影響機(jī)械能的因素例解

徐小平

一、影響動(dòng)能的因素

例1（2019·湖南·長沙）如圖1所示，小海在研究“物體的動(dòng)能與哪些因素有關(guān)”時(shí)，將質(zhì)量為m的鋼球從斜槽的某高度h處由靜止釋放，鋼球運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí)，將水平面上靜止的木塊撞出一段距離s。小海的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄如表1所示：

（1）上述3次實(shí)驗(yàn)中，第_____次實(shí)驗(yàn)鋼球滑到斜槽底端時(shí)動(dòng)能最大;

（2）上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)速度一定時(shí)，鋼球的質(zhì)量越大，動(dòng)能越_____，這個(gè)結(jié)論可用于解釋汽車_____（選填“超速”或“超載”）帶來的危害。

考點(diǎn)分析：（1）影響動(dòng)能大小的因素：動(dòng)能大小跟質(zhì)量、速度有關(guān)。質(zhì)量一定時(shí)，速度越大，動(dòng)能越大;速度一定時(shí)，質(zhì)量越大，動(dòng)能越大。

（2）比較動(dòng)能大小的方法：根據(jù)鋼球?qū)⒛緣K在水平面上撞開的距離遠(yuǎn)近來比較其動(dòng)能的大小。

思路講解：（1）不同質(zhì)量的物體從相同高度自由下滑到達(dá)斜面底端的速度是相同的。3次實(shí)驗(yàn)中鋼球從斜槽的某高度h處由靜止釋放，運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí)速度相同，鋼球的質(zhì)量越大，推動(dòng)木塊運(yùn)動(dòng)越遠(yuǎn)，對木塊做功越多，說明鋼球的動(dòng)能越大，所以第3次實(shí)驗(yàn)中鋼球動(dòng)能最大。（2）通過分析表格中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)速度一定時(shí)，鋼球的質(zhì)量越大，動(dòng)能越大。汽車超速是因?yàn)樗俣却笤斐蓜?dòng)能大，汽車超載是因?yàn)橘|(zhì)量大造成的動(dòng)能大。

答案：（1）3 （2）大 超載

二、影響重力勢能的因素

例2（2019·天津）小明同學(xué)在探究“重力勢能的大小與什么因素有關(guān)”時(shí)，提出了如下猜想：

猜想一：物體的重力勢能與物體的質(zhì)量有關(guān)。

猜想二：物體的重力勢能與物體所在高度有關(guān)。

為了驗(yàn)證上述猜想，他計(jì)劃利用小桌、沙子、質(zhì)量不同的鐵塊和刻度尺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如圖2所示，將小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把鐵塊從距桌面某一高度由靜止釋放，撞擊在桌面的中心部位，記錄桌腿進(jìn)入沙子的深度。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示：

（1）實(shí)驗(yàn)中通過比較_____來判斷物體重力勢能的大小;

（2）為了驗(yàn)證猜想一，需選擇表中_____（填實(shí)驗(yàn)序號）三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析;

（3）分析表中①②③的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論是：_____。

考點(diǎn)分析：（1）影響重力勢能大小的因素：重力勢能的大小與物體的高度和質(zhì)量有關(guān)。高度一定時(shí)，質(zhì)量越大，重力勢能越大;質(zhì)量一定時(shí)，高度越大，重力勢能越大。（2）判斷重力勢能大小的方法：根據(jù)實(shí)驗(yàn)中桌腿被重物壓入沙中的深度大小判斷。

思路講解：（1）通過小明設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可知，通過比較桌腿進(jìn)入沙子的深淺來比較重力勢能的大小。桌腿進(jìn)入沙子越深說明物體做的功越多，物體原來具有的重力勢能越大。

（2）根據(jù)控制變量法，要驗(yàn)證物體的重力勢能與物體的質(zhì)量有關(guān)，應(yīng)控制物體的高度相同，改變物體質(zhì)量的大小，故需要找數(shù)個(gè)質(zhì)量不同的物體、在相同高度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn);①④⑤三組數(shù)據(jù)符合，所以應(yīng)利用①④⑤三組數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。

（3）比較表中①②③的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，③中桌腿進(jìn)入沙子的深度最深，②其次，①最小，所以重力勢能從大到小依次是③②①，得出的結(jié)論是：質(zhì)量相同的物體，高度越大，重力勢能越大。

答案：（1）桌腿進(jìn)入沙子的深度 （2）①④⑤ （3）質(zhì)量相同的物體，高度越大，重力勢能越大

三、機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化

例3（2019·廣東·深圳）如圖3所示，弧形軌道ab段光滑，bc段粗糙，小球從a點(diǎn)經(jīng)最低點(diǎn)b運(yùn)動(dòng)至c點(diǎn)。下列分析正確的是（ ）。

A. 從a到b的過程中，小球動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢能

B. 經(jīng)過b點(diǎn)時(shí)，小球動(dòng)能最大

C. 從b到c的過程中，小球動(dòng)能增大

D. 從a到c的過程中，小球機(jī)械能守恒

考點(diǎn)分析：（1）判斷物體重力勢能是否改變，要看它的質(zhì)量和高度是否變化;判斷物體動(dòng)能是否改變，要看它的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)快慢是否變化。（2）判斷能量轉(zhuǎn)化的方法：減小的能量轉(zhuǎn)化為增多的能量。

思路講解：從a到b的過程中，小球質(zhì)量不變，高度降低，速度變大，故重力勢能減少，動(dòng)能增大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，故A錯(cuò)誤;小球從a運(yùn)動(dòng)到b動(dòng)能增大，從b運(yùn)動(dòng)到c動(dòng)能減小，則在b點(diǎn)處小球動(dòng)能最大，故B正確;小球從b到c的過程中，高度增加，速度減小，則小球的動(dòng)能減小，故C錯(cuò)誤;由于bc段弧形軌道粗糙，小球克服摩擦力做功，會(huì)有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則機(jī)械能會(huì)減小，故D錯(cuò)誤。

答案：B

（作者單位：甘肅省隴西縣德興初級中學(xué)）