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11 探究机械能守恒
一、能量的相互转化
1．各种形式的能量有：电能、热能、化学能、生物能，机械能（包括动能和势能）、光能、太阳能、水能、风能、原子核能、地热能、潮汐能等。
2．能量的相互转化实质上是能量的转化和转移过程，包括“消耗能量”、“利用能量”和“获得能量”。能量的转化普遍存在，如动能转化为势能，化学能转化为电能，生物能转化为势能，电能转化为光能和热能等 。
3．能量：一个物体能够做功，这个物体就具有能量，能量的单位是焦耳（J）。
4．能量的转化和守恒定律
①地球上大部分物质的能量直接或间接来源于太阳能， 原子核能、地热能、潮汐能等的最终来源不是太阳。
②能量守恒定律：能既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变， 这就是能量转化和守恒定律。
5.能量转移和转化的方向性
①能量只能从高能量的物体传向低能量的物体，而不能自发的逆向传递，这就是能量转移和转化的方向性；
②能量守恒定律告诉我们能量总量是不变的，但方向性告诉我们有些有用能量会越来越少的。根据能量守恒定律，永动机不能制造成功。
二、机械能
1．机械能：动能和势能的总和，叫机械能。
2．动能：物体由于运动而具有的能。动能的大小与物体的质量和速度有关，物体质量越大．运动速度越快，其动能也就越大。
3．势能可分为重力势能和弹性势能。
（1）重力势能是指物体由于被举高而具有的势能．它与物体的质量和物体被举高的高度
有关，质量越大．被举得越高，势发生形变能越大。
（2）弹性势能：物体由于而具有的势能，弹性形变越大，物体的势能就越大。
重要提示：1）.一切运动的物体都具有动能。
2）.物体只要被举高，就具有重力势能；物体发生弹性形变，就具有弹性势能。
4．机械能守恒定律：动能和重力势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果不受阻力。机械能的总量保持不变。
5．物体的动能和弹性势能也可以相互转化。
三、典型例题
【例1】自然界中存在着多种形式的能，下面对能的叙述中不正确的是（ ）
A. 贮存在食物中的能称为化学能 B. 钩码被举高后具有的能是动能
C. 声能是一种听得到的能量 D. 植物通过光合作用把光能转化为化学能
【例2】为了研究摆锤的摆动，小乐用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤从A点静止释放，利用频闪照相技术，拍摄摆锤在相同时间间隔的位置，如图所示。若不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A. 从A到O的过程中，摆锤重力做功，所以机械能逐渐增大你
B. 从A到O的过程中，摆锤重力势能减小，动能不变
C. 从O到B的过程中，摆锤克服重力做功，重力势能增大
D. 摆锤在B位置时只受重力和拉力，并且是这一对平衡力
【例3】某运动员做蹦极运动，如图甲所示，从高处0点开始下落，A点是弹性绳的自由长度，在B点运动员所受弹力恰好等于重力，C点是第一次下落到达的最低点。运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示(蹦极过程视为在竖直方向的运动)下列判断正确的是( )
A. 从0点到A点再到B点过程中运动员机械能守恒
B. 从A点到B点再到C点过程中弹性绳的弹性势能先增大后减少
C. 从C点到B点再到A点过程中运动员动能先增大后减少，运动员所受重力小于F0
D. 从C点到B点再到A点过程中弹性绳的弹力一直减少，运动员所受重力大于F0
A组 基础训练
1、如图是雨滴在空中下落过程中速度与时间的关系图。雨滴在t1~t3三个时刻中具有的动能分别是E1、E2、E3，不考虑下落过程中雨滴的质量变化，则动能的大小关系是（ ）
A.E1E2>E3 C.E12、如图，小球从左侧的斜坡滚下，到达底端后又沿着右侧斜坡向上滚到最高处， 则下列图像能正确代表小球重力势能与运动时间t之间对应关系的是（ ）
A. B. C.D.
3、随着中国经济的高速发展，高速铁路出行成为了人们日常的最佳选择。高速列车安全性好、速度快、能耗低，利用电力牵引，不消耗宝贵的石油等液体燃料。目前最快高铁已达到605km/h，高铁启动时能量的转化是 （ ）
A. 水能转化成电能 B. 电能转化为机械能
C. 电能转化为核能 D. 电能转化为内能
4、冲击钻是一种打孔的工具。工作时，钻头在电动机带动下不断地冲击墙壁打出圆孔。冲击钻在工作的过程中（ ）
A. 只有电能和内能的转化 B. 只有电能和机械能的转化
C. 有电能、机械能和内能的转化 D. 没有机械能和内能的转化
5、如图所示，无人机在空中匀速上升时，不断增加的能量是（ ）
动能 B. 动能、重力势能 C. 重力势能、机械能 D. 动能、重力势能、机械能
6、我国火箭回收方式是：火箭消耗完燃料后将自动脱离飞船，借助降落伞落回地面，如图所示，匀速下落过程中，关于火箭能量变化说法错误的是 ( )
A. 动能不变，机械能减小 B. 重力势能减小，机械能减小
C. 重力势能减小，转化为动能 D. 机械能减小，转化为热能
7、如图甲所示原长为l的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个质量为m的小钢球，将钢球从O点释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距离为2l。钢球从O点运动到A点的过程中，能表示其动能Ek随运动距离s变化关系的图像是图乙中的（ ）
A. B. C. D.
8、物体的运动形式是多样的，所以它们具有的能的形式也是多样的。汽车声具有________，家里的煤气具有________ ，通过电灯的电具有________。给小灯泡供电的干电池具有________，空中飞行的鸟具有________。
9、下图是同学们在科学课上利用易拉罐所做的几个实验。请分析回答：
（1）如图甲是一个由易拉罐做的“魔罐”，如图所示橡皮筋穿过罐身，外面连到吸管。旋转吸管，将罐放在桌面上，它就会运动起来。这是因为罐中橡皮筋积蓄的________转化为动能。
（2）如图乙让易拉罐从斜面上不同高度静止滚下，碰到同一木块上。此实验的目的是研究动能的大小与________的关系。
B组 自主提高
1、一辆汽车从一斜坡顶端匀速行驶到底端，在这一过程中汽车的（ ）
A. 重力势能减小，动能增大 B. 重力势能减小，机械能减小
C. 动能不变，机械能不变 D. 重力势能不变，机械能减小
2、跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员（ ）
A. 在助跑阶段，动能保持不变 B. 在起跳时，机械能最小
C. 在最高点时，动能最大 D. 从起跳到最高点的过程中，部分动能转化为重力势能
3、如图表示一个人站在匀速上升的电梯上，下列分析正确的是（ ）
电梯上升过程中，人的动能转化为重力势能
B. 电梯上升过程中，人的机械能不断增大
C. 电梯上升过程中，电梯对人的支持力大于人的重力
D. 人对电梯的压力与电梯对人的支持力是一对平衡力
4、蹦极是深受欢迎的户外运动，如图所示，不考虑空气阻力，关于蹦极者在下降过程中的能量分析，下列说法中正确的是________（可多选）

①弹性绳绷直前，重力势能减小，动能变大 ②弹性绳绷直瞬间动能最大
③下降到最低点动能最小 ④下降到最低点弹性势能最大
5、小苏同学所在的兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”。他们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。他们的实验装置如图所示，把弹簧放在水平面上，其左端固定在墙上，AO等于弹簧原长，水平面O点左侧光滑，右侧粗糙。将物体M从O点压缩弹簧到P点，然后由静止释放，当物体M运动到O点与弹簧分开，最终运动到Q点静止。
请补充完成他们的探究过程：
（1）弹簧弹性势能的大小比较是通过________；
（2）探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系，应该选用________(选填“相同"或“不同”)弹簧进行实验，并先后改变________之间的距离，测出OQ的距离，重复实验，测量多组数据并记录；
（3）小苏的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中，他们运用到了________等两种科学方法。
参考答案
三、典型例题
【例1】自然界中存在着多种形式的能，下面对能的叙述中不正确的是（ ）
A. 贮存在食物中的能称为化学能 B. 钩码被举高后具有的能是动能
C. 声能是一种听得到的能量 D. 植物通过光合作用把光能转化为化学能
【答案】 B
【例2】为了研究摆锤的摆动，小乐用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤从A点静止释放，利用频闪照相技术，拍摄摆锤在相同时间间隔的位置，如图所示。若不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A. 从A到O的过程中，摆锤重力做功，所以机械能逐渐增大你
B. 从A到O的过程中，摆锤重力势能减小，动能不变
C. 从O到B的过程中，摆锤克服重力做功，重力势能增大
D. 摆锤在B位置时只受重力和拉力，并且是这一对平衡力
【答案】 C
【例3】某运动员做蹦极运动，如图甲所示，从高处0点开始下落，A点是弹性绳的自由长度，在B点运动员所受弹力恰好等于重力，C点是第一次下落到达的最低点。运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示(蹦极过程视为在竖直方向的运动)下列判断正确的是( )
A. 从0点到A点再到B点过程中运动员机械能守恒
B. 从A点到B点再到C点过程中弹性绳的弹性势能先增大后减少
C. 从C点到B点再到A点过程中运动员动能先增大后减少，运动员所受重力小于F0
D. 从C点到B点再到A点过程中弹性绳的弹力一直减少，运动员所受重力大于F0
【答案】 C
A组 基础训练
1、如图是雨滴在空中下落过程中速度与时间的关系图。雨滴在t1~t3三个时刻中具有的动能分别是E1、E2、E3，不考虑下落过程中雨滴的质量变化，则动能的大小关系是（ ）
A.E1E2>E3 C.E1【答案】C
2、如图，小球从左侧的斜坡滚下，到达底端后又沿着右侧斜坡向上滚到最高处， 则下列图像能正确代表小球重力势能与运动时间t之间对应关系的是（ ）
A. B. C.D.
【答案】B
3、随着中国经济的高速发展，高速铁路出行成为了人们日常的最佳选择。高速列车安全性好、速度快、能耗低，利用电力牵引，不消耗宝贵的石油等液体燃料。目前最快高铁已达到605km/h，高铁启动时能量的转化是 （ ）
A. 水能转化成电能 B. 电能转化为机械能
C. 电能转化为核能 D. 电能转化为内能
【答案】 B
4、冲击钻是一种打孔的工具。工作时，钻头在电动机带动下不断地冲击墙壁打出圆孔。冲击钻在工作的过程中（ ）
A. 只有电能和内能的转化 B. 只有电能和机械能的转化
C. 有电能、机械能和内能的转化 D. 没有机械能和内能的转化
【答案】 C
5、如图所示，无人机在空中匀速上升时，不断增加的能量是（ ）
动能 B. 动能、重力势能 C. 重力势能、机械能 D. 动能、重力势能、机械能
【答案】 C
6、我国火箭回收方式是：火箭消耗完燃料后将自动脱离飞船，借助降落伞落回地面，如图所示，匀速下落过程中，关于火箭能量变化说法错误的是 ( )
A. 动能不变，机械能减小 B. 重力势能减小，机械能减小
C. 重力势能减小，转化为动能 D. 机械能减小，转化为热能
【答案】 C
7、如图甲所示原长为l的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个质量为m的小钢球，将钢球从O点释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距离为2l。钢球从O点运动到A点的过程中，能表示其动能Ek随运动距离s变化关系的图像是图乙中的（ ）
B. C. D.
【答案】 D
8、物体的运动形式是多样的，所以它们具有的能的形式也是多样的。汽车声具有________，家里的煤气具有________ ，通过电灯的电具有________。给小灯泡供电的干电池具有________，空中飞行的鸟具有________。
【答案】 声能 化学能 电能 化学能 机械能
9、下图是同学们在科学课上利用易拉罐所做的几个实验。请分析回答：
（1）如图甲是一个由易拉罐做的“魔罐”，如图所示橡皮筋穿过罐身，外面连到吸管。旋转吸管，将罐放在桌面上，它就会运动起来。这是因为罐中橡皮筋积蓄的________转化为动能。
（2）如图乙让易拉罐从斜面上不同高度静止滚下，碰到同一木块上。此实验的目的是研究动能的大小与________的关系。
【答案】 弹性势能 速度
B组 自主提高
1、一辆汽车从一斜坡顶端匀速行驶到底端，在这一过程中汽车的（ ）
A. 重力势能减小，动能增大 B. 重力势能减小，机械能减小
C. 动能不变，机械能不变 D. 重力势能不变，机械能减小
【答案】 B
2、跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员（ ）
A. 在助跑阶段，动能保持不变 B. 在起跳时，机械能最小
C. 在最高点时，动能最大 D. 从起跳到最高点的过程中，部分动能转化为重力势能
【答案】 D
3、如图表示一个人站在匀速上升的电梯上，下列分析正确的是（ ）
电梯上升过程中，人的动能转化为重力势能
B. 电梯上升过程中，人的机械能不断增大
C. 电梯上升过程中，电梯对人的支持力大于人的重力
D. 人对电梯的压力与电梯对人的支持力是一对平衡力
【答案】 B
4、蹦极是深受欢迎的户外运动，如图所示，不考虑空气阻力，关于蹦极者在下降过程中的能量分析，下列说法中正确的是________（可多选）

①弹性绳绷直前，重力势能减小，动能变大 ②弹性绳绷直瞬间动能最大
③下降到最低点动能最小 ④下降到最低点弹性势能最大
【答案】 ①③④
5、小苏同学所在的兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”。他们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。他们的实验装置如图所示，把弹簧放在水平面上，其左端固定在墙上，AO等于弹簧原长，水平面O点左侧光滑，右侧粗糙。将物体M从O点压缩弹簧到P点，然后由静止释放，当物体M运动到O点与弹簧分开，最终运动到Q点静止。
请补充完成他们的探究过程：
（1）弹簧弹性势能的大小比较是通过________；
（2）探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系，应该选用________(选填“相同"或“不同”)弹簧进行实验，并先后改变________之间的距离，测出OQ的距离，重复实验，测量多组数据并记录；
（3）小苏的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中，他们运用到了________等两种科学方法。
【答案】 M运动的距离OQ长度 相同 PO 控制变量法和转换法
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