机械能转化 莫忘“小当家”

□梁淑娥



机械能转化莫忘“小当家”

□梁淑娥

一般来说，物体机械能的大小与物体的机械运动情况有关，主要包括质量、速度、高度、形变程度等，这些因素也同时成为决定机械能是否变化的“小当家”.只要抓住影响动能、势能大小的因素就可以弄清它们的变化情况，再根据“机械能=动能+势能”，就能判断机械能的总量是否在变化.那么，具体在分析应用时有哪些判断的技巧呢？

一、判断动能、势能的增减

方法1：根据影响动能、势能大小的因素判断

例1图1是小球在地面弹跳的频闪照片，A、B两点高度相同，小球在A点的重力势能_______（选填“大于”“小于”或“等于”）B点的重力势能，小球在A点的动能_______（选填“大于”“小于”或“等于”）B点的动能.

解析：小球在A点的高度和B点的高度相等，小球的质量一定，根据重力势能的影响因素可知，小球在A、B两点的重力势能相等.小球从高处落下经过A点，经两次弹跳后经过B点，可知小球在A点的机械能大于B点的机械能，由于小球在A、B两点的重力势能相等，所以小球在A点的动能大于在B点的动能.

图1

答案：等于大于

点评：由图示可知，在无法根据质量或速度来确定物体动能的变化时，用物体在某点的机械能减去该点的重力势能，就是物体在该点动能的大小.

方法2：根据能量转化的方向判断

如果A种形式的能转化为B种形式的能，那么A种形式的能一定减小，B种形式的能一定增加.

例2如图2所示，男孩脚踩滑板车从高处滑下，在下滑的过程中他的（）.

A.动能增加，势能减少

B.动能增加，势能增加

C.动能减少，势能增加

D.动能减少，势能减少

图2

解析：男孩脚踩滑板车从高处下滑的过程中，他的重力势能主要转化为动能，故他的重力势能减小，动能增加.

答案：A

点评：当物体只有重力做功时，如果一个物体的动能减小，重力势能增加，则动能转化为重力势能；如果一个物体的动能增大，重力势能减小，则重力势能转化为动能.

二、判断机械能是否守恒

方法1：根据“动能+势能=机械能”来判断机械能是否改变

若动能、势能都增加（或减小），或者一个量不变而另一个量增加（或减小），此时可根据“动能+势能=机械能”来判断机械能是否变以及如何变.

例3（2015·贵阳）如图3所示，材质均匀的弧形轨道固定在竖直平面，将小球置于轨道的顶端A点，小球具有的机械能为100J.让小球从A点由静止开始滚动，到右侧所能达到的最高位置B点时，具有的机械能为80J，随即小球向左侧滚动，当滚动到左侧所能达到的最高位置时（不计空气阻力），它具有的机械能可能是（）.

图3

A. 80J B. 70J

C. 60J D. 50J

解析：小球在与轨道摩擦的过程中，存在着机械能损耗，不计空气阻力，小球从A点到达B点时，机械能从100J减小为80J，减少了20J.而从B点再到达左侧所能达到的最高位置时，其通过轨道的长度应该比第一次短，所以机械能减少的大小应该小于20J，即小球在机械能是80J的基础上，损失的机械能不超过20J，即最有可能是70J.

答案：B

点评：动能和势能在相互转化的过程中，如果只有动能和势能之间相互转化，那么机械能的总和不变，即机械能守恒.本题中，虽不计空气阻力，但要考虑克服摩擦力做功，因此在动能和势能之间相互转化时，小球的机械能不守恒.

方法2：根据除重力、弹性绳（或弹簧）的弹力外有无其他力对物体做功判断

若只有动能和势能之间的相互转化，即除重力、弹性绳（或弹簧）的弹力外无其他力对物体做功，则物体（包含弹性绳或弹簧在内）机械能是守恒的；反之，除重力、弹性绳（或弹簧）的弹力外物体若受到摩擦阻力，则物体机械能减小；若有其他力克服重力或克服弹性绳（或弹簧）的弹力对物体做功，则物体机械能增加.

例4有一种运动叫蹦极，图4是蹦极运动的简化示意图.弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，A点处弹性绳自然伸直. B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点.运动员从O点到C点的运动过程中（忽略空气阻力），则（）.

图4

A.从O至C运动员动能和重力势能一直减小，绳子的弹性势能一直增大

B.从O点至A点运动员机械能不守恒，从A点至C点机械能守恒

C.从O至A过程中运动员动能增大，从A至C过程中运动员动能减小

D.从O至B过程中运动员动能增大，从B至C过程中运动员动能减小

解析：运动员从A点到B点的运动过程中，它受到的重力大于弹力，合力方向向下，初速度方向向下，根据“力与运动的关系”可知在此阶段运动员做加速直线运动，动能增加；他在BC段仍受竖直向下的重力和竖直向上的弹力作用，但重力小于弹力，合力方向向上，而初速度方向向下，又由“力与运动的关系”可知运动员在此阶段做减速直线运动，动能减小，到达C点速度为O.由于不计空气阻力，运动员在从O点至A点的运动过程中除重力外无其他力对其做功，他的机械能守恒；运动员在从A点至C点的运动过程中，除重力和弹性绳（或弹簧）的弹力外无其他力对其做功，连同弹性绳整个系统的机械能守恒.综上所述，选项D正确.

答案：D

点评：判断弹性势能的变化，关键是看弹性形变大小的变化.在质量不变的情况下，物体弹性形变增加，弹性势能就变大；弹性形变减弱，弹性势能就变小.