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(共33张PPT)
模块四 力学
第15讲 合理利用机械能
模块四 力学
数据记录 课标要求
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数据追踪 素材应用
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数据剖析 重难突破
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数据链接 真题试做
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栏目导航
数据透视 实验剖析
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数据聚焦 考点梳理
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数据记录 课标要求
1
内容要求
1.知道动能、势能和机械能。
2.通过实验,了解动能和势能的相互转化。
3.举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。
4.从能量的转化和转移的角度认识效率。
活动建议
1.列举太阳能在地球上转化为其他形式能量的实例。
2.讨论人在滑滑梯过程中能量转化的情况。
数据聚焦 考点梳理
2
合理利用机械能
能量
功与能量
动能和势能
定义
机械能的转化
机械能的守恒
动能和势能
机械能
考点精讲
考点 1 动能和势能
做功
焦耳
1.能量:在物理学中,如果一个物体能够对别的物体　　　　,我们就说这个物体具有能量,简称能。
2.功与能量
　　物体做功的过程就是能的转化过程,物体做的功越多,说明某种能转化为别的形式的能越多。在国际单位制中,功和能量的单位都是　　　　。
3.动能和势能
动能 势能 重力势能 弹性势能
定义 物体由于　　　　而具有的能叫做动能,一切运动的物体都具有动能 物体由于到　　　　 并处在一定　　　　 时所具有的能 物体由于发生
　　　　　 而具有的能
影响因素 物体的　　　　和 　　　　 物体的　　　　 和 　　　　 　　　　　　 物体的材料、
　　　　　　　
运动
运动速度
质量
重力
易错提示
有弹性但未发生弹性形变的物体没有弹性势能。
高度
质量
位置高度
弹性形变
弹性形变的程度
考点 2 机械能
不变
守恒
1.定义:动能和势能统称为机械能。
2.机械能的转化
3.机械能的守恒:如果只有动能和势能相互转化,尽管动能、势能的大小会变化,但机械能的总和　　　　,或者说机械能是　　　　的。
技法归纳
不受阻力,物体自由运动时机械能守恒;受阻力或在粗糙的表面上运动时机械能不守恒。
1.速度越大的物体动能越大。 (　　)
2.高度越高的物体重力势能越大。 (　　)
3.做匀速直线运动的物体,机械能一定守恒。 (　　)
4.正在进行洒水作业的洒水车匀速在街道上行驶,它的动能减小。 (　　)
5.物体在斜面上匀速下滑,机械能一定守恒。 (　　)
6.跳伞运动员匀速降落过程中,机械能守恒,重力势能转化为动能。(　　)
×
×
易错速判
×
√
×
×
数据追踪 素材应用
3
命题点 动能和势能的转化与守恒
命题点 动能和势能的转化与守恒
(2022·湖北)苏翊鸣在2022年北京冬奥会单板滑雪男子大跳台比赛中夺得金牌。如图所示为运动员在空中运动的轨迹,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
数据剖析 重难突破
4
重难点 机械能的转化与守恒
重难点 机械能的转化与守恒
例　(轨道类)2022年2月14日,自由式滑雪运动员徐梦桃在北京冬奥会上获得冠军。如图所示的是她比赛中的运动轨迹,如果不计空气阻力,下列说法正确的是(　　)
A.从A点滑向B点的过程中,重力势能转化为动能
B.在C点时受平衡力作用
C.从C点下落到D点的过程中,机械能增大
D.从E点滑向F点,是因为受到惯性的作用
A
1
2
例
3
4
方法指导
从隐含条件中判断速度、高度、质量的变化情况:
(1)判断速度的变化:“匀速”(速度不变);“加速”(速度变大);“减速或刹车”(速度减小)。
(2)判断高度的变化:“上升”(高度变大);“下降或下滑”(高度变小);“近地点”(高度最小);“远地点”(高度最大)。
(3)判断质量的变化:“投放救灾物资的飞机”,“正在洒水的洒水车”(质量均减小)。
(4)判断机械能的变化:“光滑”(无摩擦力做功,机械能不变);“粗糙”(克服摩擦做功,机械能减少)。
1
2
例
3
4
对应练习
1.(单摆类)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A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
B
1
2
例
3
4
2.(弹性绳类)蹦极是一项非常刺激的户外休闲活动。身系弹性蹦极绳的蹦极运动员从高台跳下,假定空气阻力忽略不计。则(　　)
A.运动员到达最低点时的速度最大
B.蹦极过程中,运动员的机械能守恒
C.蹦极绳张紧后的下落过程中,弹性绳的弹性势能一直变大
D.蹦极绳张紧后的下落过程中,运动员重力做功的功率不变
C
1
2
例
3
4
3.(利用图象分析机械能的转化)如图所示,a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线(不计空气阻力),下列说法中正确的是(　　)
A.小石块在各点时的机械能均为2 J
B.b图线是动能-高度关系图线
C.a图线是重力势能-高度关系图线
D.小石块达到的高度可大于4 m
A
1
2
例
3
4
4.(弹簧类)(2022·贵阳观山湖区模拟)如图所示,水平地面上固定一根弹簧,弹簧处于原长时其上端位于B点。现将一个小球从弹簧正上方的A点由静止下落,在它下落到最低点C的过程中,忽略空气阻力。下列说法正确的是(　　)
A.从A到B的过程中,小球机械能变大
B.到达B点时,小球的动能达到最大
C.到达C点时,小球的动能与重力势能总量最小
D.从A到C的过程中,小球的机械能守恒
C
1
2
例
3
4
数据透视 实验剖析
5
实验 18 探究动能的大小和哪些因素有关
实验装置
主要器材 及作用 (1)斜面:使钢球获得速度;控制速度的大小
(2)水平面:使钢球在竖直方向受力平衡,水平方向只受摩擦力
实验 18 探究动能的大小和哪些因素有关
实验梳
实验方法 (1)转换法:通过水平面上的木块被推动的距离的远近来反映物体动能的大小,推动的距离越　　　　,说明物体的动能就越　　　　
(2)控制变量法:
a.探究动能大小与速度的关系:让　　　　的钢球从斜面的　　　　处由静止滚下,让钢球到达水平面的速度不同,观察木块被推动的距离
b.探究动能大小与质量的关系:让　　　　的钢球从斜面的　　　　处由静止滚下,让钢球到达水平面的速度相同,观察木块被推动的距离
续表
远
大
质量相同
不同高度
质量不同
同一高度
实验梳
交流与 反思 (1)木块被撞击后滑出木板,若要重做此次实验可行的改进方案:换用一块更长的同种木板;减小斜面倾斜程度;降低钢球在斜面上滚下的高度;减小钢球的质量
(2)钢球在水平面的运动方向不好控制,可以用小车代替
实验结论 物体动能的大小与物体的　　　　和　　　　有关。质量相同的物体,运动的速度越大,它的动能就越　　　　;运动速度相同的物体,质量越大,它的动能就越　　　　 　　　　
续表
质量
速度
大
大
实验梳
针对训练
如图所示的是探究“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斜面上由静止开始滚下,撞击木块。
(1)该实验是通过观察________________来判断钢球的动能的大小的。
(2)该实验中物体的速度是指钢球从斜面上由静止滚下______________(选填“即将碰撞木块时”或“碰撞木块后”)的速度;分析比较甲、乙两次实验,可探究出的结论是: _____________________________。
木块移动的距离
即将碰撞木块时
质量相同时,速度越大,动能越大
实验梳
(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　　　　 ________(选填“＞”“＜”或“=”)W。
(4)某同学做了甲、丙两次实验,如图所示,得到结论:当物体的速度一定时,物体质量越大,物体动能越大。该同学的结论________(选填“正确”或“不正确”)。
(5)小红同学换用如图丁所示的装置做实验,可以用来探究动能大小和________(选填“速度”“质量”或“速度和质量”)的关系。
＞
不正确
速度
实验梳
(6)实验后,同学们联想到在许多交通事故中,造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超速”,进而想知道,在影响物体动能大小的因素中,哪个对动能影响更大。于是利用上述器材进行了实验测定,得到的数据如下表。分析表格中对应的实验数据可知:________ (选填“超载”或“超速”)对物体的动能影响更大,当发生交通事故时,由此造成的危害更严重。
超速
实验序号 小球的质量m/g 小球自由滚下的高度h/cm 木块被撞后运动的距离s/cm
1 30 10 4
2 30 20 16
3 60 10　　　　　　 8
（2017~2022）
数据链接 真题试做
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命题点 1 机械能及其转化
命题点 2 机械能守恒的理解及计算
命题点 1 机械能及其转化
1.(2022·毕节12题,3分)2022年2月北京冬奥会顺利举办,如图是我国运动员苏翊鸣在单板滑雪男子大跳台比赛中奋力拼搏的场景。他从加速助滑到跳台腾空而起完成技术动作,落地后滑行一段进行缓冲。以下说法正确的是(　　)
A.他在起跳前加速下滑的过程,动能增大
B.他在起跳点用力蹬地起跳后,受到平衡力
C.他起跳后在空中滑行时,重力势能保持不变
D.他落地后滑行时,看到观众向后退,是以观众为参照物
3
4
1
2
A
2.(2018·贵阳11题,3分)如图所示,粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面上,一个小球由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.整个过程只有重力在对小球做功
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点具有的机械能等于它在C点具有的重力势能
C
3
4
1
2
3.(2018·贵阳12题,3分)如图所示,带正电的小球甲固定于水平绝缘支架上,另一个带正电的小球乙从甲正上方A点由静止释放(图中虚线表示两球球心的连线)。已知电荷间的相互作用力随它们之间距离的减小而增大。若乙运动至B点时,所受重力恰好等于甲对它的排斥力。不计空气阻力,下列对小球乙下落过程的分析正确的是(　　)
A.到达B点前增加的动能等于减小的重力势能
B.到达B点后它能保持平衡状态
C.从A到B的过程中,它始终受到平衡力作用
D.从A点到B点,重力做的功比排斥力的功多
D
3
4
1
2
4.(2022·六盘水6题,3分)如图所示的是小明端午小长假在游乐园乘坐过山车时的情景,过山车在粗糙轨道的顶端由静止滑下,途中经过A、B、C三点,其中A点与B点等高,C点在水平轨道上。在此过程中保证绝对安全,不计空气阻力,下列关于过山车分析正确的是(　　)
A.重力势能全部转化为动能
B.A点和B点的速度相等
C.在B点时受三个力作用
D.在C点时受平衡力作用
3
4
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2
C
命题点 2 机械能守恒的理解及计算 (贵阳3考)
5.(2018·贵阳16题,2分)如图所示,原长为L的轻质弹簧一端固定在竖直墙面上,另一端与水平面上的木块相连。推动木块压缩弹簧,其左端至A点时,弹簧具有的弹性势能为25 J;松手后,木块在弹簧的作用下往复运动若干次后静止,此时弹簧具有的弹性势能为1 J,则木块运动过程中克服阻力做的功是________J。整个运动过程中木块速度最大时其左端可能位于________(选填“B”“C”或“D”)点。
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B
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8
6. 核心素养·科学论证 (2021·贵阳19题,3分)如图所示,斜面底端的挡板上固定一根轻质弹簧,物块从A点由静止开始沿斜面自由下滑,最终在斜面上的B点保持静止。请比较这一过程中物块重力做功W1和克服摩擦力做功W2的大小关系,并从能量转化的角度说明理由。(不计空气阻力)
W1＞W2,物块下滑过程中物块的重力势能转化为克服摩擦力做功(W2)产生的内能和克服弹簧弹力做功产生的弹性势能,所以W1＞W2。
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7.(2019·贵阳20题,3分)如图所示,足够高的粗糙水平桌面上静止一个木块,轻质无弹性细线的一端系在木块上,另一端绕过定滑轮挂有托盘。往托盘中添加砝码后,木块向右做加速运动。在木块运动一段距离的过程中,请判断木块增加的动能E与砝码重力做的功W的大小关系,并通过完整分析阐述理由。(不计托盘质量、空气阻力、线与滑轮间的摩擦)
答：E＜W,在木块运动一段距离的过程中,砝码重力做的功转化为木块和砝码的动能及由于摩擦产生的内能,所以木块增加的动能E小于砝码重力做的功W。
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8.(2022·六盘水19题,3分)图甲中小孩荡秋千的过程可简化为图乙,分析他从A点荡到C点的能量转化(阻力忽略不计)。
答：从A点到B点的过程中,质量不变,高度减小,所以重力势能减小;速度增大,所以动能增大,此过程将重力势能转化为动能;从B点到C点的过程中,质量不变,高度增加,所以重力势能增大;速度减小,所以动能减小,此过程将动能转化为重力势能。
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