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第十二章1机械能2机械能的转化3水能和风能

发布时间:2014-01-04 16:47:48  

第十二章机械能

§1.机械能? §2.机械能的转化? §3.水能和风能

(一)能量概念的建立

高处的物体落到地面,可以做功,但是在未落下前,它只具有做功的可能性,即具有做功的本领;同样,运动的物体遇到障碍物时,可以做功,但是没有遇到障碍物之前,也只具有做功的本领。物体具有做功的本领,我们就说物体具有能(或能量)。物体具有的能越多,它可以对其他物体做的功就越多。能量的单位和功的单位一样是:焦耳(J)。

(二)动能的概念及其决定因素

(1)动能:物体由于运动而具有的能量。如风、流水、飞行的子弹都具有动能。

(2)一切运动的物体都具有动能。

(3)物体的动能大小的影响因素:速度、质量

①质量一定时物体运动的速度越大,其具有动能也就越大。

②在速度一定时,物体的质量越大,其动能也就越大。

说明:由于运动是相对的,所以动能的大小也是相对的,通常所说的速度是以地球为参照物,所以物体的动能是相对地球而言的。

(三)势能的概念、分类及其决定因素

1、重力势能:物体由于被举高所具有的能。如被举高的重锤具有重力势能。

(1)物体重力势能的的影响因素:高度、质量

①在高度一定时,质量越大的物体具有的重力势能越大。

②在物体的质量一定时,物体被举的越高,其具有的重力势能就越大。

(2)由于高度是相对的,所以重力势能也是相对的。通常以地面的高度为零,所说的重力势能大小是相对地面的。

2、弹性势能:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能。例如:拉长的橡皮筋,被压缩的弹簧等都具有弹性势能。

(1)物体重力势能的的影响因素:弹性形变。

物体的弹性形变越大,它具有的弹性势能就越大。

(2)在研究弹性势能时应注意:

①物体在外力的作用下,它的形状会发生改变,称为形变。如果外力撤消后,物体能够恢复原状,这种形变就称之为弹性形变。决定物体弹性势能大小的因素是物体的弹性形变程度,而不能理解为形变程度。

⑵弹性势能是由于“发生弹性形变”这个原因而产生的那部分能量,而不是“发生弹性形变的物体所具有的能量”。

(四)机械能

动能和势能统称为机械能,机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。

一切物体可以既具有动能又具有势能,也可以只具有动能或只具有势能。机械能大小的决定因素:质量、速度、高度、形变量。

1. 弄清机械能的含义:

动能是机械能,势能也是机械能。在数值上,机械能等于物体所具有的动能和势能之和。

2. 动能与势能的转化过程:

动能与势能的转化实质就是一个物体动能增大(或减小)的同时,势能相应的减小(或增大)。

(1)动能与重力势能的转化,以滚摆实验为例,当滚摆由高处向下滚动时,速度增大,因而动能增大,与此同时,滚摆的高度在减小,因而重力势能也在减小,这个过程叫做重力势

能转化为动能。与此相反,滚摆向上运动,动能转化为重力势能。

(2)动能与弹性势能的转化,以篮球为例,篮球着地时球和地面都会发生弹性形变,只是时间短,形变小,不易观察。从高处落在地面上的篮球与地面间的作用有两个过程,第一个过程是着地时发生形变,获得弹性势能,即动能转化为弹性势能,紧接着是第二个过程,形变恢复,弹性势能转化为动能。

【典型例题】

例1. 一只氢气球的下方用细线吊一只小皮球,当小皮球随氢气球匀速上升到一定高度H位置,细线突然断开,那么在不计空气阻力下,在皮球落地无能量损失时,皮球落地又反弹后上升的最大高度是( )

A. 皮球上升到H处 B. 皮球上升的高度大于H处

C. 皮球上升的高度小于H处 D. 无法确定皮球能上升的最大高度

解析:皮球上升到H高度处细线断开,但皮球由于惯性仍要上升一段距离才下落,所以皮球下落时高度大于H,下落时不计空气阻力,重力势能全部转化为动能,与地面碰撞的过程中无能量损失,反弹后上升不计能量损失,动能全部转化为重力势能,所以还能上升到原来下落的高度处即大于H的地方。

例2. 某运动员匀速跑上一斜坡,在此运动过程中,他具有的( )

A. 动能增大,重力势能减小 B. 动能增大,重力势能增大

C. 动能不变,机械能不变 D. 动能不变,机械能增大

例3. 2003年3月20日美英联军对伊拉克的军事打击调用了大量空降部队,在空降兵离开机舱,尚未打开降落伞的一段时间里,他们在空中加速下落,若不计空气阻力,那么在这段时间里,空降兵的重力势能 ,动能 ,机械能 。(选填“不变”或“变大”或“变小”) 解析:动能大小决定于质量与速度的大小,势能大小的决定因素是质量和高度,那么空降兵在加速下落过程中动能变大,而高度逐渐降低所以势能变小,又因不考虑阻力,所以减小的势能转化成了动能即机械能保持不变。

例4. 静止的物体没有机械能,这种说法对吗?

解析:若静止在有一定高度位置上的物体,是具有重力势能的,这种情况静止的物体就有机械能。

例6. 如图,物体A浮在水面上,现向水中慢慢加入一些细的食盐,则物体A的( )

A. 动能减小 B. 机械能不变 C. 重力势能增大 D. 无法确定

分析:向水中加入食盐后,水的密度变大,物体A受到的浮力变大,A会上浮,距地面高度增大,当A的质量不变时,它的重力势能增大。

例7. 关于物体的动能和势能,下列说法中正确的是

A. 质量大的物体比质量小的物体动能大

B. 高速飞行的子弹一定比缓慢行驶的汽车的动能大

C. 质量相同的两个物体放在同一高度处,它们的重力势能一样大

D. 一个弹簧被拉长时弹性势能增大,被压缩时弹性势能减小

【模拟试题】

一. 判断题

1. 飞驰的小轿车可能比行驶的大卡车的动能大。

2. 在速度一定的情况下,大象的动能一定比猎豹的动能大。

3. 弹簧具有弹性势能。

4. 高山上有一块大石头稳稳地静止在那儿,既没有动能也没有重力势能。

5. 具有动能的物体不会具有重力势能。

6. 空中飞翔的海鸥同时具有动能和重力势能。

二. 填空题

1. 将一个乒乓球向上抛出,乒乓球离手时球的速度最大,此时的动能。在上升过程中乒乓球的速度 ,动能 ,但高度在增加,因而重力势能 。当达到最高点时,乒乓球的速度为 ,动能也为 ,重力势能达到最大,在上升过程中乒乓球的 能转化为 能。从最高处落下时,速度越来越 ,动能也越来越 ,由于高度不断减小,所以重力势能也不断 。在下降过程中乒乓球的 能转化为 能。

2. 拉弓时,弓的形状发生变化,形变越大,弹性势能的 能转化为 能。

3. 桂林市中心广场附近的“大瀑布”再现了“飞流直下三千尺”的壮观景象,当水从楼顶急泻而下时,其动能 ,势能 (填“增大”、“减小”、“不变”)

4、汽车在匀速爬坡的过程中,动能 ,重力势能 ,机械能 。(填“增大”、“不变”或“减小”)

三. 选择题

1. 下列物体具有弹性势能的是( )

A. 下落的陨石 B. 海上行驶的轮船

C. 静止在桌面的茶杯 D. 上紧发条的钟表

2. 打桩机的钟锤自由下落时,它的( )

A. 动能不变 势能不变 B. 动能增大 势能不变

C. 动能增大 势能减小 D. 动能减小 势能增大

3. 把体积相同的铁球和木球以相同的速度竖直向上抛出。若不计空气阻力,当它们到达最高点时( )

A. 铁球的动能比木球大 B. 木球的动能比铁球大

C. 铁球的重力势能比木球大 D. 木球的重力势能比铁球大

4、小明在玩蹦蹦杆,在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中,小

明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化是( )

A.重力势能减小,弹性势能增大 B.重力势能增大,弹性势能增大

C.重力势能减小,弹性势能减小 D.重力势能增大,弹性势能减小

5、上紧发条的玩具车在水平桌面上开始跑动时( )

A.弹性势能减小,动能增大 B.弹性势能增大,动能减小

C.弹性势能不变,动能减小 D.弹性势能减小,动能不变

6、为了使快速降落的“神舟”五号返回舱安全着陆,返回舱在距离地面几米处,向下迅速喷出高温高压气体。从开始喷气到安全着陆,返回舱的( )

A.动能增大,重力势能减少,机械能不变 B.动能不变,重力势能减少,机械能减少

C.动能减小,重力势能增加,机械能不变 D.动能减小,重力势能减少,机械能减少

7. 下列过程中动能转化为势能的是( )

A. 拉弯的弓把箭射出 B. 秋千从高处落向低谷

C. 冰雹从天而降 D. 向上抛出的石块在空中上升

8. 下列现象属于重力势能转化为动能的是( )

A. 爆竹腾空而飞 B. 水从高处落下

C. 从地面上弹起的皮球 D. 在水平地面上匀速行驶的汽车

9. 下列现象中,机械能转化为其他形式能的是( )

A. 钻木取火 B. 炸弹爆炸 C. 煤气燃烧 D. 电车行驶

四. 问答题

为什么交通部门对机动车行驶速度进行限制?

答:交通部门对在不同路段的机动车行驶速度进行限制,是因为质量一定时, 越大,物体的动能越大;在同一路段,不同车型限速不同,是因为 一定时, 越大,物体的动能越大。

五、实验题

下图甲是研究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验装置,实验中让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下,打到同一个木块上。图乙是研究“牛顿第一定律”的实验装置,实验中让同一钢球从斜面上相同的高度由静止滚下,在粗糙程度不同的平面上运动。请回答以下问题:

(1)设计甲实验的目的是研究钢球动能的大小与 的关系;设计乙实验的目的是研究运动的钢球速度减小的快慢与所受 的关系。

(2)甲实验是通过木块被推动 的大小,说明钢球对木块做功的多少,从而判断钢球动能的大小;乙试验是通过钢球在粗糙程度不同的平面上运动的远近,推理得出:在理想情况下,运动的物体如果 ,将永远作匀速直线运动。

(3)两个实验都涉及到同一种物理方法,叫 。

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