辨識形式多樣的機械能

能量的概念較為抽象，且形式有多種，其中的機械能包括動能和勢能，而勢能又分為重力勢能和彈性勢能．同學們在對能量的理解與應用中經(jīng)常會存在一些問題，如分辨不清物體在什么樣的狀態(tài)下具有什么樣的能量，識別不出物體的動能和勢能是否發(fā)生變化，以及如何發(fā)生變化，等等．

下面，我們一起來辨識形式多樣的機械能吧！

認識機械能

物體能夠對外做功，我們就說這個物體具有能量．簡稱能．物體由于運動而具有的能，叫作動能，如滾動的保齡球能對球道末端的球瓶做功，所以它具有動能：物體由于受到重力并處在一定高度時所具有的能，叫作重力勢能．如山頂?shù)氖^也有做功的本領，所以它具有重力勢能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫作彈性勢能，如拉開的弓能夠對箭做功而將箭射出，所以它具有彈性勢能．重力勢能和彈性勢能是常見的兩種勢能.

動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機械能．機械能的大小與物體質量、運動速度、被舉高度、彈性形變程度等因素有關．一個物體可以同時具有動能和勢能，并且物體的動能和勢能之間可以相互轉化，在只有該物體的動能和勢能相互轉化的過程中，其機械能的總和保持不變，即機械能守恒．

例1 如圖1所示．把托板放在支座上．將小鋼球放在托板上并對準支座的正上方，向后拉彎彈性片．松手后彈性片快速擊打托板．彈性片的________能轉化為托板的________能，托板飛出，小鋼球由于________，恰好落人支座內．在此過程中．小鋼球的能轉化為________能．

解析：向后拉彎彈性片，松手后彈性片快速擊打托板，說明彈性片發(fā)生的是彈性形變，所以彈性片具有彈性勢能，擊打托板時，彈性片的彈性勢能轉化為托板的動能，托板飛出后，小鋼球由于慣性會落入支座內，小鋼球由高處落下．其重力勢能轉化為動能．

答案：彈性勢 動 慣性 重力勢 動

影響動能大小的因素

一個物體不論質量大小、位置如何，只要它在運動．該物體就具有動能．飛行的箭要想穿透靶心，必須具有很快的速度，說明速度影響動能的大小，以同樣速度行駛的自行車、小汽車和火車．如果撞擊某一物體，很顯然自行車的破壞力最小，火車的破壞力最大，說明質量也影響動能的大小，實驗證明，物體動能的大小與物體的質量和速度有關：質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大：運動速度相同的物體，質量越大，它的動能也越大．

同學們判斷一個物體的動能是否發(fā)生變化，或發(fā)生了怎樣的變化，先要確定物體的質量和速度是否發(fā)生變化、如何變化（也可能只有一個因素發(fā)生變化）．然后根據(jù)質量和速度的變化情況來判斷動能的變化情況．

影響重力勢能大小的因素

一個物體只要位于高處．就具有重力勢能．用錘子把釘子砸入木板，錘子的質量越大、位置越高，釘子被砸入得越深，錘子對釘子做的功越多，錘子具有的重力勢能就越大，實驗證明，物體重力勢能的大小與物體的質量和所處的高度有關：物體的質量越大、位置越高，物體所具有的重力勢能就越大．在沒有特殊指明的情況下．通常選地面為參照物，即物體在地面上的重力勢能為零．例如，放在地面上的錘子的重力勢能為零．把錘子舉高，它就具有了重力勢能，同學們判斷一個物體的重力勢能是否發(fā)生變化．或發(fā)生怎樣的變化，先要確定物體的質量和高度這兩個因素是否發(fā)生變化、如何變化（也可能只有一個因素發(fā)生變化）．然后根據(jù)質量和所處高度的變化情況來判斷重力勢能的變化情況．

例2 如圖2所示，空中加油機正在給勻速水平飛行的戰(zhàn)斗機加油．加油后．戰(zhàn)斗機仍以原來的高度和速度勻速飛行，則戰(zhàn)斗機的（ ）．

A.動能不變，重力勢能不變．機械能不變

B.動能不變，重力勢能增大，機械能增大

C.動能增大，重力勢能不變，機械能增大

D.動能增大，重力勢能增大，機械能增大

解析：同學們解答該題時．先判斷出加油過程中不變的量是戰(zhàn)斗機的高度和運動速度．再判斷出加油過程中發(fā)生變化的量是戰(zhàn)斗機的質量，然后由影響動能大小的因素（質量和速度）可知戰(zhàn)斗機的動能增大了，由影響重力勢能大小的因素（質量和高度）可知戰(zhàn)斗機的重力勢能也增大了．故戰(zhàn)斗機的機械能增大了．A、B、C錯誤，D正確．

答案：D

影響彈性勢能大小的因素

一個物體只要發(fā)生了彈性形變，就具有了彈性勢能．弓被拉開的程度越大．就能把箭射得越遠，實驗證明，影響物體彈性勢能大小的因素之一是彈性形變的程度，在彈性限度內，彈性形變越大，物體的彈性勢能就越大．另外，彈性勢能的大小跟發(fā)生彈性形變的物體的材料也有關，判斷一個物體是否具有彈性勢能．關鍵是看這個物體是否發(fā)生了彈性形變．例如，一個彈簧只有發(fā)生了彈性形變才具有彈性勢能，沒有發(fā)生彈性形變的彈簧是沒有彈性勢能的．

例3 小強用圖3所示的裝置探究彈性勢能的大小與什么因素有關，通過實驗，他的記錄是：彈簧被壓縮的程度越大，木塊被彈得越遠．

（1）彈簧彈性勢能的大小可以通過________來比較．

（2）從實驗記錄中可以看出，物體彈性勢能的大小與________有關．

解析：彈簧彈性勢能的大小是通過木塊移動的距離來顯示和比較的，木塊移動得越遠，說明彈簧的彈性勢能越大．彈簧被壓縮的程度越大，木塊被彈得越遠，說明彈簧彈性勢能的大小與彈簧發(fā)生彈性形變的大小有關．

答案：（1）木塊移動的距離 （2）物體發(fā)生彈性形變的大小