1、专题13 动能、势能和机械能讲和练1.了解：机械能概念。2.会：解释生活中利用动能或势能的现象。3.理解：动能和势能的概念。4.掌握：影响物体动能和势能大小的因素；机械能守恒定律。1.（2017广元）如图甲所示是小张“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验装置。（1）小张让大小不同的实心钢球从同一斜面上相同的高度处由静止滚下，在水平面上运动并推动木块移动，是为了探究动能大小与 的关系；（2）同班同学小红发现，木块被钢球撞击后移动的距离没有其他同学的明显，认为是木块太重导致滑动摩擦力过大的原因造成。为了验证猜测，小红设计了如图乙所示“探究滑动摩擦力与压力大小关系”的实验，当接触面粗糙程度不变，用弹
2、簧测力计拉动木块匀速直线运动时，通过多次实验得到了表格中的相关数据，请你根据表中数据帮她分析并得出，滑动摩擦力f与压力F之间的数量关系式为 。实验次数12345木块对木板压力F/N23456弹簧测力计读数f/N0.60.91.21.51.8【答案】（1）质量；（2）f=0.3F。【解析】（1）影响动能大小的因素是物体质量和运动速度；小明选用大小不同的钢球，故其质量也不同，如果从同一斜面的同一高度静止滚下，它们的速度相同，故实验是为了探究动能大小与质量的关系。（2）由表哥中的数据，可求得f1=0.3F；滑动摩擦力的大小等于拉力大小，即弹簧测力计的示数，故滑动摩擦力的大小与压力之间的关系为：f=0
3、.3F。2.（2017扬州）扬州城区的高层建筑越来越多，但高空抛物却存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的（ ）。A弹性势能 B重力势能 C体积 D阻力【答案】B。【解析】物体的重力势能与物体的高度有关，物体的质量越大、高度越高，重力势能越大，所以高处的物体具有较大重力势能，故B正确为答案。3（2023年临沂）如图所示，单摆中的小球在ABC间不停地往复运动，如果不考虑阻力的影响，以下说法错误的是（）A小球在A、C处的势能最大；B小球在B处只受重力作用；C小球由A到B过程中，重力势能转化为动能；D小球运动到C处时，如果受到的外力全部消失，将保持静止【答案】B。【解析】A、小球的质量不变，在
4、A、C处的高度最高，重力势能最大，故A正确；B、小球在B处受到重力和绳子的拉力的共同作用，故B错误；C、小球由A到B过程中，不计阻力，机械能守恒，高度减小，速度增加，重力势能减小，动能变大，重力势能转化为动能，故C正确；D、小球运动到C处时，处于静止状态，如果受到的外力全部消失，小球仍然会静止，故D正确。故选B。4（2023年潍坊）某同学在探究弹性势能大小与形变量的关系时，猜测弹性势能可能与形变量x成正比，也可能与形变量的平方x2成正比。用如图装置进行探究，将弹簧套在光滑竖直杆上且底端固定在水平面上，刻度尺与杆平行，进行了如下操作：弹簧处于自由状态时，读出其上端距水平面的高度h0；将中间有孔的
5、小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出此时弹簧上端到水平面的高度h1；释放小铁块，当铁块上升到最大高度时，读出铁块下端到水平面的高度h2；改变弹簧的压缩长度，重复步骤，将测出的数据记录在表格中，并计算出弹簧的形变量x、形变量的平方x2和小铁块上升的距离h实验次数h0/mh1/mh2/mx/mX2/m2h/m10.500.400.550.400.010.1520.500.300.900.200.040.6030.500.201.550.300.091.3540.500.152.000.350.121.85（1）实验中弹簧的形变量x= （用所测物理量符号表示）；（2）本实验中，弹簧
6、弹性势能大小是通过 来间接反映的；Ah1 Bh2 Ch2h0 Dh2h1（3）该同学根据表中数据分别做出图甲hx和图乙hx2图象，由此得到的结论是弹簧弹性势能的大小与 成正比【答案】（1）h0h1；（2）D；（3）形变量的平方。【解析】（1）弹簧的形变量x等于弹簧的原长度h0减去弹簧被压缩后的长度h1，即x=h0h1；（2）实验中弹性势能的大小时通过铁块被弹起的高度来间接的反应，即铁块到达的最高点h2减去弹簧被压缩的最低点h1，即h2h1，故D正确；（3）由表可知h=15x2，h与x2成正比例函数关系，图象为过原点的直线，即弹簧弹性势能的大小与形变量的平方成正比。答案：（1）h0h1；（2）D
7、；（3）形变量的平方。5.（2017眉山）如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道绕地球运行，下列说法正确的是（ ）。A卫星在近地点时，动能最大，机械能最大；B卫星在远地点时，势能最大，机械能最大；C卫星从近地点向远地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变；D卫星从远地点向近地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变【答案】C。【解析】卫星在近地点时，速度最大，动能最大，距离地球最近，势能最小，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故A错误。卫星在远地点时，速度最小，动能最小，距离地球最远，势能最大，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故B错误
8、。卫星从近地点向远地点运行时，速度越来越小，动能逐渐减小，距离地球越来越远，势能逐渐增大，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故C正确。卫星从远地点向近地点运行时，速度越来越大，动能逐渐增大，距离地球越来越近，势能逐渐减小，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故D错误。6.（2017广州）电梯匀速上升过程中，电梯的（ ）。A.动能保持不变 B.机械能保持不变 C.重力势能保持不变 D.动能转化为重力势能【答案】A。【解析】动能与质量和速度有关，质量越大，速度越大，动能越大；重力势能与质量和高度有关，质量厚度越大，重力势能越大。因为电梯匀速，因此动能不
9、变；又因为上升，所以重力势能增大，机械能是重力势能和动能之和。因此机械能增大。7.（2017绵阳）2017年4月20日19点41分在文昌航天发射场，长征七号重型运载火箭搭载天舟一号货运飞船发射升空。该型号火箭以液氧煤油为燃料，在火箭加速上升过程中（ ）。A. 液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的机械能；B. 液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的动能；C.天舟一号的动能和重力时能都增大；D.天舟一号的动能转化为重力势能【答案】C。【解析】飞船发射升空后，高度在增加，速度也在增加，且与空气之间有摩擦力产生，所以燃料燃烧放出热量转化为火箭和天舟一号的机械能以及火箭和天舟一号克
10、服阻力所做的功，故A、B均错误。天舟一号速度增加，动能增大，高度增加，重力势能增大，故C正确。天舟一号的动能和势能没有转化，二者的增加均来自燃料的燃烧内能的转化，故D是错误的。一、 动能1.什么是动能：物体由于运动而具有的能。如图（1）所示，物体都具有动能。行驶的汽车飞翔的小鸟空中的客机自由下落的小球图（1）运动的物体2.影响动能的因素物体动能的大小与两个因素有关：一是物体的质量，二是物体运动的速度大小。当物体的质量一定时，物体运动的速度越大其动能越大，物体的速度越小其动能越小；具有相同运动速度的物体，质量越大动能越大，质量越小动能越小。3.动能是“由于运动”而产生的，一定不要把它理解成“运动
11、的物体具有的能量叫动能”，不运动的物体也具有能量，但不具有动能。例如在空中飞行的飞机，不但有动能而且还具有其它形式的能量。二、势能1.重力势能：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。（1）重力势能的大小与质量和高度有关。物体的质量越大，被举得越高，则它的重力势能越大。（2）重力势能是“被举高”这个原因而产生的，一定不要把它理解成“被举高的物体具有的能量叫重力势能”，被举高的物体具有重力势能，同时也具有其他形式能量。例如在空中飞行的飞机，不但有重力势能而且还具有其它形式的能量。2.弹性势能：物体由于发生弹性形变，而具有的能叫做弹性势能。如图（2）所示，撑杆跳高时弯曲的杆、拉开的弓箭都具有弹性
12、势能。弹性势能的大小与弹性形变的程度有关；形变程度越大，其弹性势能越大。撑杆跳高拉开的弓箭三、机械能及其转化1.动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。2.动能与势能的相互转化（1）在一定的条件下，动能和重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块，从低处抛向高处，再从高下落的过程中，先是动能转化为重力势能，后又是重力势转化为动能。（2）在一定的条件下，动能和弹性势能之间可以相互转化。如跳水运动员，在起跳的过程中，压跳板是动能转化为弹性势能，跳板将运动员反弹起来是弹性势能转化为动能。（3）机械能守恒：如果一个过程中，只有动能和势能相互转化，机械能的总和就保持不变，这个规律叫做机械能守恒。（4）水能和
13、风能的利用：自然界的流水和风能都是具有大量机械能的天然资源。利用水能发电，一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。利用风能发电，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”联在一起供电。考点一：动能【经典例题】（2023年潍坊）无人机已被应用于诸多领域，如图所示是一款四翼无人机。在无人机匀速上升过程中，对其分析正确的是（ ）。A质量增加B动能增加C重力势能增加D机械能不变【解析】无人机匀速上升过程中，无人机的质量不变，高度增大，重力势能增大；速度不变，质量不变，其动能不变；无人机上升过程中，没有发生弹性形变，不具有弹性势能，所以机械能等于
14、重力势能与动能的总和，重力势能增大，动能不变，其机械能增大。故选C。【点睛】从动能和重力势能大小的影响因素进行判断。（1）动能大小跟质量、速度有关。质量一定时，速度越大，动能越大；速度一定时，质量越大，动能越大。（2）重力势能大小跟质量、被举得高度有关。被举得高度一定时，质量越大，重力势能越大；质量一定时，高度越高，重力势能越大。【趁热打铁】1（2023年绵阳）2023年年1月3日，嫦娥四号实现了人类探测器首次成功在月球背面软着陆。嫦娥四号探测器在距离月球表面100米高处悬停，对月球表面识别，并自主避障，选定相对平坦的区域后，开始缓慢地竖直下降，最后成功软着陆。从距离月球表面100米到软着陆在
15、月球表面的过程中，嫦娥四号探测器的重力势能_，机械能_。（选填“增加”或“不变”或“减少”）【答案】减少；减少。【解析】嫦娥四号从距离月球表面100米到软着陆在月球表面的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减少；该过程中其速度减小，动能减少；探测器没有发生弹性形变，不具有弹性势能，则机械能等于重力势能与动能的总和，所以其机械能减少。故答案为：减少；减少。【点睛】从重力势能和动能大小的影响因素进行判断，又因为机械能等于动能和势能的总和，然后判断机械能的变化。2.（2023年湖州）打网球已成为我国青少年喜欢的体育运动项目，如图甲为快速飞行的网球遇到迎面而来的球拍时的三个瞬间，图乙为用频闪相机拍摄的网球离开球拍后在空中飞行过程的照片。
