機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化題型歸納

題型一：無動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化型 一 比較機(jī)械能的大小

例12024年5月7日，河北省首條低空無人機(jī)物流運(yùn)輸航線試航成功。圖1為正在運(yùn)輸貨物的無人機(jī)，下列說法正確的是（ ）。

A.無人機(jī)上升過程中，貨物的重力勢(shì)能可能減小B.無人機(jī)水平勻速飛行時(shí)，貨物的機(jī)械能保持不變C.無人機(jī)在某一高度懸停時(shí)，貨物的機(jī)械能一定為零D.無人機(jī)下降過程中，貨物的動(dòng)能一定增大

解析：無人機(jī)上升過程中，貨物的質(zhì)量不變，高度變大，其重力勢(shì)能變大。無人機(jī)水平勻速飛行時(shí)，貨物的質(zhì)量、速度、高度均不變，其機(jī)械能不變。無人機(jī)在某一高度懸停時(shí)，貨物的機(jī)械能等于其重力勢(shì)能而不為零。無人機(jī)下降過程中，因不知貨物的速度是否變化，故無法判斷動(dòng)能是否變化。答案：B。

解題策略：（1）先根據(jù)動(dòng)能（或勢(shì)能）的決定因素明確各因素是否改變或怎樣改變，比較動(dòng)能和重力（或彈性）勢(shì)能的大小;（2）再根據(jù)機(jī)械能等于動(dòng)能與勢(shì)能之和比較機(jī)械能的大小關(guān)系。

題型二：動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化型 比較機(jī)械能的大小

例2如圖2所示，從 A 點(diǎn)沿水平桌面滾落的小球運(yùn)動(dòng)軌跡如虛線所示， C，F(xiàn) 兩點(diǎn)等高， D 為小球與水平地面的接觸點(diǎn)，不計(jì)空氣阻力，下列說法正確的是（ ）。

A.小球在 C 點(diǎn)和 F 點(diǎn)的機(jī)械能相等B.小球在 C 點(diǎn)和 F 點(diǎn)的動(dòng)能相等C.小球從 E 點(diǎn)到 F 點(diǎn)的過程中，機(jī)械能變小D.小球在 E 點(diǎn)的動(dòng)能不為零

解析：由圖2可知，小球與地面碰撞后，上升的高度總是小于碰撞前的最大高度，表明碰撞后小球的機(jī)械能減小，則小球在 C 點(diǎn)的機(jī)械能大于在 F 點(diǎn)的機(jī)械能。 C，F(xiàn) 兩處等高，重力勢(shì)能相同，則小球在 C 點(diǎn)的動(dòng)能大于在 F 點(diǎn)的動(dòng)能。小球在空中運(yùn)動(dòng)的過程中，因不計(jì)空氣阻力，小球機(jī)械能守恒。小球在 E 點(diǎn)時(shí)有水平速度，動(dòng)能不為零。答案：D。

解題策略：（1）明確機(jī)械能守恒的條件是只有重力或彈簧的彈力做功；（2）尋找題干中是否有“不計(jì)空氣阻力\"“光滑\"等字眼，若有則表明機(jī)械能守恒，反之機(jī)械能不守恒且會(huì)減少。

題型三：實(shí)驗(yàn)探究型 動(dòng)能（或勢(shì)能）的影響因素

例3在探究“動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)\"的實(shí)驗(yàn)中，讓小車從斜面上由靜止滑下，撞擊放在水平面上的木塊，小車推動(dòng)木塊滑行一段距離后停止，實(shí)驗(yàn)過程如圖3所示。下列說法正確的是。

A.實(shí)驗(yàn)中，木塊被推出距離的遠(yuǎn)近反映小車動(dòng)能的大小B.由甲、乙兩圖可知，小車動(dòng)能的大小與質(zhì)量有關(guān)C.由乙、丙兩圖可知，小車動(dòng)能的大小與速度有關(guān)D.小車從斜面上滑下，其重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，機(jī)械能增大

解析：利用轉(zhuǎn)換法，將小車的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為木塊被小車碰撞后所移動(dòng)的距離來反映小車動(dòng)能的大小。甲、乙兩圖中，從不同高度滑下的小車到達(dá)水平面時(shí)速度不同，而小車質(zhì)量不變，則小車動(dòng)能的大小與速度有關(guān)。乙、丙兩圖中，從同一高度滑下的小車到達(dá)水平面時(shí)速度相同，而小車質(zhì)量不同，則小車動(dòng)能的大小與質(zhì)量有關(guān)。小車從斜面下滑過程中，要克服摩擦力做功，機(jī)械能減小。答案：A。

解題策略：（1）根據(jù)探究問題寫出動(dòng)能（或勢(shì)能）的影響因素;（2）利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行作答。

題型四：機(jī)械能守恒與圖像融合型 計(jì)算機(jī)械能的大小

例4投出的鉛球在空中飛行，它在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)能 E_k 與距離地面的高度 h 的關(guān)系如圖4所示。已知鉛球出手高度 h 為 2m ，鉛球落到地面時(shí)重力勢(shì)能為零，不計(jì)空氣阻力，由圖4可知，鉛球出手時(shí)其重力勢(shì)能為（ ）。

A.80 J B.100JC. 180 J D.280 J

解析：由圖4可知，鉛球的最大動(dòng)能為280J，即機(jī)械能的總量為280J，當(dāng)鉛球距離地面高度為 2.5m 時(shí)，動(dòng)能的大小為180J，此時(shí)的重力勢(shì)能為 280J-180J=100J ，因?yàn)殂U球出手高度 h 為 2m ，低于 2.5m ，所以鉛球出手時(shí)其重力勢(shì)能小于 100J 。答案：A。

解題策略：（1）明確圖像的橫、縱坐標(biāo)所代表的物理量及單位；（2）根據(jù)圖線走勢(shì)分析兩個(gè)物理量的變化關(guān)系；（3）以機(jī)械能守恒為橋梁，利用已知坐標(biāo)點(diǎn)求解動(dòng)能或重力勢(shì)能的大小。

題型五：機(jī)械能變化與圖像融合型

例5如圖5甲所示的水平面中 AB 段光滑 ?_?B 點(diǎn)右側(cè)粗糙。一輕質(zhì)彈簧左端固定于豎直墻面，用小木塊P壓縮彈簧至A點(diǎn)由靜止釋放，木塊離開彈簧后，動(dòng)能隨位置變化關(guān)系的大致圖像如圖5乙所示。若換另一相同底面的小木塊 Q（m_Qgt;m_P） 將彈簧同樣壓縮至A點(diǎn)由靜止釋放，彈簧形變均在彈性限度內(nèi)。請(qǐng)?jiān)谕蛔鴺?biāo)系中畫出小木塊Q從離開彈簧至靜止的過程中，動(dòng)能隨位置變化關(guān)系的大致圖像。

解析：將彈簧同樣壓縮至A點(diǎn)由靜止釋放，由于彈簧形變程度相同，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的大小相同，即小木塊Q和小木塊P具有相同的動(dòng)能。由于水平面 AB 段光滑，動(dòng)能不變，故在 AB 段小木塊Q與P的動(dòng)能隨位置變化關(guān)系的圖像相同。當(dāng)木P、Q分別在 B 點(diǎn)右側(cè)粗糙面上滑行時(shí)需克服摩擦力做功，因 m_Qgt;m_P ，小木塊Q受到的摩擦力較大，根據(jù) W=fs 可知，小木塊Q在粗糙的水平面上滑行的距離較短。答案：如圖6所示。

解題策略：（1）分析初、末狀態(tài)機(jī)械能如何變化；（2）明確初狀態(tài)圖像兩物理量的變化關(guān)系；（3）根據(jù)初狀態(tài)圖像作出相對(duì)應(yīng)的末狀態(tài)的圖像。

（作者單位：山東省棗莊市薛城區(qū)教學(xué)研究中心）