题点系列10:机械能和内能 (2)

百年孤独 分享 2020-06-22 下载文档

C. 甲物体比乙物体速度大,则甲物体的动能一定比乙物体的动能大;

D. 甲物体高度比乙物体的高度高,则甲物体的重力势能一定比乙物体的重力势能大。 解析:由动能和重力势能的概念可知,用线悬挂着的物体是被举高的,离地面有一定的高

度,它能够做功,故具有重力势能;物体的动能大小是由物体质量和速度共同决定的,因此,速度大的物体的动能不一定大。同样,重力势能的大小是由物体被举高的高度和质量共同决定的,高度高的物体的重力势能也不一定就大;在空中飞行的子弹有动能和重力势能,它能做功,具有能,所以B正确。

当一个物理量由两个或两个以上因素共同决定时,千万不能只根据一个因素的情况作出结论。判断一个物体是否具有能,关键是要看它能否做功,不是看它是否在做功。比如上例中“悬挂着的物体”虽然没有做功,但它一旦坠落,高度发生变化,就可以做功。

【例18】下面的物体中,只具有动能的是______;只有势能的是______;既具有动能、又

具有势能的是 。

A. 停在地面上的汽车 B. 在空中飞行的飞机 C. 被起重机吊在空中静止的货物 D. 弹簧 E. 在水平铁轨上正行驶的火车

解析:停在地面上的汽车没有运动,它不具有动能;因在地面上,它也没有势能。正在空

中飞行的飞机,它在运动着,具有动能;它离地面有一定的高度,又具有重力势能。在空中静止的货物,它没有动能,只有重力势能。弹簧在没有发生弹性形变时,它不具有弹性势能。水平铁轨上行驶的火车,只有动能没有势能。

答案:只有势能的是C;只有动能的是E;既有动能又有势能的是B。

在确定物体具有何种能量时,应按照动能、重力势能、弹性势能的定义,分析物体是否在运动,是否被举高,是否发生了弹性形变,符合哪一种能量的定义,就确定物体具有哪一种能量。

【例19】“挂在屋檐上的瓦,因为静止,没有做功,所以没有能”。这种说法对吗? 解析:挂在屋檐上的瓦,处于一定的高度,可视为“被举高”了,因而具有重力势能。

答案:题中说法不对。因为一个物体具有能,只说明它能做功,但它不一定做功。所以瓦处于静止,没有做功,不能表明它不能做功,因而也就不能断言它没有能。 “做功”与“能做功”是两个不同的概念,要注意加以区分。 【例20】跳伞运动员在匀速下落过程中,它的( )

A. 势能增大,动能减小,机械能不变 B. 势能减小,动能不变机械能减小 C. 势能减小,动能增大,机械能不变 D. 势能增大,动能不变,机械能增大

解析:因为跳伞运动员的质量是一定的,而且是匀速下落,说明运动员的速度不变,所以

运动员的动能不变;又因为跳伞运动员的高度不断减小,因此,跳伞运动员的机械能减小。正确选项为B。

此题的过程简单,题意明朗。但若不能仔细分析亦可能出现错误。如“匀速下落”意味着速度不变,速度不变意味着动能不变;同时,不要认为一个物体的重力势能减小或增大,它的动能就一定增大或减小。这种“定势”是要努力克服的。因此,要针对题设的物理情景进行分析,挖掘已知条件和隐含条件,找到其联系,从而做出正确的答案。

【例21】一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升,在整个过程中,乒乓球机械能转

化的情况是( )

A. 势能→动能→势能 B. 动能→势能→势能

C. 动能→势能→动能→势能→动能 D. 势能→动能→势能→动能→势能 解析:乒乓球在高处,由于被举高具有势能。在下落过程中,高度降低,速度增大,在撞

击地面前,球的全部势能转化为动能。在撞击地板的一瞬间,由于球发生形变,球的动能转化为球的弹性势能。球在恢复形变的过程中,弹性势能又转化成动能,使球产生一个反方向的速度(如不考虑能的损失,则此速度与球撞击地板前的速度大小相同),向上跳起。在上升的过程中,动能又逐渐转化成势能,直至动能为零。从下落到反跳的全过程中,经历的能量变化过程是:重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能。 正确选项为D。

在解答同一物体的重力势能和动能之间的转化问题时,由于同一物体质量一定,所以重力势能和动能的变化,主要表现在离地面的高度与速度的大小变化。

【例22】如图所示,电动小车沿斜面从A匀速运动到,则在这个过程中小车( ) A.动能减少,重力势能增加,总机械能不变

B.动能增加,重力势能减少,总机械能不变 C.动能不变,重力势能增加,总机械能不变 D.动能不变,重力势能增加,总机械能增加

解析:解此类问题必须克服“物体向上运动速度一定变小,向下

运动速度一定变大”、“物体重力势能增大则动能一定减小,重力势能减小则动能一定增大”的错误定式,应根据假设的物理情境进行分析,挖掘已知条件和隐含条件,找出其联系,从而得出正确答案. 解:因为电动小车的质量是一定的,而且是沿斜面匀速运动,说明电动小车的速度不变,所以电动小车的动能不变.又因为电动小车沿斜面向上运动的过程中高度不断增加,所以它的重力势能不断增大,因此小车的机械能增大.答案选D .

【例23】小方和小明皆购买了同类的橡皮球。小明说:“我的球的弹力比你的好。”小方

回答说:“我希望你能证实你的说法。”请你给小明出主意,他该怎么办?( ) A. 让两只球于离地等高处自由落下,比较两只球反弹的高度 B. 把两只球向墙掷去,比较两只球反弹时离墙的距离

C. 让两只球于离地不同高度处自由下落,比较两只球反弹的高度 D 把两只球向地面掷去,比较两只球反弹的高度

解析:本题采用的方法是通过实验去比较两球的弹力,球弹起越远当然弹力就越大。但B、

C、D所采用的方法中都没有注意控制使两球的初始速度和高度都相同,因此它们反弹的距离除与球本身的弹力有关外,还与它们初始具有的能量有关。所以只有A正确。 本题直接考查科学实验中控制变量的方法。在有多种因素影响实验结果时,只有对变量进行有效的控制,排除了其它因素的影响,才能得出客观的结论。 【例24】关于动能、机械能,下列说法中错误的是( )

A.一辆汽车具有动能,它一定具有机械能

B.两辆汽车以相同的速度行驶时,质量大的动能大 C.某汽车的机械能增加了,它的运动速度一定是加大了 D.在平直公路上行驶的汽车,速度变化时它的机械能也变化

解析:机械能是动能与势能之和,动能的大小由质量和速度共同决定.汽车的机械能增加

了,可能是势能增加了,其动能不一定增加,它的运动速度也不一定增大,故C选项是错误的.答案选C

【例25】下列过程中,属于动能转化为势能的是( ) ?A.雪撬从山坡上滑下 ? B.玩具弹簧枪将“子弹”水平射出 ?C.雨滴从屋檐落向地面 ? D.斜向上射出的炮弹在上升过程

解析:物体的动能转化为势能,是指物体的动能在减小,同时势能在增加.如果物体的质

量一定时,那么物体的速度减小,动能就减小,物体的高度增加,势能增加,或者物体弹性形变增大,势能增大.

解:A选项中雪橇的高度减小,速度增加,所以是重力势能转化为动能;B选项中是将弹性势能转化为动能;C选项中也是将重力势能转化为动能;D选项中是动能转化为重力势能.答案选D

【例26】如图所示,运动员在进行蹦床表演时,机械能是如何变化的? 解析:机械能包含动能、重力势能和弹性势能,在判断这些能量大

小和转化时,应分析它们的速度、高度、形变的情况.

解:运动员从高处下落的过程中,重力势能转化为动能;在接触蹦床到速度为零的过程中,人的动能转化为蹦床的弹性势能;弹起时,是蹦床的弹性势能转化为人的动能;运动员在上升过程中,动能转化为重力势能. 【例27】 在空气阻力不计的情况下,一只皮球从高处由静止下落,

被地面弹起后不能再回到原来的高度,在整个过程中; (1)说明皮球机械能的转化情况。

(2)指出皮球在哪几个位置时的动能为零。 (3)分析皮球不能回到原来高度的原因。 解析:(1)皮球在下落、弹起的整个过程中,先后发生状态的变化是:球在高处静止──

加速下落──落地变形──恢复原状反弹──减速上升. (2)皮球在下落、上升过程中的空气阻力不计,但是在弹性压缩和恢复原状的过程中,有一部分机械能转化为内能. 解:(1)①加速下落过程:重力势能转化为动能.

②落地弹性压缩过程:动能转化为弹性势能. ③恢复形状反弹过程:弹性势能转化为动能. ④减速上升过程:动能转化为重力势能.

(2)皮球在以下三个位置时动能为零(速度大小为零):①球在高处将指时;②小

球落地弹性压缩最大时;③上升到最大高度时.

(3)尽管不计空气阻力,但在落地撞击地面时,球的弹性压缩和恢复形状的过程

中,有一部分机械能将转化成其它能量,造成机械能损失,所以皮球不能回到原来高度.

【例28】如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务。

图是某轻轨车站的设计方案示意图,该图表明与站台前后连接的轨道都有一个小坡度。请你说明这种设计可以节能的理由. 解析:一般的车站轨道都是水平连接的,车进站时,需要刹车减速,

车出站时,需克服摩擦力加速,这样既浪费了能量又多消耗了能量.将站台设计在小坡上,车进站时,让车驶上小坡,将动能转化为重力势能,车速减小了,重力势能增大了;车在起动出站时,由于下坡,车的重力势能转化为动能,在不需要多消耗能量的情况下,车速加快,减少了因加速消耗的能量. 答:进站时将动能 转化为重力势能“储藏”起来;出站时将重力势能转化为动能“释放”出来.达到节约能源的目的. 【例29】如图是一个竖直放置的半圆轨道半径R=1米,G=1牛的小球AB从A点由静止滚下,(1)小球滚到最低点O时重力做功W多大。 (2)小球滚到与A点等高的B点后还能上升吗? 解析:(1)小球由A运动到O,竖直方向移动的距离h=R=1米,

故重力做功W=Gh=1×1焦=1焦

(2)由B点与A点等高,小球在B点的势能与A点的势能相等,由机械能守恒定律可知,小球到B点后不能再上升。

【例30】射箭时,能的转化关系是怎样的,为什么拉满弓时射出的箭速度更快?

解析:拉弓时,使弓形变,人对弓做功转化为弓的弹性势能。放手后,弓对箭 做功,弓的

弹性势能转化为箭的动能使箭以很大速度射出,弓弦拉得越开(即拉满弓)弓的形变越厉害,弓所储藏的弹性势能越多,箭射出时的动能更大,速度也更快。 【例31】判断下列几种情况下物体的动能、势能是否变化?是增大还是减小?

(1)汽车沿着斜坡匀速上行 (2)电梯上升得越来越快

(3)皮球在空中下落 (4)汽车在平直马路上匀速前进 解析:(1)汽车沿斜坡匀速上行的过程中,汽车的高度越来越高,所以它的势能增大,由

于汽车速度保持不变,所以它的动能不变。

(2)电梯上升,高度增加,所以电梯的势能增加,电梯速度越来越快,所以它的动能

不断增加。

(3)皮球从空中下落,高度越来越小,速度越来越大,所以皮球的势能减小,动能增

大。

(4)汽车在平直马路上匀速前进,它的高度不变,速度也不变,所以汽车的动能和势

能都没有发生变化。

【例32】下列关于物体内能的说法中正确的是( ) A.物体运动速度越大,内能越大

B.静止的物体没有动能,但有内能

C.内能和温度有关,所以0℃的水没有内能 D.温度高的物体一定比温度低的物体内能大

解析:本题考查内能与机械能的本质区别,解答问题的关键是明确内能与哪些因素有关及

内能与机械能的区别.

解:物体的内能与三个因素有关,即物体的质量、温度、状态,与物体的运动速度和举起的高度无关,物体的速度和举起的高度影响的是机械能,而机械能与内能是两种不同形式的能.对于同一物体,温度越高,内能越大.答案选D

【例33】改变物体内能的方式有做功和热传递两种,在汽油机的压缩冲程中,活塞压缩燃

料混合物使它的温度升高,是通过________的方式增加了燃料混合物的内能,为了不让柴油机在工作时温度升得太高,在设计制造时,气缸外有一个水套,让气缸被水包围着,这样就要以通过______的方式降低气缸的温度(减小气缸的内能)

解析:燃料混合物的内能是通过活塞压缩做功得到的,内能是由机械能转化而来;气缸内能

的减少是通过水套中的水将热量传递走的,是内能的转移.答案:做功 热传递

分析物体内能变化必须从能量的转化或转移来理解物理的过程,从而判断改变内能的方式.

【例34】下列说法正确的是( )

A.物体吸热,内能不一定增大 B.物体放热,内能一定减小

C.物体内能增大,一定是吸收了热量 D.物体内能减小,一定是放出了热量 解析:根据能量守恒定律,物体吸热后,其内能一定会增大,故A不对,B正确;内能的变

化不只是与热量有关,还与做功有关,故C、D是不对的。 【例35】下列说法中正确的是( )

A.100℃的水比50℃的水所含的热量多

B.温度升高得多的物体吸收的热量一定多 C.热传递时高温物体将温度传给低温物体 D.热传递时高温物体将热量传给低温物体

解析:物体之间没有热传递就谈不上热量,因此说物体含有多少热量是错误的;物体在热

传递过程中,吸收或放出热量的多少,不仅与温度的变化有关,还与其他因素有关;温度是分子无规则运动剧烈程度的标志,热传递过程中传递的不是温度而是能量,所以A、B、C的说法都是错误的. 正确答案选D

本题考查了三个知识点,对热量这个过程量的理解;热传递过程中吸收、放出热量的多少与哪些因素有关;热传递过程中伴随着的是能量的转移,不是温度的转移。 【例36】质量为1Kg的铝壶中装有500g10℃的水,给壶加热,使水温度升高到100℃,需

要吸收多少热量?

解析:本题中水升高温度吸热,铝壶也要吸热,铝壶的初温、末温和里面水的初温、末温应

相同,求需要的热量就是铝壶和水吸收的热量之和

解:已知:m铝 =1Kg m水=500g =0.5Kg ⊿t=100℃-10℃=90℃

23

C铝=8.8×10J/(Kg·℃) C水=4.2×10J/(Kg·℃) Q吸=Q铝+Q水=C铝·m铝·⊿t + C水·m水·⊿t

23

=8.8×10J/(Kg·℃)×1Kg×90℃+ 4.2×10J/(Kg·℃)×0.5Kg×90℃

5

=2.682× 10J

对该题的求解要注意两个方面:一是需要吸收的热量是水和铝壶吸收的热量之和;二是水和铝的比热容不同要分别计算

【例37】下列做功能使物体内能增加的是( )

A.用钢锯锯木头时,锯条的温度会升高,它的内能会增加 B.小明用力将面袋提到桌面上,面袋的内能会增加

C.高处的重锤落下来时,把木桩打入地下,重锤的内能会减小 D.如两个冰块在一起互相摩擦,冰块的内能会减少

解析:A是人通过锯条克服摩擦做功,锯条的内能增加,正确;B是机械做功,内能不变;

C也是机械做功,内能如果变化也是增加,故B、C都不对;D中冰的内能应该增大,故也不对。

【例38】下列说法正确的是( )

A.1㎏100℃的水和1㎏100℃水蒸汽的内能是相等的 B.一杯开水的内能一定大于一缸冷水的内能

C.甲物体的内能大于乙物体的内能,则甲的温度也一定大于乙的温度 D.物件温度升高了,其内能一定增大

解析:1㎏100℃的水要变成100℃的水蒸汽需要吸收一定的热量,所以它们的内能不可能

相等,故A不对;内能不但与温度有关,还与质量有关,故B、C也不对;对某一个物体来说,温度升高了,其内能会一定增大,故D正确。 【例39】下列说法正确的是( )

A.物体吸热,温度一定会升高 B物体放热,温度一定会降低

C.物体的温度降低,一定是放出了热量 D.物体的温度升高,不一定是吸收了热量

解析:对于A、B来说,晶体的熔化和凝固时,虽然吸热或放热,但温度不变;对于C、D

来说要考虑到做功也能改变物体的内能。故D是正确的。

总之,在判断这些量之间关系时,一定要辩证地看问题,不能只凭一时的感觉就给它


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