金羽茜
機(jī)械能是最常見的一種能量,轉(zhuǎn)化是最基本的科學(xué)思想,機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒與日常生活息息相關(guān)。下面歸納此部分知識(shí)的考點(diǎn)并舉例分析。
[考點(diǎn)速覽]
考點(diǎn)1:機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化
動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能。動(dòng)能和勢(shì)能是可以相互轉(zhuǎn)化的,兩種不同形式的能在發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí),一種形式的能減少,另一種形式的能增加。在判斷能量的轉(zhuǎn)化方向時(shí),首先要根據(jù)動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的影響因素判斷所研究的能量是否發(fā)生變化及如何變化。其中動(dòng)能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān),質(zhì)量越大,速度越大,動(dòng)能越大;重力勢(shì)能的大小與物體的質(zhì)量和位置高度有關(guān),質(zhì)量越大,位置越高,重力勢(shì)能越大;彈性勢(shì)能與物體的形變程度有關(guān),物體的形變程度越大,彈性勢(shì)能越大。能量的轉(zhuǎn)化方向是從能量減少的一種形式的能轉(zhuǎn)化為能量增加的另一種形式的能。
考點(diǎn)2:機(jī)械能守恒及其應(yīng)用
判斷機(jī)械能是否守恒的方法有以下兩種。
方法一:根據(jù)動(dòng)能、勢(shì)能的影響因素分析物體的動(dòng)能和勢(shì)能的大小是否變化、如何變化,再判斷動(dòng)能和勢(shì)能之和(也就是機(jī)械能)如何變化。
方法二:分析物體在能量轉(zhuǎn)化的過程中,是否有機(jī)械能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化。若只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,則機(jī)械能守恒。若機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,則機(jī)械能減少。(注意觀察題干中是否提及“接觸面是否光滑”“是否考慮空氣阻力”等。)若有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,則機(jī)械能變大。
[應(yīng)用提升]
1. (2022·四川·自貢)在2022年北京冬奧會(huì)自由式滑雪比賽中,谷愛凌獲得冠軍,她在雪道上自由下滑的過程中,如果不計(jì)雪道阻力和空氣阻力,下列說(shuō)法中正確的是()。
A. 動(dòng)能不變,重力勢(shì)能不變,機(jī)械能不變
B. 動(dòng)能增大,重力勢(shì)能增大,機(jī)械能不變
C. 動(dòng)能增大,重力勢(shì)能減少,機(jī)械能不變
D. 動(dòng)能減少,重力勢(shì)能減少,機(jī)械能減少
解析:運(yùn)動(dòng)員在雪道上自由下滑時(shí),不計(jì)雪道阻力和空氣阻力,只有動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化,機(jī)械能守恒。下滑過程中,質(zhì)量不變,速度變大,高度降低,所以動(dòng)能增大,重力勢(shì)能減少。答案:C。
2. (2022·四川·南充)擲實(shí)心球是南充中考體育項(xiàng)目之一,如圖1是某同學(xué)擲出的實(shí)心球的運(yùn)動(dòng)軌跡,O點(diǎn)是實(shí)心球剛離開手的位置,A點(diǎn)是實(shí)心球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的位置,B點(diǎn)是實(shí)心球落地前瞬間的位置。不計(jì)空氣阻力,下列說(shuō)法正確的是()。
A. 實(shí)心球離開手后受到重力和慣性力的作用
B. 實(shí)心球在最高點(diǎn)A點(diǎn)時(shí)處于平衡狀態(tài)
C. 實(shí)心球從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的動(dòng)能先減小、后增大
D. 實(shí)心球在O點(diǎn)的機(jī)械能大于在B點(diǎn)的機(jī)械能
解析:實(shí)心球離開手后只受到重力作用,它能繼續(xù)前進(jìn),是由于球具有慣性,不能說(shuō)“受到慣性力的作用”,因?yàn)閼T性不是力,故A錯(cuò)誤。實(shí)心球從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),運(yùn)動(dòng)的方向和速度都在發(fā)生變化,整個(gè)過程實(shí)心球均處于非平衡狀態(tài),因此實(shí)心球在最高點(diǎn)A點(diǎn)時(shí)處于非平衡狀態(tài),故B錯(cuò)誤。實(shí)心球從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn),實(shí)心球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能,動(dòng)能減小;實(shí)心球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),實(shí)心球的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,動(dòng)能增加。因此實(shí)心球從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的動(dòng)能先減小、后增大,故C正確。實(shí)心球在整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過程中,忽略空氣阻力,只受到重力作用,機(jī)械能守恒,因此實(shí)心球在O點(diǎn)的機(jī)械能等于在B點(diǎn)的機(jī)械能,故D錯(cuò)誤。答案:C。
3. (2022·廣東)圖2中過山車從A點(diǎn)出發(fā),先后經(jīng)過B、C、D、E點(diǎn),圖3是過山車在B、C、D、E點(diǎn)的動(dòng)能和重力勢(shì)能大小的示意圖,則過山車的動(dòng)能在___________點(diǎn)最大,B點(diǎn)重力勢(shì)能的大小___________E點(diǎn)動(dòng)能的大小。在這個(gè)過程中,過山車的機(jī)械能是______________________(選填“變化”或“不變”)的。
解析:由圖3可知,過山車的動(dòng)能在C點(diǎn)最大,B點(diǎn)重力勢(shì)能的大小與E點(diǎn)動(dòng)能的大小相等,C點(diǎn)和E點(diǎn)重力勢(shì)能為0,但是C點(diǎn)動(dòng)能大于E點(diǎn)動(dòng)能,說(shuō)明過山車在運(yùn)動(dòng)過程中,機(jī)械能不守恒。答案:C;等于;變化。
(作者單位:沈陽(yáng)市南昌初級(jí)中學(xué))
初中生學(xué)習(xí)指導(dǎo)·提升版2023年6期