课时8.4机械能及其转化-【帮课堂】2024-2025学年八年级物理下册同步学与练（ 沪科版五四制2024）

第八章 简单机械　功和能 （解析版） 课时8.4 机械能及其转化 2022年课程标准 物理素养 3.1.1了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。 3.2.1知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。 物理观念：能列举能量转化和转移的实例，知道能量在转化和转移过程中是守恒的，认识机械功，是与能量转化或转移密切相关的物理量，知道它的含义；能用能量转化和守恒的观点解释常见的自然现象，解决日常生活中的有关问题，形成初步的能量观念。 科学思维：知道能量的利用存在效率问题，100％的能量利用率只是一种理想情况；能用能量转化与守恒的规律对有关具体问题进行科学推理，并形成结论。 一.动能 1.定义：物体由于运动而具有的能量。 2.猜想影响动能大小的因素：质量、速度、以及其他因素（形状、温度） 推测原因：高速不同质量车限速不同，相同速度的人不同质量撞击不同 3.动能大小的影响因素： 3.实验变量： （1）小球的初始高度：控制到达水平面的速度大小 （2）不同质量的小球： （3）物块移动的距离：表示小球动能大小 4.实验操作： （1）相同质量的小球从不同高度下落，探究速度对物体动能的影响 （2）不同质量的小球从相同高度下落，探究质量对物体动能的影响 5.实验方法：控制变量法，转化法 6.实验结论：物体的动能大小与质量有关，与速度有关 二.势能 1.重力势能： （1）定义：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。 （2）重力势能的影响因素： （3）实验变量： ①小球的初始高度：控制到达水平面下落距离 ②不同质量的小球： ③陷入沙坑的距离：表示小球重力势能大小 （4）实验操作： ①相同质量的小球从不同高度下落，探究下落高度对物体重力势能的影响 ②不同质量的小球从相同高度下落，探究质量对物体重力势能的影响 ③相同质量的小球从运动轨迹下落，探究下落运动轨迹对物体重力势能的影响 （5）实验方法：控制变量法，转化法 （6）实验结论：物体的重力势能大小与质量有关，与下落高度有关，与运动路径无关 2.弹性势能： (1)定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 (2)影响弹性势能大小的因素:弹性势能的大小与物体弹性形变的大小有关。 三、动能和势能的转化 （一）动能和重力势能的相互转化 动能和重力势能之间可以相互转化，一般发生在重力作用下的运动过程中。 (1)摆锤的摆动:在摆锤向下摆动的过程中，高度越来越低，速度越来越大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能:在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，高度越来越高，速度越来越小，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。 (2)滚摆的运动:在滚摆下降的过程中，高度越光越低，速度越来越大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；在滚摆上升的过程中，高度越来越高，速度越来越小，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。 (3)高处滚下的小球:小球在最高点运动速度是零，不具有动能，只具有重力势能； 到最低点只具有动能；之间既有动能又有重力势能。最高点开始小球在滚动过程中，重力势能转化为动能；最低点开始动能转化为重力势能。 （二）动能和弹性势能的相互转化 一个木球从高处滚下来，撞击到弹簧片上。 研究的过程 球的速度 动能 弹簧片形变程度 弹性势能 能的转化 木球压弯弹簧片 不断减小直至为零 不断减小直至为零 由小变大 不断增大 动能转化为弹性势能 弹簧片把木球弹回 由零不断增大 由零不断增大 由大变小 不断减小，直至为零 弹性势能转化为动能 （三）机械能守恒 动能和势能之和称为机械能。物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果只有动能和势能的相互转化,机械能的总量就保持不变，即机械能守恒。 （四）动能和势能转化的应用 动能和势能的相互转化有着广泛的应用。如撑杆跳高运动员起跳后，身体不断上升，撑竿剧烈弯曲，动能转化为运动员的重力势能和撑竿的弹性势能。当上升到一定高度时，动能变得很小。此后，撑竿的弹性势能将逐渐转化为运动员的重力势能。水力发电站是利用水的势能转化为水的动能，再转化为叶轮的动能，进而带动发电机发电的。 【能力拓展】 正确分析动能和势能的相互转化，可分以下几步进行: (1)明确研究对象和所要研究的过程。 (2)物体在起始位置所具有的动能、势能。 (3)在运动过程中，物体的位置、形状、速度是否发生变化，如何变化，物体的重力势能、弹性势能、动能是否变化。 (4)得出结论:减小的一种形式的能必定转化为增大的另一种形式的能。 题型1动能及其影响因素 [例题1] 在小球从O点由静止开始沿x轴竖直下落的过程中，小球某种形式的能量E随下落高度x变化的图象如图所示。若不计空气阻力，那么这种能量是（　　） A．重力势能 B．动能 C．机械能 D．弹性势能 【解答】解：如图，横坐标代表的是能量，纵坐标代表的物体下降的高度。 物体下落时质量保持不变，高度降低，重力势能减小，不计空气阻力，小球下降时，重力势能全部转化动能，机械能的总量不变，由图知，该能量随高度的减小而增大，可能是动能。 故选：B。 （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。质量越大，高度越高，重力势能越大。 （3）机械能＝动能+势能。物体没有发生弹性形变时，不考虑弹性势能。 [变式1] “跳远”是一项常见的体育运动。跳远运动员在比赛中都是先助跑一段距离后才起跳，这样做是为了（　　） A．增大了跳远运动员的惯性 B．减小了跳远运动员的惯性 C．增大了跳远运动员的动能 D．减小了跳远运动员的动能 【解答】解：跳远运动员在比赛中都是先助跑一段距离后才起跳，改变的只是速度，而没改变运动员的质量，所以运动员的惯性没变。只是增加了运动员的动能。故A、B、D错误。 故选：C。 [变式2] 高空坠物伤人事件时有发生，新颁布的《民法典》规定：“禁止从建筑物中抛掷物品”，因为高处的物体具有较大的（　　） A．势能 B．速度 C．重力 D．动能 【解答】解：高处物体的质量一定，但物体所处的高度高，其具有的重力势能大，落到地面时对别的物体做的功多，造成的伤害大，所以要禁止从建筑物中抛掷物品。 故选：A。 题型2势能及其影响因素 [例题2] （2022秋•海曙区校级期中）建高楼先要打好地基，原来高度相同的地桩，经过打击后三个地桩所处的位置如图，若A、B两锤的质量相同，下落时 锤的高度要高些。若B、C两锤刚下落的高度相同， 锤的质量要小些。此过程中B锤将地桩打得最深，B锤的重力势能 （选填“一定”、“不一定”）最大。 【解答】解： 木柱下陷的深度越深，表明重锤做功的本领越大，也说明了重锤具有的重力势能越大； A、B相比，B下陷的较深，表明B锤的重力势能较大，如果A、B两锤的质量相同，则刚开始下落时，B锤的高度要高一些； B、C相比，C下陷的较浅，表明C锤的重力势能更小，如果B、C两锤刚下落时的高度相同，则C的质量要小一些； 打桩时，B锤把地桩打的最深，B锤具有的重力势能一定最大。 故答案为：B；C；一定。 解决此题要知道重锤打桩，是通过地桩陷入地基的深度来反映重锤重力势能的大小，重力势能的大小与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能就越大。 [变式3] （2023秋•浙江期中）下列亚运会项目中主要利用弹性势能的是（　　） A．场地自行车 B．射箭 C．滑板 D．举重 【解答】解：射箭需要拉弯弓，弓发生弹性形变而具有弹性势能； 场地自行车、滑板、举重都没有利用弹性形变产生的弹性势能，故B正确，ACD错误。 故选：B。 [变式4] （2023秋•西湖区校级月考）苏轼在《江城子•密州出猎》中写到“会挽雕弓如满月，西北望，射天狼”，表达了作者强国抗敌的心愿。对词中提到的弯弓射箭现象，下列分析正确的是（　　） A．用力将弓拉弯，说明力可以改变物体的形状 B．弓被拉得越弯，弓所具有的动能越大 C．飞出去的箭速度越大，惯性越大 D．离弦的箭受到重力、弹力和空气阻力 【解答】解：A、拉弓时，弓的形状发生了变化，说明力可以改变物体的形状，故A正确 B、弓的弹性势能与弓的形变有关，形变量越大，弹性势能越大，故弓拉得越弯，所具有的弹性势能越大，故B错误； C、惯性的大小取决于物体的质量，与物体的速度无关，故C错误； D、离弦的箭能在空中飞行很远的一段距离，在此过程中箭受到重力、空气阻力，不再受弹力，故D错误。 故选：A。 题型3机械能守恒 [例题3] （2024•乐清市模拟）如图是摆球从A点静止释放，经过B、O、C三点，到达最高点D的示意图，其中B、C两点等高。下列说法正确的是（　　） A．摆球在O点时动能等于零 B．摆球在A、D两点的重力势能相等 C．摆球从A点到O点的过程中机械能减少 D．摆球在B、C两点的动能相等 【解答】解：A、摆球在O点时速度不为零，所以动能不等于零，故A错误。 B、摆球在A、D两点的高度不同，所以重力势能不相等，故B错误。 C、球由A点到O点过程中，由于克服空气阻力做功，消耗了一部分机械能，所以摆球从A点到O点的过程中机械能减少，故C正确。 D、球由B点运动到C点过程中，由于克服空气阻力做功，消耗了一部分机械能，所以B点的机械能大于C点的机械能，BC的高度相同、重力势能相同，所以B点的动能大于C点的动能，故D错误。 故选：C。 机械能包括动能和势能；物体由于运动而具有的能量叫动能；物体由于被举高而具有的能量叫重力势能；物体发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能。动能的大小与质量和速度有关，重力势能大小与质量和高度有关。 [变式5] （2024•龙湾区二模）体育考试时，小龙用相同的速度在相同高度将篮球沿不同轨迹从A点投向B点，如轨迹1和轨迹2所示。若空气阻力不可忽略且大小恒定，则下列说法正确的是（　　） A．篮球重力势能的变化量：轨迹1＞轨迹2 B．篮球重力势能的变化量：轨迹1＜轨迹2 C．篮球动能的变化量：轨迹1＞轨迹2 D．篮球动能的变化量：轨迹1＜轨迹2 【解答】解：AB、重力势能与质量和高度有关，从A点到B点，弧线1与弧线2两种情况下，篮球的质量不变，增加的高度相同，所以篮球重力势能的增加量相等，故AB错误； CD、由图可知，篮球通过弧线1运动的路程较大，克服空气阻力做功消耗的机械能较多，若篮球在B点的增大的重力势能相等，动能减小的量等于增大的重力势能加上克服摩擦力作用，因而篮球动能的变化量：轨迹1＞轨迹2，故C正确，D错误。 故选：C。 [变式6] （2024•杭州模拟）如图所示，原长为L的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个小钢球，将钢球从O点自由释放，钢球运动到A点后开始向上返回，不计空气阻力，O、A两点间距离为2L。则能反映钢球从O点运动到A点的过程中，其动能E随运动距离s变化的关系图象可能是（　　） A．B． C． D． 【解答】解：橡皮筋长为L，小球从初始状态下降至L过程中，重力势能转化为动能，小球做加速运动，动能逐渐变大； 小球从L继续下降至2L过程中，受到橡皮筋向上的拉力作用；当拉力小于重力时，合力向下，小球仍加速，动能仍然增大；当拉力大于重力时，合力向上，小球做减速运动，动能逐渐减小，最后变为零；对照选项中的图象可知，只有B选项符合题意。 故选：B。 [变式7] （2023秋•鹿城区校级月考）篮球是同学们喜欢的运动，其中也蕴含了许多科学知识。请回答下面小题。小明在同一高度以相同的速度将篮球往三个不同方向抛出，篮球运动轨迹如图所示，若不计空气阻力，当篮球落到水平地面时的速度大小是（　　） A．va＞vc＞vb B．vb＝vc＞va C．va＝vb＝vc D．vb＞vc＝va 【解答】解：同一个小球，则质量相等，在同一高度，则重力势能相等，以相同的速度分别向三个不同方向抛出去，此时动能相等，如果不计空气阻力，其机械能守恒，则其落地时高度相同，重力势能相等，故刚落地时的动能相等，所以其速度大小关系：va＝vb＝vc。 故选：C。 [变式8] （2023秋•西湖区校级月考）如图，木块以一定速度滑过A、B点，到C点滑出下落至D点。A和B、C和D之间的垂直距离均为h。若空气阻力忽略不计，则对木块在运动过程中能量变化的分析，正确的是（　　） A．D点与A点相比，动能增加，势能减少，机械能不变 B．A点到C点减少的重力势能等于C点到D点减少的重力势能 C．C点的动能可能等于A点的动能，但一定小于B点的动能 D．B点的动能可能等于D点的动能，但一定大于A点的动能 【解答】解： A、D点与A点相比，高度减小，则重力势能减少，由于接触面可能存在摩擦，则部分机械能可能会转化为内能，机械能可能减小，故A错误； B、A和B、C和D之间的垂直距离均为h，则A点到C点减少的重力势能等于C点到D点减少的重力势能，故B正确； C、木块以一定的速度滑过AB点，若AB是粗糙的，木块可能进行匀速直线运动，若BC之间是光滑的，则木块的速度不变，所以B点、C点的动能可能等于A点的动能，故C错误； D、木块从B到C，木块与地面有摩擦，则C处的动能小于B处的动能，从C到D，由于忽略空气阻力，木块的重力势能减小，动能增加，故D点动能大于C点动能，但与A点的动能不确定，故D错误。 故选：B。 【基础强化】 1、有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是(　　) A．装置所具有的机械能始终不变 B．如果没有能量补充，装置最终会停下来 C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去 D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化 【答案】B 【解析】ABC．由于装置运转过程中需要克服摩擦做功，装置所具有的机械能会不断减小，如果没有能量补充，装置最终会停下来，故AC错误，B正确； D．装置中小球的动能和重力势能不断地发生相互转化，故D错误。故选B。 2、乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，若不计空气阻力，则落到水平桌面时三者的速度大小关系是(　　) A．va＞vb＞vc B．vb＞vc＞va C．va＞vc＞vb D．va＝vb＝vc 【答案】D 【解析】乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，由于高度和速度都相同，则机械能是相同的；不计空气阻力，三个小球的机械能是守恒的，所以三个小球到达桌面时的机械能相同，由于高度相同，重力势能相同，则动能相同，速度相同，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。 3、如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道地球运行，当卫星从远地点向近地点运动过程中，下列说法中正确的是（　　） A．动能逐渐增大，势能逐渐减小，机械能减小 B．动能逐渐增大，势能逐渐减小，机械能不变 C．势能逐渐减小，机械能减小 D．动能逐渐增大，机械能增大 【答案】B 【解析】当卫星从远地点向近地点运动过程中，距离地面的高度减小，故重力势能减小，速度增大，动能增大，减小的重力势能转化为动能，故机械能不变。故ACD不符合题意，B符合题意。故选B。 4、如图所示，一名运动员在投掷铅球。铅球在b点离手，在c点运动位置最高，不计空气阻力，下列说法不正确的是（　　） A．从a点到b点的过程中，运动员对铅球做了功 B．在b点到d点的过程中，铅球的机械能先增加后减少 C．在c点到d点的过程中，铅球的重力势能减少 D．铅球在c点时的动能不为零 【答案】B 【解析】A．在a到b的过程中，铅球受到推力作用，且在推力方向上通过了距离，故运动员对铅球做了功，故A正确，不符合题意； B．不计空气阻力时，机械能守恒，所以在b到d的过程中，铅球的机械能不变，故B错误，符合题意； C．在c点到d点的过程中，铅球的质量不变，高度减小，重力势能减少，故C正确，不符合题意； D．铅球在c点时不是静止状态，有向前的速度，此时的动能不为零，故D正确，不符合题意。故选B。 5、如图1所示，物体M静止在电梯底部，其上表面通过轻质弹簧与电梯顶部相连。M对电梯底部的压力用F表示，忽略M和电梯的形变，0~t1内，电梯静止，弹簧处于伸长状态，t1时刻后电梯由静止开始沿竖直方向运动。0~t4内，F随时间t变化的图线如图2所示，则（　　） A．t1∼t2内，电梯可能向上运动 B．t2∼t3内，M的机械能保持不变 C．t3∼t4内，电梯的动能一定增大 D．t1∼t4内，弹簧的弹性势能不变 【答案】D 【解析】A．物体M静止在电梯底部，弹簧处于伸长状态，0~t1内，电梯静止，物体也静止，受力平衡，则受到重力G、电梯的支持力F支和弹簧的拉力F拉；由于压力F2与支持力F支是相互作用力，大小是相等的，则有G=F2+F拉；当t1~t2内，压力变为小于F2的F1，弹力和重力不变，此时G>F1+ F拉，则物体受力不平衡，由静止变为运动，速度变大了，则运动方向与较大的力方向相同，说明电梯是向下加速运动，故A不符合题意； B．t2~t3内，压力恢复到静止时的大小，说明受力平衡，因而是匀速下降，动能不变，而重力势能减小，机械能减小，故B不符合题意； C．t3~t4内，压力F3大于F2，此时G<F3+F拉，电梯向下则是减速运动，动能减小；如果向上运动，则是加速运动，动能增大，故C错误的； D．由于忽略M和电梯的形变，因而弹簧的长度始终不变，形变大小不变，所以弹簧的弹性势能不变，故D正确。故选D。 6、如图，小芳设想利用升降台让球越弹越高。将球从M点竖直向下以某速度抛出，球经静止在位置a的台面反弹后，到达的最高点为N。经台面反弹后上升过程球的动能 （选填“增大”“不变”“减小”），N 比M高（选填“可能”“不可能”）。球从N点下降时，台面己升至合适的位置b并保持静止，球再次经反弹后，到达的最高点P 比N高（选填“可能”“不可能”）。 【答案】①减小；②可能；③不可能。 【解析】球经台面反弹后上升的过程中，质量不变，速度变小，高度升高，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。球以一定速度从M点抛出，下降过程，重力势能转化为动能，动能增大；球接触台面的过程，动能转化为弹性势能及内能；反弹过程，弹性势能转化为动能，但此时的动能比接触台面时的动能小；上升过程，动能转化为重力势能，到达M点时，重力势能与下降时相同，动能一定比下降时的小，但不一定为0，那么球仍可向上升，直到速度为0，所以N可能比M高。小球从N点下降时，初速度为0，与台面接触的过程，有部分机械能转化内能，则再次上升过程，速度为0时，高度小于N点。 7、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。 （1）皮球运动到D点时的机械能 （选填“大于”“等于”或“小于”）运动到C点时的机械能。 （2）若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两处留下两个黑色圆斑，其中M处的圆斑 （选填“大于”“等于”或“小于”）N处的圆斑。 【答案】小于 大于 【解析】由于皮球在运动过程中受到空气阻力的作用，所以机械能会变小，从C点到D点的过程中，D点时皮球的机械能小于C点时的机械能。皮球从M点到N点，机械能减小，故皮球在M点的弹性势能大于N点的弹性势能，则表面涂黑的皮球在MN两点留下的黑色圆斑大小不相等，M点的圆斑较大。 8、如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上，a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置。则小球从a运动到c的过程中，在 （选填“a”、“b”或“c”）位置动能最大；从b到c的过程中，小球的动能转化为弹簧的 ，小球从a运动到b的过程机械能总量 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】b 弹性势能 变大 【解析】由题意可知，小球从a运动到b的过程中，弹簧的形变程度减小，其弹性势能减小，小球的速度变大，动能变大，弹簧的弹性势能转化为小球的动能，而小球的重力势能不变，所以小球的机械能总量变大；到达b点时，弹簧恢复原状，不计摩擦阻力，其弹性势能全部转化为小球的动能；再从b运动到c时，弹簧被拉伸，小球的动能再逐渐转化为弹簧的弹性势能，小球的动能会变小。因此，在b点时小球的动能最大。 9、如图是玩弹弓的情景．经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，这说明橡皮筋的弹性势能与 有关；若橡皮筋被拉的长度相同，而仅所用“子弹”的质量不同，则质量大的“子弹”射出的距离较小，原因是质量大的“子弹”射出时的 （选填“A速度”、“B惯性”或“C动能”）小；如果不计空气的作用力，射出的“子弹”在空中飞行时， （选填“A势能”、“B动能”或“C机械能”）保持不变。 【答案】形变程度 A C 【解析】橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，橡皮筋对“子弹”做的功越多，橡皮筋具有的弹性势能越大，这说明橡皮筋的弹性势能与形变程度有关；若橡皮筋被拉的长度相同，说明弹性势能相同，转化得到相同的动能，动能与质量和速度有关，质量大的速度小，质量大的“子弹”射出的距离较小，就是因为质量大的“子弹”射出时的速度小；如果不计空气的作用力，射出的“子弹”在空中飞行时，机械能守恒。 19 / 19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第八章 简单机械　功和能 （原卷版） 课时8.4 机械能及其转化 2022年课程标准 物理素养 3.1.1了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。 3.2.1知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。 物理观念：能列举能量转化和转移的实例，知道能量在转化和转移过程中是守恒的，认识机械功，是与能量转化或转移密切相关的物理量，知道它的含义；能用能量转化和守恒的观点解释常见的自然现象，解决日常生活中的有关问题，形成初步的能量观念。 科学思维：知道能量的利用存在效率问题，100％的能量利用率只是一种理想情况；能用能量转化与守恒的规律对有关具体问题进行科学推理，并形成结论。 一.动能 1.定义：物体由于运动而具有的能量。 2.猜想影响动能大小的因素：质量、速度、以及其他因素（形状、温度） 推测原因：高速不同质量车限速不同，相同速度的人不同质量撞击不同 3.动能大小的影响因素： 3.实验变量： （1）小球的初始高度：控制到达水平面的速度大小 （2）不同质量的小球： （3）物块移动的距离：表示小球动能大小 4.实验操作： （1）相同质量的小球从不同高度下落，探究速度对物体动能的影响 （2）不同质量的小球从相同高度下落，探究质量对物体动能的影响 5.实验方法：控制变量法，转化法 6.实验结论：物体的动能大小与质量有关，与速度有关 二.势能 1.重力势能： （1）定义：物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。 （2）重力势能的影响因素： （3）实验变量： ①小球的初始高度：控制到达水平面下落距离 ②不同质量的小球： ③陷入沙坑的距离：表示小球重力势能大小 （4）实验操作： ①相同质量的小球从不同高度下落，探究下落高度对物体重力势能的影响 ②不同质量的小球从相同高度下落，探究质量对物体重力势能的影响 ③相同质量的小球从运动轨迹下落，探究下落运动轨迹对物体重力势能的影响 （5）实验方法：控制变量法，转化法 （6）实验结论：物体的重力势能大小与质量有关，与下落高度有关，与运动路径无关 2.弹性势能： (1)定义:物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 (2)影响弹性势能大小的因素:弹性势能的大小与物体弹性形变的大小有关。 三、动能和势能的转化 （一）动能和重力势能的相互转化 动能和重力势能之间可以相互转化，一般发生在重力作用下的运动过程中。 (1)摆锤的摆动:在摆锤向下摆动的过程中，高度越来越低，速度越来越大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能:在摆锤摆过中点向上摆动的过程中，高度越来越高，速度越来越小，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。 (2)滚摆的运动:在滚摆下降的过程中，高度越光越低，速度越来越大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；在滚摆上升的过程中，高度越来越高，速度越来越小，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。 (3)高处滚下的小球:小球在最高点运动速度是零，不具有动能，只具有重力势能； 到最低点只具有动能；之间既有动能又有重力势能。最高点开始小球在滚动过程中，重力势能转化为动能；最低点开始动能转化为重力势能。 （二）动能和弹性势能的相互转化 一个木球从高处滚下来，撞击到弹簧片上。 研究的过程 球的速度 动能 弹簧片形变程度 弹性势能 能的转化 木球压弯弹簧片 不断减小直至为零 不断减小直至为零 由小变大 不断增大 动能转化为弹性势能 弹簧片把木球弹回 由零不断增大 由零不断增大 由大变小 不断减小，直至为零 弹性势能转化为动能 （三）机械能守恒 动能和势能之和称为机械能。物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果只有动能和势能的相互转化,机械能的总量就保持不变，即机械能守恒。 （四）动能和势能转化的应用 动能和势能的相互转化有着广泛的应用。如撑杆跳高运动员起跳后，身体不断上升，撑竿剧烈弯曲，动能转化为运动员的重力势能和撑竿的弹性势能。当上升到一定高度时，动能变得很小。此后，撑竿的弹性势能将逐渐转化为运动员的重力势能。水力发电站是利用水的势能转化为水的动能，再转化为叶轮的动能，进而带动发电机发电的。 【能力拓展】 正确分析动能和势能的相互转化，可分以下几步进行: (1)明确研究对象和所要研究的过程。 (2)物体在起始位置所具有的动能、势能。 (3)在运动过程中，物体的位置、形状、速度是否发生变化，如何变化，物体的重力势能、弹性势能、动能是否变化。 (4)得出结论:减小的一种形式的能必定转化为增大的另一种形式的能。 题型1动能及其影响因素 [例题1] 在小球从O点由静止开始沿x轴竖直下落的过程中，小球某种形式的能量E随下落高度x变化的图象如图所示。若不计空气阻力，那么这种能量是（　　） A．重力势能 B．动能 C．机械能 D．弹性势能 （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。质量越大，高度越高，重力势能越大。 （3）机械能＝动能+势能。物体没有发生弹性形变时，不考虑弹性势能。 [变式1] “跳远”是一项常见的体育运动。跳远运动员在比赛中都是先助跑一段距离后才起跳，这样做是为了（　　） A．增大了跳远运动员的惯性 B．减小了跳远运动员的惯性 C．增大了跳远运动员的动能 D．减小了跳远运动员的动能 [变式2] 高空坠物伤人事件时有发生，新颁布的《民法典》规定：“禁止从建筑物中抛掷物品”，因为高处的物体具有较大的（　　） A．势能 B．速度 C．重力 D．动能 题型2势能及其影响因素 [例题2] （2022秋•海曙区校级期中）建高楼先要打好地基，原来高度相同的地桩，经过打击后三个地桩所处的位置如图，若A、B两锤的质量相同，下落时 锤的高度要高些。若B、C两锤刚下落的高度相同， 锤的质量要小些。此过程中B锤将地桩打得最深，B锤的重力势能 （选填“一定”、“不一定”）最大。 解决此题要知道重锤打桩，是通过地桩陷入地基的深度来反映重锤重力势能的大小，重力势能的大小与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能就越大。 [变式3] （2023秋•浙江期中）下列亚运会项目中主要利用弹性势能的是（　　） A．场地自行车 B．射箭 C．滑板 D．举重 [变式4] （2023秋•西湖区校级月考）苏轼在《江城子•密州出猎》中写到“会挽雕弓如满月，西北望，射天狼”，表达了作者强国抗敌的心愿。对词中提到的弯弓射箭现象，下列分析正确的是（　　） A．用力将弓拉弯，说明力可以改变物体的形状 B．弓被拉得越弯，弓所具有的动能越大 C．飞出去的箭速度越大，惯性越大 D．离弦的箭受到重力、弹力和空气阻力 题型3机械能守恒 [例题3] （2024•乐清市模拟）如图是摆球从A点静止释放，经过B、O、C三点，到达最高点D的示意图，其中B、C两点等高。下列说法正确的是（　　） A．摆球在O点时动能等于零 B．摆球在A、D两点的重力势能相等 C．摆球从A点到O点的过程中机械能减少 D．摆球在B、C两点的动能相等 机械能包括动能和势能；物体由于运动而具有的能量叫动能；物体由于被举高而具有的能量叫重力势能；物体发生弹性形变而具有的能量叫弹性势能。动能的大小与质量和速度有关，重力势能大小与质量和高度有关。 [变式5] （2024•龙湾区二模）体育考试时，小龙用相同的速度在相同高度将篮球沿不同轨迹从A点投向B点，如轨迹1和轨迹2所示。若空气阻力不可忽略且大小恒定，则下列说法正确的是（　　） A．篮球重力势能的变化量：轨迹1＞轨迹2 B．篮球重力势能的变化量：轨迹1＜轨迹2 C．篮球动能的变化量：轨迹1＞轨迹2 D．篮球动能的变化量：轨迹1＜轨迹2 [变式6] （2024•杭州模拟）如图所示，原长为L的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个小钢球，将钢球从O点自由释放，钢球运动到A点后开始向上返回，不计空气阻力，O、A两点间距离为2L。则能反映钢球从O点运动到A点的过程中，其动能E随运动距离s变化的关系图象可能是（　　） A．B． C． D． [变式7] （2023秋•鹿城区校级月考）篮球是同学们喜欢的运动，其中也蕴含了许多科学知识。请回答下面小题。小明在同一高度以相同的速度将篮球往三个不同方向抛出，篮球运动轨迹如图所示，若不计空气阻力，当篮球落到水平地面时的速度大小是（　　） A．va＞vc＞vb B．vb＝vc＞va C．va＝vb＝vc D．vb＞vc＝va [变式8] （2023秋•西湖区校级月考）如图，木块以一定速度滑过A、B点，到C点滑出下落至D点。A和B、C和D之间的垂直距离均为h。若空气阻力忽略不计，则对木块在运动过程中能量变化的分析，正确的是（　　） A．D点与A点相比，动能增加，势能减少，机械能不变 B．A点到C点减少的重力势能等于C点到D点减少的重力势能 C．C点的动能可能等于A点的动能，但一定小于B点的动能 D．B点的动能可能等于D点的动能，但一定大于A点的动能 【基础强化】 1、如图所示，小明沿滑道从顶端匀速下滑的过程中，小明的（　　） A．重力势能减小，机械能减小 B．动能不变，机械能不变 C．重力势能减小，动能增大 D．重力势能不变，机械能减小 2、蹦极是一项深受年轻人喜爱的极限运动，如图所示是某位爱好者蹦极时的简化示意图，该爱好者体重是600N。弹性绳一端固定在O点，爱好者从O点自由下落，到A点处弹性绳自然伸直，C点是蹦极爱好者能到达的最低点（全程忽略空气阻力）。以下说法中正确的是（　　） A．爱好者在A点时其重力势能最大 B．爱好者在B点时速度最大，受到非平衡力的作用 C．爱好者在C点时处于平衡状态，所受弹力等于600N D．从B到C的过程中，爱好者减少的机械能等于弹性绳增加的弹性势能 3、如图所示，运动员用弹簧拉力器锻炼身体时，将拉力器从原长逐渐缓慢拉伸到某一伸长状态（不超过弹性限度），下列说法正确的是（　　） A．未被拉伸的拉力器弹簧具有弹性势能 B．在拉伸过程中，拉力器的弹簧产生的弹力逐渐变大 C．拉力器被水平拉长的过程中，人对拉力器没有做功 D．拉力器被水平拉长的过程中，手对拉力器的力大于拉力器对手的力 4、如图所示，舰载机在“山东舰”航母上起飞，其在加速上升过程中（　　） A．动能减小，重力势能增大 B．动能增大，重力势能减小 C．动能增大，重力势能增大 D．动能减小，重力势能减小 5、下列情境中，属于势能转化为动能的是（　　） A．  返回舱减速下降 B．  悬挂的铁锁上摆 C．  魔罐能自动滚回来 D．  人造卫星由近地点向远地点运动 6、“神舟十五号”由长征二号运载火箭发射升空。飞船加速上升时，它受到了 （平衡力或非平衡力）作用，它的机械能逐渐 ，到达预定轨道后与天宫空间站对接成组合体（如图甲）。当空间站组合体在运行轨道上由近地点向远地点运行的过程中（如图乙），空间站组合体的动能 （以上两空均填“增大”“减小”或“不变”）。 7、如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定在水平面上，钢球从 C 点由静止释放，经过 B 点到达最低点 O ，然后到达另一侧与 B 点等高的点 A 时刚好速度为零。由 O 到 A 点过程中， 能转化为重力势能， 点的动能最大，从 C 点到 B 点的过程中，机械能的总量 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 8、让系于橡皮筋一端的小球，从O点的正下方由静止释放，分别经过a、b、c三点，如图甲所示。整个下落过程中，橡皮筋所受弹力F与小球下落高度h的关系如图乙所示，则小球从a运动到c的过程中，在 点重力势能最大，当橡皮筋的伸长量最大时，小球的速度为0，此时小球处于 状态（选填“平衡”或“非平衡”），b点时小球速度最大，则小球的重力为 N。（不计空气阻力） 9、如图是北京冬奥会上的高台滑雪项目。滑雪运动员沿斜坡从A点由静止自由滑下，到达B点后会沿曲线 （选填“a”“b”或“c”）继续运动。假如运动员到达最高点时所有外力突然全部消失，你推测他将会 ，理由是： 。 10、如图所示为游乐园过山车的轨道示意图，过山车从高处加速滑下的过程中，轨道对车的支持力 (选填“不”或“要”)做功，过山车重力势能 (选填“增加”、“减少”或“不变”)。 1、有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是(　　) A．装置所具有的机械能始终不变 B．如果没有能量补充，装置最终会停下来 C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去 D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化 2、乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，若不计空气阻力，则落到水平桌面时三者的速度大小关系是(　　) A．va＞vb＞vc B．vb＞vc＞va C．va＞vc＞vb D．va＝vb＝vc 3、如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道地球运行，当卫星从远地点向近地点运动过程中，下列说法中正确的是（　　） A．动能逐渐增大，势能逐渐减小，机械能减小 B．动能逐渐增大，势能逐渐减小，机械能不变 C．势能逐渐减小，机械能减小 D．动能逐渐增大，机械能增大 4、如图所示，一名运动员在投掷铅球。铅球在b点离手，在c点运动位置最高，不计空气阻力，下列说法不正确的是（　　） A．从a点到b点的过程中，运动员对铅球做了功 B．在b点到d点的过程中，铅球的机械能先增加后减少 C．在c点到d点的过程中，铅球的重力势能减少 D．铅球在c点时的动能不为零 5、如图1所示，物体M静止在电梯底部，其上表面通过轻质弹簧与电梯顶部相连。M对电梯底部的压力用F表示，忽略M和电梯的形变，0~t1内，电梯静止，弹簧处于伸长状态，t1时刻后电梯由静止开始沿竖直方向运动。0~t4内，F随时间t变化的图线如图2所示，则（　　） A．t1∼t2内，电梯可能向上运动 B．t2∼t3内，M的机械能保持不变 C．t3∼t4内，电梯的动能一定增大 D．t1∼t4内，弹簧的弹性势能不变 6、如图，小芳设想利用升降台让球越弹越高。将球从M点竖直向下以某速度抛出，球经静止在位置a的台面反弹后，到达的最高点为N。经台面反弹后上升过程球的动能 （选填“增大”“不变”“减小”），N 比M高（选填“可能”“不可能”）。球从N点下降时，台面己升至合适的位置b并保持静止，球再次经反弹后，到达的最高点P 比N高（选填“可能”“不可能”）。 7、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。 （1）皮球运动到D点时的机械能 （选填“大于”“等于”或“小于”）运动到C点时的机械能。 （2）若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两处留下两个黑色圆斑，其中M处的圆斑 （选填“大于”“等于”或“小于”）N处的圆斑。 8、如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上，a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置。则小球从a运动到c的过程中，在 （选填“a”、“b”或“c”）位置动能最大；从b到c的过程中，小球的动能转化为弹簧的 ，小球从a运动到b的过程机械能总量 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 9、如图是玩弹弓的情景．经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，这说明橡皮筋的弹性势能与 有关；若橡皮筋被拉的长度相同，而仅所用“子弹”的质量不同，则质量大的“子弹”射出的距离较小，原因是质量大的“子弹”射出时的 （选填“A速度”、“B惯性”或“C动能”）小；如果不计空气的作用力，射出的“子弹”在空中飞行时， （选填“A势能”、“B动能”或“C机械能”）保持不变。 2 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$