影响机械能的因素例解

徐小平

一、影响动能的因素

例1（2019·湖南·长沙）如图1所示，小海在研究“物体的动能与哪些因素有关”时，将质量为m的钢球从斜槽的某高度h处由静止释放，钢球运动到水平面时，将水平面上静止的木块撞出一段距离s。小海的部分实验数据和现象记录如表1所示：

（1）上述3次实验中，第_____次实验钢球滑到斜槽底端时动能最大;

（2）上述实验数据表明：当速度一定时，钢球的质量越大，动能越_____，这个结论可用于解释汽车_____（选填“超速”或“超载”）带来的危害。

考点分析：（1）影响动能大小的因素：动能大小跟质量、速度有关。质量一定时，速度越大，动能越大;速度一定时，质量越大，动能越大。

（2）比较动能大小的方法：根据钢球将木块在水平面上撞开的距离远近来比较其动能的大小。

思路讲解：（1）不同质量的物体从相同高度自由下滑到达斜面底端的速度是相同的。3次实验中钢球从斜槽的某高度h处由静止释放，运动到水平面时速度相同，钢球的质量越大，推动木块运动越远，对木块做功越多，说明钢球的动能越大，所以第3次实验中钢球动能最大。（2）通过分析表格中数据可知，当速度一定时，钢球的质量越大，动能越大。汽车超速是因为速度大造成动能大，汽车超载是因为质量大造成的动能大。

答案：（1）3 （2）大 超载

二、影响重力势能的因素

例2（2019·天津）小明同学在探究“重力势能的大小与什么因素有关”时，提出了如下猜想：

猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关。

猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关。

为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验。如图2所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。

实验数据如表2所示：

（1）实验中通过比较_____来判断物体重力势能的大小;

（2）为了验证猜想一，需选择表中_____（填实验序号）三组数据进行分析;

（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：_____。

考点分析：（1）影响重力势能大小的因素：重力势能的大小与物体的高度和质量有关。高度一定时，质量越大，重力势能越大;质量一定时，高度越大，重力势能越大。（2）判断重力势能大小的方法：根据实验中桌腿被重物压入沙中的深度大小判断。

思路讲解：（1）通过小明设计的实验可知，通过比较桌腿进入沙子的深浅来比较重力势能的大小。桌腿进入沙子越深说明物体做的功越多，物体原来具有的重力势能越大。

（2）根据控制变量法，要验证物体的重力势能与物体的质量有关，应控制物体的高度相同，改变物体质量的大小，故需要找数个质量不同的物体、在相同高度下进行实验;①④⑤三组数据符合，所以应利用①④⑤三组数据分析得出结论。

（3）比较表中①②③的实验数据可以发现，③中桌腿进入沙子的深度最深，②其次，①最小，所以重力势能从大到小依次是③②①，得出的结论是：质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。

答案：（1）桌腿进入沙子的深度 （2）①④⑤ （3）质量相同的物体，高度越大，重力势能越大

三、机械能的相互转化

例3（2019·广东·深圳）如图3所示，弧形轨道ab段光滑，bc段粗糙，小球从a点经最低点b运動至c点。下列分析正确的是（ ）。

A. 从a到b的过程中，小球动能转化为重力势能

B. 经过b点时，小球动能最大

C. 从b到c的过程中，小球动能增大

D. 从a到c的过程中，小球机械能守恒

考点分析：（1）判断物体重力势能是否改变，要看它的质量和高度是否变化;判断物体动能是否改变，要看它的质量和运动快慢是否变化。（2）判断能量转化的方法：减小的能量转化为增多的能量。

思路讲解：从a到b的过程中，小球质量不变，高度降低，速度变大，故重力势能减少，动能增大，重力势能转化为动能，故A错误;小球从a运动到b动能增大，从b运动到c动能减小，则在b点处小球动能最大，故B正确;小球从b到c的过程中，高度增加，速度减小，则小球的动能减小，故C错误;由于bc段弧形轨道粗糙，小球克服摩擦力做功，会有一部分机械能转化为内能，则机械能会减小，故D错误。

答案：B

（作者单位：甘肃省陇西县德兴初级中学）