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第四節(jié) 機械能及其轉化 [要點清單] 1．動能是物體運動時具有的能量，勢能是存儲著的能量，動能與勢能統(tǒng)稱為機械能．動能與勢能可以相互轉化，物體的動能與勢能是如何轉化的，主要看物體運動的速度、高度、彈性形變是怎樣改變． 一個運動的物體，如果不受摩擦之類的阻力作用，它的動能全部轉化為勢能，勢能全部轉化為動能，在動能與勢能的相互轉化過程中，機械能的總和不變． 2．一個物體，如果外界對它做功它的機械能增加；如果物體對外做功它的機械能減少；如果外界對它不做功，它對外不做功機械能守恒． 3．人類可供利用的天然的機械能源是水力和風力，水力發(fā)電和風力發(fā)電就是將機械能轉化為電能． [典例精析] 例1：甲站在以0.5m／s勻速上行的自動扶梯上，乙站在0.7m／s勻速下行的自動扶梯上．甲、乙兩人質量相等，甲上行中動能________(選填“增加”、“不變”或“減少”)．某時刻他們的位置如圖所示，該時刻甲的重力勢能______乙的重力勢能，甲的機械能______乙的機械能．(選填“大于”、“等于”或“小于”)．若此時上行的扶梯突然停止運動，甲會向前傾，原因是___________________ ． 解析：甲在扶梯上勻速上升，甲運動的動能不變，重力勢能增加，機械能增加；乙在扶梯上勻速下降，乙運動的動能不變，重力勢能減小，機械能減?。? 在圖中時刻，甲、乙二人重力勢能相同(質量和高度相同)，動能不同(甲運動的速度小于乙運動的速度)，故甲的機械能小于乙的機械能． 答案：不變 等于 小于 由于慣性甲要繼續(xù)向前運動 例2：唐家山堰塞湖是汶川地震后形成的最大堰塞湖．堰塞湖壩體順河長度約803m，橫河最大寬約611m，頂部面積約3105m3．截止到5月26日，唐家山堰塞湖庫容達到1．3108m3，水位已上升到7253m，距警戒線不足26m，“MT一26T”型直升機正在吊運挖掘機至唐家山堰頂挖泄流漕．堰塞湖對下游群眾的生命財產(chǎn)構成了嚴重威脅．以下分析中不正確的是 ( ) A．湖面水位再上升1cm，水量約增加300t B．湖中水位越高，水對壩底的壓強越大 C．堰塞湖圍困的水量大、水位高，湖水具有很大的重力勢能，因此具有很大的破壞作用 D．湖水從壩頂?shù)男沽麂盍飨聲r，重力勢能減小，動能增大 解析：水位上升1cm增加水量m=ρSh=1103kg／m33105m30．01m=3106kg=3000t；湖中水位線越高，根據(jù)P=ρgh知水對壩底壓強越大；湖水泄流時，重力勢能轉化為動能，對下游有破壞作用． 答案：A [課堂作業(yè)] 知識點1：動能與勢能的轉變 1．我們小時候都玩過蕩秋千吧，閉上眼睛，那種時高時低的感覺如同在飛……，你知道其中能量的轉化嗎?對于蕩秋千的小孩我們可以把它抽象為圖中的小球，繩子抽象為線段OA，對此，下列說法不對的是 ( ) A．小孩在A點具有最大動能 B．小孩在B點勢能最小 C．小孩從B蕩到C的過程中，動能轉化為勢能 D．小孩從A蕩到B的過程中，勢能轉化為動能 2．如圖15—5—2所示，沒有發(fā)生動能與勢能相互轉化的是 3．上緊發(fā)條的玩具車在水平桌面上開始跑動時 A．彈性勢能減小，動能增大 B．彈性勢能增大，動能減小 C．彈性勢能不變，動能減小 D．彈性勢能減小，動能不變 知識點2：機械能及其轉化 4．2010年3月12日12時55分，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，“長征四號丙”運載火箭成功地將“遙感衛(wèi)星九號”送入太空預定軌道．圖是火箭發(fā)射升空時的情景，以下說法正確的是 ( ) A．火箭上升過程中動能不變，重力勢能增大，機械能增大 B．火箭升空利用了力的作用是相互的 C．火箭升空時受到平衡力的作用 D．火箭升空時受到慣性力的作用 [課后作業(yè)] 一、選擇題 1．李白賦詩“飛流直下三千尺，疑似銀河落九天”描述了瀑布的壯觀．瀑布飛流而下時，水的 ( ) A．動能增加，重力勢能增加 B．動能減小，重力勢能增加 C．動能減小，重力勢能減小 D．動能增加，重力勢能減小 2．2007年12月4日，跳傘愛好者彭剛納爾從亞洲第一高樓——“臺北1010大樓”樓頂跳下，如圖15—5—5所示，從A處到B處的過程中下落速度越來越快，從B處到C處由于打開降落傘而勻速下降，則 ( ) A．AB過程動能變小，BC過程動能不變 B．AB過程動能變小，BC過程動能變小 C．AB過程動能變大，BC過程動能變小 D．AB過程動能變大，BC過程動能不變 4．如圖所示，小明在玩蹦蹦桿，在小明將蹦蹦桿中的彈簧向下壓縮的過程中，小明的重力勢能、彈簧的彈性勢能的變化是 ( ) A．重力勢能減小，彈性勢能增大 B．重力勢能增大，彈性勢能增大 C．重力勢能減小，彈性勢能減小 D．重力勢能增大，彈性勢能減小 5．如圖所示，小球沿軌道由靜止從A處運動到D處的過程中，忽略空氣阻力和摩擦力，僅有動能和勢能互相轉化．則( ) A．小球在A處的動能等于在D處的動能 B．小球在A處的動能大于在D處的動能 C．小球在B處的機械能小于在C處的機械能 D．小球在B處的機械能等于在C處的機械能 二、填空題 6．如圖所示是無錫蠡湖邊上的摩天輪，小明乘坐勻速轉動的“摩天輪”向最高點運動的過程中，小明的重力勢能__________．(選填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，小明的機械能__________． 7．如圖所示，當松開小車上擰緊的橡皮筋時，橡皮筋的__________轉化為小風扇的動 能；小風扇轉動向后吹風，使小車向前運動，這是因為_________________________． 三、實驗探究題 8．小南是一位愛動腦，勤動手的好學生．為了探究水的勢能與動能的轉化規(guī)律，她在課余時間用易拉罐的金屬皮自制了一個水輪機，在飲料瓶的底部鉆孔再裝滿水，讓水流沖擊水輪轉動．如圖所示． (1)在水沖擊水輪轉動的過程中，能量的轉化或轉移情況是：______________________． (2)小南發(fā)現(xiàn)：將飲料瓶的高度增大，小水輪便轉得快一些． 這說明小水輪的轉速與水流的_________________有關． (3)小南換用一個鉆有更大孔的飲料瓶來裝水，當水流沖擊水輪時，發(fā)現(xiàn)小水輪的轉速也增大了，這說明從水輪的轉速與水流的____________________有關． (4)由小南的實驗結果，請你解釋：為什么利用江河中的水發(fā)電時，都要建筑較高的大壩而不直接利用江河中流動的水沖擊水輪發(fā)電機發(fā)電呢? 四、解答題 9．如圖所示，離貴陽市100多公里的黃 果樹瀑布是全國著名的旅游風景區(qū)，每當雨季到來時，每分鐘大約有900t的水從60m高的懸崖傾瀉到地面上． (1)每分鐘這些水的重力做了多少功? (2)如果能通過水力發(fā)電的方式將重力做功的60％轉化為電能，這個發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會是多大?