有關機械能的幾道易錯題分析

李曉剛

判斷機械能是否變化是近年來中考的一個熱點，也較易發生錯解，解決這類題要對動能、彈性勢能、重力勢能的概念以及影響它們大小的因素有深刻的理解，現舉幾例進行分析.

例1 如圖1所示，和聯合收割機同步勻速前進的拖拉機接受收割下來的糧食，拖拉機在前進過程中動能

（增大/不變/變小）.

錯解 不變

分析與正解 決定動能大小的是物體的質量和速度的大小，質量越大、速度越大，動能就越大.因為收割的糧食不斷裝上拖拉機，因此其質量變大，雖勻速前進，但其動能是變大的.

點評 此類問題的解決一要理解動能、勢能的影響因素：動能由質量和速度決定，重力勢能由質量和高度決定，彈性勢能由彈性形變的程度決定；二是分析時幾個因素要全面考慮且用控制變量法.

例2 南京市成功申辦了2014年青年奧運會，在奧運會上跳水是我國的傳統優勢項目，如圖2所示是跳水運動員跳板跳水時的情景，從運動員向上跳起到向下落入水中，整個過程中（不計空氣阻力）（ ）.

A.運動員的動能一直增大，機械能不變

B.運動員的重力勢能一直減小，機械能減小

C.運動員的動能先減小后增大，機械能不變

D.運動員的重力勢能先增大后減小，機械能減小

錯解 D

分析與正解 分析運動員動能和重力勢能大小的變化，從動能和重力勢能大小的影響因素進行分析.考慮空氣阻力時，機械能轉化為內能，機械能減小，內能增大；不考慮空氣阻力時，機械能守恒.運動員先向上跳起再落入水中，運動員的質量沒有變化，速度先減小后增大，動能先減小后增大.高度先增大后減小，重力勢能先增大后減小.不考慮空氣阻力時，機械能保持不變.故選C.

點評 在動能和勢能相互轉化過程中，如果有“光滑”“不計阻力”等字眼，則機械能守恒.

例3 一中學生騎自行車下坡時，不蹬腳踏板恰好勻速向下運動.在此過程中，他的動能、勢能和機械能的變化情況是（ ）.

A.動能不變，勢能減小，機械能減小

B.動能增大，勢能減小，機械能不變

C.動能減小，勢能減小，機械能減小

D.動能不變，勢能減小，機械能不變

錯解 D

分析與正解 一中學生騎自行車下坡時，不考慮發生彈性形變，則不考慮彈性勢能.判斷的動能、重力勢能和機械能的變化情況主要從動能、重力勢能大小的影響因素考慮.“恰好勻速向下運動”，則速度不變，質量不變，高度減小，因此他的動能不變，勢能減小；由于自行車下坡過程中要不斷克服摩擦阻力做功，所以他的機械能會減小.答案為A.

點評 在動能和勢能的相互轉化過程中，如果考慮摩擦等阻力，則機械能減小.

例4 在大型游樂場里，小明乘坐如圖3所示勻速轉動的“摩天輪”，正在向最高點運動，對此過程，下列說法正確的是（ ）.

A.小明的重力勢能保持不變

B.小明的動能保持不變

C.小明的機械能守恒

D.小明的機械能減少

錯解 D

分析與正解 摩天輪在轉動的過程中，小明的高度不斷發生變化，根據勢能的決定因素可知，重力勢能由質量和高度來決定，由于高度的不斷變化，導致小明的重力勢能也在發生變化，故A錯誤.由于摩天輪是在勻速轉動，所以小明的速度不變，結合動能的決定因素：質量和速度，由于在轉動過程中，這兩個量都沒有發生變化，所以小明的動能保持不變，故B正確.機械能包括動能和勢能，小明所具有的機械能等于他的動能和勢能的和，由于其動能不變，而勢能隨著其高度的變化而變化，所以小明的機械能也在不斷變化，當其上升時，機械能增加，當其下降時，機械能減小，故C錯誤.當小明隨著摩天輪上升時，其機械能增加，故D錯誤.答案為B.

點評 分析小明在隨著摩天輪勻速轉動過程中其速度和高度的變化情況是解決此題的關鍵.

綜上所述，在判斷機械能是否變化這類問題時，首先要掌握動能、重力勢能、彈性勢能的影響因素，再依據題中的關鍵字詞，分析出哪些物理量在變，哪些物理量沒變，并利用控制變量法，判斷動能、重力勢能、彈性勢能、機械能的變化情況.