有關(guān)機(jī)械能的幾道易錯(cuò)題分析

李曉剛

判斷機(jī)械能是否變化是近年來(lái)中考的一個(gè)熱點(diǎn)，也較易發(fā)生錯(cuò)解，解決這類(lèi)題要對(duì)動(dòng)能、彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能的概念以及影響它們大小的因素有深刻的理解，現(xiàn)舉幾例進(jìn)行分析.

例1 如圖1所示，和聯(lián)合收割機(jī)同步勻速前進(jìn)的拖拉機(jī)接受收割下來(lái)的糧食，拖拉機(jī)在前進(jìn)過(guò)程中動(dòng)能

（增大/不變/變小）.

錯(cuò)解 不變

分析與正解 決定動(dòng)能大小的是物體的質(zhì)量和速度的大小，質(zhì)量越大、速度越大，動(dòng)能就越大.因?yàn)槭崭畹募Z食不斷裝上拖拉機(jī)，因此其質(zhì)量變大，雖勻速前進(jìn)，但其動(dòng)能是變大的.

點(diǎn)評(píng) 此類(lèi)問(wèn)題的解決一要理解動(dòng)能、勢(shì)能的影響因素：動(dòng)能由質(zhì)量和速度決定，重力勢(shì)能由質(zhì)量和高度決定，彈性勢(shì)能由彈性形變的程度決定；二是分析時(shí)幾個(gè)因素要全面考慮且用控制變量法.

例2 南京市成功申辦了2014年青年奧運(yùn)會(huì)，在奧運(yùn)會(huì)上跳水是我國(guó)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，如圖2所示是跳水運(yùn)動(dòng)員跳板跳水時(shí)的情景，從運(yùn)動(dòng)員向上跳起到向下落入水中，整個(gè)過(guò)程中（不計(jì)空氣阻力）（ ）.

A.運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能一直增大，機(jī)械能不變

B.運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能一直減小，機(jī)械能減小

C.運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能先減小后增大，機(jī)械能不變

D.運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能先增大后減小，機(jī)械能減小

錯(cuò)解 D

分析與正解 分析運(yùn)動(dòng)員動(dòng)能和重力勢(shì)能大小的變化，從動(dòng)能和重力勢(shì)能大小的影響因素進(jìn)行分析.考慮空氣阻力時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，機(jī)械能減小，內(nèi)能增大；不考慮空氣阻力時(shí)，機(jī)械能守恒.運(yùn)動(dòng)員先向上跳起再落入水中，運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量沒(méi)有變化，速度先減小后增大，動(dòng)能先減小后增大.高度先增大后減小，重力勢(shì)能先增大后減小.不考慮空氣阻力時(shí)，機(jī)械能保持不變.故選C.

點(diǎn)評(píng) 在動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中，如果有“光滑”“不計(jì)阻力”等字眼，則機(jī)械能守恒.

例3 一中學(xué)生騎自行車(chē)下坡時(shí)，不蹬腳踏板恰好勻速向下運(yùn)動(dòng).在此過(guò)程中，他的動(dòng)能、勢(shì)能和機(jī)械能的變化情況是（ ）.

A.動(dòng)能不變，勢(shì)能減小，機(jī)械能減小

B.動(dòng)能增大，勢(shì)能減小，機(jī)械能不變

C.動(dòng)能減小，勢(shì)能減小，機(jī)械能減小

D.動(dòng)能不變，勢(shì)能減小，機(jī)械能不變

錯(cuò)解 D

分析與正解 一中學(xué)生騎自行車(chē)下坡時(shí)，不考慮發(fā)生彈性形變，則不考慮彈性勢(shì)能.判斷的動(dòng)能、重力勢(shì)能和機(jī)械能的變化情況主要從動(dòng)能、重力勢(shì)能大小的影響因素考慮.“恰好勻速向下運(yùn)動(dòng)”，則速度不變，質(zhì)量不變，高度減小，因此他的動(dòng)能不變，勢(shì)能減?。挥捎谧孕熊?chē)下坡過(guò)程中要不斷克服摩擦阻力做功，所以他的機(jī)械能會(huì)減小.答案為A.

點(diǎn)評(píng) 在動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中，如果考慮摩擦等阻力，則機(jī)械能減小.

例4 在大型游樂(lè)場(chǎng)里，小明乘坐如圖3所示勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的“摩天輪”，正在向最高點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)此過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是（ ）.

A.小明的重力勢(shì)能保持不變

B.小明的動(dòng)能保持不變

C.小明的機(jī)械能守恒

D.小明的機(jī)械能減少

錯(cuò)解 D

分析與正解 摩天輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，小明的高度不斷發(fā)生變化，根據(jù)勢(shì)能的決定因素可知，重力勢(shì)能由質(zhì)量和高度來(lái)決定，由于高度的不斷變化，導(dǎo)致小明的重力勢(shì)能也在發(fā)生變化，故A錯(cuò)誤.由于摩天輪是在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以小明的速度不變，結(jié)合動(dòng)能的決定因素：質(zhì)量和速度，由于在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，這兩個(gè)量都沒(méi)有發(fā)生變化，所以小明的動(dòng)能保持不變，故B正確.機(jī)械能包括動(dòng)能和勢(shì)能，小明所具有的機(jī)械能等于他的動(dòng)能和勢(shì)能的和，由于其動(dòng)能不變，而勢(shì)能隨著其高度的變化而變化，所以小明的機(jī)械能也在不斷變化，當(dāng)其上升時(shí)，機(jī)械能增加，當(dāng)其下降時(shí)，機(jī)械能減小，故C錯(cuò)誤.當(dāng)小明隨著摩天輪上升時(shí)，其機(jī)械能增加，故D錯(cuò)誤.答案為B.

點(diǎn)評(píng) 分析小明在隨著摩天輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中其速度和高度的變化情況是解決此題的關(guān)鍵.

綜上所述，在判斷機(jī)械能是否變化這類(lèi)問(wèn)題時(shí)，首先要掌握動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的影響因素，再依據(jù)題中的關(guān)鍵字詞，分析出哪些物理量在變，哪些物理量沒(méi)變，并利用控制變量法，判斷動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、機(jī)械能的變化情況.