機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化考點(diǎn)透視

金羽茜

機(jī)械能是最常見的一種能量，轉(zhuǎn)化是最基本的科學(xué)思想，機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒與日常生活息息相關(guān)。下面歸納此部分知識的考點(diǎn)并舉例分析。

[考點(diǎn)速覽]

考點(diǎn)1：機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化

動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能。動能和勢能是可以相互轉(zhuǎn)化的，兩種不同形式的能在發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)，一種形式的能減少，另一種形式的能增加。在判斷能量的轉(zhuǎn)化方向時(shí)，首先要根據(jù)動能、重力勢能和彈性勢能的影響因素判斷所研究的能量是否發(fā)生變化及如何變化。其中動能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，質(zhì)量越大，速度越大，動能越大；重力勢能的大小與物體的質(zhì)量和位置高度有關(guān)，質(zhì)量越大，位置越高，重力勢能越大；彈性勢能與物體的形變程度有關(guān)，物體的形變程度越大，彈性勢能越大。能量的轉(zhuǎn)化方向是從能量減少的一種形式的能轉(zhuǎn)化為能量增加的另一種形式的能。

考點(diǎn)2：機(jī)械能守恒及其應(yīng)用

判斷機(jī)械能是否守恒的方法有以下兩種。

方法一：根據(jù)動能、勢能的影響因素分析物體的動能和勢能的大小是否變化、如何變化，再判斷動能和勢能之和（也就是機(jī)械能）如何變化。

方法二：分析物體在能量轉(zhuǎn)化的過程中，是否有機(jī)械能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化。若只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，則機(jī)械能守恒。若機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，則機(jī)械能減少。（注意觀察題干中是否提及“接觸面是否光滑”“是否考慮空氣阻力”等。）若有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，則機(jī)械能變大。

[應(yīng)用提升]

1. （2022·四川·自貢）在2022年北京冬奧會自由式滑雪比賽中，谷愛凌獲得冠軍，她在雪道上自由下滑的過程中，如果不計(jì)雪道阻力和空氣阻力，下列說法中正確的是（）。

A. 動能不變，重力勢能不變，機(jī)械能不變

B. 動能增大，重力勢能增大，機(jī)械能不變

C. 動能增大，重力勢能減少，機(jī)械能不變

D. 動能減少，重力勢能減少，機(jī)械能減少

解析：運(yùn)動員在雪道上自由下滑時(shí)，不計(jì)雪道阻力和空氣阻力，只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒。下滑過程中，質(zhì)量不變，速度變大，高度降低，所以動能增大，重力勢能減少。答案：C。

2. （2022·四川·南充）擲實(shí)心球是南充中考體育項(xiàng)目之一，如圖1是某同學(xué)擲出的實(shí)心球的運(yùn)動軌跡，O點(diǎn)是實(shí)心球剛離開手的位置，A點(diǎn)是實(shí)心球運(yùn)動到最高點(diǎn)的位置，B點(diǎn)是實(shí)心球落地前瞬間的位置。不計(jì)空氣阻力，下列說法正確的是（）。

A. 實(shí)心球離開手后受到重力和慣性力的作用

B. 實(shí)心球在最高點(diǎn)A點(diǎn)時(shí)處于平衡狀態(tài)

C. 實(shí)心球從O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的動能先減小、后增大

D. 實(shí)心球在O點(diǎn)的機(jī)械能大于在B點(diǎn)的機(jī)械能

解析：實(shí)心球離開手后只受到重力作用，它能繼續(xù)前進(jìn)，是由于球具有慣性，不能說“受到慣性力的作用”，因?yàn)閼T性不是力，故A錯(cuò)誤。實(shí)心球從O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，運(yùn)動的方向和速度都在發(fā)生變化，整個(gè)過程實(shí)心球均處于非平衡狀態(tài)，因此實(shí)心球在最高點(diǎn)A點(diǎn)時(shí)處于非平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤。實(shí)心球從O點(diǎn)運(yùn)動到A點(diǎn)，實(shí)心球的動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，動能減小；實(shí)心球從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)，實(shí)心球的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，動能增加。因此實(shí)心球從O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)的動能先減小、后增大，故C正確。實(shí)心球在整個(gè)運(yùn)動的過程中，忽略空氣阻力，只受到重力作用，機(jī)械能守恒，因此實(shí)心球在O點(diǎn)的機(jī)械能等于在B點(diǎn)的機(jī)械能，故D錯(cuò)誤。答案：C。

3. （2022·廣東）圖2中過山車從A點(diǎn)出發(fā)，先后經(jīng)過B、C、D、E點(diǎn)，圖3是過山車在B、C、D、E點(diǎn)的動能和重力勢能大小的示意圖，則過山車的動能在___________點(diǎn)最大，B點(diǎn)重力勢能的大小___________E點(diǎn)動能的大小。在這個(gè)過程中，過山車的機(jī)械能是______________________（選填“變化”或“不變”）的。

解析：由圖3可知，過山車的動能在C點(diǎn)最大，B點(diǎn)重力勢能的大小與E點(diǎn)動能的大小相等，C點(diǎn)和E點(diǎn)重力勢能為0，但是C點(diǎn)動能大于E點(diǎn)動能，說明過山車在運(yùn)動過程中，機(jī)械能不守恒。答案：C；等于；變化。

（作者單位：沈陽市南昌初級中學(xué)）