114機械能及其轉(zhuǎn)化（講義）教師版

人教版八年級物理下冊第11章《功和機械能》第4節(jié)機械能及其轉(zhuǎn)化講義（知識點總結(jié)+例題講解）序號知識點難易程度例題數(shù)變式題數(shù)合計一機械能的概念★1114二機械能的相互轉(zhuǎn)化★★11三機械能守恒★★33四機械能和其他形式的能的轉(zhuǎn)化★22一、機械能的基本概念：1.機械能：動能和勢能（重力勢能、彈性勢能）統(tǒng)稱為機械能。2.說明：（1）有動能的物體具有機械能；（2）有勢能的物體具有機械能；（3）同時具有動能和勢能的物體具有機械能?！纠}1】在2021年春節(jié)聯(lián)歡晚會上，嫦娥五號總指揮楊孟飛攜嫦娥五號返回艙在春晚現(xiàn)場向全國人民拜年，關(guān)于嫦娥5號返回艙說法正確的是（）A.返回艙隨火箭發(fā)射加速上升過程中，返回艙的機械能不變B.返回艙返回地球，穿越大氣層時，與大氣層摩擦內(nèi)能不變C.返回艙的外表面材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性D.返回艙落在漆黑的夜晚，通過紅外成像設(shè)備，接收返回艙輻射的紅外線來確定它的位置【答案】D【解析】（1）機械能＝動能+勢能：①動能大小的影響因素：質(zhì)量、速度。質(zhì)量越大，速度越大，動能越大。②重力勢能大小的影響因素：質(zhì)量、被舉得高度。質(zhì)量越大，高度越高，重力勢能越大（2）改變物體內(nèi)能的方法有做功和熱傳遞；（3）返回艙返回地球時，穿越大氣層時，與大氣層摩擦，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，返回艙的內(nèi)能增加，溫度升高，所以返回艙外表面的材料應(yīng)具有良好的耐高溫性和隔熱性；（3）所有的物體都能輻射紅外線．溫度越高，輻射的紅外線越強．紅外線的熱作用強，返回艙返回地球時內(nèi)能增加，溫度升高，可以輻射出紅外線；紅外線夜視儀就是根據(jù)熱作用強的原理制成。解：A、返回艙隨火箭發(fā)射加速上升過程中，質(zhì)量不變，速度變大、高度變大，所以動能變大、重力勢能變大，機械能變大，故A錯誤；B、返回艙返回地球，穿越大氣層時，與大氣層摩擦，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，是通過做功的方式改變內(nèi)能的，內(nèi)能增大，故B錯誤；C、返回艙返回地球時，穿越大氣層時，與大氣層摩擦，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，返回艙的內(nèi)能增加，溫度升高，所以返回艙外表面的材料應(yīng)具有良好的耐高溫性和隔熱性．故C錯誤；D、返回艙返回地球時內(nèi)能增加，溫度升高，可以輻射出紅外線，返回艙落在漆黑的夜晚，通過紅外成像設(shè)備，接收返回艙輻射的紅外線來確定它的位置，通過以上分析可知，選項D正確。故選：D?！咀兪骄毩?xí)1】如圖所示，一金屬小球從塑料軌道的E點，由靜止滑下，經(jīng)過D點，到達最低點C后，到達左側(cè)最高點A點。則下列說法中正確的是（）A.小球到達A點后，能沿軌道重新返回到E點B.小球從E到A過程，A點的機械能大于D點的機械能C.小球從E到A過程，B點的機械能大于D點的機械能D.小球從E到A過程，機械能在不斷減小【答案】D【解析】由于克服摩擦力做功，所以小球在運動過程中的機械能一直在減小。解：AD、因為小球在運動過程中，要克服摩擦力做功，所以小球的機械能在不斷減小，因此小球到達A點后，并不能沿軌道重新返回到E點，故A錯誤，D正確；BC、因為小球在運動過程中機械能在不斷減小，所以D點的機械能大于B點的機械能，B點的機械能大于A點的機械能，故BC錯誤。故選：D。二、機械能的相互轉(zhuǎn)化：1.在一定的條件下，動能和重力勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化；2.在一定的條件下，動能和彈性勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化；3.動能和重力勢能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律：①質(zhì)量一定的物體，如果加速下降，則動能增大，重力勢能減小，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；②質(zhì)量一定的物體，如果減速上升，則動能減小，重力勢能增大，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能；4.動能與彈性勢能間的轉(zhuǎn)化規(guī)律：①如果一個物體的動能減小，而另一個物體的彈性勢能增大，則動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能；②如果一個物體的動能增大，而另一個物體的彈性勢能減小，則彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能?！纠}2】如圖所示的四種運動中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的是()【答案】D【解析】本題考查機械能之間的相互轉(zhuǎn)化。運動員被蹦床彈起，是蹦床的彈性勢能轉(zhuǎn)化為運動員的動能和重力勢能，故A錯誤；小球從B向C運動、滾擺向上滾動時，都是動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，故B、C錯誤；衛(wèi)星在遠地點時重力勢能最大，在近地點時動能最大，從遠地點向近地點運動時，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，故D正確?！咀兪骄毩?xí)2】騎自行車下坡時，人不蹬車，車速也會加快，這是因為()A.人與車的動能保持不變B.人與車的重力勢能不斷增大C.人與車的機械能不斷增大D.人與車的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能【答案】D【解析】根據(jù)影響動能和重力勢能大小的因素來分析動能和重力勢能的變化。解：A、人與車的質(zhì)量不變，速度增大，故動能增大，故A錯誤；B、人與車的質(zhì)量不變，高度減小，故重力勢能減小，故B錯誤C、由于摩擦的作用，使得人和車的一部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故機械能變小，故C錯誤；D、在下坡的過程中，人和自行車的質(zhì)量不變，所處的高度不斷降低，其重力勢能不斷減小，但其速度越來越快，所以動能越來越大．正是減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為了動能，故D正確．故選D。三、機械能守恒：1.機械能守恒：如果一個過程中，只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能的總和就保持不變。2.說明：（1）機械能守恒是有條件的，只有重力或彈力做功時，機械能是守恒的。（2）在動能和勢能相互轉(zhuǎn)化中，若受摩擦等阻力，則機械能的總和減少。（3）“在光滑面上”、“不計空氣阻力”等文字，表示沒有摩擦等阻力，此時機械能總和可看作是不變的。（4）人造地球衛(wèi)星的運動，近地點動能（速度）最大，勢能最??；遠地點勢能最大，動能（速度）最小，近地點向遠地點運動時，動能轉(zhuǎn)化為勢能，遠地點向近地點運動，勢能轉(zhuǎn)化為動能，整個過程機械能守恒。（5）滾擺上升下落過程中，如果不計空氣阻力，機械能守恒。上升動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，下降重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，最低點速度最大，動能最大；最高點重力勢能最大，動能最??；下降過程反之?？紤]空氣阻力，滾擺每次上升高度減小，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。3.水電站的工作原理：利用高處的水落下時把重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，水的一部分動能轉(zhuǎn)移到水輪機，利用水輪機帶動發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)化為電能。4.水電站修筑攔河大壩的目的：水電站修筑攔河大壩是為了提高水位，增大水的重力勢能，水下落時能轉(zhuǎn)化為更多的動能，通過發(fā)電機就能轉(zhuǎn)化為更多的電能?！纠}3】下列哪個選項中，物體的機械能守恒（）A.水平公路上勻速行駛灑水的灑水車B.加速升空的火箭C.從蘋果樹下自由落下的蘋果D.繞地球旋轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星【答案】D【解析】機械能守恒時，機械能會保持不變，根據(jù)每個選項其動能、勢能、機械能的變化。解：A、水平公路上勻速行駛灑水的灑水車，高度不變，速度不變，質(zhì)量變小，動能和勢能減小，機械能減小，機械能不守恒，故A錯誤；B、加速升空的火箭，速度變大，高度變大，動能變大，重力勢能變大，所以機械能變大，機械能不守恒，故B錯誤；C、從蘋果樹下自由落下的蘋果，由于受到空氣阻力的作用，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，機械能不守恒，故C錯誤；D、繞地球旋轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星，由于沒有阻力，所以其機械能是守恒的，故D正確。故選：D。【變式練習(xí)3】玩“過山車”是一項非常驚險刺激的娛樂活動。如圖所示，過山車時而從軌道的最低點D上升到最高點A，時而從最高點A飛馳而下。過山車在運動過程中，若不計能量損失，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化。下列說法正確的是()A．A點機械能小于B點機械能B．D點動能最大，A點勢能最大C．D點動能最大，A點機械能最大D．A點勢能最大，機械能最大【答案】B【解析】在不計能量損失，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化時，機械能是守恒的。故選B?！纠}4】如圖，輕質(zhì)彈簧豎直放置如圖所示，輕質(zhì)彈簧豎直放置，下端與水平地面相連，讓小球從距離彈簧上端一定高度自由下落，直至到彈簧被壓縮到最大的整個下落過程中（彈簧始終在彈性限度內(nèi)），下列說法正確的是（）（不計空氣阻力）A.小球的機械能守恒B.小球、彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒C.小球的動能一直增大D.小球的機械能一直減小【答案】B【解析】對于小球從接觸彈簧到將彈簧壓縮到最短的過程中，小球的動能、重力勢能和彈簧的彈性勢能這三種形式的能量相互轉(zhuǎn)化，沒有與其他形式的能發(fā)生交換，也就說小球的動能、重力勢能和彈簧的彈性勢能之和保持不變。對于小球從接觸彈簧到將彈簧壓縮到最短的過程中，彈簧是一直被壓縮的，所以彈簧的彈性勢能一直在增大。解：AC、對于小球從接觸彈簧到將彈簧壓縮到最短的過程中，小球的高度不斷減小，重力勢能不斷減??；小球的速度最終變?yōu)榱悖瑒幽茏優(yōu)榱?，故小球的機械能不守恒，故AC錯誤；B、不計空氣阻力，小球從接觸彈簧到將彈簧壓縮到最短的過程中，小球的動能、重力勢能和彈簧的彈性勢能這三種形式的能量相互轉(zhuǎn)化，沒有與其他形式的能發(fā)生交換，也就說小球、彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，故B正確；D、小球在接觸彈簧前，不計空氣阻力，其機械能是不變的，只有當(dāng)接觸彈簧后，小球的機械能才開始轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，故D錯誤。故選：B?！咀兪骄毩?xí)4】人造地球衛(wèi)星在大氣層外繞地球運行，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，衛(wèi)星從遠地點向近地點運動的過程中越來越快．如圖是人造地球衛(wèi)星的軌道示意圖，下列說法正確的是（）A.衛(wèi)星在運動過程中不受任何力的作用 B.衛(wèi)星在近地點和遠地點的機械能相等 C.衛(wèi)星在遠地點向近地點運動的過程中機械能越來越大 D.衛(wèi)星從遠地點向近地點運動的過程中機械能越來越小【答案】B【解析】動能大小的影響因素：質(zhì)量、速度。質(zhì)量越大，速度越大，動能越大。勢能大小的影響因素：質(zhì)量、相對距離。質(zhì)量越大，相對距離越大，勢能越大。機械能為動能和勢能的和。解：人造地球衛(wèi)星在大氣層外繞地球運行，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，則機械能是守恒的；A、衛(wèi)星在運動過程中受到地球的吸引力的作用，故A錯誤；BCD、由于機械能守恒，則衛(wèi)星在近地點和遠地點的機械能相等，故B正確，CD錯誤。故選：B?！纠}5】如圖所示，材質(zhì)均勻的弧形軌道固定在豎直平面，將小球置于軌道的頂端A點，小球具有的機械能為200J。讓小球從A點由靜止開始滾動，到右側(cè)所能達到的最高位置B點時，具有的機械能為160J，隨即小球向左側(cè)滾動，當(dāng)滾動到左側(cè)所能達到的最高位置時，它具有的機械能可能是（不計空氣阻力）（）A.130J B.120JC.110J D.100J【答案】A【解析】動能和重力勢能之間可以相互轉(zhuǎn)化，在轉(zhuǎn)化過程中，由于與軌道摩擦，機械能逐漸減小，不計空氣阻力，根據(jù)對摩擦力的分析可做出解答。解：由題意可知，小球在與軌道摩擦的過程中，其機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，逐漸減小。不計空氣阻力，小球從A點到達B點時，機械能從200J減小為160J，減少了40J．而從B點再到達左側(cè)所能達到的最高位置時，其通過軌道的長度應(yīng)該比第一次短，所以機械能減少的大小應(yīng)該小于40J，即小球的機械能是在160J的基礎(chǔ)上，減去一個小于40J的數(shù)，即160J﹣40J＝120J，即最終的機械能大于120J，故A符合題意。故選：A?！咀兪骄毩?xí)5】用輕繩將小球系好后，固定在天花板上，做成一個擺，如圖所示，小球在a點由靜止釋放，經(jīng)過最低點b點后到達右端最高點c點，整個運動過程中存在空氣阻力，對小球從a點向右擺動到c點的過程，下列說法中正確的是（）A.a點和c點等高 B.小球的機械能守恒 C.小球在c點機械能最小 D.小球在b點機械能最大【答案】C【解析】由于存在空氣阻力，小球的機械能會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其機械能會一直變??；動能的大小與質(zhì)量和速度有關(guān)，重力勢能的大小與質(zhì)量和高度有關(guān)。解：由于存在空氣阻力，小球的機械能會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即小球的機械能不守恒，機械能會一直變小，所以小球從a到b到c的過程中，小球在c點機械能最??；由題意可知在a、c兩點時小球的速度為0，動能相同，由于c點的機械能最小，且機械能等于動能與勢能的總和，所以小球在c點的重力勢能小于在a點的重力勢能，則c點的高度要小于a點的高度，綜上所述，C正確。故選：C。四、機械能和其他形式的能的轉(zhuǎn)化：【例題6】將皮球從離地某一高度O點處水平拋出，球落地后又彈起，它的部分運動軌跡如圖所示，下列說法正確的是（）A.皮球經(jīng)過同高度的A、B兩點時動能相等B.皮球第一次反彈后到達最高點P點時速度為零C.皮球在D點時的機械能小于在C點時的機械能D.皮球在D點時的動能大于在C點時的動能【答案】C【解析】A、由圖知，每次小球反彈后到達的最高點都比上一次的最高點要低，說明小球運動時受到空氣阻力，其機械能逐漸變小；機械能是物體動能與勢能的總和，同一小球在A、B兩點高度相同則重力勢能相同，據(jù)此比較小球在A、B兩點的動能大小。B、從軌跡來看，小球既有豎直方向的速度又有水平方向的速度。C、小球運動時受到空氣阻力，其機械能逐漸變小，根據(jù)兩點的先后順序可判斷小球機械能的大小。D、根據(jù)機械能不守恒和重力勢能的大小分析動能的大小。解：A、由圖可知，每次小球反彈后到達的最高點都比上一次的最高點要低，說明小球運動時受到空氣阻力，其機械能逐漸變小，則在A點的機械能大于在B點的機械能；同一小球在A、B兩點的高度相同則重力勢能相同，因機械能是物體動能與勢能的總和，所以在A點的動能大于在B點的動能；故A錯誤。B、小球在最高點時，豎直方向的速度為零，但是仍然能往右運動，說明小球還具有水平方向速度，所以皮球第一次反彈后到達最高點P點時速度不為零，故B錯誤。C、由A可知，小球運動時受到空氣阻力，其機械能逐漸變小，D點在C點之后，故在D點的機械能小于在C點的機械能；故C正確。D、皮球在D點時的高度大于在C點時的高度，則在D點的重力勢能大于C點的重力勢能，由于在D點的機械能要小于C點的機械能，且機械能等于動能和勢能的總和，所以皮球在D點時的動能小于在C點時的動能，故D錯誤。故選：C?！咀兪骄毩?xí)6】下列圖形中，不屬于機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是（）A.滑下滑梯B.彎折鐵絲C.做功沖程D.壓縮點火【答案】C【解析】生活中存在很多機械能和其他形式能的轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，分析選項中的實例，明確消耗能量與得到的能量可做出判斷。解：A、滑下滑梯時，克服摩擦做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A不符合題意；B、彎折鐵絲，對鐵絲做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B不符合題意；C、內(nèi)燃機的做功沖程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，故C符合題意；D、壓縮點火