辨識(shí)形式多樣的機(jī)械能

能量的概念較為抽象，且形式有多種，其中的機(jī)械能包括動(dòng)能和勢(shì)能，而勢(shì)能又分為重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能．同學(xué)們?cè)趯?duì)能量的理解與應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)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(shí)別不出物體的動(dòng)能和勢(shì)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(shí)形式多樣的機(jī)械能吧！

認(rèn)識(shí)機(jī)械能

物體能夠?qū)ν庾龉Γ覀兙驼f這個(gè)物體具有能量．簡(jiǎn)稱能．物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能，叫作動(dòng)能，如滾動(dòng)的保齡球能對(duì)球道末端的球瓶做功，所以它具有動(dòng)能：物體由于受到重力并處在一定高度時(shí)所具有的能，叫作重力勢(shì)能．如山頂?shù)氖^也有做功的本領(lǐng)，所以它具有重力勢(shì)能：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫作彈性勢(shì)能，如拉開的弓能夠?qū)龉Χ鴮⒓涑觯运哂袕椥詣?shì)能．重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能是常見的兩種勢(shì)能.

動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能．機(jī)械能的大小與物體質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度、被舉高度、彈性形變程度等因素有關(guān)．一個(gè)物體可以同時(shí)具有動(dòng)能和勢(shì)能，并且物體的動(dòng)能和勢(shì)能之間可以相互轉(zhuǎn)化，在只有該物體的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的過程中，其機(jī)械能的總和保持不變，即機(jī)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(duì)準(zhǔn)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(zhuǎn)化為托板的________能，托板飛出，小鋼球由于________，恰好落人支座內(nèi)．在此過程中．小鋼球的能轉(zhuǎn)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(shì)能，擊打托板時(shí)，彈性片的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為托板的動(dòng)能，托板飛出后，小鋼球由于慣性會(huì)落入支座內(nèi)，小鋼球由高處落下．其重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能．

答案：彈性勢(shì) 動(dòng) 慣性 重力勢(shì) 動(dòng)

影響動(dòng)能大小的因素

一個(gè)物體不論質(zhì)量大小、位置如何，只要它在運(yùn)動(dòng)．該物體就具有動(dòng)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(dòng)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(zhì)量也影響動(dòng)能的大小，實(shí)驗(yàn)證明，物體動(dòng)能的大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)：質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動(dòng)的速度越大，它的動(dòng)能越大：運(yùn)動(dòng)速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動(dòng)能也越大．

同學(xué)們判斷一個(gè)物體的動(dòng)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(zhì)量和速度是否發(fā)生變化、如何變化（也可能只有一個(gè)因素發(fā)生變化）．然后根據(jù)質(zhì)量和速度的變化情況來判斷動(dòng)能的變化情況．

影響重力勢(shì)能大小的因素

一個(gè)物體只要位于高處．就具有重力勢(shì)能．用錘子把釘子砸入木板，錘子的質(zhì)量越大、位置越高，釘子被砸入得越深，錘子對(duì)釘子做的功越多，錘子具有的重力勢(shì)能就越大，實(shí)驗(yàn)證明，物體重力勢(shì)能的大小與物體的質(zhì)量和所處的高度有關(guān)：物體的質(zhì)量越大、位置越高，物體所具有的重力勢(shì)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(shì)能為零．例如，放在地面上的錘子的重力勢(shì)能為零．把錘子舉高，它就具有了重力勢(shì)能，同學(xué)們判斷一個(gè)物體的重力勢(shì)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(zhì)量和高度這兩個(gè)因素是否發(fā)生變化、如何變化（也可能只有一個(gè)因素發(fā)生變化）．然后根據(jù)質(zhì)量和所處高度的變化情況來判斷重力勢(shì)能的變化情況．

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

A.動(dòng)能不變，重力勢(shì)能不變．機(jī)械能不變

B.動(dòng)能不變，重力勢(shì)能增大，機(jī)械能增大

C.動(dòng)能增大，重力勢(shì)能不變，機(jī)械能增大

D.動(dòng)能增大，重力勢(shì)能增大，機(jī)械能增大

解析：同學(xué)們解答該題時(shí)．先判斷出加油過程中不變的量是戰(zhàn)斗機(jī)的高度和運(yùn)動(dòng)速度．再判斷出加油過程中發(fā)生變化的量是戰(zhàn)斗機(jī)的質(zhì)量，然后由影響動(dòng)能大小的因素（質(zhì)量和速度）可知戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)能增大了，由影響重力勢(shì)能大小的因素（質(zhì)量和高度）可知戰(zhàn)斗機(jī)的重力勢(shì)能也增大了．故戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)械能增大了．A、B、C錯(cuò)誤，D正確．

答案：D

影響彈性勢(shì)能大小的因素

一個(gè)物體只要發(fā)生了彈性形變，就具有了彈性勢(shì)能．弓被拉開的程度越大．就能把箭射得越遠(yuǎn)，實(shí)驗(yàn)證明，影響物體彈性勢(shì)能大小的因素之一是彈性形變的程度，在彈性限度內(nèi)，彈性形變?cè)酱螅矬w的彈性勢(shì)能就越大．另外，彈性勢(shì)能的大小跟發(fā)生彈性形變的物體的材料也有關(guān)，判斷一個(gè)物體是否具有彈性勢(shì)能．關(guān)鍵是看這個(gè)物體是否發(fā)生了彈性形變．例如，一個(gè)彈簧只有發(fā)生了彈性形變才具有彈性勢(shì)能，沒有發(fā)生彈性形變的彈簧是沒有彈性勢(shì)能的．

例3 小強(qiáng)用圖3所示的裝置探究彈性勢(shì)能的大小與什么因素有關(guān)，通過實(shí)驗(yàn)，他的記錄是：彈簧被壓縮的程度越大，木塊被彈得越遠(yuǎn)．

（1）彈簧彈性勢(shì)能的大小可以通過________來比較．

（2）從實(shí)驗(yàn)記錄中可以看出，物體彈性勢(shì)能的大小與________有關(guān)．

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

答案：（1）木塊移動(dòng)的距離 （2）物體發(fā)生彈性形變的大小