专题11-机械能(复习讲练)-2019年人教版八年级下物理期末复习必考点全揭秘(解析版)

12《2019年人教版八年级物理下册期末必考点复习全揭秘》专题11机械能复习讲练一、考点突破1.了解能量的初步概念。2.知道什么是动能及影响动能大小的因素。3.知道什么是势能及影响势能大小的因素。4.理解动能与势能之间的相互转化，探索机械能守恒的条件。5.进一步学会用控制变量法探究物理规律，尝试用能量转化的观点解释物理现象和规律。二、重难点提示重点：知道什么是动能、弹性势能、重力势能，并能探究出影响动能、重力势能大小的因素。难点：探究影响动能、重力势能大小的因素。三、知识脉络图四、知识点拨（一）什么是能物体能够对外做功，表示这个物体具有能量。【说明】“能够做功”与“做了功”是有区别的，“能够做功”是指这个物体具有做功的本领，但不一定做了功，具有能量的物体能够做功，但是否做功还要看具体的条件。“做了功”是一个过程，它是一个力经过一段过程后取得了某种成效。具有能量的物体不一定在做功，但做功的物体一定具有能。能量的单位：焦耳（J）（二）动能定义：物体由于运动而具有的能叫做动能。物体的动能越大，它可以对其他物体做的功就越多，反之越少。运动物体的动能大小与物体的质量和运动速度有关，物体的质量越大，运动速度越大，它具有的动能就越大。【说明】1.一个物体是否具有能要看它是否具有能够做功的本领，要判断一个物体是否具有动能的关键是看它是否具有速度。122.动能的大小取决于物体的质量和运动速度，物体的动能、质量、运动速度的关系可用公式：221mvEk表示。可见，在比较动能大小时，不能只考虑一个因素，不要简单地认为质量大，动能一定大，或者认为速度大，动能一定大，而要考虑影响动能的所有因素。（三）重力势能和弹性势能重力势能和弹性势能统称为势能。1.重力势能定义：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。物体的重力势能越大，对其他物体做功的本领越大。物体的重力势能大小与其质量和被举高的高度有关，质量越大，被举得越高，物体所具有的重力势能就越大。2.弹性势能定义：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。物体的弹性势能越大，对其他物体做功的本领越大。同一物体弹性形变越大，具有的弹性势能越多。【说明】1.物体被举高的高度是相对高度，是指相对于最低位置的竖直高度，在没有特别指明的情况下，一般是相对地面而言的。通常把地面上的物体具有的重力势能视为零，在某些特殊的情况下也可以选其他物体作为参照物。2.重力势能的大小取决于物体的质量和物体所处的高度，物体的重力势能、质量、高度的关系可用公式：mghEp表示。可见，在比较重力势能的大小时，不能只考虑一个因素，不要简单地认为质量大，重力势能一定大，或者认为物体被举得高，重力势能一定大，而要考虑影响重力势能大小的所有因素。（四）机械能动能与势能统称为机械能。动能是物体运动时具有的能量，势能是物体被举高或发生弹性形变而具有的能量，它们都属于机械能。具有机械能的物体有三种情况：（1）只有动能的物体；（2）只有势能的物体；（3）既有动能又有势能的物体。（五）动能和势能可以相互转化1.动能和重力势能的相互转化通常发生在物体上升或下降的过程中，即发生在重力做功或克服重力做功的过程中，分析时根据动能和重力势能的影响因素，通过速度和高度的变化来判断能量的转化方向。2.动能和弹性势能之间的相互转化一般发生在物体发生弹性形变或恢复形变的过程中，即发生在弹力做功或克服弹力做功的过程中。分析动能和弹性势能之间的转化时，要通过物体速度和形变的变化，从而判断能量的转化方向。【说明】121.能量的种类有很多，如太阳能、电能、原子能等，而机械能是与物体的机械运动情况有关的一种能量，单位跟其他形式的能量单位相同，都是焦耳（J）。2.各种形式的能量都可以相互转化，如电能可以转化为光能，太阳能可以转化为电能等，动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式，能量转化过程中总是一种能量减少，另一种能量增加。（六）机械能守恒机械能内部（动能和势能之间）可以相互转化，也可以转化成其他形式的能。如果只有动能和势能相互转化——没有转化成其他形式的能，则物体的机械能总量保持不变，机械能是守恒的。永动机是不可能实现的。（七）机械能相互转化在生活中的应用机械能是一种常见的能量形式，在实际生活中，人们利用机械能的相互转化，能够很好地解决生活、学习、工作中的实际问题。生活中利用机械能的事例：（1）荡秋千是利用了动能和势能的相互转化。（2）公园中的“过山车”是利用了动能和重力势能的相互转化。（3）射箭运动员弯弓射箭是利用了弹性势能和动能的相互转化。五、典型例题剖析例1在探究重力势能与什么因素有关时，同学们经过讨论，提出如下猜想：重力势能的大小可能跟物体的质量有关；也可能跟物体所处的高度有关。下面是小明和小聪关于这个猜想讨论后的实验设计。设计一：让质量为m的物体从不同高度落向插入沙坑中的木桩。设计二：让质量为m和2m的两个大小不同的物体从同一高度落向插入沙坑中的木桩。实验发现木桩B比A插入得深，D比C插入得深，如图所示。请解答下列问题：（1）要探究重力势能与物体所处高度的关系应选用。（2）根据设计二及实验结果的图示，可得出的结论是。（3）拓展：游乐场的过山车为什么不需要引擎来推动就能“翻山越岭”呢？原来过山车在开始运行时，是靠一个机械装置被推上最高点的，但在第一次下行后，从这时起带动它沿轨道行驶的唯一“发动机”就是重力势能。在生产与生活中，利用了类似“发动机”的事例有________（举一例即可）。【解析】：（1）设计一（甲图）；12（2）在物体所处的高度一定时，质量越大，物体的重力势能也越大；（3）骑自行车下坡时的滑行；飞行员跳伞后打开降落伞之前的下落等（其他合理答案也可）。例2如图表示撑竿跳高运动的几个阶段：助跑、撑竿起跳、越横竿。在这几个阶段中能量的转化情况是：（1）助跑阶段，运动员消耗体内的化学能（选填“大于”、“小于”或“等于”）运动员和撑竿获得的动能。（2）撑竿起跳阶段，运动员的能增加。（3）运动员越过横竿后，运动员将能转化为能。【答案】：（1）大于；（2）重力势；（3）重力势；（4）动。【解析】：（1）由于能量转化时的效率都小于100%，故在助跑阶段，运动员消耗体内的化学能大于转化成的动能；（2）撑竿起跳阶段，运动员的高度上升，故重力势能增大；（3）运动员越过横竿后，运动员的高度下降，速度增加，故是重力势能转化为动能。例3如图所示，是小明通过用弹弓射“子弹”来研究“弹性势能的大小与物体形变的关系”的情景。（1）在实验中，小明是通过观察来比较弹弓弹性势能的大小的。（2）当弹弓上的橡皮筋形变相同时，所用的“子弹”质量不同，射出去的距离也不同，质量较大的子弹，射出的距离较（近/远）。因此，小明在实验中所选用的“子弹”的___________应是相同的。（3）根据实验现象可归纳出：在一定限度内，形变越大，形变物体的弹性势能就越_____（小/大）。【答案】：（1）子弹射出的距离远近；（2）近；质量；（3）大。【解析】：（1）具有弹性的物体发生弹性形变时，具有弹性势能。弹性势能的大小跟物体发生的弹性形变大小有关，弹性形变越大，具有的弹性势能越大。（2）弹性势能的大小用射出子弹的远近来表示，这种方法叫转换法。（3）弹弓弹性形变相同，弹性势能相同，射出子弹时，子弹飞行的远近跟子弹的质量有关，子弹质量越大，飞行距离越近。用子弹射出的远近反映弹弓的弹性势能时要保持子弹的质量相同。12（4）子弹的质量相同时，弹弓的橡皮筋被拉得越长，“子弹”射得越远。所以得到结论：物体的弹性形变越大，弹性势能就越大。例4如图是“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验操作过程，A、B是两个质量不同的小球（mA＜mB），让两小球分别从同一斜面由静止滚下，撞击水平面上的小木块。（1）实验中小木块被推动的距离越远，说明小球具有的动能越（填“大”或“小”）；（2）比较甲、乙两图，可以探究动能的大小与的关系，理由是；（3）比较甲、丙两图，可以探究动能的大小与的关系，得到的结论是：。【答案】：（1）大；（2）质量；甲、乙两图中两小球所处的高度相同，但其质量（大小）不同；（3）速度；在物体的质量一定时，物体运动的速度越大，其所具有的动能越大。【解析】：（1）由于动能的大小是不易观察的，于是实验中采用了转换法，即通过物体对外做功的多少来衡量其具有的动能的大小，也即观察小球推动木块的距离，木块被推动得越远，其所具有的动能就越大；（2）分析甲、乙两图可看出，两小球所处的高度相同，即其滑落到斜面底端的速度相同，但两个小球的大小不同，即质量不同，故该实验是为了研究动能的大小与其质量的关系；（3）比较甲、丙两图可看出，两小球的质量（大小）相同，但其所处的高度不同，故该实验是为了研究动能的大小与其速度的关系，且由于丙图中的小球所处的高度大，木块被推动的距离远，故可得出如下结论：在物体的质量一定时，物体运动的速度越大，其所具有的动能越大。例5为了探究“弹性势能的大小跟哪些因素有关”，小明同学有如下猜想：猜想一：弹性势能的大小与弹簧的材料有关；猜想二：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。为探究猜想一是否正确，小明同学设计了如图甲所示的实验装置，探究方案如下（以下所有探究过程中弹簧被压缩后都未超过其弹性限度）：①将A、B两根外形完全相同，材料不同的弹簧分别按图甲所示安装好；②将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为3cm（见图乙），放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离1s；12③将小球置于弹簧B的右端，使弹簧被压缩的长度为3cm，放手后小球被弹出，并与在同一位置的同一木块相碰，木块被推动了一段距离2s；④比较1s、2s得出结论。（1）比较以上实验数据，若，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；若，说明弹性势能的大小与弹簧的材料无关。（2）请将探究猜想二的方案补充完整。①将弹簧A按如图甲所示安装好；②将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离3s；③。④。【答案】：（1）1s不等于2s，1s等于2s；（2）③将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度改变，放手后小球被弹出，并与在同一位置的同一木块相碰，木块被推动了一段距离4s；④比较3s和4s得出结论。【解析】：（1）比较以上实验数据，若1s不等于2s，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；若1s等于2s，说明弹性势能的大小与弹簧的材料无关；（2）补充实验步骤：③将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度改变，放手后小球被弹出，并与在同一位置的同一木块相碰，木块被推动了一段距离4s；④比较3s和4s得出结论。例6某同学在做模拟“蹦极”的小实验（如图所示）。一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在a点，b点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，c点是小石块从a点自由下落所能到达的最低点。在小石块从a点到c点的运动过程中，以下说法正确的是（）A.小石块的动能一直在增加B.小石块减少的重力势能全部转化为动能C.小石块经过b点时，橡皮筋具有弹性势能D.小石块到达c点时，动能为零【答案】：D12【解析】：解析：小石块从点下落，由于重力作用，速度越来越快，动能越来越大。当橡皮筋的弹力与重力相等时，小石块所受合力为零。小石块由于惯性继续向下运动，此时弹力大于重力，小石块速度不断减小。至点速度为零，此时动能为零，所以正确答案是D。例7水火箭可模拟火箭发射原理，如图所示。水火箭的发射高度与哪些因素有关呢？某科技兴趣小组提出如下假设并进行实验。假设：①与打气筒的型号有关；②与瓶内水的多少有关；③与瓶的容积有关。实验器材如下表所示：雪碧瓶（容积）打气筒（型号）ABCDEF0.6升1.25升2.5升小号中号大号（1）该小组设计了如下甲、乙两种方案验证假设①，你认为较合理的方案是；甲方案选用雪碧瓶B，加0.5升水，其他条件基本相同，分别用打气筒D、E、F发射，比较三次瓶上升的高度。乙方案选用雪碧瓶A、B、C，各装入1/3容积的水，其他条件基本相同，分别用打气筒D、E、F发射，比较三个瓶上升的高度。（