细辨机械能及其转化

齐占波

考点一：机械能

1. 动能：物体由于运动而具有的能，叫做动能。质量越大，速度越大，物体的动能越大。

2. 重力势能：物体由于被举高所具有的能叫做重力势能。质量越大，位置越高，物体的重力势能越大。

3. 弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。弹性形变越大，物体的弹性势能越大。

例1（2020·湖南·郴州）下列物体具有动能的是（ ）。

A. 悬挂在天花板上的吊灯 B. 静止在山顶上的大石头

C. 飞行的飞机                 D. 拉开的弹弓

解析：悬挂在天花板上的吊灯、静止在山顶上的大石头，处于静止状态，不具有动能，故A、B不符合题意;飞行的飞机处于运动状态，具有动能，故C符合题意;拉开的弹弓具有弹性势能，但处于静止状态，不具有动能，故D不符合题意。

答案：C

小结：分析动能和势能的存在性问题，关键是理解它们的定义。

考点二：机械能的转化

1. 动能和重力势能间的转化：物体质量一定，如果加速下降，动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能;如果减速上升，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。

2. 动能与弹性势能间的转化：（1）如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能;（2）如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。

例2（2020·内蒙古·鄂尔多斯）蹦床运动逐渐进入了大众生活。下列有关对蹦床运动员的分析，正确的是（ ）。

A. 下落到与蹦床接触的瞬间时，动能最大

B. 被蹦床弹起的过程中，弹性势能转化为重力势能

C. 从接触蹦床到下落至最低处的过程中，弹性势能转化为动能

D. 在空中上升过程中，动能转化为重力势能

解析：刚与蹦床接触时，运动员受到合力向下，速度增大，当重力和弹力相等，合力为零时，速度最大，动能最大，故A错误。

运动员被蹦床弹起的过程中，涉及动能、重力势能和弹性势能三者间的相互转化，故B错误。

运动员从接触蹦床到下落到最低处的过程中，弹性势能一直增大，故C错误。

运动员在空中上升的过程中，质量不变，速度变小，动能减小，同时其高度变大，重力势能增大，所以动能转化为重力势能，故D正确。

答案：D

小结：解决机械能的转化问题的关键是要知道各能量跟哪些因素有关，根据各因素的变化情况分析能量的变化情况。

考点三：机械能的守恒

如果只有动能和势能相互转化，没有其他形式能量补充也没有能量损失，则机械能守恒。

例3（2020·广西）伽利略认为：一个金属小球从光滑斜面的某一高度处由静止滚下，由于不受阻力，没有能量损耗，那么它必定到达另一光滑斜面的同一高度，如果把斜面放平缓一些，也会出现同样的情况。其模拟实验如下图所示，则下列说法中正确的是（ ）。

A. 小球在运动过程中只受重力作用

B. 在滚下斜面的過程中，小球的动能转化为重力势能，机械能减少

C. 另一斜面越平缓，小球在它上面运动的距离越小

D. 如果另一斜面变成水平面，则小球达不到同样的高度而会永远运动下去

解析：小球在运动过程中除受到重力作用外，还受到支持力的作用，故A错误。

在滚下斜面的过程中，小球的质量不变，高度变小，速度变大，则重力势能变小，动能变大，重力势能转化为动能。小球运动时不受阻力，其机械能是守恒的，故B错误。

因为小球在运动过程中机械能守恒，所以，另一斜面越平缓，小球在它上面运动的距离越大，故C错误。

如果斜面变成水平面，水平面光滑，小球不受阻力，则小球会做匀速直线运动，永远运动下去，故D正确。

答案：D

小结：知道机械能守恒的条件并且能够发掘题目中关于机械能是否守恒的关键词是解题的关键。“在光滑斜面上滑动”表示没有能量损失——机械能守恒;“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。