□梁淑娥
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機械能轉(zhuǎn)化莫忘“小當家”
□梁淑娥
一般來說,物體機械能的大小與物體的機械運動情況有關,主要包括質(zhì)量、速度、高度、形變程度等,這些因素也同時成為決定機械能是否變化的“小當家”.只要抓住影響動能、勢能大小的因素就可以弄清它們的變化情況,再根據(jù)“機械能=動能+勢能”,就能判斷機械能的總量是否在變化.那么,具體在分析應用時有哪些判斷的技巧呢?
方法1:根據(jù)影響動能、勢能大小的因素判斷
例1圖1是小球在地面彈跳的頻閃照片,A、B兩點高度相同,小球在A點的重力勢能_______(選填“大于”“小于”或“等于”)B點的重力勢能,小球在A點的動能_______(選填“大于”“小于”或“等于”)B點的動能.
解析:小球在A點的高度和B點的高度相等,小球的質(zhì)量一定,根據(jù)重力勢能的影響因素可知,小球在A、B兩點的重力勢能相等.小球從高處落下經(jīng)過A點,經(jīng)兩次彈跳后經(jīng)過B點,可知小球在A點的機械能大于B點的機械能,由于小球在A、B兩點的重力勢能相等,所以小球在A點的動能大于在B點的動能.
圖1
答案:等于大于
點評:由圖示可知,在無法根據(jù)質(zhì)量或速度來確定物體動能的變化時,用物體在某點的機械能減去該點的重力勢能,就是物體在該點動能的大小.
方法2:根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的方向判斷
如果A種形式的能轉(zhuǎn)化為B種形式的能,那么A種形式的能一定減小,B種形式的能一定增加.
例2如圖2所示,男孩腳踩滑板車從高處滑下,在下滑的過程中他的().
A.動能增加,勢能減少
B.動能增加,勢能增加
C.動能減少,勢能增加
D.動能減少,勢能減少
圖2
解析:男孩腳踩滑板車從高處下滑的過程中,他的重力勢能主要轉(zhuǎn)化為動能,故他的重力勢能減小,動能增加.
答案:A
點評:當物體只有重力做功時,如果一個物體的動能減小,重力勢能增加,則動能轉(zhuǎn)化為重力勢能;如果一個物體的動能增大,重力勢能減小,則重力勢能轉(zhuǎn)化為動能.
方法1:根據(jù)“動能+勢能=機械能”來判斷機械能是否改變
若動能、勢能都增加(或減小),或者一個量不變而另一個量增加(或減小),此時可根據(jù)“動能+勢能=機械能”來判斷機械能是否變以及如何變.
例3(2015·貴陽)如圖3所示,材質(zhì)均勻的弧形軌道固定在豎直平面,將小球置于軌道的頂端A點,小球具有的機械能為100J.讓小球從A點由靜止開始滾動,到右側(cè)所能達到的最高位置B點時,具有的機械能為80J,隨即小球向左側(cè)滾動,當滾動到左側(cè)所能達到的最高位置時(不計空氣阻力),它具有的機械能可能是().
圖3
A. 80J B. 70J
C. 60J D. 50J
解析:小球在與軌道摩擦的過程中,存在著機械能損耗,不計空氣阻力,小球從A點到達B點時,機械能從100J減小為80J,減少了20J.而從B點再到達左側(cè)所能達到的最高位置時,其通過軌道的長度應該比第一次短,所以機械能減少的大小應該小于20J,即小球在機械能是80J的基礎上,損失的機械能不超過20J,即最有可能是70J.
答案:B
點評:動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中,如果只有動能和勢能之間相互轉(zhuǎn)化,那么機械能的總和不變,即機械能守恒.本題中,雖不計空氣阻力,但要考慮克服摩擦力做功,因此在動能和勢能之間相互轉(zhuǎn)化時,小球的機械能不守恒.
方法2:根據(jù)除重力、彈性繩(或彈簧)的彈力外有無其他力對物體做功判斷
若只有動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化,即除重力、彈性繩(或彈簧)的彈力外無其他力對物體做功,則物體(包含彈性繩或彈簧在內(nèi))機械能是守恒的;反之,除重力、彈性繩(或彈簧)的彈力外物體若受到摩擦阻力,則物體機械能減??;若有其他力克服重力或克服彈性繩(或彈簧)的彈力對物體做功,則物體機械能增加.
例4有一種運動叫蹦極,圖4是蹦極運動的簡化示意圖.彈性繩一端固定在O點,另一端系住運動員,運動員從O點自由下落,A點處彈性繩自然伸直. B點是運動員受到的重力與彈性繩對運動員拉力相等的點,C點是蹦極運動員到達的最低點.運動員從O點到C點的運動過程中(忽略空氣阻力),則().
圖4
A.從O至C運動員動能和重力勢能一直減小,繩子的彈性勢能一直增大
B.從O點至A點運動員機械能不守恒,從A點至C點機械能守恒
C.從O至A過程中運動員動能增大,從A至C過程中運動員動能減小
D.從O至B過程中運動員動能增大,從B至C過程中運動員動能減小
解析:運動員從A點到B點的運動過程中,它受到的重力大于彈力,合力方向向下,初速度方向向下,根據(jù)“力與運動的關系”可知在此階段運動員做加速直線運動,動能增加;他在BC段仍受豎直向下的重力和豎直向上的彈力作用,但重力小于彈力,合力方向向上,而初速度方向向下,又由“力與運動的關系”可知運動員在此階段做減速直線運動,動能減小,到達C點速度為O.由于不計空氣阻力,運動員在從O點至A點的運動過程中除重力外無其他力對其做功,他的機械能守恒;運動員在從A點至C點的運動過程中,除重力和彈性繩(或彈簧)的彈力外無其他力對其做功,連同彈性繩整個系統(tǒng)的機械能守恒.綜上所述,選項D正確.
答案:D
點評:判斷彈性勢能的變化,關鍵是看彈性形變大小的變化.在質(zhì)量不變的情況下,物體彈性形變增加,彈性勢能就變大;彈性形變減弱,彈性勢能就變小.