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第4節 動能和勢能
聯想情景導入
長江三峽水利樞紐工程，是當今世界上最大的水利樞紐工程。大壩壩頂總長3035米，壩高l85米，設計正常蓄水水位枯水期為175米，豐水期為145米，總庫容393億立方米。 水電站左岸設14臺，右岸12臺，共26臺水輪發電機組。單機容量均為70萬千瓦，總裝機容量為1820萬千瓦，年平均發電量847億千瓦時。后又在右岸大壩“白石尖”山體內建設地下電站，設6臺70萬千瓦的水輪發電機。2009年三峽工程完工后，屆時的年發電量可達1000億千瓦時。
你知道三峽工程是怎樣利用水力發電的嗎 原來，被大壩攔住的上游水積蓄了大量的勢能。當這些水通過壩內的導管向低處流動時，勢能轉化為動能。而流動的水沖擊水輪機的葉輪，又將動能轉化傳遞給水輪機，進而帶動發電機發電，再轉化為電能。21世紀教育網
重點知識詳解
1、 動能：物體由于運動而具有的能叫做動能。質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能就越大。運動速度相同的物體，質量越大，它的動能就越大。
物體質量相同，速度不同
二、勢能：勢能可分為重力勢能和彈性勢能。
1．重力勢能：物體由于被舉高而具有的勢能，叫做重力勢能。物體的質量越大，位置越高，具有的重力勢能就越大。如：被舉高的杠鈴、棚架上的瓜都具有重力勢能。
2．彈性勢能：物體由于發生形變而具有的勢能叫做彈性勢能。彈性勢能的大小跟物體形變的大小有關，物體的形變越大，彈性勢能就越大。21世紀教育網
三、動能和勢能的轉化：動能和勢能可以相互轉化。如果只有動能和勢能的相互轉化，機械能保持不變。21世紀教育網
經典例題解析
[例1] 體積相同的實心銅球和木球放在水平桌面上，銅球靜止，木球在桌面上做勻速直線運動，則
( )
A．銅球的動能小于木球的動能
B．銅球的勢能小于木球的勢能
C．銅球的機械能一定小于木球的機械能
D．銅球的機械能一定等于木球的機械能
[解析] 銅球靜止，沒有動能，木球運動著，具有動能。銅球和木球都在水平桌面上，離地面的高度相同，但銅球的質量大于木球的質量，因此銅球的重力勢能大于木球的重力勢能。機械能等于物體的勢能與動能之和。銅球的動能為零，但勢能大；木球的動能大，但勢能小。由于不知它們的具體大小，所以無法比較銅球和木球的機械能的大小。21世紀教育網
[答案] A21世紀教育網
[例2] 一只乒乓球由高處靜止下落撞擊地板后又上升，在整個過程中，乒乓球機械能轉化的情況是 ( )
A．勢能→動能→勢能
B．動能→勢能→勢能
C．動能→勢能→動能→勢能→動能
D．勢能→動能→勢能→動能→勢能
[解析] 乒乓球在高處，由于被舉高具有勢能。在下落過程中，高度降低，速度增大，在撞擊地面前，球的全部勢能轉化為動能。在撞擊地板的一瞬間，由于球發生形變，球的動能轉化為球的彈性勢能。球在恢復形變的過程中，彈性勢能又轉化成動能，使球產生一個反方向的速度(如不考慮能的損失，則此速度與球撞擊地板前的速度大小相同)，向上跳起。在上升的過程中，動能又逐漸轉化成勢能，直至動能為零。從下落到反跳的全過程中，經歷的能量變化過程是：重力勢能→動能→彈性勢能→動能→重力勢能。
[答案] D
[例3] 物體沿斜面勻速滑下時，它的 ( )
A．動能增加，重力勢能減少，機械能不變21世紀教育網
B．動能不變，重力勢能不變，機械能不變21世紀教育網
C．動能不變，重力勢能減少，機械能減少21世紀教育網
D，動能增加，重力勢能減少，機械能減少21世紀教育網
[解析] 注意物體是“勻速滑下”，說明物體運動的速度不變，所以動能不變。但隨高度的降低，勢能減少。因為機械能是動能與勢能的總和，所以機械能由于動能不變而勢能減少，因而也減少了。
[答案] C
[例4] 跳傘運動員在勻速下落過程中，它的 ( )
A．勢能增大，動能減小，機械能不變
B．勢能減小，動能不變，機械能減小
C．勢能減小，動能增加，機械能不變
D．勢能增大，動能不變，機械能增大
[解析] 運動員質量一定，勻速下落，速度不變，所以其動能不變；又因下落過程中高度不斷減小，所以其重力勢能在減小。機械能等于物體動能和勢能的總和，因此運動員的機械能減小。
[答案] B
[例5] 下列現象中，屬于動能轉化為勢能的過程是_________；屬于勢能轉化為動能的過程是 _________。21世紀教育網
(1)石子在上拋過程中；
(2)從拉滿弓到箭離弦的過程中；
(3)風吹帆船向前行駛的過程；
(4)瀑布在下落的過程中；21世紀教育網
(5)發條玩具汽車在平地上運動；
(6)公共汽車沿斜坡勻速向上行駛。
[解析] 解題關鍵在于理解各種形式能量的轉化都是靠做功這個手段完成的，動能轉化為勢能應表現為物體本身速度減慢，而高度增加或彈性形變增大；勢能轉化為動能表現為物體高度變小或彈性形變變小，而物體速度增加。本題的易錯點是由于對動能和勢能的轉化不理解，不能正確分析出各物理過程中動能和勢能的變化情況，造成錯選。
[答案] (1) (2)、(4)、(5)
[例6] 運動員在撐桿跳高時，經歷了助跑—一起跳一一越桿——落下等過程。右圖是起跳的情景，此時運動員的________能轉化為________能。
[解析] 撐桿跳高運動員在起跳前進行一段助跑，獲得了大量的動能。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。當上升到約一半高度時，動能變得很小。此后，撐桿的彈性勢能將逐漸轉化為運動員的重力勢能，從而使運動員繼續上升。
[答案] 動 勢
[例7]如圖所示，跳傘運動員在“中華第一高樓”——上海金茂大廈進行跳傘。運動員從345m的高度跳下，在下落過程中運動員的重力勢能_________ (填“增大”“不變”或“減小”)。
[解析] 物體由于被舉高而具有的能叫做重力勢能。物體的重力勢能跟物體的質量和高度有關。物體的質量越大，位置越高，物體具有的重力勢能就越大。當物體的質量不變時，物體的高度越大，物體所具有的重力勢能就越大。運動員從345m的高度跳下，高度不斷減小，所以運動員所具有的重力勢能也在不斷減小。
[答案] 減小
[例8] 陳鋒同學的家到學校本是一條在同一水平面上的直路，愛動腦的陳鋒做了這樣的設想：要是將從家到學校的路挖成一個“u”字形(如圖所示)，只要從家騎上自行車后，不用剎車也不用踩車，等車停下來就可以到達學校了。請你簡要說明：
(1)陳鋒同學設想的機械能的轉化過程。
(2)陳鋒同學的設想在現實中可以實現嗎 為什么 (請根據有關物理知識說明)
[解析] 題目生動、有趣，主要培養學生運用科學知識進行有根據地猜想的意識和能力。解答時要聯系機械能守恒的條件——-是否受到(摩擦)阻力的作用。21世紀教育網
[答案] (1)自行車的重力勢能轉化為動能，動能又轉化為重力勢能。
(2)不能實現，因為自行車運動過程中要受到(摩擦)阻力的作用，使部分機械能轉化為內能，機械能減少，所以不能到達學校。
考點應試必備
1．小紅在學習中收集了一些與機械能有關的實例，如圖所示，其中機械能增大的是 ( )
2．中國跳水隊被人們稱為“夢之隊”，下圖是跳水運動員跳水時的情景，運動員在離開跳板到落入水的過程中 ( )
A．她的動能一直增大，機械能不變21世紀教育網
B．她的重力勢能一直減小，機械能減小
C．她的動能先減小后增大，機械能不變
D．她的重力勢能先減小后增大，機械能增大
3．如圖所示，軌道ABC光滑，彈簧固定在水平軌道末端，小球從A處由靜止滾下，撞擊彈簧后又將沿水平軌道返回，接著滾上斜面。在這整個過程中，機械能轉化的情況是 ( )
A．重力勢能→動能→重力勢能21世紀教育網
B．動能→彈性勢能→動能21世紀教育網
C．動能→勢能→動能→勢能→動能
D．重力勢能→動能→彈性勢能→動能→重力勢能
4．2008年4月19日，俄“聯盟”號飛船返回艙著陸時出現嚴重錯誤，返回艙進入地球大氣層后，朝地面飛行的前端不是隔熱罩，而是艙門和天線，導致艙門被燒焦，天線遭焚毀，宇航員的生命受到嚴重威脅。在這一過程中，返回艙能量轉化的方式是 ( )
A．重力勢能→動能→內能21世紀教育網
B．動能→重力勢能→內能
C．內能→重力勢能→動能21世紀教育網
D．內能→動能→重力勢能21世紀教育網
5．下面的四幅圖中屬于動能轉化為重力勢能的是 ( )
6．下圖所示的事例中，物體機械能增加的是 ( )
7．如圖，先用繩子把一個鐵鎖懸掛起來，然后把鐵鎖拿近到自己的鼻子處，松手后，鐵鎖向前擺動又擺回來。有關鐵鎖在擺動過程中的能量轉化，下列說法正確的是 ( )
A．鐵鎖回擺后能碰到鼻子，因為鐵鎖的機械能始終不變
B．鐵鎖下降過程中，重力勢能轉化為動能
C．鐵鎖上升到最高點，重力勢能最小
D．鐵鎖下降到最低點，動能最小21世紀教育網
8．汶川地震發生后，解放軍飛機向災區空投了大批救災物資。系著降落傘的食品箱在加速下落一段距離后變為勻速下落，食品箱和降落傘在勻速直線下落的過程中 ( )
A．動能越來越大 B．機械能保持不變
C．機械能逐漸減小 D．重力勢能逐漸轉化為動能
9．小星乘超市的自動扶梯勻速上升的過程中，小星的 ( )
A．動能轉化為勢能，機械能不變21世紀教育網
B．動能轉化為勢能，機械能增大21世紀教育網
C．動能不變，勢能增大，機械能增大
D．動能不變，勢能不變，機械能不變
10．如圖所示是滑雪運動員從最高處的A點由靜止開始下滑到最低處B點的過程，下列說法中正確的是 ( )
A．滑雪運動員在A點時只有重力勢能，沒有動能
B．滑雪運動員在A點時只有動能，沒有重力勢能
C．滑雪運動員從A點到B點的過程中，機械能不斷增加
D．滑雪運動員從A點到B點的過程中，動能轉化為重力勢能
11．現在許多商店和賓館都安裝了彈簧門，彈簧門在被推開后能自動關閉。以下有關于彈簧門被推開后自行關閉的過程中能量轉化的說法，正確的是 ( )
A．彈簧的彈性勢能轉化為門的動能
B．門的動能轉化為彈簧的彈性勢能
C．門的勢能轉化為彈簧的動能21世紀教育網
D．彈簧的動能轉化為門的勢能21世紀教育網
12．我們小時候都玩過秋千吧，閉上眼睛，那種時高時低的感覺如同在飛……，你知道其中能量的轉化嗎 對于圖中蕩秋千的小孩，下列分析錯誤的是 ( )
A．小孩在A點具有最大動能
B．小孩在B點勢能最小
C．小孩從B蕩到C的過程中，動能轉化為勢能
D．如果沒有能量損失，他將一直蕩下去
13．汶川地震后的5月14日，我空降兵15位勇士不畏犧牲，勇敢地從4999m的高空跳傘執行偵查營救任務，為上級決策提供了第一手資料，為組織大規模救援贏得了寶貴時間，受到了中央軍委的通令嘉獎。跳傘勇士在空中勻速下落的過程中，他們的 ( )
A．重力勢能增大，機械能增大21世紀教育網
B．重力勢能減小，機械能增大21世紀教育網
C．重力勢能減小，機械能不變21世紀教育網
D．重力勢能減小，機械能減小21世紀教育網
14．2007年12月4日，跳傘愛好者彭剛納爾從亞洲第一高樓——“臺北101大樓”樓頂跳下，從A處到8處的過程中下落速度越來越快，從B處到C處由于打開降落傘而勻速下降，則 ( )
A．AB過程動能變小，BC過程動能不變
B．AB過程動能變小，BC過程動能變小
C．AB過程動能變大，BC過程動能變小
D．AB過程動能變大，BC過程動能不變
15．跳水運動是奧運會的正式比賽項目，我國運動員在該項目上一直處于國際領先地位。比賽中，跳水運動員從騰空跳起向上運動后再向下落入水中，若不計空氣阻力，在整個空中運動過程中，運動員的 ( )
A．動能先減小后增大，重力勢能先增大后減小，機械能不變
B．動能先增大后減小，重力勢能減小先后增大，機械能不變
C．動能先減小后增大，重力勢能先增大后減小，機械能增大
D．動能先增大后減小，重力勢能先減小后增大，機械能減小
16．探月衛星“嫦娥一號”于2007年10月發射成功，目前正在繞月運動，衛星在太空勻速飛向月球的過程中，其動能__________(填“減小”“不變”或“增加”)。
17．四川汶川地震造成的唐家山堰塞湖水位不斷上升，水的__________能增大，若一旦潰堤，奔流而下的水所具有的__________能會給下游造成巨大的損失。21世紀教育網
18．2007年4月，我國進行了第6次火車大提速，提速后的火車每節車廂中都有電子屏幕顯示時速變化，當屏幕上示數增大時，火車的動能將__________ (填“變大”“變小”或“不變”)。
19．騎電動自行車下坡時，關閉電源開關，不蹬腳踏板速度也會越來越大，在此過程中，自行車的動能逐漸__________，重力勢能逐漸__________。
20．右圖是玩彈弓的情景。經驗表明，橡皮筋拉得越長，同樣的“子彈”射得越遠，這說明橡皮筋的彈性勢能與__________有關；若橡皮筋被拉的長度相同，而所用“子彈”的質量不同，則質量大的“子彈”射出的距離較小，原因是質量大的“子彈”射出時的__________小。21世紀教育網
21．小明騎自行車上學途中，要經過一段上坡路。他思考：物體沖上斜坡的最大距離可能與哪些因素有關呢
(1)他發現車子的初始速度越大，沖上斜坡的最大距離就越長。這是因為車子的初始速度越大，它的初始動能也越大，上坡過程中增加的__________就越大。
(2)他進而又提出兩個猜想：
猜想一：物體沖上斜坡的最大距離可能與物體的質量大小有關。
猜想二：物體沖上斜坡的最大距離可能與斜坡的傾角大小有關。
為了驗證猜想一，他將與水平面平滑連接的長木板以一定的傾角θ固定，如圖甲所示。實驗時為了讓不同質量的小木塊以相同的初始速度滑上長木板，請你在甲圖中的虛線框內為小明設計一實驗裝置，并說明使用該裝置進行實驗時的操作要點：________________________________________。
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小明發現當不同質量的木塊以相同初始速度滑上長木板時，向上滑行的最大距離均相同。這說明猜想一是 (填“正確”或“錯誤”)的。
在驗證猜想二的實驗中，小明讓一木塊以相同的初始速度分別滑上不同傾角的長木板，測得的數據記錄如下表：
次數 1 2 3 4 5
木板傾角口 10° 30° 53° 75° 85°
向上滑行的最大距離s/m 0.50 0.40 0.36 0.39 0.43
根據表中數據，請在圖乙中描點作出s一目圖像。由圖像可知木塊向上滑行的最大距離s與傾角θ的定性關系是_____________________________________________。
22．閱讀短文，回答問題：
過山車
當你在游樂場乘過山車奔馳之際，你是否會想到：過山車為什么不需要引擎來推動就能“翻山越嶺”呢
過山車在開始旅行時，是靠一個機械裝置推上最高點的，但在第一次下行后，就再沒有任何裝置為它提供動力了，從這時起帶動它沿軌道行駛的唯一“發動機”就是重力勢能。過山車的重力勢能在處于最高點時達到最大值，當它開始下行時，它的勢能不斷減小，動能不斷增大；由于摩擦，損耗了少量的機械能，所以隨后的“小山丘”設計的比開始時的“小山丘”俯(如圖所示)。21世紀教育網
像所有列車一樣，過山車也安裝了機械制動裝置，使它在結束行程或在緊急情況下能夠準確地停下來。
(1)過山車通過A點向上運動過程中，動能_________ (填“變大”“變小”或“不變”)。
(2)后面的“小山丘”設計的比開始時的“小山丘”低，是由于過山車運動過程中，將部分機械能轉化為_________。
(3)過山車旅行過程中，遇到緊急情況能夠準確停下來，是由于__________________。
(4)過山車第一次下行后，是利用__________________作為“發動機”的；在生產21世紀教育網
與生活中，與過山車利用了相同“發動機”的有 _________________ (舉一例即可)。
23．2007年10月24日18時05分，中國第一顆繞月探測衛星“嫦娥一號”在西昌衛星發射中心成功發射升空，“嫦娥一號”的成功發射標志著中國航天技術從低空探測邁向深空探測新階段。10月26日，北京航天飛行控制中心舉行隆重儀式，發布中國首次月球探測工程第一幅月面圖像。中共中央政治局常委、國務院總理溫家寶為中國第一幅月面圖像揭幕。小軍同學當看到中國的“嫦娥一號”探月衛星拍射的第一張照片后，發現月面是凹凸不平的，如下左圖所示。這是由于流星在太空中運行到靠近月球時，在月球的引力作用下墜落到月面，與月面發生碰撞而形成的坑洞，叫做“月坑”。小軍同學猜想月坑的深度可能與流星的質量、體積及下落的高度有關。于是，他設計了一個用一只鋪滿厚厚的細沙的盤子和幾個不同的小球及刻度尺進行探究月坑深度的模擬實驗，如下右圖所示。經過實驗，數據記錄如下表：
實驗序號 質量m/g 體積V/cm3 下落高度h/cm 坑的深度d/mm
1 20 7.5 50 2.6
2 20 7.5 60 3.5
3 20 7.5 70 5.O
4 20 2.5 70 11.3
5 20 1.8 70 12.4
6 60 7.5 70 14.6
7 85 7.5 70 15.9
請你分析實驗數據，并回答下列問題：21世紀教育網
(1)由l、2、3三組數據可得：“月坑”的深度與流星的 _________有關。
(2)由_________、_________、_________三組數據可得：“月坑”的深度與流星的質量有關。
(3)“月坑”的深度還與流星的體積有關：體積越大，“月坑”的深度_________。
24．體育課上老師安排男女同學分組打籃球，小華發現男女同學組的籃球落地后都會反彈，但反彈的高度卻不同。籃球由靜止開始下落，反彈的高度與哪些因素有關呢 小華與大家一起對這個問題進行了討論，提出了不同的猜想。
猜想l：籃球反彈的高度可能與球的型號有關。
猜想2：籃球反彈的高度可能與下落的高度有關。
猜想3：籃球反彈的高度可能與地面材料有關。
于是，小華用兩只充足氣的#7(標準男子)、#6(標準女子)籃球及刻度尺，在水泥地面和木制地板上進行了實驗。通過實驗，得到的實驗數據如下表：
實驗序號 球的型號 下落高度/cm 地面材料 反彈高度/cm
1 #7 120 木質 80
2 #7 120 水泥 90
3 #7 150 水泥 110
4 #6 120 木質 80
(1)驗證猜想2，需要選用實驗序號為______________、______________的兩組數據進行分析。
(2)通過他的實驗數據，可得到的結論是：籃球反彈的高度與___________有關，與___________無關。
參考答案
1．A 2．C 3．D 4．A 5．C 6．A 7．B 8．C 9．C 10．A 11．A12．A 13．D 14．D 15．A 16．不變 17．勢 動 18．變大 l9．增大減小20．橡皮筋被拉的長度 速度 21．略22．(1)變小 (2)內能 (3)安裝了機械制動裝置 (4)重力勢能如：秋千 23．(1)下落高度 (2)3 6 7 (3)越小24．(1)2 3 (2)下落高度和地面材料球的型號
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品資料·第 8 頁 （共 10 頁） 版權所有@21世紀教育網

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