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械能的转化及守恒
动能和势能统称机械能,势能包括重力势能和弹性势能,动能和势能是可以相互转化的.一个物体从高处下落,物体的重力势能转化成了它的动能:弯弓射箭时,弓的弹性势能转化成箭的动能:蹦床运动员从高处落下,重力势能先转化成动能,与蹦床面接触后.床面发生弹性形变,运动员的动能转化成蹦床的弹性势能.
判断一个物体的机械能是否守恒,可以先分析动能和势能的变化情况.如果一个物体的动能和势能都增大,则机械能一定增大.比如,“神舟”号飞船在发射升空的过程中,动能增大,势能也增大,机械能当然增大.同理,如果一个物体的动能和势能都减少.总的机械能一定减少,比如跳伞运动员在打开降落伞之后.动能减少,重力势能也减少,机械能减少,
只有一个物体的动能增大、势能减少,或者动能减少的同时势能增大,总的机械能才有守恒的可能.大量的研究结果表明,如果物体在运动的过程中不受摩擦和介质阻力,或者只发生动能和势能的相互转化.没有其他形式的能产生,机械能的总和将保持不变.或者说,机械能是守恒的.如,不计空气阻力下的自由下落、抛体运动、摆动、物体沿光滑斜面滑下、人造地球卫星在大气层外环绕地球运行等,机械能都是守恒的.
例1 如图1所示,已知人造地球卫星绕地球运行的轨道是椭圆形的.有一近地点和远地点,下面关于卫星的说法正确的是().
A.当卫星从远地点向近地点运动
图1时,速度变大
B.当卫星从近地点向远地点运动时,速度变大
C.当卫星在远地点时,动能最大,重力势能最小
D.当卫星在近地点时,动能最小,重力势能最大
分析:人造地球卫星绕地球运行过程中机械能守恒.卫星从远地点向近地点运动时,离地高度减小,重力势能减小,减少的重力势能转化为卫星的动能.所以卫星的动能增大,速度变大.卫星从近地点向远地点运动时,离地高度增大,重力势能增大,增大的重力势能是由卫星的动能转化而来的,所以卫星的动能减小.速度变小,选A.
答案:A例2如图2.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位置时速度达到最大.到达C位置时小球的速度变为零.已知AC间的高度差为h,则从A位置到C位置铁球的重力做功是____,在此过程中弹簧的弹性势能增加量为_______.铁球从B位置到C位置的过程中铁球所受的重力_(填“大于”“小于”或“等于”)弹簧所施加的弹力.(整个过程中不计能量损耗)
分析:重力做功等于重力乘以物体重心下降的高度,所以铁球从A位置到C位置,重力所做的功为Gh.铁球在A、C两位置时的速度都是零,从A位置到C位置,铁球的动能不变,减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能,故弹簧的弹性势能增加量为Gh.铁球在B位置时的速度最大,球所受的重力等于弹簧对它的弹力,铁球从B位置到C位置时,弹簧进一步被压缩,弹力增大,铁球所受的重力小于弹簧对它的弹力,
答案:Gh Gh 小于
机械能的转化及利用
开发和利用新能源是解决人类能源危机的重要途径.自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然能源,我们的祖先很早就开始利用水能和风能了.让水流冲击水轮转动,用来汲水、磨粉;船靠风力鼓起帆来推动它们航行.到l9世纪,人类开始利用水能发电,
水力发电的基本原理是利用水位落差,配合水轮发电机产生电力,其能量转化过程是:上游水的重力势能转化为水流的动能,水流通过水轮机时将动能传递给水轮机,水轮机带动发电机转动将动能转化为电能,因此水力发电就是将水的机械能转化为电能的过程,
大量的事实表明,能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变,这就是能量守恒定律,
倒3下列关于能量的说法,正确的是().
A.金属汤勺放在热汤中,汤勺温度升高.这说明内能是可以转移的
B.小孩从滑梯上滑下,机械能不变
C.电水壶工作时,将内能转化为电能
D.“神舟”十号飞船在加速升空过程中.它的动能增加.机械能不变
分析:金属汤勺放在热汤中,汤勺温度升高,是因为热量从高温的热汤传给低温的汤勺.这是内能的转移,故A正确:小孩从滑梯上滑下,会受到摩擦阻力作用,小孩在克服摩擦力做功的过程中,自身的一部分机械能会转化成内能,故B错;电水壶工作时,将电能转化成内能.故C错:“神舟”十号飞船在加速升空的过程中,质量不变,速度增大,离地高度增大,动能增加,重力势能增加,机械能当然是增加的,故D错.
答案:A
例4 如图3所示是国产“歼-15”舰载机正在“辽宁号”航母上进行阻拦着舰时的情景:舰载机呼啸着舰,机尾挂钩精准钩住阻拦索,在阻拦索拉力的帮助下,舰载机在航母的飞行甲板上短距离滑行便停下来.根据对舰载机着舰过程的介绍可判断,舰载机在滑行过程中().
A.受平衡力的作用
B.其机械能逐渐减小
C.使“辽宁号”航母的内能减小
D.使“辽宁号”航母的机械能减小
分析:舰载机在阻拦索拉力的作用下做减速运动,处于非平衡状态,受非平衡力的作用,故A错;整个过程,舰载机的质量不变,速度减小,高度不变,故其动能减小,重力势能不变,机械能减小,B正确:舰载机着舰过程中,因摩擦生热会使航母的内能增大.故C错;舰载机着舰过程,舰载机对航母的摩擦力对航母做功,会使航母的机械能增大.故D错.
参考答案:B
学即用,练一练:
1.如图4所示,小明在做模拟“蹦极’的小实验时,将一根橡皮筋一端系一质量为m的小球,另一端固定在a点.b点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置,c点是小球从a点自由下落所能到达的最低点.在小球从a点运动到c点的过程中,不考虑空气阻力,以下说法正确的是().
A.小球到达6点时,受的合力为零
B.小球到达c点时,受的合力为零
C.小球的动能一直在增加,重力势能一直在减小
D.在c点小球的动能为零,橡皮筋的弹性势能最大
2.草原发生大面积蝗灾时,农业部门利用飞机喷洒农药消灭蝗虫.当飞机在某一高度水平匀速飞行喷洒农药时,它的().
A.动能不变.势能不变
B.动能减少.势能增加
C.动能增加.势能减少
D.动能减少.势能减少
参考答案:1.D2.D
动能和势能统称机械能,势能包括重力势能和弹性势能,动能和势能是可以相互转化的.一个物体从高处下落,物体的重力势能转化成了它的动能:弯弓射箭时,弓的弹性势能转化成箭的动能:蹦床运动员从高处落下,重力势能先转化成动能,与蹦床面接触后.床面发生弹性形变,运动员的动能转化成蹦床的弹性势能.
判断一个物体的机械能是否守恒,可以先分析动能和势能的变化情况.如果一个物体的动能和势能都增大,则机械能一定增大.比如,“神舟”号飞船在发射升空的过程中,动能增大,势能也增大,机械能当然增大.同理,如果一个物体的动能和势能都减少.总的机械能一定减少,比如跳伞运动员在打开降落伞之后.动能减少,重力势能也减少,机械能减少,
只有一个物体的动能增大、势能减少,或者动能减少的同时势能增大,总的机械能才有守恒的可能.大量的研究结果表明,如果物体在运动的过程中不受摩擦和介质阻力,或者只发生动能和势能的相互转化.没有其他形式的能产生,机械能的总和将保持不变.或者说,机械能是守恒的.如,不计空气阻力下的自由下落、抛体运动、摆动、物体沿光滑斜面滑下、人造地球卫星在大气层外环绕地球运行等,机械能都是守恒的.
例1 如图1所示,已知人造地球卫星绕地球运行的轨道是椭圆形的.有一近地点和远地点,下面关于卫星的说法正确的是().
A.当卫星从远地点向近地点运动
图1时,速度变大
B.当卫星从近地点向远地点运动时,速度变大
C.当卫星在远地点时,动能最大,重力势能最小
D.当卫星在近地点时,动能最小,重力势能最大
分析:人造地球卫星绕地球运行过程中机械能守恒.卫星从远地点向近地点运动时,离地高度减小,重力势能减小,减少的重力势能转化为卫星的动能.所以卫星的动能增大,速度变大.卫星从近地点向远地点运动时,离地高度增大,重力势能增大,增大的重力势能是由卫星的动能转化而来的,所以卫星的动能减小.速度变小,选A.
答案:A例2如图2.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位置时速度达到最大.到达C位置时小球的速度变为零.已知AC间的高度差为h,则从A位置到C位置铁球的重力做功是____,在此过程中弹簧的弹性势能增加量为_______.铁球从B位置到C位置的过程中铁球所受的重力_(填“大于”“小于”或“等于”)弹簧所施加的弹力.(整个过程中不计能量损耗)
分析:重力做功等于重力乘以物体重心下降的高度,所以铁球从A位置到C位置,重力所做的功为Gh.铁球在A、C两位置时的速度都是零,从A位置到C位置,铁球的动能不变,减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能,故弹簧的弹性势能增加量为Gh.铁球在B位置时的速度最大,球所受的重力等于弹簧对它的弹力,铁球从B位置到C位置时,弹簧进一步被压缩,弹力增大,铁球所受的重力小于弹簧对它的弹力,
答案:Gh Gh 小于
机械能的转化及利用
开发和利用新能源是解决人类能源危机的重要途径.自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然能源,我们的祖先很早就开始利用水能和风能了.让水流冲击水轮转动,用来汲水、磨粉;船靠风力鼓起帆来推动它们航行.到l9世纪,人类开始利用水能发电,
水力发电的基本原理是利用水位落差,配合水轮发电机产生电力,其能量转化过程是:上游水的重力势能转化为水流的动能,水流通过水轮机时将动能传递给水轮机,水轮机带动发电机转动将动能转化为电能,因此水力发电就是将水的机械能转化为电能的过程,
大量的事实表明,能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变,这就是能量守恒定律,
倒3下列关于能量的说法,正确的是().
A.金属汤勺放在热汤中,汤勺温度升高.这说明内能是可以转移的
B.小孩从滑梯上滑下,机械能不变
C.电水壶工作时,将内能转化为电能
D.“神舟”十号飞船在加速升空过程中.它的动能增加.机械能不变
分析:金属汤勺放在热汤中,汤勺温度升高,是因为热量从高温的热汤传给低温的汤勺.这是内能的转移,故A正确:小孩从滑梯上滑下,会受到摩擦阻力作用,小孩在克服摩擦力做功的过程中,自身的一部分机械能会转化成内能,故B错;电水壶工作时,将电能转化成内能.故C错:“神舟”十号飞船在加速升空的过程中,质量不变,速度增大,离地高度增大,动能增加,重力势能增加,机械能当然是增加的,故D错.
答案:A
例4 如图3所示是国产“歼-15”舰载机正在“辽宁号”航母上进行阻拦着舰时的情景:舰载机呼啸着舰,机尾挂钩精准钩住阻拦索,在阻拦索拉力的帮助下,舰载机在航母的飞行甲板上短距离滑行便停下来.根据对舰载机着舰过程的介绍可判断,舰载机在滑行过程中().
A.受平衡力的作用
B.其机械能逐渐减小
C.使“辽宁号”航母的内能减小
D.使“辽宁号”航母的机械能减小
分析:舰载机在阻拦索拉力的作用下做减速运动,处于非平衡状态,受非平衡力的作用,故A错;整个过程,舰载机的质量不变,速度减小,高度不变,故其动能减小,重力势能不变,机械能减小,B正确:舰载机着舰过程中,因摩擦生热会使航母的内能增大.故C错;舰载机着舰过程,舰载机对航母的摩擦力对航母做功,会使航母的机械能增大.故D错.
参考答案:B
学即用,练一练:
1.如图4所示,小明在做模拟“蹦极’的小实验时,将一根橡皮筋一端系一质量为m的小球,另一端固定在a点.b点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置,c点是小球从a点自由下落所能到达的最低点.在小球从a点运动到c点的过程中,不考虑空气阻力,以下说法正确的是().
A.小球到达6点时,受的合力为零
B.小球到达c点时,受的合力为零
C.小球的动能一直在增加,重力势能一直在减小
D.在c点小球的动能为零,橡皮筋的弹性势能最大
2.草原发生大面积蝗灾时,农业部门利用飞机喷洒农药消灭蝗虫.当飞机在某一高度水平匀速飞行喷洒农药时,它的().
A.动能不变.势能不变
B.动能减少.势能增加
C.动能增加.势能减少
D.动能减少.势能减少
参考答案:1.D2.D