3.2机械能-2023-2024学年九年级科学上册同步精讲精练（浙教版）

第3章　能量 3．2　机械能 【知识必备】 考点一 动能 1.定义：物体由于运动而具有的能量叫做动能。例如：飞翔的小鸟、行走的人、行驶的汽车、掷出的铅球等，都具有动能。 2.影响动能大小的因素：物体的质量和运动速度。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大。运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 注意：判断物体是否具有动能的依据是看物体“是否运动”。一切运动的物体都具有动能。在判断分析物体动能的大小或动能的变化时，应该注意：物体的动能由物体的质量和其速度共同决定，要同时考虑物体的质量和物体的速度两个因素，不能只考虑其中的一个因素。 例1如图所示是“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验装置。 (1)实验中通过观察______________________的大小，来判断钢球动能的大小。 (2)实验中为了研究动能的大小与质量的关系，需要控制钢球撞击时的速度不变，具体的控制方法是_______________________________________________________。 点拨：实验中动能大小是通过观察木块被钢球撞击后滑行的距离来衡量的，利用了转换法；研究动能大小与质量的关系时，让钢球从同一高度自由滚下，钢球撞击时的速度不变，这是利用了控制变量法。 考点二 势能 1.重力势能 (1)定义：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。 (2)影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体被举高的高度。物体的质量越大，被举得越高，具有的重力势能就越大。 2.弹性势能 (1)定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。例如：张开的弓、拉长的橡皮筋、弯曲的钢条等由于发生弹性形变而具有弹性势能。 (2)影响弹性势能大小的因素：物体形变的大小。物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。 方法：重力势能与质量和高度有关，因此实验中用到控制变量法：保持物体的质量一定，让同一小球从不同高度下落，观察小球撞出的沙坑深度；保持高度不变，让不同质量的小球从同一高度落下，观察小球撞出的沙坑深度。 通过撞出的沙坑深度来比较重力势能的大小，运用了转换法。 例2 某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图3-2-2所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球质量均为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为和,C、D两球陷入沙深度均为，且。 (1)本实验中，铅球的重力势能大小是通过___________来反映的。 (2)比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：____________________________。 (3)比较A、C两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：____________________________。 (4)比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径____________ (选填“有关”或“无关”)。 点拨：解本题的关键是利用控制变量法的思想观察图片，控制的变量和不变量分别是什么，同时理解物体重力势能的大小是通过铅球陷入沙中的深度来体现的。 考点三 动能和势能的转化 1.动能和重力势能的相互转化 动能和重力势能之间的相互转化，一般发生在重力作用下的运动过程中。如：向上抛出的石块、单摆、滚摆，它们在上升的过程中，运动速度逐渐减小，动能逐渐减小，高度不断增加，重力势能不断增大，将减小的动能转化为自身的重力势能储存起来；反之在下落时，将储存的重力势能转化为动能。 2.动能和弹性势能的相互转化 物体的动能和弹性势能可以相互转化。当拉长橡皮筋时，橡皮筋就储存了弹性势能，放手后橡皮筋就会飞出去，橡皮筋的动能就是由绷紧的橡皮筋的弹性势能转化而来的。 方法：判断物体是否具有弹性势能，是看此物体是否发生弹性形变；判断物体弹性势能是否发生变化，是看此物体形变量是否变化。 3.机械能守恒 动能和势能之和称为机械能。动能和势能可以相互转化。如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量就保持不变，即机械能守恒。 注意：机械能守恒的条件是：只有动能和势能的相互转化，在有空气的空间中，演示滚摆的能量转化，由于存在空气阻力，滚摆的机械能会逐渐减小，即在动能和势能的转化过程中，还存在部分机械能转化成其他形式的能，机械能的总量是减少的。 4.动能和势能转化的应用 撑杆跳高、水力发电、人造地球卫星。 例3 如图是老师在课堂上进行的滚摆演示实验示意图，下列说法