第3章 能量的转化与守恒(第2、4节机械能、杠杆相关计算)(知识点梳理+典题训练)(无答案)

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第3章 能量的转化与守恒(第2、4节机械能、杠杆相关计算)(知识点梳理+典题训练)(无答案)

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机械能、杠杆相关计算
一、能量和机械能
(一)能量
1.各种形式的能量有:电能、热能、化学能、生物能,机械能(包括 和 )、
光能、太阳能、水能、风能、原子核能、地热能、潮汐能等。
2.能量:一个物体能够做功,这个物体就具有 ,能量的单位是焦耳。
3.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, 但是原子核能、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。
(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 和 有关,物体质量
越大.运动速度越快,其动能也就越大。公式:
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 和物体被举高的
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。
重要提示: 在动能和势能的相互转化时,若有“物体匀速下落”或“物体在运动过程
中有发热”或“物体表面粗糙”或不提“物体表面光滑”等字样时,均有部分机械能转化为内能,从而使机械能不守恒。
科学探究:
1.摆锤实验:用细绳把摆锤悬挂起来,将摆锤拉到某一高度后放手,在摆锤向下摆动过程中,重力势能变小,速度变大,摆锤的动能增大。当摆锤向上摆动过程中.速度变小,摆锤的动能减小,重力势能增大。
2.滚摆实验: 滚摆下降过程中,重力势能减小,转速增大,动能变大。当滚摆上升过程中,转速变小,动能变大,重力势能增大 。
实验表明:(1)物体的动能和重力势能可以相互转化。
(2)物体的动能和弹性势能也可以相互转化。


【针对练习】
1.如图所示,某人将一支弹力圆珠笔摁在桌面上,松手后发现圆珠笔竖直向上跳起。圆珠笔从松手到上升到最高点的过程中,以下说法正确的是( )
A.动能转化为重力势能后,再转化为弹性势能
B.重力势能转化为动能,再转化为弹性势能
C.弹性势能转化为重力势能,再转化为动能
D.弹性势能转化为动能,再转化为重力势能
2.有一种运动叫蹦极,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,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,运动员从O点到C点的运动过程中忽略空气阻力,则(?? )
A.?从O点至B点运动员的重力势能全部转化为动能
B.?从B点至C点只有运动员的动能转化为弹性势能
C.?从O至A过程中运动员速度增大,从A至C过程中运动员速度减小
D.?从O至B过程中运动员速度增大,从B至C过程中运动员速度减小
3.如图所示甲,质量不计的弹簧竖直固定在水平面上,t=0时刻,将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放,小球接触弹簧并将弹簧压缩至最低点(形变在弹性限度内),然后又被弹起离开弹簧,上升到一定高度后又下落,如此反复.通过安装在弹簧下端的压力传感器,测出该过程中弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示,不计空气阻力.则(?? )

A.?运动过程中小球的机械能守恒???????????B.?t1~t2这段时间内,小球的动能与重力势能一直在增加
C.?t2时刻小球的速度为最大??????????????????D.?t2~t3这段时间内,小球的动能先增加后减少
4.如图甲为蹦极运动过程示意图,跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处,从几十米高处跳下。运动时,跳跃者受到绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示(将蹦极过程近似为在竖直方向的运动)。根据图象可知跳跃者 (????? )?

A.?重力大小为F0 ???????B.?t0时刻弹性势能最小????????C.?t0时刻动能最大???????D.?t0时刻重力势能最小
5.如图是杂技演员演出时的过程示意图。男演员从甲处用力向上起跳,落下后踩在翘翘板的a端,能把站在b端的女演员弹上乙处。由于存在阻力,故(???? )

第6题图 第6题图
A.?男演员的质量必须要大于女演员的质量
B.?甲处男演员的势能一定要大于乙处女演员的势能
C.?男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能
D.?女演员弹起时的动能与她站在乙处时的机械能相等
6.如图所示,足球以初速度v沿着凹凸不平的草地从a运动到d,足球(  )
A.?在b、d两点动能相等??????????????????????????????????????????B.?在a、d两点动能一定相等
C.?从b到c的过程机械能减少???????????????????????????????????D.?从c到d的过程重力势能减少
7.如图所示,小球从斜面上某一高度由静止开始滑下,撞击静止于水平木板上的木块(不计空气阻力),下列说法正确的是(  )

A.?小球在斜面上下滑的过程中,如果以木板为参照物,小球是静止的
B.?若木板的表面光滑且足够长,最终木块的动能保持不变
C.?木块对木板的压力就是木块的重力
D.?小球从斜面上开始下滑到撞击木块后静止的过程中,小球的机械能先变大后变小
8.光滑斜面甲与水平面AB平滑连接,从斜面甲高H处静止释放小球,小球运动到B点静止,如图①所示。在AB上的C点平滑拼接另一光滑斜面乙,已知AB=3AC,如图②所示。则

第8题图 第9题图
(1)如果小球从斜面甲高H处静止释放,则小球到达乙斜面的最大高度h=________H;
(2)要使小球在乙斜面上到达的最大高度变为2h,小球应从甲斜面________高处静止释放
9.用手将一重为G的铁球缓慢放在一弹簧上,放手后,铁球从A位置开始向下运动,到达B位置速度达到最大,到达C位置小球的速度变为零。已知AC间的高度差为h,在此过程中弹簧的弹性势能增加量为________。B位置到C位置的过程中铁球所受的重力________(选填“大于”、“小于”、“等于”)弹簧所施加的弹力。(整个过程中不计能量损耗)

10.如图是皮球落地后弹跳过程中,每隔相等时间曝光一次所拍摄的照片。A、B 是同一高度的两点,则 A 点的重力势能________?B 点的重力势能(选填“大于”“小于”或“等于”);此过程中皮球的机械能________?(选填“增大”“减小”或“不变”)。

12.为了探究物体动能大小与哪些因素有关,同学们设计了如图甲、乙所示的实验装置来进行实验.

(1)图甲是让不同质量的小球沿同一光滑斜面从B处由静止自由释放,然后分别撞击到放在同一水平面上的同一木块,木块在水平面运动一段距离后静止时的情景.据此你能得出的结论是________ ?
(2)图乙是让质量相同的小球沿同一光滑斜面分别从A、B处由静止自由释放,然后分别撞击到放在同一水平面上的同一木块,木块在水平面运动一段距离后静止时的情景.据此你能得出结论是________ ?
(3)本实验装置的水平面如果绝对光滑,还能得出结论吗?_______ _?;理由是__ ______?
(4)实验后,同学们联想到在许多公交事故中,造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超速”,进一步想知道,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:
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/m
1 30 10 4
2 30 20 16
3 60 10 8

为了探究“超载”安全隐患,应选择________?两个序号的实验进行比较;
(b)为了探究“超速”安全隐患,应选择________? 两个序号的实验进行比较.分析表格中对应的 实验数据可知:________?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.

杠杆相关计算
定义:一根在力的作用下,能绕固定点转动的硬棒。
动力F1:使杠杆转动的力
动力臂L1:支点到动力作用线的垂直距离
五要素 支点:固定不动的点
阻力F2:阻碍杠杆转动的力
阻力臂L2:支点到阻力作用线的垂直距离
平衡条件:F1·L1 = F2·L2
平衡状态:静止或匀速转动
省力杠杆 L1>L2
种类 等臂杠杆 L1=L2
费用杠杆 L1<L2
注意:动力臂、阻力臂的画法:定支点,作二线(画出力的作用线)画力臂。
【针对练习】
1.在图中所示的简单机械中,忽略机械自重和摩擦,当提起相同重物时,最省力的是(  )
A.???????????????????B.???????????????????C.???????????????????D.?


2.某工厂搬运货物用了如图所示的装置。已知滑轮组中绳子能承受的最大拉力为500N,定滑轮的质量为0.5kg,动滑轮的质量为0.6kg,货箱重为15N,不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦,下列说法正确的是( ??)

第2题图 第3题图
匀速吊起货物上楼,每次能吊的货物最多不能超过1469N
B.?使用的定滑轮质量越小越省力翻货箱
C.?工人分别用5m/s和3m/s速度匀速拉升同一货物,工人做功的功率相同
D.?所吊货物质量为100kg,匀速提升10m,则水平拉力F所做的功为10210J
3.小华在做实验时提出了如图所示两个模型,两杠杆均处于平衡状态,甲杠杆上平衡的是两个同种密度但体积不同的实心物体,乙杠杆上平衡的是两个体积相同但密度不同的实心物体,若将它们都浸没在水中,则两杠杆将( ??)
A.?仍保持平衡????? ?B.?都失去平衡????
C.?甲仍保持平衡,乙失去平衡????? ?D.?甲失去平衡,乙仍保持平衡

4.如图是某种汽车质量测试仪(俗称地磅)的工作原理图。电源电压保持不变,压力传感器的电阻会随着受到压力的增加而减小,汽车开上踏板。质量显示表的指针就会显示出待测汽车的质量。下列有关测试仪的说法正确的是(?? )
A.?作用在B点的力为动力,图中的ABO是一个省力杠杆?????
B.?质量显示表是用电压表改装而成的
C.?质量显示表表盘上的刻度值越往右越小?????????????????????????
D.?汽车质量越大,电路消耗的总功率越大
5.如图所示,杠杆OAB可绕O点在竖直平面内转动,已知OB=40cm,AB=30cm,OB与AB垂直,忽略摩擦和杠杆重。一个重为200N,边长为10cm的正方体物体挂在OB的中点C处,若要使物体对地面的压强为6000Pa,则作用在A端的力至少是________N。并在图上画出这个力的示意图________。




第5题图 第6题图
6.如图所示,质量不计的木板 AB 处于水平位置平衡,且可绕 O 点无摩擦转动 OA=0.2m,OB=0.5m,在 A 端挂一个重 5N 的物体甲,另一重 2.5N 的小滑块乙在水平拉力作用下,以0.1m/s 的速度从 O 点匀速向右滑动,在此过程中,甲对地面的压力________(填“变大”、“变小”或“不变”),小滑块在木板上水平滑动的时间为________S。
7.如图所示,一轻质杠杆支在支架上,OA=20cm,G1为边长是5cm的正方体,G2重为20N.当OC=l0cm时,绳子的拉力为________N,此时G1对地面的压强为2×104Pa.现用一水平拉力,使G2以________cm/s的速度向右匀速运动,经过12.5s后,可使G1对地面的压力恰好为零.

第7题图 第8题图
8.某人在动物园内,用弹簧测力计称出了一头大象的重量,在称象过程中,他用到了吊车、铁笼和一根很长的配槽钢等辅助工具,操作步骤如下:
如图甲所示,将铁笼系于槽钢上的B点,当吊车吊钩在槽钢上的悬吊点移至O点时,槽钢在水平位置平衡.
b、将大象引入铁笼,保持吊钩悬吊点O点和铁笼悬挂点B点的位置不变,用弹簧测力计竖直向下拉住槽钢的另一端,使之再次在水平位置平衡,如图乙所示,测得OB=6cm,OA=9m,弹簧测力计的示数为200N,根据上述数据测出了大象的重量.
(1)大象的重为________?N.
(2)设计步骤a的目的是___ _____.
10.在“探究杠杆的平衡条件”实验中:
(1)如图a所示,为使杠杆在水平位置平衡,应将杠杆右端的平衡螺母向________?旋(选填“左“或“右”).
(2)如图b所示,在A位置上挂两个相同钩码,应该在B位置挂上________?个同样的钩码,才能使杠杆在水平位置平衡.
(3)如图c所示,弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动,杠杆始终保持水平平衡,则弹簧测力计的示数将________?(选填“变大”、“变小”或“不变”).

11.一根长为L,质量为m的均匀木杆平放在地面上,现要使木杆立起来,推力F与杆始终垂直.
(1)力F至少需要对木杆做多少功?
(2)设木杆立起来的过程中与水平面的夹角为θ,试推导出某一时刻F的表达式,并说明随θ增大,F大小如何改变.











13.如图所示,将质量不计的吸盘内部空气排尽后与水平地砖完全贴合,已知:贴合的面积为 40cm2 , 实验时的大气压强为 1×10?5Pa,轻质杠杆 AB 可以绕 O 点无摩擦转动,OA 与OB 的长度之比为1∶4,保持杠杆水平;小明体重500N,每一只脚与地面接触面积200cm2。在 B 端用竖直向下的拉力 F 将吸盘沿竖直方向刚好拉离地砖,求:
(1)吸盘所受的大气压力 F0;
(2)小明将吸盘刚好拉离地砖所用拉力 F;
(3)小明将吸盘刚好拉离地砖时,双脚站立在地面的小明对地面的压 强多大。


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