概念：物體由于被舉高而具有的能量叫做重力勢能。
在沒有特別指明的情況下，“高度”一般是相對于地面而言的，在初中階段通常認為地面上的物體具有的重力勢能為零。
3.教材第78頁活動：探究影響重力勢能大小的因素
提出問題 重力勢能的大小與哪些因素有關？
猜想與 假設 （1）生活中，手機從幾厘米的高度跌落，一般不會損壞，但從幾米的高度跌落，一般會受到較嚴重的損壞，由此猜想，重力勢能的大小可能與高度有關；
（2）下冰雹時，重雹比輕雹造成的危害大得多，由此猜想，重力勢能的大小可能與物體的質量有關
實驗裝置及原理 金屬小球的重力勢能用被金屬小球所撞出的沙坑的
深度和大小來表示，撞出的沙坑越深越大，表明
金屬小球具有的重力勢能越大（轉化法）
實驗過程 a.探究重力勢能與高度的關系：從不同高度自由釋放同一金屬小球（控制變量），觀察并記錄金屬小球所撞出沙坑的深度和大小；
.探究重力勢能與質量的關系：從同一高度自由釋放質量不同的金屬小球，觀察并記錄金屬小球所撞出沙坑的深度和大小
實驗現象 .同一個金屬小球，下落高度越高，金屬小球所撞出的沙坑越深越大；
.下落相同的高度，質量越大的金屬小球撞出的沙坑越深越大
分析現象得出結論 .在質量相同時，物體被舉得越高，它具有的重力勢能越大；
.物體被舉高的高度相同時，物體的質量越大，它具有的重力勢能就越大
典例2 為探究影響重力勢能大小的因素，小剛用兩種規格的四個鉛球在平整的沙地上方從靜止開始釋放（如圖所示），請根據小剛設計的甲、乙、丙、丁四個實驗，回答：
（1） 我們通過觀察沙地中的什么現象，來判斷實驗中鉛球的重力勢能大小？現象是____________________。
沙地的凹陷程度不同
[解析] 重力勢能的大小無法直接觀察到，需采用轉換法，通過比較不同鉛球使沙地凹陷的程度來判斷重力勢能的大小。
（2） 四個實驗中能探究重力勢能的大小與質量關系的是____實驗和____實驗。
甲
丙
[解析] 甲、丙兩實驗中，鉛球的高度相同，質量不相同，因此能探究重力勢能的大小與質量的關系。
（3） 四個實驗中能探究重力勢能的大小與高度關系的是____實驗和____________實驗。
甲
乙（或丙丁）
[解析] 甲、乙（或丙、丁）兩實驗中，鉛球的質量相同，高度不相同，因此能探究重力勢能的大小與高度的關系。
4.彈性勢能
現象探究
射箭運動員把弓拉彎的過程中，給弓儲存了能量，而且弓的形變越大，箭就射得越遠 網球拍擊打網球時，網球拍發生形變，儲存了能量，且網球拍擊打網球越用力，網球拍形變就越大，網球就會飛得越遠
定義 物體由于發生彈性形變而具有的能量叫做彈性勢能 影響彈性勢能大小的因素 彈性勢能的大小與物體彈性形變的大小有關。物體的彈性形變越大，彈性勢能就越大 判斷物體是否具有彈性勢能的方法 一個物體是否具有彈性勢能，關鍵看該物體是否發生了彈性形變，若發生了，則該物體具有彈性勢能；若沒發生，則無彈性勢能 特別提醒
（1）不是所有發生形變的物體都具有彈性勢能：橡皮泥發生形變就不具有彈性勢能，因為它發生形變后不能恢復原狀，屬于塑性形變。
（2）具有彈性的物體不一定具有彈性勢能：若彈簧被拉伸，超出彈性限度，不能恢復原狀，此時彈簧就不具有彈性勢能。
典例3 下列物體一定具有彈性勢能的是( )
B
A.彈簧 B.收緊的鐘表發條
C.被壓扁的橡皮泥 D.橡皮筋
[解析] 發生彈性形變的彈簧才具有彈性勢能； 收緊的鐘表發條，發生了彈性形變，所以具有彈性勢能； 被壓扁的橡皮泥，發生的是塑性形變，不具有彈性勢能； 橡皮筋在發生彈性形變時，才具有彈性勢能。
知識點3 動能和勢能的轉化 重點
1.教材第79頁活動：探究動能和重力勢能的相互轉化
單擺實驗 滾擺實驗 高處滾下的小球在軌道上運動實驗
圖示
單擺實驗 滾擺實驗 高處滾下的小球在軌道上運動實驗
現象 將小球從 點釋放，小球先加速滾動到 點，然后減速滾動到 點，再加速滾動到 點，最后減速滾動到 點
單擺實驗 滾擺實驗 高處滾下的小球在軌道上運動實驗
能量轉化分析 下降階段 、 小球高度降低，重力勢能減小，速度變大，動能增大，重力勢能轉化為動能； 上升階段 、 小球高度升高，重力勢能增大，速度變小，動能減小，動能轉化為重力勢能 下降階段：滾擺高度降低，重力勢能減小，速度變大，動能增大，重力勢能轉化為動能； 上升階段：滾擺高度升高，重力勢能增大，速度變小，動能減小，動能轉化為重力勢能 下降階段 、 小球高度降低，重力勢能減小，速度增大，動能增大，重力勢能轉化為動能；
上升階段 、 小球高度升高，重力勢能增大，速度變小，動能減小，動能轉化為重力勢能
探究歸納 在一定條件下，動能和重力勢能可以相互轉化 2.實驗探究：動能和彈性勢能的相互轉化
進行實驗 一個木球以一定速度 撞到彈簧片上。
分析論證
研究的過程 球的速度 球的動能 彈簧片的形變程度 彈簧片的彈性勢能 能的轉化
木球壓彎彈簧片 不斷減小，直至為零 不斷減小，直至為零 由小變大 不斷增大 動能轉化為彈性勢能
彈簧片把木球彈回 由零不斷增大 由零不斷增大 由大變小 不斷減小，直至為零 彈性勢能轉化為動能
探究歸納 在一定條件下，動能和彈性勢能可以相互轉化。
特別提醒
典例4 &1& 2021年7月30日，中國蹦床運動員朱雪瑩和劉靈玲包攬了東京奧運會女子蹦床金銀牌，為國爭了光。比賽中朱雪瑩先被蹦床彈起上升到最高點，之后從最高點下落直至將蹦床壓縮到最低點。在此過程中，有關朱雪瑩機械能變化的說法正確的是( )
A
A.在空中上升過程中，她的動能轉化為重力勢能
B.在最高點她的動能最大
C.下落到將與床面接觸時，她的動能為零
D.蹦床被壓縮到最低點時，她的重力勢能最大
[解析] 在空中上升過程中，她的質量不變，速度變小，高度增加，則動能減少，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能； 上升到最高點時，速度為0，動能為0； 下落到將與床面接觸時，速度不為0，動能不為0； 蹦床被壓縮到最低點時，她的高度最小，重力勢能最小。
3.機械能守恒
（1）概念：動能和勢能之和稱為機械能。物體的動能和勢能可以相互轉化，而且在轉化過程中，如果只有動能和勢能的相互轉化，機械能的總量就保持不變，即機械能守恒。
（2）判斷機械能如何變化
①當物體的機械能守恒時，動能和勢能中一種形式的能量減少，另一種形式的能量必然增加。
示例（忽略空氣阻力和摩擦導致的機械能損失） 判斷依據 能的轉化
速度 高度 形變 滾擺上升時 減小 增大 —— 動能轉化為重力勢能
過山車下降時 增大 減小 —— 重力勢能轉化為動能
運動的小球壓縮彈簧時 減小 —— 增大 動能轉化為彈性勢能
彎弓射箭時 增大 —— 減小 彈性勢能轉化為動能
②物體受外力作用機械能不守恒時，可先分析動能和勢能的變化情況，再結合“機械能 動能 勢能”來判斷。
示例 動能變化 勢能變化 機械能
水平路面上加速運動的小車 增大 不變 增大
水平路面上減速運動的小車 減小 不變 減小
勻速上升的熱氣球 不變 增大 增大
勻速下降的熱氣球 不變 減小 減小
斜面上減速下滑的滑塊 減小 減小 減小
汽車加速沖上斜面 增大 增大 增大
典例5 如圖所示，小球沿軌道從 處運動到 處的過程中，忽略空氣阻力和摩擦力，僅有動能和重力勢能相互轉化，則( )
D
A.小球在 處的動能等于在 處的動能
B.小球在 處的動能大于在 處的動能
C.小球在 處的機械能小于在 處的機械能
D.小球在 處的機械能等于在 處的機械能
[解析] 忽略空氣阻力和摩擦力，小球運動過程中僅有動能和重力勢能相互轉化，機械能守恒。通過比較小球所處的高度可以分析重力勢能和動能的大小。小球在 處時高度最高，重力勢能最大，動能最小；小球在 處時高度最低，重力勢能最小，但動能最大。
4.動能和勢能轉化的應用
名稱 圖示 過程解釋
撐桿跳高 撐桿跳高運動員在起跳前進行一段助跑，獲得大量的動能。起跳后，他的身體不斷上升，撐桿劇烈彎曲，動能轉化為運動員的重力勢能和撐桿的彈性勢能。當上升到一定高度時，動能減小到最小值。此后，彈性勢能不斷釋放，促使運動員不斷上升，同時重力勢能不斷增加。當運動員越過橫桿下落的過程中，他的重力勢能又被轉化為動能
水力發電 在水力發電站，被大壩攔住的上游水積蓄了大量的勢能。當這些水通過壩中的水管向低處流動時，勢能轉化為動能。而流動的水沖擊水輪機的葉輪，又將動能傳遞給水輪機，進而帶動發電機發電，再轉化為電能
典例6 如圖所示是利用水能發電的示意圖，請你思考并回答:
（1） 修建攔河大壩是為了增加水的________能。
重力勢
[解析] 修建攔河大壩，是為了提高水位，這樣水的質量和高度都增大，水的重力勢能會增大。
（2） 從水能利用的角度考慮，水輪機安裝的位置應該靠近下游的原因是_______________________________。
水位差較大，轉化成的電能更多
[解析] 從水能利用的角度考慮，水位差越大，水的重力勢能越大，能推動水輪機做的功越多，轉化成的電能就越多。
（3） 水力發電將______能轉化為____能。
機械
電
題型 1 機械能及其轉化
角度1 動能和重力勢能間的轉化 ★★
典例7 圖甲是投擲實心球的場景（不計空氣阻力）。小科分析了實心球自脫手至落地過程中的能量轉化，畫出了其勢能的大小隨時間變化的大致曲線如圖乙。班中其他同學也模仿著畫出了此過程中實心球動能的大小隨時間變化的大致曲線，請選出其中正確的曲線是( )
A.&2& B.&3& C.&4& D.&5&
[解析] 不計空氣阻力，動能和重力勢能的相互轉化過程中，機械能守恒。實心球上升的過程中，速度越來越小，動能越來越小；當上升到最高點時，速度不為零，仍然具有動能；下落的過程中，速度越來越大，動能越來越大；所以，動能是先減小，上升到最高點動能達到最小值但不為0，然后又增大。
√
易錯警示：實心球自脫手至落地過程中機械能守恒，若實心球的重力勢能增加，則實心球的動能減少，但要注意，當實心球重力勢能最大時，實心球的動能最小，但不為0，切勿選擇選項B。
角度2 動能和彈性勢能間的轉化 ★★★
典例8 如圖所示，在光滑的水平地面上，一輕彈簧左端固定，右端連接一金屬小球， 點是彈簧保持原長時小球的位置。開始時通過壓縮彈簧使小球到 位置，然后釋放小球，在忽略一切阻力的情況下，下列分析不正確的是( )
B
A.在小球從 點運動到 點的過程中，彈性勢能轉化為動能
B.在小球從 點運動到 點的過程中，動能轉化為彈性勢能
C.小球在 點時彈簧的彈性勢能最大
D.小球運動到 點時動能最大
[解析] 在小球從 點運動到 點的整個過程中，彈簧的彈性形變程度逐漸變小，具有的彈性勢能逐漸變小，小球的動能變大，此過程中彈簧的彈性勢能轉化為小球的動能。
方法點撥
解答此題的關鍵是確定哪個階段小球做加速運動，哪個階段小球做減速運動。
（1）加速運動時：彈性勢能 動能。
（2）減速運動時：動能 彈性勢能。
角度3 動能、重力勢能、彈性勢能間的轉化 ★★★★
典例9 （紹興中考）如圖甲所示，質量不計的彈簧豎直固定在一壓力傳感器上，壓力傳感器是電阻阻值隨所受壓力的增大而減小的變阻器（壓力不超過最大值），壓力傳感器、電流表、定值電阻和電源組成一電路。壓力傳感器不受力時電流表示數是 。 時刻，將一金屬小球從彈簧正上方某一高度由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點，然后又被彈起離開彈簧，上升到一定高度后再下落，如此反復。整個過程中，不計能量損失，
電流表示數 隨時間 變化的圖象
如圖乙所示，則( )
A. 時刻，小球的動能最小
B. 時刻，彈簧的彈性勢能最小
C. 這段時間內，彈簧的彈性勢能先增加后減少
D. 這段時間內，小球增加的動能小于彈簧減少的彈性勢能
√
[解析] 時刻，電流表示數恰好為 ，表示壓力傳感器不受力，小球剛落在彈簧上，小球只受到重力，其速度增大，因此動能增大，A錯誤； 時刻，電流表示數最大，表示壓力傳感器的電阻阻值最小，表明壓力傳感器受到的壓力最大，說明此時小球把彈簧壓縮到最低點，彈簧的彈性形變程度最大，彈性勢能最大，B錯誤； 這段時間內，電流表示數變小，表示壓力傳感器的電阻阻值增大，表明壓力傳感器受到的壓力減小，說明此段時間內彈簧把小球彈起，彈簧的彈性勢能一直減小，彈性勢能轉化成小球的動能和重力勢能，因此小球增加的動能小于彈簧減少的彈性勢能，C錯誤，D正確。
讀圖指導
電流大小不變 電阻大小不變 彈簧未受力 小球
還未接觸彈簧 小球仍處于加速下降狀態 小球動能仍在增大；
電流不斷增大 電阻不斷減小 彈簧所受壓力不斷增大 小球接觸彈簧后仍不斷下降 小球動能先增大后減小，重力勢能不斷減小，彈簧彈性勢能不斷增大； 時刻，小球動能與重力勢能均最小，彈簧彈性勢能最大；
電流不斷減小 電阻不斷增大 彈簧所受壓力不斷減小 小球不斷上升 小球動能先增大后減小，重力勢能不斷增加，彈簧彈性勢能不斷減小，即彈簧減少的彈性勢轉化為小球的動能與重力勢能。
題型 2 對機械能守恒的理解 ★★★
典例10 如圖所示，粗糙程度相同的斜面與水平面在 點平滑相連，彈簧左端固定在豎直墻壁上，彈簧處于自由狀態時右端在 點，小物塊從斜面的 點由靜止自由滑下，與彈簧碰撞后又返回到斜面上，最高到達 點。下列說法正確的是( )
B
A.彈簧被壓縮到最短時，彈性勢能最小
B.小物塊從 向 運動的過程中，重力勢能減小
C.小物塊從 向 運動的過程中，動能增加
D.小物塊在整個運動過程中，機械能守恒
[解析] 彈簧被壓縮到最短時，其形變程度最大，彈性勢能最大。 小物塊從 向 運動的過程中，質量不變，高度減小，重力勢能減小。 小物塊從 向 運動的過程中，物塊不再受到彈力，由于受到摩擦力的作用，其速度會逐漸減小，動能會減小。 小物塊在整個運動過程中，由于受到摩擦力的作用，其機械能總量會減少，即機械能不守恒。
方法點撥：判斷機械能是否守恒的關鍵
（1）從能量的角度：若整個過程只有動能和勢能的相互轉化，沒有其他形式的能參與轉化，則機械能守恒。
（2）從受力的角度：一般情況下，若物體只受重力、彈力作用，而沒有其他力的作用，例如，題干中給出“不計空氣阻力及摩擦”等，則可認為機械能是守恒的。
題型 3 探究動能、勢能大小的影響因素
角度1 探究動能大小的影響因素 ★★★
典例11 （2023·臨海期末）如圖為探究“物體動能的大小跟哪些因素有關”的實驗。實驗步驟如下：
Ⅰ．讓同一鋼球從斜面上不同的高度由靜止滾下，觀察木塊被撞擊后移動的距離。
Ⅱ．讓不同質量的鋼球從斜面上相同的高度由靜止滾下，觀察木塊被撞擊后移動的距離。
回答下列問題：
（1） 步驟Ⅰ是為了研究動能大小與______的關系。
速度
[解析] 讓同一鋼球從斜面不同的高度由靜止滾下，控制了鋼球的質量不變，改變了鋼球到達水平面的速度，因此探究的是動能大小與速度的關系。
（2） 步驟Ⅱ是為了研究動能大小與______的關系。
質量
[解析] 讓不同質量的鋼球從斜面相同的高度由靜止滾下，控制了鋼球到達水平面的速度不變，改變了鋼球的質量，因此探究的是動能大小與質量的關系。
（3） 該實驗中斜面的作用是為了控制鋼球______的大小，木塊的作用是為了比較鋼球______的大小。
速度
動能
[解析] 該實驗中斜面的作用是控制鋼球滾到水平面的速度大小，通過鋼球推動木塊運動的距離來比較鋼球動能的大小，這里采用了轉換法的思想。
角度2 探究重力勢能大小的影響因素 ★★★
典例12 （2023·舟山期末）& 小夏同學在體育活動中，從鉛球下落陷入沙坑的深度情況受到啟發，并產生了如下猜想。
猜想一：物體的重力勢能與物體的質量有關。
猜想二：物體的重力勢能與物體的高度有關。
猜想三：物體的重力勢能與物體運動的路徑有關。
為此小夏設計了如圖所示的實驗：用大小、形狀相同的 、 、 、 四個鉛球分別從距離水平沙面某高度處由靜止釋放，其中 球從光滑彎曲管道上端靜止滑下，最后從管道下端豎直落下（球在光滑管道中運動時能量損失不計）。
實驗數據如下表：
實驗序號 鉛球代號 鉛球質量/ 下落高度/ 陷入沙中的深度/
① 0.2 0.5 0.01
② 0.4 0.5 0.02
③ 0.2 1 0.02
④ 0.2 1 0.02
（1） 本實驗中，采用的研究問題的方法是________________________。（寫出一種方法即可）
控制變量法（或轉換法）
[解析] 該實驗中用到了控制變量法，分別研究重力勢能與高度、質量、運動路徑的關系，另外通過鉛球陷入沙中的深度來反映重力勢能的大小，利用了轉換法。
（2） 本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過____________________來反映的。
鉛球陷入沙中的深度
（3） 為驗證猜想二，應比較______（填實驗序號），得到的結論是：當物體質量相同時，__________________________________。
①③
物體所處的高度越高，重力勢能越大
（4） 比較③④，得到的結論是____________________________________。
物體的重力勢能與物體運動的路徑無關
[解析] ③④兩實驗中 、 兩球的質量相同，下落高度也相同，兩球的運動路徑不同，發現陷入沙中的深度相同，由此可得出結論：物體的重力勢能與物體運動的路徑無關。
審題技巧
分析表格中的數據，找出不同量和相同量，從而結合控制變量法分析歸納，得出影響重力勢能大小的因素。
方法點撥
在本探究實驗中，需要探究可能影響重力勢能的三個因素，應用到了控制變量法。
（1）當研究物體重力勢能與物體質量的關系時，需要保持高度和運動路徑相同，改變物體質量；
（2）當研究物體重力勢能與高度的關系時，需要保持物體質量和運動路徑相同，改變高度；
（3）當研究物體重力勢能與運動路徑的關系時，需要保持物體質量和高度相同，改變運動路徑。據此分析解答。
角度3 探究彈性勢能大小的影響因素 ★★★
典例13 小科拿如圖甲所示的裝有彈簧的筆玩彈筆游戲，結果發現不同的筆彈的高低不一樣，他認為：筆彈起的高度與筆內彈簧的彈性勢能的大小有關，那么彈簧彈性勢能的大小又跟什么因素有關呢？
猜想①：彈簧彈性勢能的大小可能跟它的材料有關；
猜想②：彈簧彈性勢能的大小可能跟它彈性形變的程度有關。
（1） 在上面的實驗中，他們將用到____________和________兩種物理思想方法。
控制變量法
轉換法
（2） 為了驗證猜想①，在操作時除了控制小球、木塊、水平面等相同外，還需要控制______________相同。
彈簧形變程度
（3） 實驗中可以用______________________反映彈性勢能的大小。
木塊被小球推開的距離
（4） 在完成實驗后，小科又用不同質量的小球 在同一水平面上分別壓縮同一根彈簧至相同位置后釋放撞擊同一木塊，得到木塊移動的距離分別為 和 ， 忽略小球自身摩擦對實驗的影響，則 ___ （選填“ ”“ ”或“ ”）。

方法點撥
探究彈性勢能的大小與材料的關系時，控制彈簧形變程度相同，即使用了控制變量法。將彈性勢能的大小轉化為木塊移動距離的遠近，即使用了轉換法。
題型 4 與機械能有關的綜合說理題
角度1 利用機械能解釋運動狀態的變化 ★★★★
典例14 （2023·紹興模擬）小球在外力 的作用下，由靜止開始從 點出發做加速直線運動，到 點時消除外力 。然后，小球沖上豎直平面內的半圓環，能維持在圓環上做圓周運動，到達最高點 后拋出，
最后落回到原來的出發點 處，如圖所示，試畫出小球在整個過程中動能隨時間變化的圖像，并說明理由。（ 和半圓環表面光滑，整個過程中不計空氣阻力）
[答案] 小球在外力 的作用下，由靜止開始從 點出發做加速直線運動，小球的質量不變，速度變大，動能變大；因為小球在半圓環及空中運動時不受阻力作用，所以小球在從 經過 回到 的過程中機械能守恒，從 到 的過程中，質量不變，高度變大，重力勢能變大，動能變小；從 到 的過程中，高度變小，重力勢能變小，重力勢能轉化為動能，動能變大。如圖所示。
角度2 利用機械能解釋自然能源的開發利用 ★★★
典例15 我國較大河流有1500多條。水能蘊藏量達6.8億千瓦，可開發的就有3.8億千瓦，居世界第一位，水能的利用在我國得到了很好的發展，三峽水電站是我國最
（1） 從能量轉化的角度說明水電站的工作原理。
[答案] 水的機械能轉化為電能。
大的利用水能的工程項目。下面是利用水能來發電的水電站示意圖，請回答下列問題。
（2） 水電站選址時，從能量利用角度來看，你將選擇圖甲所示 址還是圖乙所示 址？說明理由。
[答案] 選擇 址。理由是：水從水庫到 址的落差比水從水庫到 址的落差大，即在 址能更好地利用水的機械能，發電量更大。
歸納總結
（1）水能和風能是機械能在自然界中的存在形式，水能和風能的利用一般都是先轉化為動能，再加以利用。
（2）攔河大壩增大的是水的重力勢能。水力發電對于水能的利用，一般是首先將水的重力勢能轉化為動能，然后利用水的動能對水輪機做功帶動發電機發電,故水電站與水庫的落差越大越好。

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