1、机械能及其转化 课前预习 1.动能和势能之和称为_机械能_。2.物体的动能和势能可以相互转化，如果存在阻力，转化过程中机械能不断减小，反之机械能总量不变，即机械能_守恒_。知识点解读与例题突破知识点1：机械能（1） 定义：动能和势能统称为机械能。（2） 单位：J （3）影响机械能大小的因素：动能的大小；重力势能的大小；弹性势能的大小。【例题1】如图 所示，甲、乙两个质量不同的小球从相同高度静止释放，甲球下落过程中经过 P、Q 两点.忽略空气阻力，下列说法正确的是（）A.着地瞬间，两球的动能相等B.甲球在P 点和 Q 点的机械能相等C.释放瞬间，两球的重力势能相等D.从释放到着地，两球所受重力做
2、的功相等【答案】B【解析】忽略空气阻力，则此过程机械能守恒。在同一高度静止释放，说明刚开始动能均为零，又因为质量不同，所以重力势能不等。着地瞬间，两球的重力势能全部转化为动能，又因为起始的重力势能不等，所以动能不等，A 错误。因为过程机械能守恒，所以同一小球在自由掉落过程中，机械能始终相等，B 正确。释放瞬间，两球高度相同但质量不同，因此重力势能不相等，C 错误。两球分别在重力的作用下掉落了相同的距离，但两球的重力不同， 由W = GH 可知， H 相同，但G 不同，因此两球所受重力做的功不相等。知识点2：动能和势能的转化1.在一定的条件下，动能和势能可以互相转化。2.物体只受到重力作用时，动
3、能和重力势能在转化过程中，机械能的总和不变，即，机械能守恒。【例题2】（2019湖南长沙）下列有关机械能及其转化的说法正确的是（）A弯弓射箭，箭的动能转化为弓的弹性势能B拦河大坝使上游的水位升高，提高了水的重力势能C蹦床运动员从高处落下，其动能转化为重力势能D人造卫星从近地点飞向远地点时势能减小，动能增大【答案】B【解析】A弯弓射箭，弓的弹性势能转化为箭的动能，故A错误；B拦河大坝使上游的水位升高，水量增大，提高了水的重力势能，故B正确；C蹦床运动员从高处落下，其重力势能转化为动能，故C错误；D人造卫星从近地点飞向远地点时，速度减小，相对高度增加，则动能减小，势能增大，故D错误。习题精练一、选
4、择题1（2019山东泰安）如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是（）A弹簧被压缩到最短时，弹性势能最小B小物块从c向a运动的过程中，重力势能减小C小物块从b向a运动的过程中，动能增加D小物块在整个运动过程中，机械能守恒【答案】B【解析】A弹簧被压缩到最短时，其形变程度最大，所以弹簧的弹性势能最大，故A错误；B小物块从c向a运动的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小，故B正确；C小物块从b向a运动的过程中，物块不再受到弹力，由于受到摩擦
5、力的作用，其速度会逐渐减小，所以其动能会减小，故C错误；D小物块在整个运动过程中，由于摩擦力的作用，其机械能总量会减少，即机械能不守恒，故D错误。2.（2019四川巴中）如图所示，物体从斜面顶端匀速滑到斜面底端，在此过程中，下列说法正确的是（）A物体动能增大，机械能不变B物体动能不变，机械能减小C物体重力势能不变，机械能不变D物体重力势能减小，机械能增大【答案】B【解析】物体从斜面顶端匀速滑到斜面底端，在此过程中，物体的质量不变，速度不变，高度降低，故动能不变，重力势能减小；因为动能和势能统称为机械能，所以机械能减小；故ACD错误，B正确。3.（2019山东临沂）如图所示，在“探究动能的大小跟
6、哪些因素有关”的实验中，下列说法正确的是（）A. 实验所用斜面和水平面都必须是光滑的B. 木块向前滑行的过程中机械能保持不变C. 小球质量越大，到达斜面底端的速度越大D. 木块被撞击后滑行的越远，说明小球的动能越大【答案】D【解析】A.由于影响动能大小的因素是速度和质量；所以所用斜面和水平面是相同的即可，不一定必须是光滑，故A错误； B木块向前滑行的过程中，速度减小，由于木块在水平面上，质量不变，则机械能减小，故B错误； C小球到达斜面底端的速度取决于小球在斜面上的高度，滚下的高度越高小球到达斜面底端的速度越大，故C错误； D根据转换法，将木块推得越远，说明小球撞击木块前的动能很大，故D正确。
7、 4（2019湖北宜昌）如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，下列关于过山车的机械能说法正确的是（） A刚开始过山车匀速被拉升时，机械能不变B过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能C通过环形轨道最高点时，重力势能最大，动能为0D过山车在运行过程中机械能守恒【答案】B 【解析】（1）重力势能的大小和物体的质量以及所处位置的高度有关，判断重力势能是否改变，看它的质量和高度是否变化就可以了；动能的大小和物体的质量以及运动的速度快慢有关，判断动能的大小看它的质量和运动快慢是否变化就可以了。（2）判断是哪种能量转化成了另一种能量的标准是：减小的转化为增多的。（3）不计空气阻力时，机械能没有转化为内能，
8、机械能守恒。A刚开始过山车匀速被拉升时，质量不变，速度不变，高度增加，故动能不变，重力势能变大，而机械能等于动能与重力势能之和，所以机械能变大，故A错误；B过山车向下俯冲时，质量不变，高度降低、速度变大，所以重力势能变小，动能变大，重力势能转化为动能，故B正确；C通过环形轨道最高点时，高度最大，重力势能最大，但此时其在水平方向上速度不为零，此时动能不为零，故C错误；D过山车在运行过程中需要克服空气阻力和摩擦阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，所以机械能变小，即机械能不守恒，故D错误。5（2019湖北荆州）如图，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，弹簧左端固定。小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上
9、斜面BC的过程中（空气阻力忽略不计），下列说法正确的是（）A在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能B小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒C小木块P在斜面上向上运动时，动能减小，重力势能增加D小木块P运动到最高点时处于平衡状态【答案】C【解析】A在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小。木块的速度变大，动能变大，同时因为水平面AB粗糙，木块需要克服摩擦力做功，内能变大，故弹簧的弹性势能一部分转化为小木块P的动能，一部分转化为木块的内能。故A错误；B小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以机
10、械能减小。故B错误；C小木块P在斜面上向上运动时，高度增加，重力势能变大，因为斜面BC光滑，且空气阻力忽略不计，所以机械能守恒，故动能减小，故C正确；D因为斜面BC光滑，故木块不受摩擦力作用，若空气阻力忽略不计，小木块P运动到最高点时受到垂直于斜面向上的支持力和竖直向下的重力作用，这两个力不在一条直线上，不属于平衡力，所以木块处于非平衡状态，故D错误。6.（2019江苏苏州）将皮球从离地某一高度O点处水平抛出，球落地后又弹起。它的部分运动轨迹如图所示。下列说法正确的是（）A.皮球经过同一高度的A、B两点时动能相等B. 皮球第一次反弹后到达最高点P点时速度为零C. 皮球在D点时的机械能小于在C点
11、时的机械能D. 若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两点留下两个大小相等的黑色圆【答案】C【解析】A由图可知，每次小球反弹后到的最高点都比上一次的最高点要低，说明小球受到空气阻力，机械能逐渐变小，A点的机械能大于B点的机械能；机械能是物体动能与势能的总和，AB两点高度相同则重力势能相同，所以A点的动能大于B点的动能；故A错误。 B从轨迹来看，小球既有水平方向的速度又有水平方向的速度。小球在最高点时，竖直方向速度为零，但是仍然能往右运动，说明小球还具有水平方向速度；故B错误。 C每次小球反弹后到的最高点都比上一次的最高点要低，说明小球受到空气阻力，机械能逐渐变小。C点在D点之前，故D点的机械能小于
12、C点的机械能；故C正确。 D弹性势能大小与弹性形变程度有关，黑色圆斑的大小能反应小球弹性形变程度，圆斑越大，形变越大。M点与N点小球的动能与重力势能都为零，又因为小球在M点机械能大于N点机械能，故小球在M点的弹性势能大于N点的弹性势能，故在M点的圆斑要大于在N点的圆斑。故D错误。 7.（2019湖南怀化）如图所示，小球从A点摆动到C点的过程中(不计空气阻力)，下列说法正确的是A.从A到B的过程中，动能增大，重力势能减小B.从A到B的过程中，动能减小，重力势能增大C.从B到C的过程中，动能增大，至力势能增大D.从B到C的过程中，动能减小，重力势能减小【答案】A【解析】AB、从A到B的过程中，小球
13、的质量不变、速度增大，动能增大；小球的质量不变、高度减小，重力势能减小，故A正确、B错；CD、从B到C的过程中，小球的质量不变、速度减小，动能减小；小球的质量不变、高度增大，重力势能增大，故CD错。8.（2019安徽省）如图，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定。右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AOOB）。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断正确的是（ ） A.小球的动能不断增加B.弹簧的弹性势能不断减少C.小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等D.在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持
14、不变【答案】 D 【解析】由题知，O点是弹簧保持原长时小球的位置，则AO段弹簧处于压缩状态，OB段弹簧处于拉伸状态；小球从A运动到O的过程中，弹簧逐渐恢复原状，形变程度变小，弹性势能变小，小球所受弹力方向向右、速度不断增大，动能变大，此过程中弹性势能转化为动能；到达O点时，弹簧恢复原长，弹性势能为零，小球所受弹力为零，此时速度最大，动能最大；小球从O运动到B的过程中，弹簧被拉长，形变程度变大，弹性势能变大，此时小球所受弹力方向向左、速度不断减小，动能变小，此过程中动能转化为弹性势能；则小球从A位置运动到B位置的过程中： A小球的动能先增加后减少，A不符合题意；B弹簧的弹性势能先减少后增大，B不
15、符合题意；C小球运动到O点时的动能（最大）与此时弹簧的弹性势能（为零）不相等，C不符合题意；D水平台面光滑，且AOOB，说明没有机械能转化为内能，小球和弹簧组成的整体机械能守恒，所以在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变，D符合题意。9.（2019广东深圳）如图，弧形轨道 ab 段光滑，bc 段粗糙，小球从a 点经最低点b 运动至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【答案】B 【解析】A.从a到b的过程中，小球的高度减小，重力势能减
16、小；因为表面光滑，所以没有摩擦力，那么重力势能会全部转化为动能，故A错误； B.因为b点是整个运动过程的最低点，所以这点的重力势能最小，而动能最大，即小球的速度最大，故B正确； C.从b到c的过程中，小球的高度增加，重力势能增大，因此它的动能会逐渐减小，故C错误； D.由于bc段粗糙，所以这段过程中机械能会转化为内能，故D错误。10.跳绳是大家喜爱的体育运动之一，小金的质量为50千克，每次跳起高度约为6厘米（人整体上升，如图所示），一分钟跳100次，下列说法正确的是（）A向上起跳过程中小金的动能持续增大B在整个跳绳过程中小金的机械能守恒C小金跳一次克服重力做功约 3 焦D小金在这一分钟内跳绳的
17、功率约为 50 瓦【答案】D【解析】（1）影响动能的因素是质量和速度；（2）跳绳时 由于存在阻力，机械能减小；（3）根据G=mg算出重力，根据G=mg算出跳一次克服重力做功；（4）根据P=算出小金在这一分钟内跳绳的功率。A.向上起跳过程中，质量不变，速度减小，小金的动能减小，故A错误；B.人在跳绳的过程中，由于存在阻力，机械能减小，所以机械能不守恒，故B错误；C.小金的重力为：G=mg=50kg10N/kg=500N，小金跳一次克服重力做功：W=Gh=500N0.06m=30J，故C错误；D.小金在这一分钟内跳绳的功率：P=50W，故D正确。11.人造地球卫星在大气层外环绕地球运行（不受空气阻
18、力），当它从远地点向近地点运动时（）A动能减小，势能增大，机械能不变B动能减小，势能减小，机械能减小C动能增大，势能减小，机械能不变D动能增大，势能减小，机械能减小【答案】C【解析】（1）在太空中，卫星绕地球运动时，没有阻力作用，没有克服摩擦做功，机械能守恒。（2）势能大小的影响因素：质量、被举的高度。质量越大，高度越高，势能越大。（3）动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大。卫星在大气层外运动，不受空气阻力作用，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒。卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时，势能转化为动能，所以势能减小、动能增大，速度增大。12我国用长征二号丁
19、运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星（简称“量子卫星”）“墨子号”发射升空，如图所示，火箭在加速上升的过程中（）A动能不变，重力势能增加，机械能增加B动能增加，重力势能不变，机械能增加C动能增加，重力势能增加，机械能增加D动能不变，重力势能不变，机械能不变【答案】C【解析】动能大小的影响因素：质量、速度；重力势能大小的影响因素：质量、高度；动能和势能合称为机械能火箭在加速上升的过程中，速度变快，动能变大；高度增加，重力势能变大；动能和势能统称为机械能，所以机械能变大13.2018年2月12日13时03分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十八、二十九颗
20、北斗导航卫星，如图所示的卫星沿椭圆轨道绕地球运行，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点，它在大气层外运行，不受空气阻力，则下列说法正确的是（）A卫星从远地点运行到近地点，重力势能减小，动能增大，机械能守恒B卫星从远地点运行到近地点，重力势能增大，动能减小，机械能守恒C卫星从近地点运行到远地点，重力势能增大，动能增大，机械能不守恒D卫星从近地点运行到远地点、重力势能减小，动能减小，机械能不守恒【答案】A【解析】影响动能的因素是物体的质量和物体运动的速度；影响重力势能的因素是物体的质量和物体的高度。根据动能、重力势能影响因素的情况得出动能和重力势能的大小情况。再根据能量变化的规律：减小的能
21、量转化为增大的能量得出答案。AB.在大气层外运行，不受空气阻力，机械能是守恒的；卫星从远地点运行到近地点时，相对高度减小，所以势能减小，同时速度增大，动能增大，故A正确、B错误；CD.在大气层外运行，不受空气阻力，机械能是守恒的；卫星从近地点运行到远地点时，相对高度增大，所以势能增大，同时速度减小，动能减小，机械能守恒，故CD错误。二、填空题14（2019湖北随州）很多同学喜爱排球运动，一个漂亮的扣杀会赢得无数掌声。一次扣球往往包含着“助跑、起跳、空中击球、落地”一连串流畅的动作。试分析这一过程中包含的物理知识。示例：在运动员起跳上升过程中，运动员的动能向重力势能转化。（此例不可再用）请考生另
22、列两条：（1） ；（2） 。【答案】起跳时，人给地面一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，地面给人一个向上的力。空中击球时人给球一个力，这个力改变了球的运动状态。【解析】从惯性知识、力的作用是相互的以及重力的方向是竖直向下的入手，要求学生利用所学知识对整个过程，每个步骤认真分析。“助跑、起跳、空中击球、落地”一连串流畅的动作包含的物理知识：起跳时，人给地面一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，地面给人一个向上的力。空中击球时人给球一个力，这个力改变了球的运动状态。运动员落地时，运动员的重力势能转化为动能。15.（2019广东省）如图所示，用细线系住小球悬挂在O点，将小球拉至A点释放，从
23、A点经过B点运动到C点的过程中，小球的重力势能先变小后_，动能先_后_。（选填“变大”、“变小”或“不变”） 【答案】 变大；变大；变小 【解析】细线系住小球悬挂在O点，将小球拉至A点释放，从A点经过B点运动到C点的过程中，小球的质量不变，高度先减小后变大，因此它的重力势能先变小后变大；因为机械能=动能+重力势能，所以小球的动能先变大后变小。 16.从桌面掉到地上的乒乓球会自动弹起，球在上升过程中 能转化为 能，由于球与空气有摩擦，上升过程中球的机械能 【答案】动；重力势；减小【解析】（1）动能大小的影响因素：质量、速度质量越大，速度越大，动能越大（2）重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度
24、质量越大，高度越高，重力势能越大（3）机械能等于动能和势能之和；克服摩擦做功，机械能转化为内能；不计阻力，机械能守恒乒乓球在上升的过程中，质量不变，速度减小，动能减小；高度增高，重力势能增大，是动能转化为重力势能如果不能忽略空气阻力，乒乓球上升的过程中克服空气阻力做功，机械能转化为内能，机械能减小17.货运飞船“天舟一号”与空间站“天空二号”成功对接后，以“天宫二号”为参照物，“天舟一号”处于 状态由于外太空存在少量空气，“天空二号”运行时受到阻力，机械能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）【答案】静止；变小【解析】判断物体是运动的还是静止的，要看它和参照物之间的位置关系，如果位置变化了，说
25、明该物体是运动的，否则是静止的；影响动能的因素是质量和速度，影响重力势能的因素是质量和高度，动能和重力势能合称机械能（1）“货运飞船“天舟一号”与空间站“天空二号”成功对接后，它们之间的位置保持不变，因此以“天宫二号”为参照物，“天舟一号”处于静止状态；（2）由于“天空二号”运行时受到阻力，要克服摩擦做功，有一部分机械能转化为内能，所以机械能变小18.浙江最大抽水蓄能电站工作原理如图所示，用电低谷时（如深夜），电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电（1）蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的 ；（2）发电时，若该电站上水库可用于发电的库容量为
26、7.86106米3，上下水库平均水位差637米上水库中可用于发电的水流到下水库，水的重力做功为焦【答案】（1）重力势能；（2）5.006281013。【解析】电动机抽水时，将电能转化为重力势能；根据m=V，得出水的质量，再根据G=mg求出水的重力，最后根据W=Gh，可求出做功多少（1）蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的重力势能；来源:学,科,网Z,X,X,K（2）水的质量为：m=V=1.0103kg/m37.86106m3=7.86109kg水的重力为：G=mg=7.86109kg10N/kg=7.861010N水的重力做功为：W=Gh=7.861010N637m=5.006281013
27、J三、综合应用题19.用细线悬挂的小球从图中所示位置静止释放，若忽略空气阻力，那么小球在最高点的势能为什么等于下降至最低点的动能？请用机械能守恒定律解释；实际上，小球在摆动过程中，会与空气摩擦产生热，摆幅逐渐减小，最终停下来，那么在摆动过程中由于摩擦而转化的内能等于小球在最高点所具有的势能，请用能量守恒定律解释。【答案】（1）用细线悬挂的小球在最高点时静止，动能为0，重力势能最大设为a，则机械能E1=0+a=a小球在最低点时高度为0，重力势能为0，速度最大，动能最大设为b，则机械能E2=0+b=b若忽略空气阻力,小球在摆动过程中，只有动能和势能的相互转化，只有重力载做功，所以小球在各个时刻或者各个状态时的机械能守恒即E1=E2，从而a=b.也就是小球在最高点的势能等于下降至最低点的动能。（2）小球在摆动过程中，除重力做功外，还有空气阻力做功，所以机械能不守恒，有一部分机械能转化为内能，但是仍旧遵从能量守恒定律，所以在摆动过程中由于摩擦而转化的内能等于小球在最高点所具有的势能【解析】（1）机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化或者只有重力做功，机械能才守恒（2）能量既不会创生，也不会消灭，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变，这就是能量守恒定律
