沪科版物理八上《合理利用机械能》同步练习 9页

8．6 合理利用机械能 2003 年 6 月 1 日零时，举世闻名的三峡工程大坝正式下闸蓄水。图 8-89 所示为水力发电站 的流程示意图，你知道三峡工程为什么要修筑拦河大坝吗？ 智 能 提 要 问：物体是不是一定要在对外做功时，才具有能？ 答：课本上说，一个物体能够对别的物体做功，我们就说它具有能．“能够做功”，是指物体 具有做功的本领，不是说一定要正在做功．具有能的物体可能当时不在做功，例如：静 止在山腰上的石块，尽管它不在对外做功，但它具有能，如 果石块松动滚下，就会对外做功．通俗地说，一个物体具有 做功的本领，这个物体就具有能，与当时是否正在做功无关． 问：分析动能、势能的变化时，经常出错，有什么诀窍吗？ 答：分析动能、势能的变化，必须抓住决定动能和势能大小因素不放．动能的大小决定与物 体的质量和速度，重力势能的大小决定与物体的质量和高度，不能只考虑其中的一个因 素，而忽略了另一个因素．例如，公路上匀速行驶的正在洒水的洒水车，尽管速度没有 变化，但它的动能还是在不断减小，因为洒水车的总质量在不断减小． 问：你观察过滚摆的上下运动吗？在滚摆上下运动的过程中动能和势能是如何转化的？ 答：滚摆由上向下运动时，高度降低，速度加快，重力势能转化为动能；向上运动时，高度 升高，速度减慢，动能转化为重力势能． 问：为什么滚摆每次上升的高度都比前一次低呢？ 答：在滚摆上升的过程中，如果没有任何摩擦等阻力，那么它每次上升的高度应该是相等 的． 之所以一次比一次低，是因为滚摆在上下运动的过程中受到空气等阻力的作用，机械 机械能 动 能 势 能 动能和势能的相互转化 重力势能 弹性势能 跟质量和速度有关 跟质量和高度有关 跟弹性和弹性形变有关 判断物体是否具有 能，只看物体有没有 做功的本领． 图 8-88 图 8-89 能总量不断减小的缘故． 问：乒乓球从空中下落、撞地、弹起的过程中，动能和势能的转化是比较复杂的，你能分 析一下吗？ 答：乒乓球在下落过程中，是重力势能转化为动能；当球落地撞击地面时，球发生弹性形变， 球的动能转化为弹性势能；球在恢复原状的过程中，球的弹性势能又转化为动能；球弹起后， 球在上升过程中，是动能转化为重力势能． 智 能 拓 展 大海中蕴含的机械能 大海中蕴藏着丰富的机械能，它可以 通过不同的形式表现出来，如潮汐、波浪、海流 等． 潮汐能 海水每天都有固定的涨潮和退潮时间，这种海水定时涨落的现象就是潮汐现象．海水一 涨一落，水位的高度差可达几十米．为了利用潮汐的机械能，工程师设计在海湾或河口附近 兴建蓄水池，在蓄水池下有一个装有水轮机的闸门，当海水涨落时流经闸门，带动水轮发电 机发电． 海浪能 海洋中的波浪，有时微波细浪，有时波涛汹涌，能把几十吨重的石头推走，能使万吨巨 轮颠簸摇晃．海啸是灾难性的波浪，它能把轮船冲上陆地，能推翻岸边建筑物，具有十分巨 大的能量，经科学家估测，在 1km2 的海面上，海浪能的功率可达 2.0×105kW，如果合理地 利用，将能提供非常可观的能量． 海流能 大海中的海水受海洋环流的影响，像陆地的河流一样，保持着一种固定方向的运动，这 种现象叫做海流．海流中蕴藏着巨大的动力资源．科学家们设想利用海洋中海流流动的动力 推动水轮发电机发电──海流发电．据统计，世界大洋中所以海流的发电功率达 109kW． 智 能 归 例 题型一 理解能、动能、势能和机械能的概念 例 1 关于能的概念，下列说法正确的是（ ） A．用线悬挂着的物体，它没有做功，它不具有机械能 B．在空中飞行的子弹，因为它能做功，所以它具有机械能 C．甲物体的运动速度比乙物体的大，则甲物体的动能一定比乙物体的大 D．甲物体的高度比乙物体的高度大，则甲物体的势能一定比乙物体的大 闯关点拨 用线悬挂的物体，由于被举高而具有做功的本领，它具有重力势能；重力势能的 大小是由物体的质量和高度共同决定的，被举得越高的物体具有的重力势能不一定大；物 体动能的大小是由物体的质量和速度大小共同决定的，速度大的物体动能不一定大． 答 选 B 例 2 判断下列物体是否具有机械能，如果有，请说明具有什么形式的机械能，如果没 有，说明原因． （1）在水平地面上滚动的铅球：____________，_____________； （2）悬挂在室内的电灯：____________，_____________； （3）玩具汽车中被卷紧的发条：____________，_____________； （4）弹簧：____________，_____________； （5）在空中飞行的波音 747 客机：____________，_____________； （6）静止在水平轨道上的列车：____________，_____________． 闯关点拨 物体只要具有做功的本领，它就具有能，与当时是否正在做功无关．有质量和运 动速度的物体就具有动能；有质量和高度的物体就具有重力势能；弹性物体一定要发生弹 性形变时，才具有弹性势能． 解 （1）在水平地面上滚动的铅球：既有质量又有运动速度，具有机械能，是动能； （2）悬挂在室内的电灯：既有质量又有高度，具有机械能，是重力势能； （3）玩具汽车中被卷紧的发条：发条是弹性物体，卷紧后发生了弹性形变，具有机械 能，是弹性势能； （4）弹簧：尽管是典型的弹性物体，但它没有发生弹性形变，因而不具有机械能； （5）在空中飞行的波音 747 客机：有质量，有运动速度，还有高度，具有机械能，而 且是既有动能又有重力势能； （6）静止在水平轨道上的列车：尽管质量很大，但它不在运动，也没有高度，所以它 不具有机械能． 题型二 会探究决定动能大小和重力势能大小的因素 例 如图 8-90 所示，是用来探究“动能大小跟哪些因素有关”的实验装置图。（小球在 光滑斜面上由静止开始下滑，到达底端的速度只与起点高度有关，起点越高，到达底端 的速度就越大，运动小球撞击停在平面上的木块后，木块运动距离越长，说明小球具有 动能越大） （1）分析比较实验甲与实验乙，可得出结论：______________________________。 实验中被控制的物理量是________________。 （2）分析比较实验乙与实验丙，可得出结论：______________________________。 实验中被控制的物理量是_______________________。 （3）实验结果表明，物体动能与物体的 和 有关，____________ 越大，____________越大，动能就越大。 闯关点拨 用控制变量法来探究决定动能大小的因素 分析与解 比较甲实验与乙实验可知：钢球的质量相等，而乙中的钢球到达平面上的速度 图 8-90 比甲中的大，结果是甲中的钢球具有的动能大，说明在质量相等的情况下，物体的速度越 大，动能越大；比较乙实验与丙实验可知：钢球和木球到达平面上的速度相等，而钢球的 质量比木球的质量大，结果是乙中的钢球具有的动能比丙中的木球的动能大，说明在速度 相等的情况下，物体的质量越大，动能越大．综合三个实验可知：物体的动能与物体的质 量和速度有关，质量越大，速度越大，物体具有的动能越大． 答 （1）质量相同时，速度越大的物体具有的动能越大 质量 （2）速度相同时，质量越大的物体具有的动能越大 速度 （3）质量 速度 质量 速度 题型三 分析动能和势能大小的变化 例 1 某块砖在一对平衡力作用下运动，则该砖（ ） A．机械能一定不变，动能一定不变 B．机械能可能改变，动能一定不变 C．机械能可能改变，动能可能改变 D．机械能一定不变，动能可能改变 闯关点拨 砖块的质量不变，在一对平衡力作用下的运动状态是匀速直线运动，它的速度 大小不变，所以砖块的动能不变；如这块砖在水平方向运动，它的质量和高度都不变，重 力势能不变，它的机械能也不变．如这块砖不在水平方向运动，它的高度在改变，重力势 能在改变，它的机械能在改变，因题中没有明确砖块的运动方向，所以机械能的变化情况 不能确定． 答 选 B 例 2 （多选题）如图 8-91 所示的是一种叫做蹦极的游戏。游戏者将一根有弹性的绳 子一端系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下。图中 a 点是弹性绳自 然下垂时绳下端的位置，c 点是他所到达的最低点的位置。对于他离开跳 台至最低点的过程，下面说法正确的是（ ） A．他的重力势能一直在减小 B．绳的弹性势能一直在减小 C．他的动能在前一段时间在增加，后一段时间在减小 D．在最低点，重力势能减到最小，动能为零，绳的弹性势能最大 闯关点拨 在质量不变的情况下，动能的变化抓住速度的变化，从最高点道最低点，速度 从慢到快再到慢，所以游戏者的动能先变大后变小，到最低点时，动能为零；重力势能的 变化抓住高度的变化，高度越来越低，故游戏者的重力势能一直在减小；弹性势能的变化 抓住弹性形变的大小变化，从最高点到 a 点，绳自然下垂，未发生弹性形变，故没有弹性 势能，从 a 点到 c 点，绳发生了弹性形变，具有弹性势能，在最低点，绳的形变最大，故 绳的弹性势能最大． 答 选 A、C、D 题型四 动能和势能的相互转化 例 1 下列过程中，属于动能转化为势能的是（ ） A．雪撬从山坡上滑下 B．玩具弹簧枪将“子弹”水平射出 C．雨滴从屋檐落向地面 D．斜向上射出的炮弹在上升过程 图 8-91 闯关点拨 物体的动能转化为势能，是指物体的动能在减小，同时势能在增加．如果物体的 质量一定时，那么物体的速度减小，动能就减小，物体的高度增加，势能增加，或者物体 弹性形变增大，势能增大． 分析和解 A 选项中雪橇的高度减小，速度增加，所以是重力势能转化为动能；B 选项中 是将弹性势能转化为动能；C 选项中也是将重力势能转化为动能；D 选项中是动能转化为 重力势能． 答 选 D 例 2 在空气阻力不计的情况下，一只皮球从高处由静止下落，被地面弹起后不能再回 到原来的高度，在整个过程中； （1）说明皮球机械能的转化情况。 （2）指出皮球在哪几个位置时的动能为零。 （3）分析皮球不能回到原来高度的原因。 闯关点拨 （1）皮球在下落、弹起的整个过程中，先后发 生状态的变化是：球在高处静止──加速下落──落地变 形──恢复原状反弹──减速上升． （2）皮球在下落、上升过程中的空气阻力不计，但是在弹 性压缩和恢复原状的过程中，有一部分机械能转化为内能． 解答 （1）①加速下落过程：重力势能转化为动能． ②落地弹性压缩过程：动能转化为弹性势能． ③恢复形状反弹过程：弹性势能转化为动能． ④减速上升过程：动能转化为重力势能． （2）皮球在以下三个位置时动能为零（速度大小为零）：①球在高处将指时；②小球落 地弹性压缩最大时；③上升到最大高度时． （3）尽管不计空气阻力，但在落地撞击地面时，球的弹性压缩和恢复形状的过程中， 有一部分机械能将转化成其它能量，造成机械能损失，所以皮球不能回到原来高度． 例 3 如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项 重要任务。图 8-92 是某轻轨车站的设计方案示意图，该图表明 与站台前后连接的轨道都有一个小坡度。请你说明这种设计可 以节能的理由 闯关点拨 一般的车站轨道都是水平连接的，车进站时，需要刹车减速，车出站时，需克服 摩擦力加速，这样既浪费了能量又多消耗了能量．将站台设计在小坡上，车进站时，让车 驶上小坡，将动能转化为重力势能，车速减小了，重力势能增大了；车在起动出站时，由 于下坡，车的重力势能转化为动能，在不需要多消耗能量的情况下，车速加快，减少了因 加速消耗的能量． 答 进站时将动能 转化为重力势能“储藏”起来；出站时将重力势能转化为动能“释放” 出来．达到节约能源的目的． 智 能 训 练 基础知识训练 1．李白曾用“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”的诗句描述庐山瀑布的壮观。从物理学 内能是一种不同于机械 能的另一种能量，到初 三我们将学习它． 图 8-92 的角度来看，飞流直下的瀑布蕴藏着巨大的____________。(题型一) 2．如图 8-93 所示，小军玩弹弓，当弹弓把纸团射出时，＿＿＿＿＿＿能转化 为＿＿＿＿能。(题型四) 3．2003 年 3 月 20 日美英联军对伊拉克的军事打击中，两军调用了大量空降 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”、“变大” 或“变小”）(题型三) 4．滚摆在上升过程中， 能转化为 能．(题型四) 5．如图 8-94 所示，一个同学在蹦床上玩，从跳起到上升至最高点 的过程 中， 能逐渐增大， 能逐渐减小。(题型三) 6．下列现象属于重力势能转化为动能的是（ ）(题型四) A．爆竹腾空而起 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 7．某同学骑自行车上坡时，速度越来越慢，则车和人的 ( ) (题型三) A．动能变大，重力势能变大 B．动能变小，重力势能变小 C．动能不变，重力势能不变 D．动能变小，重力势能变大 8．一物体沿斜面匀速下滑，物体的( ) (题型三) A．动能增加，势能减小 B．动能不变，势能减小 C．动能和势能都减小 D．机械能的总量保持不变 9．司机开车上坡前，往往加大油门，以提高汽车的速度，这是为了（ ）(题型三) A．增大动能 B．增大势能 C．增大惯性 D．减小阻力 10．中国跳水队被人们称为“梦之队”。图 8-95 中是跳水运动 员跳水时的情景，运动员在离开跳板到落入水的过程中 （ ）(题型三) A．运动员的动能一直增大，机械能不变 B．运动员的重力势能一直减小，机械能减小 C．运动员的动能先减小后增大，机械能不变 D．运动员的重力势能先减小后增大，机械能增大 11．甲球体积是乙球体积的 5 倍，甲球静放在水平地面上，而 乙球则沿水平地面滚动，那么（ ）(题型三) A．甲球的势能比乙球的大 B．乙球的动能比甲球的大 C．甲球的机械能比乙球的大 D．上述三种说法都正确 12．如图 8-96 所示，在“研究物体动能与哪些因素 有关”的实验中，将 A、B、C 三小球先后从同一装 置的 hA、hB、hC 高处滚下（mA＝mB＜mC，hA＝hC ＞hB）推动纸盒运动一段距离后静止。 （1）要研究动能与质量的关系，我们要选 择 两图来进行比较。 （2）从图中可以看出，A、B、C 三个小球刚到达 水平面时， 球的动能最大。(题型二) 综合提高训练 1．下列关于能量的说法，不正确的是（ ）(题型一) 图 8-93 图 8-94 图 8-95 图 8-96 A．正在做功的物体，才具有能量 B．被压缩的弹簧具有能 C．具有能的物体，可以做功，也可以不做功 D．同步卫星相对于地面将指不动，实际上它也具有能 2．关于机械能的转化，下列说法正确的是（ ）(题型四) A．静止的雪撬从山坡上滑下，势能转化为动能 B.静止的雪撬从山坡上滑下，动能转化为势能 C．滚摆下降时，动能转化为势能 D．卫星从近地点向远地点运动时，势能转化为动能 3．2002 年 10 月 27 日，太原卫星发射中心用‘’长征四号乙”运载火箭，成功地将‘“中 国资源二号”卫星送人太空。在卫星随火箭一起离开发射塔飞向天空的过程中（ ） (题型四) A．卫星的势能不断减小，动能不断增大 B．卫星的势能不断增大，动能不断减小 C．卫星的势能和动能都在不断减小 D．卫星的势能和动能都在不断增大 4．小明和妈妈去超市购物，自动扶梯将她们从一楼匀速送上二楼，如图 8-97 所示。在这个 过程中，她们的（ ）(题型三) A．势能增大，动能增大，机械能增大 B．势能增大，动能减小，机械能不变 C．动势能增大，动能不变，机械能增大 D．势能不变，动能不变，机械能不变 5．一小孩从公园中的滑梯上加速滑下（如图 8-98 所示），对于其机 械能的变化情况，下列说法中正确的是（ ）(题型三) A．重力势能减小，动能不变，机械能减小 B．重力势能减小，动能增加，机械能减小 C．重力势能减小，动能增加，机械能增加 D．重力势能减小，动能增加，机械能不变 6．如图 8-99 所示，电动小车沿斜面从点Ａ匀速运动到点Ｂ的过 程中，小车的（ ）(题型三) Ａ．动能减少，重力势能增加，总机械能不变 Ｂ．动能增加，重力势能减少，总机械能不变 Ｃ．动能不变，重力势能增加，总机械能不变 Ｄ．动能不变，重力势能增加，总机械能增加 7．如图 8-100 所示是研究动能跟哪些因素有关的实验情况示意 图，图中 A、B 两球是由同种材料制成的实心小球。下列哪组 图的比较可以说明当物体质量相同时，速度大的物体具有的 动能大（ ）(题型二) A．a 图和 b 图 B．b 图和 c 图 C．a 图和 c 图 D．b 图和 d 图 图 8-97 图 8-98 图 8-99 图 8-100 8．我国发射的“神州Ⅲ号”载人宇宙飞船完成科学实验任务后，在内蒙古 准确返回，成功着陆。若飞船穿越大气层时，有一段匀速降落的过程(设飞船质 量不变)，则在此过程中飞船的( ) (题型三) A．动能减小，势能增大 B．势能减小，动能增大 C．动能不变，势能减小 D．动能减小，势能不变 9.如图8-101所示，一钢球分别从斜面的不同高度h1、 h2处滚下，小木块A分别被推至1和2处，这现象 表明，同一钢球，位置越高，它到达斜面下端时 的______也越大，把木块推得越远，对木块做的 功越多，钢球的______能也越大．(题型二) 10．在探究物体的重力势能大小与哪些因素有关的 实验中三个相同的木桩被从空中静止释放的铁 块撞击，陷入沙坑中的情况如图 8-102 所示．在 此实验中，我们是通过观察什么来比较各铁块重 力势能的大小？ 若 A、B 两铁块质量相等，则两铁块下落高度的关系是 hA hB；若 A、C 两铁块下落的高度相等，则两铁块质量关 系是 mA mC；实验得出的结论是：物体重力势能的 大小与 有关．(题型二) 11．如图 8-103 所示，用绳子拴住一个苹果并悬挂下来，把苹果拉近 自己的鼻子静止，松手后，苹果将向前摆去，接着又反向摆回来， 你原地不动，苹果会打到你的鼻子吗？为什么？(题型四) 基础知识训练 1．机械能 2．弹性势 动 3．变小 变大 不变 4．动 弹性势 5．重力势 动 6．B 7．D 8．B 9．A 10．C 11．B 12．（a）和（c） C 综合提高训练 1．C 2．A 3．D 析：因为卫星的速度和高度都在增加，所以它的动能和重力势能都在增大 4．C 析：因为速度不变，质量也不变，所以动能不变，而高度在升高，故重力势能增大， 动能和势能的总和（即机械能）将增大 5．B 析：因为小孩在滑下的过程中，要受到摩擦力的作用，机械能将损失一部分 6．D 7．B 8．C 9．速度 动 10．我们是通过观察木桩陷入沙坑中的深度来比较铁块重力势能的大小的 < < 质量和高度 11．不会打到鼻子，因为苹果拉到一定高度，所具有的重力势能是一定的，在与动能转化的 过程中不会增多，故不会超过原来的高度，打不到鼻子． 图 8-101 图 8-102 图 8-103 参考答案 基础知识训练 1．机械能 2．弹性势 动 3．变小 变大 不变 4．动 弹性势 5．重力势 动 6．B 7．D 8．B 9．A 10．C 11．B 12．（a）和（c） C 综合提高训练 1．C 2．A 3．D 析：因为卫星的速度和高度都在增加，所以它的动能和重力势能都在增大 4．C 析：因为速度不变，质量也不变，所以动能不变，而高度在升高，故重力势能增大， 动能和势能的总和（即机械能）将增大 5．B 析：因为小孩在滑下的过程中，要受到摩擦力的作用，机械能将损失一部分 6．D 7．B 8．C 9．速度 动 10．我们是通过观察木桩陷入沙坑中的深度来比较铁块重力势能的大小的 < < 质量和高度 11．不会打到鼻子，因为苹果拉到一定高度，所具有的重力势能是一定的，在与动能转化的 过程中不会增多，故不会超过原来的高度，打不到鼻子．