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第15课时　
动能　势能　机械能及其转化
一、能量
1．物体能够 做功，就说这个物体具有能量，简称能．能量的单位是 ．
注意：能做功是指物体有做功的能力，但不一定要做功．
二、动能
2．定义：物体由于 而具有的能．
影响因素：物体的 和运动 ．物体的质量越大，速度越大，它的动能就
．
三、势能
3．重力势能：物体由于 而具有的能．
影响因素：物体的 和物体所处的 ．物体的质量越大，高度越高，它的重力势能就 ．
对外
焦耳
运动
质量
高度
越大
被举高
质量
高度
越大
4．弹性势能：物体由于发生 形变而具有的能量．
影响因素：物体弹性形变程度．在弹性限度内，物体的弹性形变 ，它具有的弹性势能就 .
四、机械能及其转化
5．动能、重力势能和弹性势能统称为 ．(机械能＝动能＋重力势能＋弹性势能)
6．机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能总和 (或者说机械能是 的)．但在转化过程中若存在摩擦力或空气阻力等消耗能量因素时，则机械能 守恒，总量会 ．
弹性
越大
越大
机械能
不变
守恒
不
减小
1．下图是导航卫星的轨道示意图，已知该卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中机械能守恒，该卫星从远地点向近地点运行过程中势能、动能、速度的变化是( )
A．势能增加、动能减小、速度减小
B．势能不变、动能不变、速度不变
C．势能减小、动能增加、速度不变
D．势能减小、动能增加、速度增加
D
2．掉在水平地面上的弹性小球会被弹起，而且弹跳的高度会越来越低．如图所示是小球弹跳的频闪照片，MN为等高线，小球在3、5位置的高度一样．下面说法正确的是( )
A．小球在位置4时的势能最大
B．位置3和5比较，它的机械能相同
C．小球从位置1到位置2的过程中，势能主要转化为动能
D．位置3和5比较，在位置5时动能相同，机械能较小
C
3．如图所示，滚摆在竖直平面内上下往复运动．当滚摆从上往下运动的过程中，滚摆的动能 ，重力势能 ；滚摆在上下往复运动的过程中，能上升到的最大高度会逐渐降低，这是由于克服空气阻力做功，机械能 (均选填“增大”“减小”或“不变”)．
增大
减小
减小
动能、势能及其相互转化(10年8考)
1．(冬奥热点)(2022·湖北)如图为运动员在2022年北京冬奥会单板滑雪男子大跳台比赛时在空中运动的轨迹，图中a、c两处等高，若不计空气阻力，下列说法正确的是( )
A．运动员从a处到b处重力势能转化为动能
B．运动员在a处和c处的重力势能相等
C．运动员在b处时的机械能最大
D．运动员从b处到d处速度逐渐减小
B
2．(2022版课标新增)(2021·广州模拟)如图所示是小孩滑滑梯时的情景．小孩在从滑梯上滑下的过程中，臀部有灼热感，小孩的重力势能将 (选填“变小”“不变”或“变大”)．若小孩开始下滑时具有900 J的机械能，刚要滑到地面时他的动能为60 J，此刻他的速度 (选填“等于0”或“不等于0”)，小孩具有的机械能 ．
变小
不等于0
变小
3．(2022版课标新增)明代学者宋应星著有《天工开物》，
如图所示是书中描绘古代劳动人民用桔槔汲水的场景．在应
用桔槔汲水的过程中，主要是借助人的体重向下用力，即把人
的 能转化为水的 能，本质上是一种 杠
杆，因而大大减轻了人们提水的疲劳感，汲水工具虽然简单却使人们的劳动强度得以降低，因而是古代中国主要的灌溉工具之一．
重力势
机械
省力
(1)运动员在a处和c处的质量不变，高度相等，所以重力势能相等；b处是由动能转化为重力势能，整个过程机械能是不变的(空气阻力不计)．
(2)小孩从滑梯上滑下的过程中，质量不变，高度降低，小孩的重力势能将减小；刚要滑到地面时他的动能为60 J，所以速度不为零；因克服摩擦做功，内能增加，机械能转化为内能，所以机械能变小.
方法点拨
4．(2022春·重庆期末)小红在操场上将皮球从a点斜向上抛出，皮球被抛出后的运动轨迹如图所示，a、c 两点处于同一高度(空气阻力不可忽略)．则下列判断正确的是( )
A．c、e 两点的机械能相等
B．b 点到d 点的过程中减小的重力势能全部转化为动能
C．a、c 两点的动能相等
D．五个标识点中b 点重力势能最大
判断物体的机械能是否守恒
D
5．(2022·南京模拟)小球在运动过程中经过M、N两点，其动能和重力势能的部分参数如图所示．下列的说法中正确的是( )
A．小球在M点时的速度比在N点大
B．小球在M点时的动能比在N点小
C．小球在N点时的重力势能为36 J
D．小球在运动过程中机械能守恒
B
方法点拨
(1)从能量的转化的角度分析，在球离开手后的运动过程中，或与空气摩擦，或与地面摩擦，使得一部分机械能损失掉，故从a点到e点的过程中，机械能越来越小．a、c点的高度相同，重力势能相同，a点的机械能要大于c点的机械能，所以a点的动能大．
(2)求出M点的机械能；根据重力势能所占的比例分析重力势能的大小关系；根据小球起跳的高度分析机械能的变化由图可知，小球起跳的高度越来越低，所以机械能是逐渐减小的，机械能不守恒．
实验二十　探究物体的动能跟哪些因素有关(常规实验)(近10年中，2013、2016年有实验专题考查)
【设计和实验】
1．实验方法：①转换法：通过 反映物体动能的大小．
②控制变量法：探究动能与小球质量的关系，使小球从同一斜面的同一 由静止滚下，使小球到达水平面的 相同；探究动能与小球速度的关系，必须保持小球的 相同．
【实验结论】
2．(1)质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；
(2)运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大．
木块被撞后移动距离
高度
速度
质量
【交流与反思】
3．(1)小球机械能的变化：
在斜面上运动时，重力势能转化为 ，机械能 ；
在水平面上运动时，因为受 ，最后静止，机械能转化为 ．
(2)若水平面绝对光滑则 完成该实验，因木块将一直做 ，无法比较木块移动的 ．
动能和内能
减少
摩擦阻力
内能
不能
匀速直线运动
距离
【实验过关】
例1　(2022·胶州市改编)在探究“物体动能跟哪些因素有关”实验中，让质量不同的小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块．
(1)实验中所探究物体的动能是指 (选填“小球A”或“木块B”)的动能；其动能是通过 来反映的，这里应用了 法．
(2)由图中的 两次实验，可以看出高度越高，小球运动到水平面时速度越大，木块被撞得越远，这反映出物体的动能与物体的 有关．
(3)由甲、丙两次实验可知，让不同质量的小球A从斜面 高度由静止滚下，目的是使小球到达水平面的 相同，这里应用了 法，且物体质量越大，动能越大，若水平面绝对光滑，本实验 (选填“能”或“不能”)达到探究目的．
(4)在上述甲、乙实验中，木块被撞击后最终在木板表面静止，木块两次克服摩擦力做功分别W甲和W乙，则两者的大小关系W甲 W乙．
小球A
木块B移动的距离
转换
甲、乙
速度
减少
速度
控制变量
不能
＞
实验二十一　探究重力势能的大小与什么因素有关(常规实验)
【设计和实验】
1．实验方法：
① ：通过桌子陷入沙子的 反映物体重力势能的大小．
②控制变量法：实验中探究重力势能与物体质量的关系时，必须保持物体高度相同；探究重力势能与高度的关系时，必须保持物体的质量相同．
转换法
凹陷程度
【实验结论】
2．物体的质量越大、位置越高，它具有的重力势能就越大．
【交流与反思】
3．物体下落过程中未接触沙子时，考虑空气阻力的情况下，重力势能转化为
能和 能，机械能 ．物体接触沙子后，因受沙子摩擦阻力，最后静止，机械能转化为 能．
动
内
减少
内
【实验过关】
例2　(2022·天津)热爱劳动的津津在家学做天津特色菜“贴饽饽熬鱼”时，将一个饮料瓶不小心碰落到了松软的玉米面团上，在面团上留下较深的痕迹．于是他灵机一动，利用玉米面团和装有水的饮料瓶，依次做了如图所示的实验，对如下两个问题进行了探究．
问题一：压力作用效果跟哪些因素有关． 问题二：重力势能大小跟哪些因素有关．
(1)做实验①②③是为了探究 (选填“问题一”或“问题二”)．
(2)利用实验④⑤可探究重力势能大小与 是否有关．
(3)《民法典》中规定“禁止从建筑物中抛掷物品”，生活中更要杜绝“高空抛物”这种严重危害公共安全的行为．“高空抛物”危害性大的原因，可通过分析实验⑤⑥得出的结论来解释，请你写出该结论：在 一定时， 越高，重力势能越 .
问题一
质量
质量
高度
大
1．(2022·广东)图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点．图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则过山车的动能在 点最大，B点重力势能的大小 E点动能的大小．在这个过程中，过山车的机械能是 (选填“变化”或“不变”)的．
C
等于
变化
2．(2018·广东节选)如图1所示，据报道，我国自行设计制造的新型磁悬浮列车工程样车运行试验取得成功，时速可达160公里以上，由于列车车体与轨道不接触、无摩擦，具有噪音低损耗小、易维护等优点，被誉为“零高度飞行器”．这种兼具高速与中低速磁浮交通优点的新型磁悬浮列车将为我国城市间提供一种方便快捷的绿色轨道交通工具．
(1)磁悬浮列车是在车厢底部和轨道上分别安装了磁体，并利用它们的同名磁极相互 ，车体与轨道不接触，无摩擦，列车能够在轨道上方几厘米的高度上飞驰，避免了来自车轮与轨道之间的摩擦．
(2)如图2所示，列车站台设计成中间高两边低的原因是：进站时列车由于 要保持原来的运动状态冲上站台；从能量转换的角度来说，当列车出站时从高度较高的地方下行，它的 ，不用消耗过多的电能或化学能等能量．
排斥
惯性
重力势能转化为动能
1．(2022·崂山区校级二模)2022年，北京和张家口联合举办冬奥会．图甲是张家口某滑雪场的等高线图．
(1)一个运动员以相同的速度运动通过B、C两点，处于B 位置时的重力势能比C位置 (选填“大”或“小”)．
大
(2)如图乙，选手进行高山滑雪比赛．高处滑下时，运动员的速度会越来越 ，这是因为 ．
(3)图丙是运动员腾空一瞬间的简笔画，忽略空气阻力，请你画出此时运动员和滑板的整体受力情况．
快
重力势能转化为动能
(1)根据地理知识判断B、C 两点的高度大小，然后根据重力势能的影响因素比较运动员在B、C 两点时的重力势能大小；
(2)根据动能和重力势能的影响因素分析解答；
(3)把运动员和滑板的作为一个整体，运动员腾空一瞬间，忽略空气阻力，运动员和滑板只受重力作用．
方法点拨
2．(科技前沿)(2022春·罗湖区校级期末)阅读短文，回答问题．
螺旋桨、固定翼与旋翼
螺旋桨与旋翼都是通过旋转产生力的部件，其本质是一种东西，只不过迎角不同．螺旋桨的效率低于旋翼，但单位面积所提供的动力高于旋翼．所以，螺旋桨应用于对尺寸有限制的地方，如固定翼飞机(图甲)．旋翼则用于无尺寸限制的地方，如直升机(图乙)．
固定翼普遍采用螺旋桨(或喷气发动机)产生向后的推力，推动飞机高速向前运动，气流流过机翼上下表面速度不同产生压强差，于是大气对机翼有一个向上的推力．而直升机旋翼的每一片桨叶相当于固定翼的机翼，通过涡轴发动机的驱动高速旋转，每一片桨叶相对空气运动过程中都会产生各自的压强差也就有了各自的升力，其合力就是直升机旋翼的升力．简而言之，旋翼就是“旋转的机翼”．
直升机旋翼在转动时还会产生一个反扭力，使直升机整个机体都以旋翼为轴水平反向旋转．因此许多直升机都在尾部安装一个小尾翼(图丙)，产生水平扭力来平衡机身．为解决此类问题，科研工作者又设计出了共轴双旋翼直升机(图丁)，让上下两副旋翼绕同一轴线旋转来相互平衡．在实际使用中，还可通过调节两副旋翼的转速差，来调整直升机的方向．
根据文中内容，完成下列问题：
(1)直升机在匀速升空时，其动能 ，机械能 (选填“变大”“变小”或“不变”)．
(2)根据文中描述，旋翼直升机获得升力的原理是 (选填“流速与压强的关系”或“相互作用力原理”)．
(3)如图丙，直升机旋翼在顺时针旋转时，机身会逆时针反转，其原因是
；若改用共轴双旋翼(图丁)，要使机身稳定不打转，上下两副旋翼的旋转方向应 (选填“相同”或“相反”)．某次执行完飞行任务时，上方旋翼以恒定速度顺时针旋转，想让空中悬停的直升机机身水平左转，应调整下方旋翼转速 (选填“大于”或“小于”)上方旋翼转速(以上均为顶部俯视视角)．
不变
变大
流速与压强的关系
物体间力的作用是相互的
相反
小于
(1)动能的的大小与质量和速度有关；重力势能的大小与质量和高度有关；机械能为动能和势能的和．
(2)结合文中的描述判断直升机获得升力的原理．
(3)物体间力的作用是相互的；结合文中的描述，分析判断直升机飞行过程的特点．
方法点拨

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