11.4机械能及其转化讲义 2024-2025学年人教版物理八年级下册

第十一章 功和机械能 11.4 机械能及其转化 ★学习目标 1.了解机械能概念； 2.会分析动能和势能之间的转化过程； 3.会利用机械能分析生活中常见动能与势能之间的转化例子； 4.能利用所学知识解析有关问题。 观察与思考：观察甲乙两图，回答问题 1.甲图中，过山车上下运动，游客具有的重力势能将如何变化？ 2.乙图中，单摆在来回摆动过程中动能和重力势能的变化满足怎样的规律？ 回答1：过山车在上升阶段，游客重力势能增加；下降阶段，重力势能减小。 回答2：单摆在来回摆动过程中，重力势能和动能都在发生变化。重力势能增加时，动能减小；重力势能减小时，动能增加。 一、机械能 机械能：动能与势能的总和称为机械能；机械能=动能+势能。 从前面的学习，我们可以认识到能量是跟做功有密切联系的概念，能量反映了物体具有做功的本领，能量的大小可以用能够做功的多少来衡量。因此，动能、势能和机械能的单位跟功的单位相同，也是焦耳（J）。 二、机械能及其转化小实验 观察单摆在摆动运动过程中动能与势能是如何变化的。 实验步骤：用细线把一小球悬挂起来，将小球从位置B拉到位置A，松手释放小球，观察小球在位置A→B→C过程中，高度和速度变化，并分析其动能和势能的变化情况。 动能和势能是可以互相转化的。动能可以转化为势能，势能也可以转化为动能。 动能与势能之间转化例子很多： 三、机械能守恒 只有动能和势能相互转化时，机械能综合保持不变，就称为机械能守恒。 物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果不受阻力，机械能的总量保持不变。这就是：机械能转化和守恒定律。 四、水能和风能的利用 动能和势能可以互相转化，在一定条件下，机械能也可以和其他形式能（如光能、风能、水能等）相互转化。 水能：自然界的瀑布、湍流、急速的河水和海浪都能做功，都具有(机械)能量。 水流量越大，落差（上下游水位差）越大，水流能越大。（如水电站） 自然条件： 1.地形：有集水区，落差大。 2.地质：地质条件稳定。 3.气候：年降水量大（年降水量稳定更好）。 4.河流流量大。 5.河流的含沙量小（泥沙不易淤积）。 风能：流动的风具有能量 风是流动的空气，风把风筝吹到天空，也就是对风筝做功； 风能使你做的小风车飞转，即对小风车做功。所以，风具有机械能。 优点：不会枯竭，利用比较简单，不污染环境； 缺点：单机容量小，不稳定，变化大。 【学以致用】 1.（多选题）为了更好的推进习总书记提出的“一带一路”发展战略，我国计划发射十八颗通信卫星，为沿线国家提供服务。下列关于人造卫星说法中，正确的是（ 　）。 A．卫星运动到近地点时，动能最大，重力势能最小； B．卫星运动到远地点时，动能最大，重力势能最小； C．卫星由近地点向远地点运动，重力势能转化为动能； D．卫星由远地点向近地点运动，重力势能转化为动能。 2.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 3.2017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 4.跳伞运动员在空中匀速直线下降的过程中，关于运动员下列说法正确的是（　　）。 A．动能不变，重力势能不变，机械能不变； B．动能变大，重力势能变小，机械能不变； C．动能不变，重力势能交小，机械能变小； D．动能变小，重力势能变小，机械能变小 5.2023年6月7日,在川投田湾河金窝水电站,国内首台单机容量最大功率150兆瓦级大型冲击式转轮(水轮机的核心部件)正式投入运行。这标志着我国实现了大型冲击式机组从设计、制造到运行的全面自主化。以下有关说法正确的是 (　　) A.水轮机带动发电机发电时将电能转化为机械能 B.运动的水流冲击水轮机使水轮机转动,水流的动能全部转移为水轮机的动能 C.水从高处下落时,动能转化为重力势能 D.水力发电站要想发出更多的电,就要储存更多的水,将水位提升得更高,从而提高水的重力势能 6.如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，到A点处弹性绳自然伸直。B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点（忽略空气阻力），下列说法正确的是（　　） A．从O点到C点运动员速度一直减小 B．从O点到C点运动员的机械能一直在增大 C．从O点到A点运动员的机械能不变 D．运动员在A点时速度最大 【基础知识•过关检测】 1.（2024·黑龙江大庆·中考真题）神舟十八号是中国载人航天工程第十八艘载人飞船，于2024年4月25日，在酒泉卫星发射中心发射成功。中国国旗随神舟十八号载人飞船搭载进入中国空间站，由神舟十八号航天员乘组与神舟十七号航天员乘组进行了太空传递和在轨展示。在飞船加速上升的过程中，若不考虑其质量的变化，下列分析正确的是（    ） A．重力势能增加，动能不变 B．重力势能减少，动能增加 C．重力势能增加，动能增加 D．重力势能不变，动能不变 2.（2024·内蒙古呼和浩特·中考真题）如图所示，海天同学将小球由a点静止释放，小球在管道内沿abcd运动，ab段和bc段内壁光滑，cd段内壁粗糙，a点略高于c点，b点与d点等高。下列说法正确的是（    ） A．从a到c的过程中，小球重力势能不变 B．小球在c、d两点的动能可能相等 C．从a到d的过程中，小球运动到d点时，动能最大 D．从a到d的过程中，小球机械能守恒 3.（2024·山东潍坊·中考真题）（多选）弹簧置于光滑管内，下端固定在水平地面上，上端与管口平齐。如图所示，将一直径略小于管的小球放在弹簧上端，先后两次向下按压弹簧到不同位置后释放小球，小球沿竖直方向运动，第一次小球到达的最高点为a，第二次小球到达的最高点为b，c为小球运动路径上的一点，小球所受空气阻力忽略不计，则先后两次（    ） A．第一次释放小球时弹簧的弹性势能大 B．小球由c到b过程，弹性势能转化为重力势能 C．小球上升过程，经过c点时的重力势能相等 D．小球上升过程，经过c点时的机械能相等 4.（2024·山东青岛·中考真题）（多选）如图是小明家附近山景公园的等高线图．周末小明爬山锻炼身体，他的质量60kg，在他匀速下山过程中，下列判断不正确的是（　　） A．小明的机械能守恒 B．小明的动能逐渐增大 C．小明的重力势能逐渐减小 D．小明从B点到A点重力做功 5.（2024·山东泰安·中考真题）在“探究动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让小车从斜面上由静止滑下，撞击放在水平面上的木块，小车推动木块滑行一段距离后停止，实验过程如图所示。下列说法正确的是（    ） A．实验中木块被推出距离的远近反映小车动能的大小 B．由甲、乙两图可知，小车动能的大小与质量有关 C．由乙、丙两图可知，小车动能的大小与速度有关 D．小车从斜面上滑下其重力势能转化为动能，机械能增大 6.（2022·黑龙江大庆·中考真题）雨滴从高空沿直线竖直下落，由于空气阻力的作用，雨滴先加速后匀速运动，可认为雨滴受到的空气阻力与速度的平方成正比，且比例系数不变。关于雨滴下落过程中下列说法正确的是（　　） A．匀速下落时，质量大的雨滴速度比质量小的雨滴速度大 B．雨滴一直处于平衡状态 C．雨滴下落过程中机械能保持不变 D．雨滴只有在加速下落过程中才有力对它做功 7.（2021·江苏南通·中考真题）跳伞运动员从高空跳下后沿直线向下做加速运动降落伞打开后开始减速，落地前运动员的速度已减至安全值且保持不变，若把运动员和降落伞作为一个整体进行研究，则（　　） A．加速运动时动能转化为重力势能 B．减速运动时所受的阻力大于重力 C．匀速直线运动时机械能保持不变 D．整个过程中所受的阻力保持不变 8.（2021·内蒙古包头 ·中考真题） 关于排球运动中涉及的物理知识。下列说法正确的是（　　） A．运动员发球时，手对球的力大于球对手的力 B．将球发出后，球在空中运动过程中手对球做功 C．排球被垫起后，向上运动过程中，速度减小，惯性不变 D．运动员大力扣球，排球落地后弹起的高度一定低于扣球点 9.（2023·四川南充·中考真题）体育课上小唐同学进行传接排球训练，他将球斜向上抛出，球的运动轨迹如图所示，a、b、c、d为轨迹上的点，其中a、c两点高度相同，不计空气阻力，则球在a点的机械能__________d点机械能（选填“大于”、“小于”、“等于”）；球在a、b、c、d四点中________点的重力势能最大。 10.[2023·山东日照·中考真题]2022年8月14日，山东省第二十五届运动会跳水决赛在日照市游泳中心跳水馆完美收官，为助推我市体育事业的发展注入了强大动力。如图所示，某次跳水比赛中，运动员站立在跳台上的A点，然后保持直立姿势从跳台上竖直向上弹跳后腾空，至最高点B处后自由下落，至C点落入水中。关于上述运动过程运动员腾空后的机械能，下列分析正确的是（不计空气阻力）（　　） A．运动员在C点时，动能最大、重力势能最小  B．运动员从A点运动到C点的过程中，机械能守恒 C．运动员从A点运动到B点的过程中，动能逐渐增大 D．运动员从B点运动到C点的过程中，重力势能逐渐增大 11.[2017·四川广元·中考真题]下列说法错误的是（ ） A．“天宫二号”在太空围绕地球运转的过程中，机械能守恒 B．1个标准大气压的值与高度为76cm水银柱产生的压强大小相等 C．国产大飞机C919机翼能获得升力，是应用了流体流速越大的地方压强越大的原理 D．放在水平桌面上的物理课本受到的重力与桌面对它的支持力是一对平衡力 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十一章 功和机械能 11.4 机械能及其转化 【学以致用】 1. D解析A．卫星运动到近地点时，速度最大，距离最近，所以动能最大，重力势能最小，故错误；B．卫星运动到远地点时，速度最小，距离最远，所以动能最小，重力势能最大，故错误；C．卫星由近地点向远地点运动，速度越来越小，动能越来越小，同时距离地球越来越远，重力势能越来越大，动能转化为重力势能，故错误；D．卫星由远地点向近地点运动，速度越来越大，动能越来越大，同时距离地球越来越近，重力势能越来越小，重力势能转化为动能，故D正确。故选D。 2. C 解析A.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；B.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；C.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；D.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。故选C。 3. C 解析A.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；B.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；C.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；D.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。故选C。 4. C 解析 A.液氧煤油燃烧放出的热量一部分转化为机械能,一部分转化为内能,故A错误;液氧煤油燃烧放出的热量一部分转化为动能,一部分转化为内能,故B错误;在火箭加速上升过程中,质量不变,速度增大,动能增大;高度增大,重力势能增大,故C正确;在火箭加速上升过程中,动能增大,重力势能增大,是燃料燃烧释放的内能转化为机械能,故D错误。C 5. D解析 跳伞运动员在空中匀速直线下降的过程中，运动员的质量不变，速度不变，所以动能不变；同时质量不变，高度减小，所以重力势能减小，因机械能等于动能与势能的总和，所以机械能变小。故选D 6. D 解析 从O点到C点,运动员先做自由落体运动,后受到弹性绳的弹力,弹性绳伸长,运动员做减速运动,当弹性绳的弹力等于运动员的重力时,运动员又做自由落体运动,所以从O点到C点,运动员的速度先增大后减小再增大,故A错误;从O点到C点,运动员的机械能先减小后增大,故B、C错误;从O点到A点,运动员只受重力,机械能守恒,故D正确。 【基础知识•过关检测】 1.C解析：飞船加速上升，速度增大，动能增加；高度升高，重力势能增加。 2.D 解析：ab、bc段光滑无摩擦，a略高于c，a到c重力势能转化为动能和重力势能，重力势能变小；cd段粗糙有摩擦，c到d动能因摩擦损耗，两点动能不相等；a到d过程，b点最低，重力势能最小，动能最大；ab和bc段无摩擦，机械能守恒。 3.D 解析：第二次小球到b点更高，弹性形变更大，第二次弹簧弹性势能大；小球由c到b，弹性势能先转化为动能和重力势能，离开弹簧后动能转化为重力势能；c点高度不变，重力势能相等；不考虑空气阻力，小球机械能守恒，经过c点机械能相等。 4.ABD 解析：A：匀速下山，动能不变，高度降低重力势能减小，机械能减小，不守恒。B：匀速运动，速度不变，质量不变，动能不变，并非增大。C：高度降低，质量不变，重力势能减小，该项正确，不符合“不正确”要求。D：经计算重力做功不是6×10^{3}J 5.A 解析：实验用转换法，木块被推出距离反映小车动能大小；甲、乙两图小车质量相同，高度不同，探究动能与速度关系；乙、丙两图小车高度相同，质量不同，探究动能与质量关系；小车下滑重力势能转化为动能，因摩擦机械能减小。 6.A 解析：匀速下落时，重力和阻力平衡，阻力与速度平方成正比，质量大的雨滴重力大，平衡时速度大；加速下落时非平衡状态；下落时克服阻力做功，机械能减小；加速和匀速下落时，重力都做功。 7.B 解析：加速运动时重力大于阻力，是重力势能转化为动能和内能；减速运动时阻力大于重力；匀速直线运动时速度不变，动能不变，高度降低，重力势能减小，机械能不守恒；整个过程阻力变化。 8.C 解析：物体间力的作用相互，手对球和球对手力大小相等；球在空中时，手对球无力，不做功；排球被垫起向上运动，质量不变，速度减小，惯性只与质量有关，惯性不变；大力扣球，若有能量补充，排球弹起高度可能高于扣球点。 9. 等于；b 解析：不计空气阻力，机械能守恒，a点机械能等于d点；b点最高，重力势能最大。 10.B 解析：不计空气阻力，机械能守恒；C点最低，重力势能最小，动能最大；A到B，速度减小，动能减小；B到C，高度降低，重力势能减小。 11.C 解析：“天宫二号”绕地球转，无阻力，机械能守恒；1标准大气压约等于76cm水银柱产生压强；飞机机翼升力是因流体流速越大压强越小；课本静止在桌面，重力和支持力是平衡力。 学科网（北京）股份有限公司 $$