資源簡介

機械能及能量轉換

【知識梳理】
能量的儲存形式
光能、熱能（內能）、化學能、動能、勢能、電能、風能、太陽能、核能等；
機械能

1、動能和勢能統稱為機械能，機械能是和物體的機械運動緊密聯系的能量。
一個物體具有機械能時，可以表現為只有動能，沒有勢能。例如，在水平地面上運動的物體，它的動能為200J，勢能為零，這個物體的機械能為200J+0，等于200J。
一個物體具有機械能時，也可以表現為只有勢能，沒有動能。例如，被舉在空中靜止的杠鈴，它的動能為零，重力勢能為6000J，那么這個杠鈴具有的機械能是6000J+0，為6000J。
一個物體既有動能，又有勢能，它的機械能等于它的動能與勢能之和，比如，在空中飛行的一顆子彈，它的動能是5000J，勢能是150J，那么這顆子彈的機械能是5150J。
一切物體可以既具有動能又具有勢能，也可以只具有動能或只具有勢能。機械能大小的決定因素：質量、速度、高度、形變量。


例題講解：
考點一：動能和勢能
1、下面物體中，只具有動能的是______；只有勢能的是______；既具有動能、又具有勢能的是（ ）
A.停在地面上的汽車 B.在空中飛行的飛機
C.被起重機吊在空中靜止的貨物 D.彈簧 E.在水平鐵軌上正行駛的火車
2、判斷下列幾種情況下，物體的動能、勢能是否變化？是增加還是減少？
（1）貨物在鋼絲繩的牽引下上升，但速度在減小 （2）電梯上升得越來越快
（3）汽車在平直公路上勻速前進 （4）彎曲的鋼鋸條在逐漸變直

考點二：動能和勢能相互轉化的問題
在動能和勢能的相互轉化過程中，機械能是否一定保持不變？
在動能和勢能的轉化過程中，若不考慮轉化過程中的能量損失，則機械能的總量保持不變；在轉化過程中若有能量損失（如克服阻力做功）或其他形式能的補充，則機械能的總量將發生變化。
在做滾擺的實驗時，可以看到滾擺從高處旋轉下降，越轉越快，它的重力勢能轉化成了動能；到達最低點后，滾擺轉而上升，它越轉越慢，滾擺的動能又轉化成重力勢能。但滾擺不能回到原來的高度上，這表明滾擺的機械能減小了。這是因為滾擺與繩之間有摩擦，滾擺在運動中還受到了空氣阻力，由于克服阻力做功，使滾擺的一部分機械能轉化成其它能（內能），它的機械能總量就減小了，不再保持不變。



典型例題講解：
題型一：滾擺問題
1、如圖1是研究滾擺運動的實驗，在滾擺向上運動的過程中，若不計阻力，下列說法中正確的是
A．動能轉化為重力勢能，機械能不變 B．動能轉化為重力勢能，機械能增加
C．重力勢能轉化為動能，機械能不變 D．重力勢能轉化為動能，機械能減速
2、如圖2所示，擺球運動到最高點A點時，勢能最______，動能為______；擺球從A點運動到B點的過程中，是______轉化為______；在B點時勢能為______，擺球的速度最______；當擺球運動到C點時，此時勢能為______，動能為______。
題型二：斜面問題
1、如圖3所示，A、B、C是三個高度相同而傾角不同的光滑斜面，讓質量相同的小球沿斜面從頂端運動到底端，比較小球滾到底端時速度大（ ）
A.在A的速度最大 B.在C點的速度最大
C.在A、B、C三點速度相同 D.無法判斷
2、如圖4所示，讓一個小球分別沿著光滑的斜面BA或BC滾下，比較小球滾到A處與C處的速度大小是（ ）
小球在A點的速度大于在C點的速度 B.小球在A點的速度等于在C點的速度
C.小球在A點的速度小于在C點的速度 D.無法判定
題型三：彈簧問題
1、（2011浙江紹興，第20題）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受到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I0。t=0時刻，將以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I隨時間t變化的圖像如圖乙所示：則（ ）
A.t1時刻，小球動能最小 B.t2時刻，彈簧的彈性勢能最小
C.t2～t3這段時間內，彈簧的彈性勢能先增加后減少
D.t2～t3這段時間內,小球增加的動能小于彈簧減少的彈性勢能
2、圖是“蹦極”的示意圖，a點是彈性繩自然下垂時繩下端的位置，b點是蹦極者速度最大的位置，c點是蹦極者下降的最低點。則下列說法正確的是
A．蹦極者是靠慣性通過a點的，a點的合力最大
B．蹦極者在b點所受的合力最大
C．從a點到b點，蹦極者的動能轉化為繩的彈性勢能
D．從b點到c點，蹦極者的動能和重力勢能轉化為繩的彈性勢能
3、掉在水平地面上的彈性小球會被彈起，而且彈跳的高度會越來越低。圖8所示是小球彈跳的頻閃照片，MN為等高線，小球在3、5位置的高度一樣。下面說法正確的是
A．小球在位置4時的勢能最大
B．小球3和5比較，它們的機械能相同
C．小球3和5比較，在位置5時動能較小
D．小球從位置1到位置2的過程中，勢能全部轉化為動能
跟蹤訓練；
1、對于下面四幅圖的理解，正確的是（　　）







A．圖甲中改變木板傾角α時，懸掛小球的細線總是豎直的，說明重力方向是一定的
B．圖乙中蹦床運動員在上升過程中，重力勢能轉化為動能
C．圖丙中房屋建在承受面積更大的地基上，是為了減小對地面的壓力
D．圖丁中用鼻子嗅氣味來鑒別醋和醬油，是因為醋分子是運動的，而醬油分子不運動
2、關于能量及能量之間的轉化，下列說法正確的是
A．火山具有內能，冰山不具有內能 B．火箭在加速上升時，機械能保持不變
C．攔河大壩使水位升高，增加了水的重力勢能
D．墜落的隕石在空中劃過一道亮光時，內能轉化為機械能
3、如圖所示，小明在玩蹦蹦桿，在小明將蹦蹦桿中的彈簧向下壓縮的過程中，小明的重力勢能、彈簧的彈性勢能的變化是（???）
A．重力勢能減小，彈性勢能增大
B．重力勢能增大，彈性勢能增大
C．重力勢能減小，彈性勢能減小
D．重力勢能增大，彈性勢能減小
4、跳遠運動的幾個階段如圖所示，則運動員（???）
A．起跳后升空的過程中，重力勢能轉化為動能
B．A點處的機械能小于最高點處的機械能
C．經過最高點時動能為零
D．落地點時重力勢能最小
5、如圖5所示，小球從離地h的高度沿著光滑的軌道滑下，使小球滑到光滑的離心軌道頂端A而不下落，此時（ ）
A.小球既有勢能，又有動能 B.小球只有勢能，沒有動能
C.小球只有動能，沒有勢能 D.以上說法都不正確
6、如圖所示，一根不可伸長的細繩一端固定在0點，另一端系一小球，正下方點的正下方固定有一枚釘子P。位置1在O點的正下方，位置3與A點等高，位置5是A與1之間的某點位置2是1與3之間的某點，位置4是高于3的某點。不考慮空氣阻力及摩擦，小球從A點靜止釋放………………………………( )
A．第一次過位置l后最高能到達位置2 B. 第一次過位置1后最高能到達位置4
C. 第二次過位置1后最高能到達位簧5 D. 第一二次過位囂1后齷高能到達位置A


功
1.、功：物體受到力的作用，并且在這個力的方向上通過一段距離，我們就說這個力對該物體做了功。力做功也常說成物體做功。如果物體移動的方向與力的方向相反，則稱物體克服該力做功。
2.、做功的兩個必要因素：
（1）作用在物體上的力；
（2）物體在力的方向上通過的距離
3、幾種不做功的情況：
（1）物體沒有受到力的作用，但因為慣性通過一段距離；（F=0）
（2）物體受到力的作用，但沒有移動距離；（s=0）
（3）物體受到了力的作用，同時也運動了一段路程，但在力的方向上沒有通過距離；（力和通過的距離方向垂直）（F⊥s）
4、 功的計算
在力學中規定：
（1）功的大小：功等于力和物體在力的方向上通過的距離的乘積。
（2）計算公式：功=力×距離，即W=Fs
（3）功的單位：焦耳，簡稱焦（J） 1焦=1牛?米
（體會1焦的大小：把2個雞蛋舉高1米，做的功大約是1焦）（介紹人物焦耳）
5、功和能的關系
（1）能：物體具有做功的本領，就說物體具有能（單位：焦耳）。
（2）做功的過程實質上就是能量轉化的過程。
（3）功用來量度——能量轉化的多少。

常錯例題分析：
1、某人用50 N的水平拉力，拉著100 N重的物體A在水平地面上前進5 m，則（ ）
A.拉力對物體做功是500 J,重力對物體沒有做功 B.拉力對物體做功是250 J,重力對物體做功是500 J
C.拉力對物體做功是250 J,重力對物體沒有做功 D.拉力對物體做功是750 J,重力對物體沒有做功
2、一個足球運動員用100N的力踢一個重為5N的足球，球離腳后在水平草地上向前滾動了30m．在球滾動的過程中，運動員對足球做的功為( )
A．3000J????B．500J????C．150J????D．0J
3、如圖所示，把同一物體G分別沿著光滑的斜面AD、BD、CD從底端勻速拉到頂端，拉力所做的功（ ）
A.沿AD斜面拉時最多 B.沿BD斜面拉時最多
C.沿CD斜面拉時最多 D.沿AD、BD、CD斜面拉時一樣多
4、小明用100 N的力猛踢一個靜止在水平草地上的重為6 N的足球，球離腳后在草地上前進了25 m，則人對足球做的功是（ ）
A.0J B.150J C. 2500J D.條件不足，無法判斷?
5、如圖所示，三物體在相同的力F作用下沿力的方向移動了距離s，力對物體做功為W1、W2、W3，則W1、W2、W3的關系為 。

6、子彈在槍膛內受火藥爆炸后產生的氣體的平均推力是800牛，子彈的質量為20克，槍膛長55厘米，射出后子彈在空中飛行了80米，則氣體對子彈所做的功是多少？






五、功率
1. 引入：反映該物體做功的快慢的科學量（功率也表示了能量轉化的快慢）
2. 定義：單位時間里完成的功叫功率。
3. 計算公式：
（1）定義式：功率＝功/時間 P＝W/t
（2）推導式：（注意：F與v同方向！）
（物體在拉力F的作用下，以速度v沿拉力的方向做勻速直線運動，則拉力做功的功率等于力與物體速度的乘積。在功率P一定時，力F與速度v成反比。當汽車上坡時，司機采取換擋的辦法，減小速度，以獲得較大的牽引力。）
4. 單位：瓦特（W）或焦/秒（J/s）或牛·米/秒（N·m/s）
——說明科學量的單位可以通過推導的公式來獲得
1瓦特＝1焦耳/秒，1千瓦＝1000瓦，1兆瓦＝106瓦特。
介紹：功率是機器的主要技術性能之一，選購機器考慮它的功率時要從實際出發。

例題講練：
1、 一臺機器功率是1000瓦特，它的意思是（ ）
A. 這臺機器每次只能做1000焦耳的功 B. 這臺機器每小時能做1000焦耳的功
C. 這臺機器每秒鐘能做1000焦耳的功 D. 這臺機器每秒鐘能做1000瓦特的功
2、甲物體重100牛，乙物體重50牛，用20牛的水平拉力分別拉甲、乙兩物體，使甲物體在粗糙水平面勻速移動10米，使乙物體在光滑水平面加速移動10米，則拉力對甲、乙兩物體所做的功較多的是（ ）
A. 甲 B. 乙 C. 一樣多 D. 無法判斷
3、甲、乙兩個集裝箱質量相同，用起重機將甲集裝箱以0.5米/秒的速度提升10米，再將乙集裝箱以1米/秒的速度提升相同的高度，那么起重機（ ）
A. 第一次做的功多，功率大 B. 第二次做的功多，功率大
C. 兩次做功一樣多，功率一樣大 D. 兩次做功一樣多，第二次功率大
4、功率相等的兩輛汽車，在相等的時間內勻速通過的距離之比為3：2，則（ ）
A. 兩輛汽車的牽引力之比為3：2 B. 兩輛汽車的牽引力之比為2：3
C. 兩輛汽車做功之比為3：2 D. 兩輛汽車做功之比為2：3
5、高出水面30米處有一個容積是50米3的蓄水池，要用一臺離心式水泵抽水給蓄水池，1小時能把水池充滿即可，這臺水泵的功率至少是多少千瓦？


6、一輛汽車在平直公路上勻速行駛，速度為36千米/時，牽引力為6000牛，求①5分鐘內汽車牽引力做的功；②汽車的功率。


7、子彈在槍膛內受火藥爆炸后產生的氣體的平均推力是800牛，子彈的質量為20克，槍膛長55厘米，射出后子彈在空中飛行了80米，則氣體對子彈所做的功是多少？

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