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专题14 机械能及其转化
◆ 知 识 清 单 ◆
1．功和能 2．动能、势能和机械能的变化 3．动能和势能的转化 4．对机械能守恒的理解 5．机械能不守恒 6．探究动能或势能大小的影响因素　
一、动能、势能 1．能量的概念和单位： （1）物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。 （2）能量的单位是焦耳，简称焦，符号J。 （3）能量是表示物体做功本领的物理量。 （4）能量的大小可以用能够做功的多少来衡量。一个物体能够做的功越多，它具有的能量就越大。 2．动能：物体由于运动而具有的能。动能的大小取决于物体的质量和速度。 （1）在质量相同时，物体的速度越大，它具有的动能越大，物体的速度越小，它具有的动能越小； （2）在速度相同时，物体的质量越大，它具有的动能越大，物体的质量越小，它具有的动能也越小。 3．重力势能：物体由于被举高而具有的能。 （1）重力势能的大小取决于物体的质量和高度。 （2）在高度相同时，物体的质量越大，它的重力势能越大，物体的质量越小，它的重力势能越小。 4．弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能。 （1）弹性势能的大小取决于物体的材料和弹性形变程度。 （2）同一物体的弹性形变越大，则它具有的弹性势能越大。 5．联系：动能和势能在一定条件下可以相互转化。 二、机械能及其转化 1．概念：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 2．机械能转化过程 （1）动能和重力势能的转化（质量不变） 动能→重力势能：速度变小，高度变大。如上抛运动。 重力势能→动能：高度变小，速度变大。如自由下落。 （2）动能和弹性势能的转化（质量不变） 动能→弹性势能：速度变小，形变量变大。 弹性势能→动能：形变量变小，速度变大。 3．机械能守恒定律：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和保持不变。 4．机械能不守恒的情况：在实际生活中，由于摩擦力和空气阻力等因素的存在，机械能往往是不守恒的。机械能不守恒的情况： （1）受到阻力作用的物体机械能不守恒。比如运动的物体受到摩擦力或空气阻力的作用，机械能就会转化为其他形式的能，机械能减小。 （2）有重力或弹力以外的力对物体做功时，机械能不守恒。比如，物体在外力作用下“匀速下落”“匀速上升”等。
1．能量是表示物体做功本领的物理量。能量的大小可以用能够做功的多少来衡量。一个物体能够做的功越多，它具有的能量就越大。 2．功能关系：物体做功的过程就是能的转化过程。物体做的功越多，说明某种能转化为其他形式的能越多。但是，一个物体能够做功并不是一定要做功，也不是正在做功或已经做功。 2．判断一个物体的动能、势能（重力势能和弹性势能）的变化情况，关键在于深入理解影响它们大小的因素。动能（势能）的大小不仅与物体的速度大小（所处高度）有关，而且还与物体的质量大小有关。 3．判断一个物体的动能（势能）是否发生变化或发生了怎样的变化，首先要确定速度（所处高度）或质量这两个因素中哪一个因素是不变的，然后再根据另一个因素的变化情况来判断物体动能（势能）的变化情况。 4．从隐含条件中判断质量、速度、高度的变化情况： “光滑”“忽略空气阻力”表示无摩擦阻力做功,机械能不变；“粗糙”表示需要克服摩擦阻力做功,机械能减少。
题型1　功和能　
（2023 崇阳县校级月考）下列关于功和能的叙述中正确的是（　　）
A．一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能
B．吊在天花板上的吊灯静止，所以没有能
C．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多
D．没有做功的物体不具有能
【答案】A
【分析】从功和能之间的关系进行分析。
【解答】解：A、物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，故A正确；
B、吊在天花板上的吊灯静止，相对于地面具有重力势能，故B错误；
C、一个物体能够做的功越多，说明这个物体的能量越大，故C错误；
D、物体不论有没有做功，只要能够对外做功，这个物体就具有能量，故D错误。
【点评】此题考查了功和能之间的关系。
【跟踪练1】（2023秋 英德市期中）《民法典》规定“禁止从建筑物中抛掷物品”。高空抛物存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的（　　）
A．重力 B．撞击力 C．动能 D．势能
【答案】D
【分析】物体由于被举高而具有的能叫重力势能，重力势能的大小与物体的质量和高度有关。
【解答】解：由题意可知，高空抛物现象之所以存在巨大的安全隐患，是因为物体被举高后具有了重力势能，而且物体的质量越大、高度越高，重力势能越大，因此高空抛物会造成很大的危害。故选：D。
【点评】本题主要考查我们对重力势能的掌握，了解其概念和影响因素，可顺利做出判断，难度不大。
【跟踪练2】（2023秋 宿迁月考）下列物体既有势能又有动能的是（　　）
A．教室的灯管 B．拉长的橡皮筋
C．公路上行驶的汽车 D．飞行的小鸟
【答案】D
【分析】重力势能是由于物体被举高而具有的能量；弹性势能是由于物体发生弹性形变而具有的能量；动能是由于物体运动而具有的能量。
【解答】解：A.教室的灯管处于静止状态，没有动能，只有重力势能，故A错误；
B.拉长的橡皮筋由于发生弹性形变所以有弹性势能，但是没有运动所以没有动能，故B错误；
C.公路上行驶的汽车有动能，但是由于没有被举高，所以没有重力势能，故C错误；
D.飞行的小鸟由于有速度又有高度，所以具有动能和重力势能，故D正确。
【点评】本题考查的是对动能和势能的理解，属于基础题。
【跟踪练3】（2023秋 鹿寨县期末）关于能的概念，下列说法正确的是（　　）
A．悬挂的吊灯静止不动时不具有机械能
B．动能相等的物体一定具有相等的速度
C．正在斜面上滚下的小球既有动能也有重力势能
D．弹簧被压缩时具有弹性势能，而被拉伸时没有
【答案】C
【分析】利用下列知识分析判断：
（1）物体由于运动而具有的能叫动能，物体由于被举高具有的能叫重力势能，物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能；
（2）影响动能的因素是质量和速度；影响重力势能的因素是质量和高度；影响弹性势能的因素是弹性形变大小；动能、重力势能、弹性势能都属于机械能。
【解答】解：A、悬挂的吊灯，虽然静止，动能为0，但由于被举高而具有重力势能，则机械能不为0，故A错误；B、动能大小与物体的质量和速度有关，所以动能相等的物体，其速度不一定相等，故B错误；C、正在斜面上滚下的小球，由于运动具有动能，由于离水平面有一定高度而具有重力势能，故C正确；D、弹簧被压缩、拉伸时都发生了弹性形变，都具有弹性势能，故D错误。
【点评】本题考查了动能、重力势能、弹性势能、机械能的概念以及影响因素，属于基础题目。　　
题型2　动能、势能和机械能的变化　
（2023 常州）目前在轨的有中国空间站和国际空间站。中国空间站的轨道高度是：远地点346.9km，近地点319.6km，如图所示，从远地点到近地点的过程中，其运动速度越来越大，动能逐渐 　，重力势能逐渐 　。国际空间站内的噪声为63dB，中国空间站内的噪声为58dB，空间站内的噪声主要由设备工作时振动产生，说明中国空间站内设备振动的 　较小、对站内宇航员的影响较小。噪声能传入站内宇航员耳朵的原因是：　 　。
【答案】增大；减小；幅度；空间站内有空气，声音能在空气中传播。
【分析】（1）动能的影响因素是物体的质量和速度，重力势能的影响因素是物体的质量和高度；
（2）声音的大小叫响度，影响因素是发声体的振幅和距离发声体的远近；
（3）空间站内有空气，而声音能在空气中进行传播，据此分析。
【解答】解：从远地点到近地点的过程中，空间站的质量不变，运动速度越来越大，动能逐渐增大，高度逐渐降低，重力势能逐渐减小；
空间站内的噪声主要由设备工作时振动产生，中国空间站内的噪声响度较小，说明中国空间站内设备振动的幅度较小、对站内宇航员的影响较小；
空间站内有空气，而声音能在空气中进行传播，因此噪声能传入站内宇航员耳朵。
【点评】此题考查了动能和重力势能的影响因素、声音的特性、声音的传播，难度不大，属基础题目。
【跟踪练1】（2022 襄阳）一辆新能源电动汽车匀速驶上斜坡的过程中（　　）
A．动能增大 B．动能减小
C．重力势能增大 D．重力势能减小
【答案】C
【分析】从动能和重力势能大小的影响因素进行判断：
（1）动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大。
（2）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。
【解答】解：汽车匀速驶上斜坡的过程中，汽车的质量不变、速度不变，动能不变；汽车的质量不变、高度增大，重力势能增大，故C正确。
【点评】掌握动能、重力势能、弹性势能的影响因素，利用控制变量法，判断动能、重力势能、弹性势能、机械能的变化。
【跟踪练2】（2023秋 永修县期末）一小孩从公园中的滑梯上加速滑下的过程中，对于其机械能的变化情况，下列说法中正确的是（　　）
A．重力势能减小，动能增加
B．重力势能减小，动能减小
C．重力势能增加，动能增加
D．重力势能不变，动能增加
【答案】A
【分析】（1）动能大小的影响因素：质量、速度；质量越大，速度越大，动能越大。
（2）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度；质量越大，高度越高，重力势能越大。
【解答】解：小孩从公园中的滑梯上加速滑下，质量大小不变、速度变大，动能增加；质量大小不变、高度减小，重力势能减小，故A正确，BCD错误。
【点评】本题考查了动能、重力势能的大小变化分析，属于基础题目。
【跟踪练3】（2023 长春期末）2023年5月30日，我国神舟十六号载人飞船成功到达太空预定轨道。忽略燃料短时损耗，神舟十六号加速升空的过程中（　　）
A．机械能不变 B．动能减小
C．重力势能转化为动能 D．机械能增大
【答案】D
【分析】（1）动能的影响因素是质量和速度；
（2）重力势能的影响因素是质量和高度；
（3）动能和势能统称机械能。
【解答】解：正在加速升空的神舟十六号（忽略燃料短时损耗）质量不变，速度增大，动能增大，高度升高，重力势能增大，动能和势能统称机械能，机械能变大，重力势能没有转化为动能。故选：D。
【点评】本题考查了动能和重力势能的影响因素、机械能的概念，相对比较简单，属于基础题。　　
题型3　动能和势能的转化　
（2023 高明区模拟）如图所示的魔罐，橡皮筋两头分别固定在罐子两端，中间系一个钩码，将魔罐在水平地面上滚出，橡皮筋被缠绕绷紧，橡皮筋的弹性势能　　（选填“变大”“变小”或“不变”）；在橡皮筋的作用下魔罐能自动滚回来，滚回的过程中　　能向　 能转化。
【答案】变大；弹性势；动。
【分析】动能的影响因素：质量和速度；弹性势能的影响因素：物体的形变程度。
【解答】解：魔罐在开始滚动的时候，具有动能，滚动的过程中，魔罐的动能转化为橡皮筋的弹性势能，弹性势能变大；
当魔罐的动能为0时，橡皮筋的弹性势能最大；魔罐开始向回滚动，在魔罐滚回来的过程中橡皮筋的弹性势能减小，魔罐的动能增大，即弹性势能转化为动能。
【点评】本题考查动能和弹性势能的影响因素，相对比较简单，属于基础题。　
【跟踪练1】（2023秋 永修县期末）把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。铁锁从最高点摆到最低点的过程中 　能转化为 　能。
【答案】重力势；动。
【分析】影响动能大小的因素有物体的质量和速度；影响重力势能大小的因素有物体的质量和高度。
【解答】解：铁锁从最高点摆到最低点的过程中，铁锁的质量不变，高度变小，重力势能变小；质量不变，速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能。
【点评】本题考查了学生对动能、重力势能的了解与掌握，属于基础题目。　　
【跟踪练2】（2023秋 封丘县期中）2023年第19届杭州亚运会，中国跳水队斩获全部金牌。如图所示，运动员为获得充足的空间滞留时间，都会在跳水前先用力下压跳板，将跳板的
　　 能转化为运动员的 　能，以便利用跳板让自己上升得更高。
【答案】弹性势；机械。
【分析】下压跳板，跳板发生弹性形变，具有弹性势能，跳板恢复原状时，弹性势能转化为运动员的动能，动能再转化为重力势能。
【解答】解：运动员在跳水前先用力下压跳板，跳板发生弹性形变，具有弹性势能，而后跳板反弹时跳板的弹性势能转化为运动员的机械能，以便利用跳板让自己上升得更高。
【点评】本题考查了动能和势能的转化，基础题。
【跟踪练3】（2023 安徽）如图，在射箭比赛中，运动员释放弓弦将箭射出，弓弦的弹性势能转化为箭的　 　能。
【答案】动。
【分析】拉弓射箭时，弓发生了弹性形变，弓具有了弹性势能，箭射出去就是因为弓的弹性势能转化为了箭的动能。
【解答】解：箭射出时，弓的弹性形变程度变小，弹性势能减小；箭由静止变为运动，动能增大；所以弓的弹性势能转化为箭的动能，
【点评】此题考查机械能的转化，判断是哪种能量转化成了另一种能量的方法是：减少的能量转化为增大的能量。
题型4　对机械能守恒的理解　
（2023春 江岸区校级月考）用一根不可伸缩的细线一端系着一定质量的小球，并将细线的另一端固定起来，制成一个可以在ACB间往复运动的单摆，如图所示。若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）
A．小球从C点运动到B点的过程中，重力势能转化为动能
B．小球在A点和B点的重力势能相等，且其动能均为零
C．小球在C点的动能最大，且此时小球只受到重力的作用
D．小球运动到C点时，若突然细线断了小球将竖直下落
【答案】B
【分析】（1）影响动能大小的因素：质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大。
影响重力势能大小的因素：质量和高度，质量越大，高度越高，重力势能越大。
机械能是动能和势能的和，在小球运动的过程中，空气阻力忽略不计，所以机械能守恒。
（2）重力的方向是竖直向下的。
【解答】解：A、从A→C的过程中，小球的质量不变、高度减小、速度增大，所以重力势能减小，动能增大，在C点时动能最大、重力势能最小，C→B动能转化为重力势能，故A错误；
B、小球在A、B位置时，位置最高，速度都为0，空气阻力忽略不计，机械能守恒，重力势能最大且相等，其动能均为零，故B正确；
C、小球在C点的动能最大，此时小球受到重力和拉力的作用，故C错误；
D、小球在C点时动能最大、重力势能最小，若在C点绳子突然断开，小球受到竖直向下的重力，而断开瞬间运动的方向是水平方向，所以小球不会竖直下落，故D错误。
【点评】已知“不计空气阻力”，小球只有动能和重力势能之间的相互转化，机械能守恒，是解决该题的关键。
【跟踪练1】（2023 虹口区校级期末）如图所示，摆球由C点静止释放，经过最低点O到达B点，C、B两点等高（不计阻力），则由C点到B点，摆球的机械能 　（选填“变大”、“变小”或“不变”）； 　 　点摆球的动能最大，当中的能量转化是 　。
【答案】不变；O；动能和重力势能可以相互转化。
【分析】（1）如果忽略摩擦阻力，则动能和势能相互转化时，物体的机械能是守恒的；若存在摩擦阻力，一部分机械能会转化为内能，机械能减小。
（2）物体由于运动具有的能叫动能；物体由于被举高而具有的能叫重力势能；动能和重力势能可以相互转化。
【解答】解：不计阻力，摆球在摆动过程中机械能守恒，所以由C点到B点，摆球的机械能不变；摆球从C点运动到O点的过程中，摆球的质量不变，高度减小，重力势能逐渐减小，速度变大，动能逐渐变大，此过程中，重力势能转化为动能，O点处于最低点，重力势能最小，所以动能最大；由O点到B点的过程中，摆球的质量不变，高度增大，重力势能逐渐增大，速度减小，动能逐渐减小，因此摆球的动能转化为重力势能。所以能够说明动能和重力势能可以相互转化。
【点评】此题考查机械能的转化，难度不大，关键是知道并理解动能、重力势能等大小的影响因素，并掌握机械能守恒的条件。
【跟踪练2】（2023秋 铜官区校级期中）如图所示，先以速度v将小球竖直向上抛出，后以速度v使同一小球沿光滑斜面向上运动（斜面固定且足够长），两次上升的高度分别为H1和H2（不计空气阻力），根据能量转化知识，请你猜想两次上升的高度关系：H1　 　（选填“＞”“＝”或“＜”）H2。
【答案】＝。
【分析】不计空气阻力，没有摩擦力，机械能没有转化为其他形式的能，机械能守恒。
【解答】解：由题意可知，两种情况小球最初的动能相等，又都从同一水平面向上运动，最初的重力势能相等，都为零，则最初的机械能相等；不计空气阻力、斜面光滑，小球向上运动时，都是将动能转化为重力势能。两球到达最高点时，速度均为零，动能全部转化为重力势能，机械能守恒，所以两球到达最高点时的重力势能相等，故两次上升的高度H1和H2的关系是：H1＝H2。
【点评】本题考查了机械能守恒。关键是正确分析动能和重力势能的变化，难度较小，属于基础性题目。
【跟踪练3】（2023秋 沭阳县校级期中）为了提高全校师生的身体素质，学校买回了乒乓球发球机，如图甲所示。如果乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个质量相同的球，如图乙，若不计空气阻力，则下列说法正确的是（　　）
A．整个过程中，c球的运动状态不变
B．三个球在运动过程中机械能不守恒
C．使球落向桌面的力的施力物体是发球机
D．落地时三个小球的动能相等
【答案】D
【分析】（1）物体的运动状态的改变，包括物体的运动速度大小发生变化、运动方向发生变化；
（2）动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大；重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大；
（3）首先判定开始时三球机械能的大小；不计空气阻力，三个小球的机械能是守恒的，据此判定速度的大小。
【解答】解：A、整个过程中，c球的运动方向和速度大小都发生了变化，所以c球的运动状态改变，故A错误；
B、由于不计空气阻力，动能和势能转化过程中，机械能守恒，故B错误；
C、乒乓球由于受到重力作用而下落，使球落向桌面的力的施力物体是地球，故C错误；
D、乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，由于乒乓球到达球台时所处的高度和速度都相同，则机械能是相同的；不计空气阻力，三个小球的机械能是守恒的，所以三个小球到达桌面时的机械能相同，由于高度相同，重力势能相同，则动能也相同，所以三球到达乒乓球台的速度相同，D正确。
【点评】本题考查了物体运动状态变化的判断、重力的作用效果、动能、重力势能的影响因素和机械能的守恒，难度不大，尤其是动能、重力势能的影响因素要熟记。　　
题型5　机械能不守恒　
（2023秋 清江浦区期中）如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面，一小球由A点以速度v沿轨道滚下，经另一侧等高点B后到达最高点C，下列关于小球滚动过程的分析正确的是（　　）
A．小球运动过程中，只有重力对小球做功
B．小球在A、B两点具有的动能相同
C．小球在A、B、C三点的速度大小关系是vA＞vB＞vC
D．小球在A点的机械能等于它在C点的重力势能
【答案】C
【分析】（1）运动的物体克服摩擦做功，机械能转化为内能；
（2）由于受到的阻力，所以小球下落过程中，有机械能的损失。
【解答】解：A、弧形轨道是粗糙的，小球受摩擦力，要克服摩擦力做功，故A错误；
B、在粗糙的弧形轨道上受摩擦力，要克服摩擦力做功，则在整个过程中小球的机械能减小；虽然小球在A、B两点等高，具有的重力势能相同，但由于小球的机械能减小，所以小球在B点具有的动能小于在A点的动能，故B错误；
C、由题意可知小球在C点的速度为0，由B项分析可知小球在A点的速度大于在B点的速度，所以在A、B、C三点的速度大小关系是vA＞vB＞vC，故C正确；
D、小球要克服摩擦力做功，机械能减小，所以在A点具有的机械能大于它在C点具有的重力势能（此时小球的动能为0，只有重力势能），故D错误。
【点评】此题考查了对能量转化的分析和对做功的判断、运动状态的判断等，是一道综合题目。
【跟踪练1】（2023春 徐汇区校级月考）如图是滑雪运动的轨道。某运动员从高处A点由静止滑下，经过B点到达最低点，然后到达另一侧与B点等高的C点时速度刚好为零。下列说法正确的是（　　）
A．从A点到O点的过程，动能转化为重力势能
B．从O点到C点的过程，机械能不断增加
C．B点和C点的机械能相等
D．从A点到O点的过程，机械能不断减小
【答案】D
【分析】（1）判断是哪种能量转化成了另一种能量的标准是：减小的转化为增多的；
（2）动能大小的影响因素：质量、速度，质量越大，速度越大，动能越大；
（3）不计空气阻力，光滑轨道上小球的机械能守恒。
【解答】解：A、从A点到O点的过程，运动员的质量不变，高度变小，速度变大，则重力势能减少，动能增多，所以重力势能转化为动能，故A错误；
C、运动员从B点到C点的过程中，运动员需要克服阻力做功，一部分机械能转化为内能，机械能不断变小，所以C点的机械能小于B点的机械能，故C错误；
BD、从A点到O点的过程和从O点到C点的过程，运动员需要克服阻力做功，一部分机械能转化为内能，机械能不断变小，故B错误，D正确。
【点评】对于机械能的考查中考中会常出现，熟知各能量的影响因素是解题关键。
【跟踪练2】（2023春 江岸区校级月考）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．小球在整个弹跳过程中机械能守恒
B．小球3和5比较，在位置5时动能较小
C．小球3和5比较，它们的机械能相同
D．小球从位置1到位置2的过程中，重力势能全部转化为动能
【答案】B
【分析】（1）动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大；
（2）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度。质量越大，高度越高，重力势能越大；
（3）机械能＝动能+势能。
【解答】解：B、小球3和5比较，高度相等，势能也相等，在弹跳的过程中机械能转化为其他形式的能，机械能减小，所以动能较小，故B正确；
C、小球3和5比较，在弹跳的过程中机械能转化为其他形式的能，机械能减小，所以小球5比小球3机械能小，故C错误；
AD、小球从位置1到位置2的过程中，由于克服空气阻力做功，重力势能部分转化为动能，故A、D错误。
【点评】（1）掌握动能、重力势能的影响因素。（2）能判断动能、重力势能、机械能的变化。
【跟踪练3】（2023 砚山县校级期末）如图所示，在斜面a处释放的小车运动到水平面b处撞击一木块，经历一段路程后在c处小车和木块都停了下来。下列说法正确的是（　　）
A．小车到达水平面后能继续向前运动是因为受到了惯性力的作用
B．小车在α、b、c处机械能分别为Ea、Eb、Ec，则 Ea＞Eb＞Ec
C．木块在c处静止是因为木块受到小车的推力小于受到水平面的摩擦力
D．木块从b点运动到c点过程中对水平面的压强增大
【答案】B
【分析】（1）任何物体都具有惯性，惯性是保持物体运动状态不变的性质，惯性不是一种力；（2）在判断机械能的变化时，看清题目条件，在动能和势能的转化过程中，有无能量的损失；（3）当物体发生相对运动或有相对运动趋势时，物体才收受到摩擦力的作用；（4）利用压强的计算公式p分析比较。
【解答】解：A、小车到达水平面后能继续向前运动是因为小车具有惯性，而不是受到惯性力的作用；故A错误；B、在小车从a到达b再到达c的过程中，都要克服摩擦做功，从而消耗一定的机械能；故机械能在不断减小；故B正确；C、木块在c处静止时，没有运动趋势，不再受摩擦力作用，只受到重力和支持力一对平衡力的作用；故C错误；D、木块从b点运动到c点过程中，木块对水平面的压力不变，受力面积也不变，则对水平面的压强不变，故D错误。
【点评】此题考查力学的多个知识点，综合性强；把握惯性概念、机械能的变化情况分析、摩擦力产生的条件以及能量的转化知识，运用在各选项中，深入分析即可解答。
题型6　探究动能或势能大小的影响因素　
（2023春 肥城市期末）某物理学习小组为了探究重力势能的大小与哪些因素有关，做了如下猜想：重力势能的大小可能与物体的高度和质量有关。
根据猜想，小明做了如下探究：用一个铁架台、小沙盒、小钢球，让小钢球从不同高度下落，落在细沙上（如图所示）。
（1）小明设计的实验是探究猜想：物体的重力势能与　　 有关，通过实验观察到的现象是当小球离细沙的高度为h1，下落时比高度为h2下落时小球陷入得深些，说明了在　 　一定的条件下，　 　越大，物体的重力势能就越大；
（2）为了探究重力势能的大小与另一个因素的关系，请你在以上实验的基础上，再选择一个器材进行探究并简述你的实验方案。
你选择的器材是：　 　；
你的实验方案：　 　。
【答案】（1）高度；质量；高度；（2）等体积的小铁球；
将小铁球和小钢球分别从同一高度由静止释放，让其自由落到细沙上，观察小球陷入的深度。
【分析】（1）影响重力势能的因素是质量和高度；当探究重力势能与高度的关系时，必须保证物体的质量相等；在探究重力势能大小与质量的关系时，应控制高度相同；（2）用所砸沙坑的深浅反映重力势能的大小，选取的球的形状应相同，质量不同，据此确定需要的实验器材；
在探究重力势能和物体质量的关系时，要控制高度相同，改变质量。
【解答】解：（1）让小钢球从不同高度下落，即物体的质量相同，高度不同，可知探究的是物体的重力势能与高度有关；
观察到的现象是当小球离细沙的高度为h1，下落时比高度为h2下落时小球陷入得深些，由h1＞h2，说明在质量一定时，高度越大，物体的重力势能就越大；
（2）实验中根据物体所砸沙坑的深浅来反映重力势能，撞击的凹坑必须截面积相同，应保证选取的球的形状相同，质量不同，在原有器材基础上再选择一个器材，可选取一个等体积的小铁球，铁和钢的密度不同，能保证选取的两球质量不同；
在探究重力势能和物体质量的关系时，要控制高度相同，改变质量，故将小铁球和小钢球分别从同一高度由静止释放，让其自由落到细沙上，观察小球陷入的深度。
【点评】本题考查探究物体的势能跟哪些因素有关，解答本题注意所用的研究方法：控制变量法，转换法。
【跟踪练1】（2023秋 茂名期中）如图所示，在“探究影响重力势能大小的因素”实验中，有三个实心的、大小相同的铁球A、铁球B和塑料球C。球A、C离沙地高度相同。现让三个球同时由静止释放，球落到沙地上的状态如图中虚线所示。
（1）观察球陷入沙中的深度可以判断出球释放前的重力势能大小，该实验方法是 　；由图可以判断出 　球释放前的重力势能最大；
（2）比较球A、C可得出影响重力势能大小的因素是 　。
【答案】（1）转换法；A；（2）质量。
【分析】（1）本实验中把小球的重力势能转化成小球陷进沙坑的深度来比较各小球重力势能的大小的，这种研究问题的方法叫转换法；
（2）重力势能的大小与物体的质量和被举的高度有关；比较A、C两球找出相同因素和不同因素，根据小球陷进沙坑的深度比较重力势能的大小，结合控制变量法的思想进行分析即可。
【解答】解（1）本实验中把小球的重力势能转化成小球陷进沙坑的深度来比较各小球重力势能的大小的，这种研究问题的方法叫转换法；图中铁球A陷入沙中的深度最大，说明铁球A的重力势能最大；
（2）比较A、C两球可知，两球所处的高度相同，A是铁球，C是塑料球，铁球A的质量大，A球陷入沙的深度大，因此得出的结论是：物体所处的高度相同时，质量越大，物体的重力势能越大。
【点评】该题考查了探究重力势能与质量和高度的关系的实验，考查了转换法和控制变量法在该实验中的应用。
【跟踪练2】（2023秋 儋州期中）在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让同一钢球A从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离，如图所示。下列说法不正确的是（　　）
A．实验中研究的是钢球A的动能
B．此实验主要体现应用控制变量法和转换法来探究问题
C．钢球在斜面上自由释放时位置越高，到达水平面时初速度越大
D．该实验的目的是探究钢球在水平面上的动能大小与质量的关系
【答案】D
【分析】（1）物体动能的大小无法直接看出，实验是通过观察木块移动的距离来说明钢球对木块做功的多少，用到的是转换法；
（2）物体的动能与质量和速度有关，实验过程要采用控制变量法，当研究动能大小与质量的关系时，要让钢球沿斜面的同一高度下落，这样保证下落速度相同；当研究动能大小与速度的关系时，应选择同一钢球，这样可以保证钢球的质量相同。
【解答】解：AD、实验中，同一个钢球，控制了质量相同，从不同高度滚下，控制了钢球到达水平面时的速度不同，由控制变量法的研究方法可知实验目的是研究钢球的动能与速度的关系，故A正确，D错误；
B、本实验中控制质量不变是控制变量法，通过木块移动的距离显示动能大小是转换法，故B正确；
C、钢球从斜面上下滑时，重力势能转化为动能，位置越高，重力势能越大，到达水平面时初速度越大，故C正确。
【点评】本题考查了学生对影响物体动能大小因素实验的了解与掌握，要注意控制变量法和转换法的应用。
【跟踪练3】（2023秋 博罗县期末）如图是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验示意图，小明同学让钢球分别从粗糙斜面由静止开始滚下，撞击木块：
（1）利用图示的器材可以探究物体动能的大小与物体 　的关系，得到的结论是 　；
（2）该实验是通过观察 　来判断 　（选填“钢球”或“木块”）动能的大小；
（3）实验中，钢球碰撞木块后继续向前运动，在水平木板上滑动一段距离后停下，设开始时钢球的重力势能为Ep，木块克服摩擦力所做的功为W，则Ep　 　W（选填：“＞”、“＜”或“＝”）；
（4）在探究动能的大小与质量关系时，当换用另一个钢球实验时，发现它将木块撞出了木板，要继续完成该次实验，下列措施中可行的是 　 　（选填选项符号）。
A．换用质量更大的木块
B．降低钢球的高度
C．换质量更大的钢球
D．换质量更小的钢球
【答案】（1）速度；质量相同时，物体的速度越大，动能就越大；（2）木块被推动的距离；钢球；（3）＞；（4）D。
【分析】（1）动能的大小与质量和速度有关，实验时用控制变量法分别探究；
（2）此实验把动能的大小转换为木块被撞击后滑行的距离，距离越远表明钢球的动能越大；
（3）木块滑动过程中，克服摩擦力做功；
（4）根据减小动能的方法分析。
【解答】解：（1）根据图示可知，小球的质量不变，滚下的高度不同，到达水平面时的速度不同，所以探究的是动能大小与速度的关系，钢球的速度越大，撞击木块移动的距离越大，动能越大；结论为：在质量相同时，物体的速度越大，动能就越大；
（2）实验中通过观察木块被撞击后滑行的距离的大小来间接判断钢球动能的大小，该方法是转换法；
（3）钢球从高处滚下的过程中，重力势能转化为动能；由于存在摩擦，克服摩擦做功，一部分重力势能转化为内能；钢球与木块碰撞的过程中，球对木块做功，做功的大小小于球最初的动能；木块在运动过程中，克服摩擦做功，机械能转化为内能，即木块克服摩擦做的功等于木块的动能大小，也就是小于开始时小球的重力势能；
（4）在探究动能的大小与质量关系时，需要控制速度大小不变，改变质量，当换用另一个钢球实验时，发现它将木块撞出了木板，这说明该球的动能太大了；
A.若换质量更大的木块，改变了木块所受摩擦力的大小，不符合控制变量法的要求，故A不可行；B.该实验中需要控制速度相同，若降低第二次钢球的高度，则会改变钢球到达水平面时的速度，不符合控制变量法的要求，故B不可行；C.若换质量更大的钢球，钢球到达水平面时的动能更大，则更容易使木块滑出木板，故C不可行；D.若换质量更小的钢球，钢球到达水平面时的动能较小，能减小木块移动的距离，故D可行。
【点评】用控制变量法研究动能大小的影响因素，用转换法表示动能的大小；采用控制变量法研究实验时，一定注意相同因素和不同因素。　　

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