3.2 机械能转化模型讲义----2023-2024学年浙教版科学九年级上册

机械能转化模型 【知识回顾】 质量（m) 速度（V) 动能大小影响因素 动能 重力势能大小影响因素 机械能质量（m) 高度（h) 重力势能 弹性势能大小影响因素 势能 形变量/形变程度 弹簧的材料、粗细 弹性势能 【机械能转化模型】 模型一：竖直弹簧模型、蹦极模型 质量为m的小球从O点静止下落，落在竖直放置静止的轻质弹簧上，到达B点时小球重力与弹簧的弹力大小相等，图中A点是弹簧自然伸长的原长点，C点是小球到达的最低点（不计空气阻力） 知识拓展： 1. 合力方向与运动方向相同，速度增大；相反则减小； 2. 机械能转化分析方法小妙招： 过程中减小的能量 增大的能量 （能量并不会凭空消失，也不会凭空创造） 1 思考：G F弹 1.在哪些阶段小球机械能守恒？ 2.将弹簧和小球看作一个体系，这个体系的机械能守恒吗？ 3.如果是需要考虑空气阻力，思考1和思考2的答案有什么变化？ 阶段/点 受力分析 速度变化 能量转化 O A G 只受重力 合力往下 速度(v)增大 重力势能 动能 A B G F弹 F弹<G 合力往下 速度(v)增大 重力势能 动能+弹性势能 B点 G F弹 F弹=G 合力为0 速度最大点 Vmax 动能最大点 B C F弹>G 合力往上 速度(v)减小 重力势能+动能 弹性势能 总结： 【机械能守恒的判断方法】 方法一：做功法 ①对于一个物体而言，只受到重力的作用时机械能一定守恒（只有重力对物体做功） ②对于多个物体组成系统而言，只有重力和系统内的弹力做功，系统机械能守恒 方法二：定义法 机械能守恒：物体具有的动能和势能发生相互转化，但是动能和势能的总和保持不变，我们称这个物体的机械能守恒。 只需要判断该物体的机械能有没有对外转化出去，如果只是自身动能与势能相互转化，那么自身的机械能总和不变，即机械能守恒，若有将机械能转化为其他物体的能量，则该物体机械能不守恒。 模型二：水平弹簧模型 分析要点：水平方向上进行受力分析，分析摩擦力与弹力大小关系，得出合力方向，从而确定速度变化。 考察要点： 滑块最后静止位置（从静止状态受力平衡角度思考） 1.若水平面不光滑，则最终可能静止在弹簧原长点、原长点左侧、原长点右侧 2.若水平面光滑，则最终只能静止在弹簧原长点 模型三：单摆模型 不计空气阻力,质量为m的小球从A点静止摆下 AB：重力势能转化成动能 BC：动能转化成重力势能 整个阶段，小球的机械能守恒 小球在B点绳子突然断开，小球会做平抛运动； 小球在C点绳子突然断开，小球会竖直下落。 模型四：抛体模型 竖直上抛与平抛运动的区别： 竖直上抛最高点速度为0 平抛运动最高点速度不为0 模型五：斜面轨道模型 【例题精讲】 题型一：竖直弹簧模型、蹦极模型 【例1】（2023•西湖区模拟）一中间有孔的木块套有光滑杆，用手将该木块按压至距桌面H0处（如图甲），松手后，木块将上升到最大高度H（如图乙）。若摩擦忽略不计，则木块上升过程中（　　） A．弹簧的弹性势能逐渐增大 B．弹簧的弹性势能先增大后不变 C．木块的机械能逐渐增大 D．木块的机械能先增大后不变 【变式1】弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结构如图甲所示。图乙是小金玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过程，其中b是弹簧处在原长的状态，针对此过程分析正确的是( ) A. a→b,小金的机械能不断增加，在b时动能最大 B. b→c,弹簧的弹性势能转化为小金的重力势能 C.在a状态时弹簧的弹性势能最大 D.在c状态时小金的机械能达到最大 【变式2】如图甲所示，小球从某高度处静止下落到竖直放置的轻弹簧上并压缩弹簧。从小球刚接触到弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，得到小球的速度v和弹簧被压缩的长度Δl之间的关系，如图乙所示，其中b为曲线最高点。不计空气阻力，弹簧在整个过程中始终发生弹性形变，则小球(　　) A． 受到的弹力始终不变 B． 运动过程动能一直增大 C．运动过程机械能不变 D．在b点时重力等于弹力 【变式3】（2021江南实验）如图(甲)所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t=0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上