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初中物理复习 机械能—动能、势能、机械能及其相互转化

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初中物理复习 机械能动能、势能、机械能及其相互转化 初中 物理 复习 机械能 动能 势能 及其 相互 转化
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机械能—动能、势能、机械能及其转化模块一 动能和势能【一、知识点】1.能量(1)定义:一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能量,简称能。(物体对外做功本领越强,能量就越大)注意:物体具有能,并不是说它一定做了功,而是指能够、可以做功或者正在对外做功。如:运动的子弹、流动的水、流动的空气(风);高山上的石头、头顶的吊扇;被压缩的弹簧、被拉开的弓箭都具有能量。 (2)单位:能量的单位是焦耳(J)。2.动能(1)定义:物体由于运动而具有的能称为动能。流动的水具有能量(2)决定因素:物体的质量和速度。(3)比较大小的方法:相同质量时比较速度,相同速度时比较质量。3.重力势能(1)定义:物体由于被举高而具有的能量,叫重力势能。山上的石头具有重力势能(2)决定因素:物体的质量和被举的高度。物体的质量越大,被举的高度越高,物体所具有的重力势能越大。4.弹性势能(1)定义:物体由于弹性形变而具有的能量,叫弹性势能。拉开的弓弦具有弹性势能(2)决定因素:弹性形变的大小和弹性大小。物体弯曲的程度越大,弹性越大,物体所具有的的弹性势能越大。5动能、重力势能、弹性势能比较动能重力势能弹性势能定义物体由于运动而具有的能量物体由于被举高而具有的能量物体由于弹性形变而具有的能量影响大小因素质量、速度质量、被举高的高度形变量、物体的弹性计算式【二、例题精讲】【例1】★关于动能和势能,下列说法正确的是(  )A.物体没有做功,它一定不具有能B.位置高的物体,它的势能一定大C.质量大、速度大的物体动能一定大D.弹簧一定具有弹性势能考点:动能大小的比较;势能大小的比较.解析:A、物体只要能够做功,它就具有能量,并不一定正在做功,故A错误;B、重力势能的大小不但和物体的高度有关,还与物体的质量有关,故B错误;C、物体的质量大、速度大,它的动能一定大,故C正确;D、弹簧只有发生弹性形变时才具有弹性势能,故D错误. 答案:C【测试题】下列关于动能的说法,正确的是(  )A.运动的物体具有的能,叫动能B.物体由于运动具有的能,叫动能C.速度大的物体甲具有的动能一定大于速度小的物体乙具有的动能D.运动物体质量越大,所具有的动能一定越多考点:动能和势能的概念.解析:A、物体由于运动而具有的能量叫动能;运动的物体不仅具有动能,还可能具有势能、内能等;故A错误;B、物体由于运动而具有的能量叫动能;故B正确;C、动能的大小与质量和速度有关;速度大的物体动能不一定大,还有看物体的质量大小;故C错误;D、动能的大小与质量和速度有关;质量大的物体动能不一定大,还要看物体的速度大小;故D错误; 答案:B【例2】★“跳远”是一项常见的体育运动.跳远运动员在比赛中都是先助跑一段距离后才起跳,这样做是为了(  )A.增大了跳远运动员的惯性B.减小了跳远运动员的惯性C.增大了跳远运动员的动能D.减小了跳远运动员的动能考点:惯性;动能的影响因素.解析:跳远运动员在比赛中都是先助跑一段距离后才起跳,改变的只是速度,而没改变运动员的质量,所以运动员的惯性没变.只是增加了运动员的动能.故A、B、D错误.答案:C【测试题】下列关于动能的说法,正确的是(  )A.运动的物体具有的能,叫动能B.物体由于运动具有的能,叫动能C.速度大的物体甲具有的动能一定大于速度小的物体乙具有的动能D.运动物体质量越大,所具有的动能一定越多考点:动能和势能的概念.解析:A、物体由于运动而具有的能量叫动能;运动的物体不仅具有动能,还可能具有势能、内能等;故A错误;B、物体由于运动而具有的能量叫动能;故B正确;C、动能的大小与质量和速度有关;速度大的物体动能不一定大,还有看物体的质量大小;故C错误;D、动能的大小与质量和速度有关;质量大的物体动能不一定大,还要看物体的速度大小;故D错误; 答案:B【拓展题】关于动能的概念,下列说法中正确的是(  )A.速度大的物体具有的动能一定大B.质量大的物体具有的动能一定大C.运动物体只具有动能D.一切运动的物体都具有动能考点:动能和势能的概念.解析:AB、因为动能大小与质量和速度有关.质量越大,速度越大,动能越大,速度大的物体,质量不一定大,所以具有的动能不一定大;质量大的物体,速度不一定大,所以具有的动能也不一定大,故AB错误;C、运动物体如果与地面具有一定的高度,也具有重力势能,故C错误;D、一切运动的物体都具有动能,故D正确. 答案:D【例3】★★老鹰和麻雀都在空中飞行,如果他们具有的动能相等,那么(  )A.老鹰比麻雀飞得快B.麻雀比老鹰飞得快C.老鹰比麻雀飞得高D.麻雀比老鹰飞得高考点:动能大小的比较;动能的影响因素.解析:解;A、老鹰比麻雀飞得快,老鹰的质量比麻雀大,所以老鹰的动能就比麻雀的大.错误.B、麻雀比老鹰飞得快,正确,因为老鹰的质量比麻雀大.C、D、飞得高低与动能没关系,所以,这两个选项都是错误的. 答案:B【测试题】如果汽车、摩托车与列车三种车辆的速度相等,那么按照它们的动能从大到小排列顺序正确的是(  )A.汽车、摩托车、列车B.列车、汽车、摩托车C.摩托车、汽车、列车D.汽车、列车、摩托车考点:动能大小的比较.解析:汽车、摩托车和列车的质量,列车的质量最大、汽车的质量次之、摩托车的质量最小;因为三者的速度相同,所以三者的动能从大到小的顺序:列车、汽车、摩托车. 答案:B【拓展题】我们曾听到鸟与飞机相撞而引起机毁人亡的报道,空中飞翔的鸟对飞机构成了巨大威胁,鸟与飞机相撞引起机毁的原因是(  )A.鸟飞行的速度很大B.鸟飞行的速度很小C.以飞机为参照物,鸟的速度很小D.以飞机为参照物,鸟的速度很大考点:运动和静止的相对性;参照物及其选择;动能的影响因素.解析:以相向而行的飞机为参照物,相同的时间内,鸟和飞机之间的距离变化很大,以飞机为参照物,鸟的速度很大.小鸟的速度越大,它的动能越大,所以鸟与飞机相撞引起机毁. 答案:D【测试题】小丽从学校回家过程中如图示是她的s﹣t图象,则小丽动能最大的时间段是(  )A.在0﹣t1时间内B.在t1﹣t2时间内C.在t2﹣t3时间内D.无法确定考点:动能大小的比较.解析:当运动物体确定了,就是物体的质量是确定的.影响因素就只有速度了.在题中S-t图像曲线中,0- t1曲线最陡,动能最大答案:A【测试题】下列说法正确的是(  )A.甲物体比乙物体所处的位置高,则甲的势能比乙的势能大B.甲物体比乙物体的速度大,则甲的动能比乙的动能大C.一个物体能够做功,说明它具有能D.一个物体具有能,说明它正在做功考点:能;动能大小的比较;势能大小的比较.解析:A、重力势能除了与高度有关之外还与质量有关,甲和乙的物体质量不确定,所以势能的大小也是不确定的.B、动能除了与速度有关之外,还与物体的质量有关,甲和乙的物体质量不确定,所以动能的大小也是不确定的.C、一个物体能够做功,这个物体就具有能.D、一个物体具有能,说明它有做功的能力,但它不一定做功. 答案:C【例4】★★在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中,小丽同学设计了如图所示甲、乙、丙三次实验.让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动,然后与放在水平面上的纸盒相碰,铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止.(1)要探究动能大小与物体质量的关系应选用   两图;实验中应保证   ___________相同.(2)选用甲、丙两次实验可以得出的结论是   .(3)该实验是通过观察   来比较铁球动能的大小,从而得出结论的.考点:探究影响物体动能大小的因素.解析:(1)要探究动能大小与物体质量的关系,应保持小球的速度相同,质量不同,所以应使质量不同的小球从斜面的同一高度由静止滚下,因此要选择甲、乙两图;(2)由图示实验可知,甲、丙两次实验,球的质量相同,甲滚下的高度大于丙滚下的高度,甲将纸盒推动得更远,说明动能更大,可得质量相同的物体,运动速度越大,它具有的动能就越大;(3)该实验是通过观察纸盒被撞击后移动的距离来比较铁球动能的大小的,这种方法是转换法. 答案:(1)甲、乙;铁球到达水平面的速度;(2)质量相同的物体,运动的速度越大,它具有的动能就越大;(3)纸盒被推动距离的大小.【测试题】为了研究动能的大小与哪些因素有关,教材中设计了“小钢球撞木块”的实验(如图所示)让静止的小钢球从斜面滚下,观察木块被推动的距离.关于该实验的说法中,不正确的是(  )A.该实验的设计思路是采用转换法,用木块移动的距离来表示动能的大小B.该实验研究的基本方法是控制变量法,如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等C.在实验器材的选择时,可以不考虑斜面的光滑程度,被撞木块的质量和软硬等因素D.实验过程中,让同一小球从不同高度落下,目的是为了让小球获得不同的运动速度考点:探究影响物体动能大小的因素.解析:A、球的动能是从木块被推出的距离看出的,这里采用了转换法的思想,故该选项说法正确;B、球的动能与质量和速度都有关系,根据控制变量法,如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等;故该选项说法正确;C、斜面的光滑程度影响小球滚下的速度,木块的质量和软硬影响碰撞的程度,所以在实验器材的选择时,考虑斜面的光滑程度,木块的质量和软硬等因素,故该选项说法不正确;D、让球滚到水平面上时获得的速度与球在斜面上的高度有关,同一小球从不同高度落下,目的是为了让小球获得不同的运动速度,故该选项说法正确. 答案:C【拓展题】在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时,小明提出了如下猜想:猜想一:弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关;猜想二:弹性势能的大小与弹簧的材料有关;猜想三:弹性势能的大小与弹簧的长度有关;猜想四:弹性势能的大小与弹簧的粗细有关.(1)为验证猜想一,他设计了如图所示实验,实验时将同一弹簧压缩   (相同/不同)的长度(弹簧被压缩后未超过其弹性限度),将小球置于弹簧的右端,松开后小球碰到同一位置的相同木块上,分析比较   ,从而比较弹性势能的大小;(2)为验证猜想二,需选用   的两根弹簧,实验时将两根弹簧压缩   (相同/不同)的长度,将小球置于弹簧的右端,松开后小球碰到同一位置的相同木块上,对数据进行比较分析时,若   ,说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关;(3)若水平面绝对光滑,本实验将   (能/不能)达到探究目的;(4)小明根据实验现象认为:小球和木块移动一段距离后都要停下来,所以弹簧、小球和木块所具有的机械能最终都消灭了,你认为小明的观点是   (正确/不正确)的,理由是   .考点:探究影响物体势能大小的因素.解析:(1)此题要改变弹簧的弹性形变大小,因此要将同一个弹簧压缩不同的长度;运用转换法,观察木块被推动距离的远近来比较弹性势能的大小.(2)为验证猜想二,需选用长度和粗细相同,材料不同的两根弹簧,实验时将两根弹簧压缩相同的长度,将小球置于弹簧的右端,松开后小球碰到同一位置的相同木块上,对数据进行比较分析时,若木块被推动的距离不相等,说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关;(3)若水平面绝对光滑,木块就会做匀速直线运动,无法比较木块移动距离的远近,达不到探究目的.(4)小球推动木块移动一段距离后都要停下来,是因为水平面有摩擦力,木块克服摩擦做功,机械能转化为内能,而不是机械能消失了.故小明的观点是错误的. 答案:(1)不同;被推动距离的远近;(2)长度和粗细相同,材料不同;相同;木块被推动的距离不相等;(3)不能;(4)不正确;机械能转化为内能.模块二 机械能及其转化【一、知识点】1.机械能及其转化(1)概念:动能和势能统称为机械能。说明:物体所具有的的机械能的大小等于物体具有的动能和势能之和,即机械能=动能+势能。(2)功和能的关系能:状态量。能量的大小代表着它做功本领的强弱。功:过程量。它代表了能量从一种形式转化为另一种形式的数量多少。物体对外界做功多少,自身的能量会减少多少。外界对物体做功多少,物体自身能量 就会增加多少。(3)机械能之间的相互转化滚摆下降过程中,重力势能转化为动能;上升过程中,动能转化为重力势能。单摆小球从A到B:重力势能转化为动能;小球从B到C:动能转化为重力势能。人造地球卫星(a)卫星绕地运行时,同时具有动能和重力势能。(b)运行轨道是椭圆,存在近地点和远地点。(c)卫星在运行过程中,机械能守恒。(d)在远地点时,重力势能最大,动能最小;在近地点时,重力势能最小,动能最大。2.机械能守恒(1)只有动能和势能相互转化时,物体的机械能总和保持不变,即物体的机械能守恒。(2)机械能守恒条件:只有重力或弹力做功。若在动能和势能相互转化的过程中,收到摩擦力等阻力或者有其他力(即重力以外的力)的作用时,会使机械能转化为其他形式的能,机械能减小,或其他形式的能转化为机械能,使机械能增加。二、例题精讲【例5】★★如图所示,运动员射箭时用力将弓拉开,在放开箭的瞬间,弓的①转化为箭的②,箭在空中向上飞行的过程中,箭的③增大.以下说法正确的是(  )A.①弹性势能 ②动能 ③重力势能B.①重力势能 ②动能 ③弹性势能C.①弹性势能 ②动能 ③动能D.①动能 ②弹性势能 ③重力势能考点:动能和势能的概念.解析:拉开的弓具有弹性势能,在放开箭的瞬间,弓的弹性势能转化为箭的动能,将箭射出,箭在空中向上飞行的过程中,高度变大,所以重力势能变大. 答案:A【测试题】小红按照如图所示情景做了一个有趣的实验.她把一个悬挂起来的铁锁拉到自己的面前并接触鼻子,然后将铁锁由静止释放,保持头的位置不变,铁锁摆回时不会撞击她的鼻子.铁锁由接触鼻子的位置a开始,沿弧线abc向另一侧的最高点c运动的过程中,关于它的动能大小,下列说法中正确的是(  )A.铁锁在位置a有最大的动能B.铁锁在位置b有最大的动能C.铁锁在位置c有最大的动能D.铁锁在a、b、c三处的动能相同考点:动能大小的比较.解析:(1)从a→b的过程中,铁锁的质量不变,高度减小,速度增大,重力势能减小,动能增大,在b点动能最大.(2)从b→c的过程中,铁锁的质量不变,高度增大,速度减小,重力势能增大,动能减小,在c点动能为0.(3)铁锁从a点由静止下落,速度为0,动能为0. 答案:B【例6】★小孩在荡秋千游戏中,从最低处荡到最高处,动能和重力势能的转化正确的是(  )A.动能增大,重力势能增大B.动能减小,重力势能增大C.动能不变,重力势能增大D.动能不变,重力势能不变考点:动能和势能的转化与守恒.解析:从最低处荡到最高处,速度越来越小,动能减小,高度越来越高,重力势能增大,即动能转化为重力势能;所以A、C、D不符合题意,只有B符合题意; 答案:B【测试题】如图是小朋友玩蹦蹦床的情景,在他们游戏过程中,哪一段是动能转化为重力势能(  )A.从高处下落,到刚接触蹦床B.从接触蹦床,到蹦床形变最大C.从蹦床形变最大,到演员离开蹦床D.从离开蹦床,到上升到最高处考点:动能和势能的转化与守恒.解析:(1)小朋友跳蹦床时,用力踩蹦床,使蹦床发生弹性形变,弹性势能增大.(2)当蹦床恢复原状时,弹性势能转化为动能.(3)在离开蹦床上升过程中,动能转化为重力势能.(4)从最高点下落时,重力势能转化为动能.(5)在使蹦床发生弹性形变时,动能转化为弹性势能.答案:D【例7】★神舟十号在飞船加速升空的过程中,实验室的(  )A.动能增加,重力势能不变B.动能不变,重力势能增加C.动能和重力势能都增加D.动能不变,机械能也不变考点:动能和势能的大小变化.解析:飞船在加速上升的过程中,实验室的质量不变,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. 答案:C【测试题】如图是一同学正在体育课中进行实心球投掷训练,投出的实心球在上升过程中(  )A.动能不变、重力势能增加B.重力势能不变、动能增加C.动能转化为重力势能D.重力势能转化为动能考点:动能和势能的大小变化.解析:实心球在上升过程中,因为质量不变、速度减小,所以实心球的动能减小;因为质量不变、所处的高度增大,所以实心球的重力势能增大;在整个上升过程中动能转化为重力势能.可见A、B、D都错,C正确. 答案:C【测试题】2013年2月15日,俄罗斯车里雅宾斯克州发生天体坠落事件,坠落的陨石在穿越大气层时激烈摩擦发出耀眼的白光,如图所示.若下落过程中不考虑陨石的质量变化,则陨石在空中加速降落时(  )A.重力势能不断减少,动能不断增加,机械能不变B.重力势能不断增加,动能不断减小,机械能不变C.重力势能不断增加,动能不断增加,机械能增加D.重力势能不断减小,动能不断增加,机械能减小考点:动能和势能的大小变化.解析:陨石在空中加速降落时,不考虑陨石的质量变化,速度增大,高度减小,所以动能增加,重力势能减少,由于陨石要克服摩擦做功,将机械能转化为内能,所以机械能减少. 答案:D【拓展题】2012年6月18日,“神州九号”飞船与天宫一号自动交会对接,如图所示是它们运行的部分轨道.“神州九号”飞船首先多次变轨,对接前与“天宫一号”在同一轨道沿同一方向运动,“神州九号”飞船飞向“天宫一号”缓慢地靠近,最后实现对接.下列有关叙述中,正确的是(  )A.在完成对接前,速度较大的是“天宫一号”B.在完成对接后,“神舟九号”相对于“天宫一号”是运动的C.“天宫一号”在轨道Ⅱ运行时,它的动能一定增加D.“神州九号”从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ,势能一定增加考点:运动和静止的相对性;动能和势能的大小变化.解析:A、在完成对接前,“神州九号”飞船飞向“天宫一号”缓慢地靠近,因此速度较大的是“神州九号”,故A错误;B、在完成对接后,它们的运动速度和方向都相同,因此“神舟九号”相对于“天宫一号”是静止的,故B错误;CD、从图中可以看出,轨道Ⅱ距地球的距离大于轨道Ⅰ距地球的距离,因此“天宫一号”和“神州九号”从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ时,重力势能增加,动能减小,故C错误,D正确. 答案:D【拓展题】下列过程中,属于动能转化为重力势能的是(  )A.雪橇从山坡上滑下B.玩具弹簧枪将子弹水平射出C.雨滴从屋檐落向地面D.斜向上射出的炮弹上升的过程考点:动能和势能的转化与守恒.解析:A、雪橇从山坡滑下是重力势能转化为动能的过程.不符合题意.B、玩具弹簧枪将子弹水平射出是弹性势能转化为动能的过程.不符合题意.C、雨滴从屋檐落向地面是重力势能转化为动能的过程.不符合题意.D、斜向上射出的炮弹上升的过程是动能转化为重力势能的过程.符合题意. 答案:D【测试题】下列过程中,重力势能转化为动能的是(  )A.地球人造卫星从近地点向远地点运动的过程B.跳水运动员将跳板压弯起跳的过程C.滚摆上升的过程D.人骑自行车从坡上自行滑下的过程考点:能量转化的现象.解析:A、从近地点飞向远地点时,质量不变,高度增大,重力势能增加;速度减小,动能减少,故动能变成了重力势能.A不符合题意.B、跳水运动员将跳板压弯起跳的过程是弹性势能转化为动能的过程,B不符合题意;C、滚摆上升过程中,速度越来越小,高度越来越大,动能逐渐转化为重力势能,C不符合题意;D、人骑自行车从坡上自行滑下,质量不变,速度变大,动能变大,高度降低,重力势能减小,所以是重力势能转化为动能,D符合题意. 答案:D【例8】★★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点考点:动能和势能的转化与守恒.解析:从E点到F点,高度下降,速度变大,重力势能转化为动能,F点高度最低,速度最大,故F点的动能最大.答案:B【测试题】2011年6月法国网球公开赛中,我国选手李娜力战群雄,获得冠军.以下说法正确的是(  )A.网球下落时,动能减小,重力势能增大B.网球在上升过程中,动能不变,重力势能增大C.网球落下撞在地面时,动能转化为弹性势能D.网球飞来撞击李娜的球拍时,弹性势能转化为动能考点:动能和势能的转化与守恒.解析:A、网球在下落时,其质量不变,高度变小,故其重力势能变小;同时其质量不变,速度变快,故其动能增加,所以该过程是将重力势能转化为动能的过程,故该选项不符合题意;B、网球在上升过程中,其质量不变,高度变大,故其重力势能变大;同时其质量不变,速度变慢,故其动能减小,所以该过程是将动能转化为重力势能的过程,故该选项不符合题意;C、当网球在下撞地面时,网球的速度变慢,即其动能变小,同时网球会随之发生弹性形变,且形变程度逐渐变大,即弹性势能变大,故该过程是动能转化为弹性势能的过程,故该选项正确;D、网球飞来撞击李娜的球拍时,网球的速度逐渐变慢,即动能减小;同时其球拍的形变程度逐渐变大,即所具有的弹性势能变大,故是将动能转化为弹性势能的过程,故该选项错误. 答案:C【拓展题】如图所示的地铁,进站与出站的轨道都与站台构成一个缓坡.为了充分利用能量,火车上坡前关闭发动机,由于惯性冲上缓坡,则上坡时火车的动能、重力势能分别(  )A.增大、减小B.减小、增大C.减小、减小D.增大、增大考点:动能和势能的大小变化.解析:车上坡时,其速度变慢,高度增加,故其动能变小,重力势能增加,即部分动能转化为重力势能,减少因刹车损耗的机械能;车下坡时,其速度变快,高度减小,即动能增加,重力势能变小,即储存的重力势能又转化为动能,起到节能作用. 答案:B
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