课时10.4 机械能转化及其应用-【帮课堂】2024-2025学年八年级物理全一册同步学与练（沪科版2024）

第十章 功与机械能 课时10.4 机械能及其转化 2022年课程标准 学习目标 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：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；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：能用功的相关知识对有关具体问题进行科学推理，并形成结论。 科学探究：能根据已有知识对问题作出猜想和假设；能根据控制变量法制订简单的探究方案；能用表格、图像等多种方式展示实验数据，并通过分析和处理数据得出实验结论；能撰写实验报告，书面或口头表述科学探究的过程和结果。 科学态度与责任：培养学生勇于探索、严谨认真的科学态度；能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义，增强学习物理学的动力。 知识点一、机械能及其转化 机械能：动能和势能的统称。（机械能=动能+势能）单位是：J。 动能和势能之间可以互相转化的。方式有：动能和重力势能之间可相互转化；动能和弹性势能之间可相互转化。方法：判断动能和势能的相互转化情况时，先运用动能和势能的影响因素分析得出物体所具有的动能和势能的大小变化情况，那么能的转化情况就是变小的那种形式的能转化成变大的那种形式的能。 例如:一个物体从高处下落，物体的重力势能转化成它的动能；弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成箭的动能；蹦床运动员从高处落下，与蹦床接触后，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能；滚摆下降时，重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能；单摆上升和下降过程中动能和重力势能发生相互转化． 机械能守恒：只有动能和势能的相互转化，机械能的总和保持不变。人造地球卫星绕地球转动，机械能守恒；近地点动能最大，重力势能最小；远地点重力势能最大，动能最小。近地点向远地点运动，动能转化为重力势能。 情景问题一：机械能及其转化 问题：在过山车爬坡时，速度逐渐变慢，而俯冲时速度又极快，这背后蕴含着怎样的科学原理？此外，过山车轨道高耸，车在高处又具有怎样的能量，能量又是如何转化的？ 【角度1】机械能及其转化 【典例1】如图所示，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点。关于摆球，下列说法中正确的是（　　） A．如果A点到B点的过程中机械能守恒，则A、B两点等高 B．在B点时处于平衡状态 C．在O点时重力势能最大 D．从A点到O点动能转化为重力势能 【答案】A 【解析】A．如果A点到B点的过程中机械能守恒，则A、B两点机械能相等。A、B两点速度均为零，动能均为零，所以重力势能相等，质量不变，则A、B两点等高，故A正确； B．在B点时摆球受到竖直向下的重力和沿着绳子向上的拉力，两个力不在同一直线上，所以受力不平衡，处于非平衡状态，故B错误； C．在O点时摆球高度最低，则重力势能最小，故C错误； D．从A点到O点，摆球质量不变，速度变大，高度降低，则动能变大，重力势能变小，重力势能转化为动能，故D错误。 故选A。 【变式1-1】如图所示，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点，A、B两点等高。下列说法中正确的是（　　） A．从A点到B点的过程中，摆球的机械能先增大后减小 B．在B点时，摆球的动能最大 C．在O点时，摆球的重力势能最大 D．从A点到O点，摆球的动能增加 【答案】D 【解析】A．如果A点到B点的过程中机械能守恒，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点的过程中没有能量损失，那么A、B两点等高，故A错误； B．当小球摆至B点时，高度最高，速度为零，动能最小，故B错误； C．摆球在最低点O时高度最小，重力势能也最小，故C错误； D．摆球从A下落到O的过程中，重力势能转化成动能，动能不断增加，故D正确。 故选D。 【变式1-2】2024年10月15日19时06分，我国在太原卫星发射中心使用长征六号改运载火箭，成功将千帆极轨02组卫星发射升空，下列说法正确的是（   ） A．用液氧和煤油作燃料，是因为煤油在燃烧时的温度高 B．煤油在燃烧过程中，将内能转化为化学能 C．火箭在大气层中加速升空时，机械能守恒 D．火箭在大气层中高速升空时，其头部发热的能量转化过程与钻木取火相同 【答案】D 【解析】A．用液氧和煤油作燃料，是因为这种煤油的热值较大。质量相同时，与其他燃料相比完全燃烧放出的热量更多，故A错误； B．燃油在发动机内燃烧时，将化学能转化为内能，故B错误； C．火箭在大气层中加速升空时，质量不变，速度增大，动能增大，高度升高，重力势能增大，故机械能增大，即机械能不守恒，故C错误； D．火箭在大气层中高速升空时，其头部会发热的能量转化过程与钻木取火相同，都是将机械能转化为内能，故D正确。 故选D。 【变式1-3】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，机械能不变 B．重力势能减小，机械能增大 C．动能不变，机械能不变 D．动能不变，机械能减小 【答案】D 【解析】动能大小的影响因素是质量、速度，质量越大，速度越大，动能越大；重力势能大小的影响因素是质量、高度，质量越大，高度越高，重力势能越大。 小明沿滑道从顶端匀速下滑的过程中，受到摩擦力的作用，要克服摩擦力做功，机械能减小，下滑过程中，速度不变，则动能不变，高度减小，则重力势能减小，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 【变式1-4】如图所示，打桩机打桩时先把重锤匀速举起，再使重锤沿导向架加速下落，将桩打入地里。关于重锤沿导向架加速下落过程中的动能和重力势能的变化，正确的是（　　） A．动能减小 B．动能不变 C．重力势能减小 D．重力势能增大 【答案】C 【解析】重锤沿导向架加速下落过程中，重锤的质量不变，速度增大，则动能增大，高度减小，则重力势能减小，故ABD错误，C正确。 故选C。 【角度2】机械能守恒 【典例2】如图所示，水平桌面上的弹性小球从A点滚动到B点后落到地面，又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。下列说法正确的是（　　） A．小球反弹经过D点时动能为零 B．小球从A点运动到B点的过程中机械能不变 C．若将弹性小球表面涂黑，则会在C、F两点留下等大的黑色圆斑 D．小球经过E点时的动能大于经过G点时的动能 【答案】D 【解析】A．从轨迹来看，小球既有水平方向的速度又有竖直方向的速度，小球在最高点时，竖直方向速度为零，水平方向速度不为零，则小球在D点的动能不为零，故A错误； B．小球从A点运动到B点的过程中会受到阻力作用，因此克服摩擦做功，机械能会减少，故B错误； C．弹性势能大小与弹性形变程度有关，黑色圆斑的大小能反映小球弹性形变程度，圆斑越大，形变越大，在C点与在F点时，小球的动能与重力势能都为零，而每次小球反弹到的最高点都比上一次的最高点低，说明小球受到空气阻力作用，机械能逐渐变小，所以小球在C点的机械能大于在F点的机械能，故小球在C点的弹性势能大于在F点的弹性势能，小球在C点的圆斑要大于在F点的圆斑，故C错误； D．小球在多次弹起过程中，机械能逐渐变小，而E点在G点之前，所以小球经过E点的机械能大于经过G点的机械能，又因为E点的高度小于G点的高度，小球在E点的重力势能小于G点的重力势能，所以小球经过E点时的动能大于经过G点时的动能，故D正确。 故选D。 【变式2-1】嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球（动力装置关闭），其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。关于此过程中的能量转化，下面说法正确的是（　　） A．CD段返回器的重力势能变大 B．BC段返回器的机械能减小 C．AB段返回器动能减小量大于重力势能的增加量 D．A到D的全过程中返回器机械能守恒 【答案】C 【解析】A．由图可知，CD段，质量不变，高度变小，重力势能减小，故A错误； B．由图可知，BC段没有受到空气的阻力，机械能是守恒的，保持不变，故B错误； C．由图可知，AB段受空气阻力的作用，克服空气阻力做功，一部分动能转化为内能，所以动能的减小量大于重力势能的增加量，故C正确； D．由图可知，A到D的全过程中，由于克服空气阻力做功，使得机械能减小，返回器机械能不守恒，故D错误。 故选C。 【变式2-2】如图所示的装置叫溜豆机，在农业上用来分拣优劣豆子，将豆子从入口倒入，优质豆子和劣质豆子会从不同出口滑出。关于溜豆机分拣豆子的过程，下列说法正确的是（    ） A．豆子从高处下落的过程中，机械能变大 B．豆子从高处下落的过程中，重力势能转化为动能 C．豆子落到地上弹跳过程中，机械能守恒 D．豆子质量越大，下落前具有的动能一定越大 【答案】B 【解析】A．豆子从高处下落的过程中，要克服摩擦力做功，故机械能变小，故A错误； B．豆子从高处下落的过程中，质量不变，高度降低，重力势能变小，速度变大，动能变大，重力势能转化为动能，故B正确； C．豆子落到地上弹跳过程中，有能量损耗（每次弹跳的高度变小），机械能减小，机械能不守恒，故C错误； D．豆子质量越大，由于不知道下落前速度的大小，无法判定具有的动能的大小，故D错误。 故选B。 【变式2-3】我国用长征三号乙运载火箭成功发射北斗系统第55颗导航卫星，提前半年完成全球组网部署，如图所示是北斗卫星随火箭加速上升与沿椭圆轨道绕地球运行时的情景。火箭向下喷出燃气，利用了 原理火箭加速上升；北斗卫星绕轨道从近地点向远地点运动时，机械能 。（选填：守恒、不守恒） 【答案】 物体间力的作用是相互的 守恒 【解析】[1]火箭向下喷出燃气，则火箭对燃气有一个向下的作用力，而力的作用是相互的，所以燃气也会给火箭一个向上的反作用力，火箭能升空是运用了物体间力的作用是相互的这一原理 [2]北斗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，因此绕轨道从近地点向远地点运动时，机械能守恒。 【基础强化】 1．如图所示，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭点火发射。神舟十九号载人飞船发射取得圆满成功，浩瀚太空首次迎来中国“90后”访客。下列说法正确的是（   ） A．用液态氢作为燃料，主要原因是液态氢的比热容较大 B．汽油机的做功冲程与火箭发射过程中的能量转化相同 C．神舟十九号飞船加速上升过程中机械能保持不变 D．随着科技的发展，火箭发动机的热机效率可达到100% 【答案】B 【解析】A．由于液态氢的热值较大，相同条件下燃烧时放出的热量较多，所以火箭使用液态氢作燃料，故A错误； B．汽油机的做功冲程与火箭发射过程均是内能转化为机械能，能量转化相同，故B正确； C．飞船在加速升空的过程中，其质量不变，速度增大，所以动能增大；同时高度增加，所以重力势能增大，机械能是动能和势能之和，因此机械能也增大，故C错误； D．火箭发动机工作过程中，由于燃料不完全燃烧、存在热损失等原因，热机效率不可能达到100%，故D错误。 故选B。 2．关于功和能，下列各种说法中正确的是（    ） A．高度大的物体势能一定大 B．速度大的物体动能一定大 C．物体具有做功的本领，就说它具有能 D．物体运动时的机械能一定比它静止时大 【答案】C 【解析】A．影响重力势能的因素是质量和高度，不知道质量的情况下，高度大的物体势能不一定大，故A错误； B．影响动能的因素是质量和速度，不知道质量的情况下，速度大的物体动能不一定大，故B错误； C．根据能的定义，一个物体能够对外做功，我们就说它具有能，所以物体具有做功的本领，就说它具有能，故C正确； D．机械能包括动能和势能，所以物体运动时的机械能不一定比它静止时大，故D错误。 故选C。 3．2024年8月，我国运动员郑钦文夺得巴黎奥运会网球女单冠军。如图是某次网球落地后又弹起的频闪照片，A、C两点高度相同。分析可知（　　） A．在B点时网球速度为0 B．在A、D两点网球的重力势能相等 C．网球在A点的动能大于在C点的动能 D．网球在此运动过程中，只有动能和重力势能的相互转化 【答案】C 【解析】A．在B点时，网球在竖直方向上的速度为0，水平方向的速度不为0，所示，网球的速度不为0，故A不符合题意； B．网球在A点的高度大于在D点的高度，网球质量不变，所以，网球在A点的重力势能大于在D点的重力势能，故B不符合题意； CD．A、C两点高度相同，网球的重力势能相等，但网球在运动过程中克服空气阻力做功，消耗了部分机械能，机械能一直在减小。所以，网球在A点的动能大于在C点的动能，故C符合题意，D不符合题意。 故选C。 4．如图所示，光滑的半圆形轨道固定在水平桌面上，轨道上的A、C两点在同一高度，B点为最低点，小球从A点由静止自由释放，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．小球不能到达C点 B．小球到达C点时惯性消失 C．小球由A点运动到B点的过程中受到的是非平衡力 D．小球从A点运动到B点的过程中动能转化为重力势能，机械能守恒 【答案】C 【解析】A．半圆形轨道是光滑的，不计摩擦力和空气阻力，小球下滑过程中机械能守恒，故小球能到达C点，故A错误； B．惯性是物体的一种属性，小球到达C点时惯性不会消失，故B错误； C．小球由A点运动到B点的过程中速度时刻发生变化，故这个过程中受到的是非平衡力，故C正确； D．小球从A点运动到B点的过程中重力势能转化为动能，机械能守恒，故D错误。 故选C。 5．2024年11月12日，中国新一代中型隐身多用途战斗机歼-35A在珠海航展上进行飞行表演（如图）。不同的运动形态对应着不同的能量形式，高空飞行的歼-35A战斗机具有 。飞行员驾驶着歼-35A战斗机穿过云层时，以飞行员为参照物，歼-35A战斗机是 的。 【答案】 机械能 静止 【解析】[1]物体由于运动而具有的能叫动能，物体由于被举高而具有的能叫重力势能。高空飞行的歼 - 35A战斗机处于运动状态且有一定高度，所以它具有动能和重力势能，动能和重力势能都属于机械能。 [2]以飞行员为参照物，歼 - 35A战斗机相对于飞行员的位置没有发生变化，歼-35A战斗机是静止的。 6．2024年5月12日，我国研制的AG600水陆两栖飞机完成夜航飞行实验。如图所示，当飞机在同一高度匀速飞行时（忽略燃油的质量变化），飞机的动能 （选填“变大”、“不变”或“变小”，下同）；进行灭火工作时，飞机保持同一高度在着火区域洒水，飞机的重力势能 ，机械能 。 【答案】 不变 变小 变小 【解析】[1]当飞机在同一高度匀速飞行时（忽略燃油的质量变化），质量不变，速度不变，故动能不变。 [2]进行灭火工作时，飞机保持同一高度在着火区域洒水，飞机的质量变小，速度不变，高度不变，故重力势能变小。 [3]机械能等于动能和重力势能之和，飞机的质量变小，速度不变，高度不变，重力势能变小，动能变小，故机械能变小。 7．跳水运动是我国在国际比赛中的优势项目。跳水运动员离开踏板后上升的过程中，运动员的 转化为重力势能；进入水后，运动员的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 动能 减小 【解析】[1]运动员离开踏板后上升的过程中，质量不变，高度变高，重力势能增加，速度变小，动能减小，所以是将动能转化为重力势能。 [2]进入水后，运动员需要克服水的阻力做功，消耗一部分机械能，因此运动员的机械能减小。 8．2024年4月25日20时58分57秒，神舟十八号飞船在酒泉卫星发射中心成功发射。神十八的一飞冲天，让亿万国人无比振奋，也标志着我国的空间站建设和航天探索事业进入了新高度。当飞船返回进入大气层后，飞船很快变成了一个大火球，这是用 的方式改变了飞船的内能。在飞船减速着陆的过程中，飞船的机械能将 （选填“增加”、“不变”或“减少”）。 【答案】 做功 减少 【解析】[1][2]通过飞船变成一个火球，说明了飞船的内能增加，飞船在大气层中高速下落，与大气层摩擦，摩擦生热，即将机械能转化内能，机械能减少，内能增加，是通过做功的方式改变物体的内能。 9．如图所示，旅游景区的索道缆车载着游客匀速上山，它具有的动能 ，重力势能 。（均选填“增大”“减小”或“不变”） 【答案】 不变 增大 【解析】[1][2]缆车匀速上山，质量不变，速度不变，所以其动能不变；缆车在上山过程中高度不断增加，所以其重力势能增大。 10．2024年11月26日，“全民健身运动三秦”2024年陕西省社区运动会（礼泉站）在县体育馆开赛。在进行羽毛球比赛项目时，羽毛球离开球拍上升的过程中，运动员对羽毛球 （选填“做功”或“不做功”），羽毛球的动能 （选填“增大”“减小”或“不变”，下同），重力势能 。 【答案】 不做功 减小 增大 【解析】[1]羽毛球离开球拍上升过程中，运动员不再对羽毛球施加力，根据做功的两个必要因素知，此过程运动员对羽毛球不做功。 [2][3]羽毛球离开球拍上升的过程中，质量不变，速度减小，高度增加，动能减小，重力势能增大。 11．目前在轨的中国空间站的轨道高度是：远地点346.9km，近地点319.6km，如图所示，从远地点到近地点的过程中，其运动速度 ，重力势能逐渐 ，机械能 （均选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 变大 变小 不变 【解析】[1][2][3]空间站沿椭圆轨道由远地点向近地点运行的过程中，空间站的质量不变，速度变大，动能变大；空间站所处的高度变小、质量不变，重力势能变小，在太空运行过程中没有阻力，没有能量的损失，机械能不变。 12．10月6日，WTT中国大满贯女单决赛，孙颖莎战胜队友王曼昱夺得冠军。如图所示为比赛时的场景，若不计空气阻力，乒乓球在离开球拍上升的过程中 能转化为 能，其机械能的总量 （选填“变大”“变小”或“保持不变”）。 【答案】 动 重力势 保持不变 【解析】[1][2][3]乒乓球上升过程中，质量不变，高度增大，重力势能增大；速度减小，动能减小；动能转化为重力势能，由于不计空气阻力，机械能守恒，其机械能的总量保持不变。 【素养提升】 1．有一种运动叫蹦极，如图所示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，在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，在运动员从O点到C点的运动过程中，下列说法正确的是（忽略空气阻力）（　　） A．从O到B过程中运动员的重力势能全部转化为动能 B．从O到A过程中运动员机械能守恒，从A至C过程中系统机械能不守恒 C．在A点运动员动能最大，在C点弹性绳弹性势能最大 D．从O到B过程中运动员速度增大，从B至C过程中运动员速度减小 【答案】D 【解析】A．从O点到A点的过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能逐渐转化为动能；从A点到B点的过程中，弹性绳的形变增大，弹性绳的弹性势能增大，因此运动员的重力势能还会转化为弹性绳的弹性势能，故A错误； B．忽略空气阻力，从O点至A点的过程中，只有重力做功，忽略空气阻力，运动员机械能守恒，从A至C过程中，只有动能和势能之间的相互转化，系统机械能守恒，故B错误； CD．从O点到A点的过程中，运动员在重力作用下做加速运动，速度越来越大，在B点时运动员受到的重力与拉力相等，速度最大，从B点到C点的过程中，弹性绳对运动员的拉力大于重力，运动员做减速运动，运动员的速度逐渐减小，到达C点时，速度为零，从A点到C点，弹性绳的形变程度逐渐增大，在B点运动员动能最大，在C点弹性绳弹性势能最大，故C错误，D正确。 故选D。 2．“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，将弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连。打开扣环，体验者从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经过B点时轻绳的弹力等于人的重力，最高能到达C点。对此过程，下列描述正确的是（　　） A．弹性绳的弹性势能在B点时最大 B．人从B到C的过程中，动能一直减少 C．人从A到B的过程中，动能先增加后减少 D．人从A到C的过程中，重力势能增加，动能一直减少 【答案】B 【解析】A．扣环打开前，弹性绳的弹性形变程度最大，弹性势能最大，经过B点时轻绳的弹力等于人的重力，在B点时速度最快，弹性形变不是最大，弹性势能不是最大，故A错误； B．B点时弹性轻绳对人的弹力等于人的重力，速度最大，人从B到C的过程中，质量不变，高度增大，重力势能增大，速度减小，动能减小，故B正确； C．人从A到B的过程中，质量不变，高度增大，重力势能增大，速度增大，动能增大，故C错误； D．人从A到C的过程中，质量不变，高度增大，重力势能增加；AB段速度逐渐变大，动能逐渐变大；BC段速度逐渐变小，动能逐渐变小，故D错误。 故选B。 3．如图所示，一个小球放在粗糙均匀的水平木板上，木板固定不动，弹簧与水平木板不接触，弹簧的一端与小球相连，另一端固定在墙壁上，弹簧保持自然长度时小球刚好在A点，现把小球向左拉至C点弹簧具有的弹性势能为25J，松手后，小球就由C运动到A，再由A运动到B，由B到A，A到D，D到⋯⋯，往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为1J。不计空气阻力，小球最终静止的位置 （可能/不可能）位于A点，整个过程中小球克服阻力做的功是 J，C到A时小球动能最大的位置到A点的距离 （选填“大于”、“等于”或“小于”）B到A时小球动能最大的位置到A点的距离。 【答案】 不可能 24 等于 【解析】[1]由题知，弹簧保持自然长度时小球刚好在A点，往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为1J，即此时弹簧的弹性势能不为零，则弹簧现在的长度不是原长，所以，小球的最终静止位置不可能位于A点。 [2]根据能量守恒定律，小球从C点到最终静止的过程中，弹簧的初始弹性势能（25J）等于小球克服阻力做的功与弹簧的最终弹性势能（1J）之和。因此，小球克服阻力做的功 [3] 小球在在整个运动过程中，在水平方向受到弹簧的弹力（弹簧恢复原长时为0）和水平面对它的摩擦力，不论是A点左侧还是右侧，当弹力和摩擦力是平衡力时（即大小相等、方向相反时）小球的速度最大，动能最大；而摩擦力大小不变，则小球在C到A时和B到A时，受到的弹力和摩擦力大小相等的位置与A之间的距离相等，所以，C到A时小球动能最大的位置到A点的距离等于B到A时小球动能最大的位置到A点的距离。 4．如图所示的小球从A点由静止释放，在球向下摆动的过程中，它的速度越来越大，此过程中，小球的 能转化为动能。当小球运动到最高点C时，它受到的力是 （平衡/非平衡）的，如果不计空气阻力，A点和C点 （等高/不等高）。 【答案】 重力势 非平衡 等高 【解析】[1]在球向下摆动的过程中，质量不变，它的速度越来越大，此过程中，小球的高度减小，重力势能减小，速度变大，动能变大，重力势能转化为动能。 [2][3]当小球运动到最高点C时，由于受到的重力和绳子对其的拉力不在同一条直线上，它受到的力是非平衡的，如果不计空气阻力，则机械能守恒，A点和C点的重力势能相同，故A点和C点等高。 5．如图所示的是弹性小球在地面弹跳时的频闪照片，掉在地面上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。若A、B两点为等高点，C点为某次弹跳的最高点，那么小球在A点的机械能 在B点的机械能，小球在B点的动能 在C点的动能。（均选填“大于”“小于”或“等于”） 【答案】 大于 大于 【解析】[1][2]由图可知，小球跳起的高度越来越小，说明机械能是减小的，机械能不守恒，所以小球在A点时的机械能大于在B点时的机械能，B点的机械能大于在C点的机械能；由图可知，B到C的过程中，小球上升，重力势能增大，所以B点重力势能小于在C点的重力势能，因为B点的机械能大于在C点的机械能，故B点的动能大于C点的动能。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十章 功与机械能 课时10.4 机械能及其转化 2022年课程标准 学习目标 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：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；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：能用功的相关知识对有关具体问题进行科学推理，并形成结论。 科学探究：能根据已有知识对问题作出猜想和假设；能根据控制变量法制订简单的探究方案；能用表格、图像等多种方式展示实验数据，并通过分析和处理数据得出实验结论；能撰写实验报告，书面或口头表述科学探究的过程和结果。 科学态度与责任：培养学生勇于探索、严谨认真的科学态度；能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义，增强学习物理学的动力。 知识点一、机械能及其转化 机械能：动能和势能的统称。（机械能=动能+势能）单位是：J。 动能和势能之间可以互相转化的。方式有：动能和重力势能之间可相互转化；动能和弹性势能之间可相互转化。方法：判断动能和势能的相互转化情况时，先运用动能和势能的影响因素分析得出物体所具有的动能和势能的大小变化情况，那么能的转化情况就是变小的那种形式的能转化成变大的那种形式的能。 例如:一个物体从高处下落，物体的重力势能转化成它的动能；弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成箭的动能；蹦床运动员从高处落下，与蹦床接触后，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能；滚摆下降时，重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能；单摆上升和下降过程中动能和重力势能发生相互转化． 机械能守恒：只有动能和势能的相互转化，机械能的总和保持不变。人造地球卫星绕地球转动，机械能守恒；近地点动能最大，重力势能最小；远地点重力势能最大，动能最小。近地点向远地点运动，动能转化为重力势能。 情景问题一：机械能及其转化 问题：在过山车爬坡时，速度逐渐变慢，而俯冲时速度又极快，这背后蕴含着怎样的科学原理？此外，过山车轨道高耸，车在高处又具有怎样的能量，能量又是如何转化的？ 【角度1】机械能及其转化 【典例1】如图所示，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点。关于摆球，下列说法中正确的是（　　） A．如果A点到B点的过程中机械能守恒，则A、B两点等高 B．在B点时处于平衡状态 C．在O点时重力势能最大 D．从A点到O点动能转化为重力势能 【变式1-1】如图所示，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点，A、B两点等高。下列说法中正确的是（　　） A．从A点到B点的过程中，摆球的机械能先增大后减小 B．在B点时，摆球的动能最大 C．在O点时，摆球的重力势能最大 D．从A点到O点，摆球的动能增加 【变式1-2】2024年10月15日19时06分，我国在太原卫星发射中心使用长征六号改运载火箭，成功将千帆极轨02组卫星发射升空，下列说法正确的是（   ） A．用液氧和煤油作燃料，是因为煤油在燃烧时的温度高 B．煤油在燃烧过程中，将内能转化为化学能 C．火箭在大气层中加速升空时，机械能守恒 D．火箭在大气层中高速升空时，其头部发热的能量转化过程与钻木取火相同 【变式1-3】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，机械能不变 B．重力势能减小，机械能增大 C．动能不变，机械能不变 D．动能不变，机械能减小 【变式1-4】如图所示，打桩机打桩时先把重锤匀速举起，再使重锤沿导向架加速下落，将桩打入地里。关于重锤沿导向架加速下落过程中的动能和重力势能的变化，正确的是（　　） A．动能减小 B．动能不变 C．重力势能减小 D．重力势能增大 【角度2】机械能守恒 【典例2】如图所示，水平桌面上的弹性小球从A点滚动到B点后落到地面，又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。下列说法正确的是（　　） A．小球反弹经过D点时动能为零 B．小球从A点运动到B点的过程中机械能不变 C．若将弹性小球表面涂黑，则会在C、F两点留下等大的黑色圆斑 D．小球经过E点时的动能大于经过G点时的动能 【变式2-1】嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球（动力装置关闭），其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。关于此过程中的能量转化，下面说法正确的是（　　） A．CD段返回器的重力势能变大 B．BC段返回器的机械能减小 C．AB段返回器动能减小量大于重力势能的增加量 D．A到D的全过程中返回器机械能守恒 【变式2-2】如图所示的装置叫溜豆机，在农业上用来分拣优劣豆子，将豆子从入口倒入，优质豆子和劣质豆子会从不同出口滑出。关于溜豆机分拣豆子的过程，下列说法正确的是（    ） A．豆子从高处下落的过程中，机械能变大 B．豆子从高处下落的过程中，重力势能转化为动能 C．豆子落到地上弹跳过程中，机械能守恒 D．豆子质量越大，下落前具有的动能一定越大 【变式2-3】我国用长征三号乙运载火箭成功发射北斗系统第55颗导航卫星，提前半年完成全球组网部署，如图所示是北斗卫星随火箭加速上升与沿椭圆轨道绕地球运行时的情景。火箭向下喷出燃气，利用了 原理火箭加速上升；北斗卫星绕轨道从近地点向远地点运动时，机械能 。（选填：守恒、不守恒） 【基础强化】 1．如图所示，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭点火发射。神舟十九号载人飞船发射取得圆满成功，浩瀚太空首次迎来中国“90后”访客。下列说法正确的是（   ） A．用液态氢作为燃料，主要原因是液态氢的比热容较大 B．汽油机的做功冲程与火箭发射过程中的能量转化相同 C．神舟十九号飞船加速上升过程中机械能保持不变 D．随着科技的发展，火箭发动机的热机效率可达到100% 2．关于功和能，下列各种说法中正确的是（    ） A．高度大的物体势能一定大 B．速度大的物体动能一定大 C．物体具有做功的本领，就说它具有能 D．物体运动时的机械能一定比它静止时大 3．2024年8月，我国运动员郑钦文夺得巴黎奥运会网球女单冠军。如图是某次网球落地后又弹起的频闪照片，A、C两点高度相同。分析可知（　　） A．在B点时网球速度为0 B．在A、D两点网球的重力势能相等 C．网球在A点的动能大于在C点的动能 D．网球在此运动过程中，只有动能和重力势能的相互转化 4．如图所示，光滑的半圆形轨道固定在水平桌面上，轨道上的A、C两点在同一高度，B点为最低点，小球从A点由静止自由释放，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．小球不能到达C点 B．小球到达C点时惯性消失 C．小球由A点运动到B点的过程中受到的是非平衡力 D．小球从A点运动到B点的过程中动能转化为重力势能，机械能守恒 5．2024年11月12日，中国新一代中型隐身多用途战斗机歼-35A在珠海航展上进行飞行表演（如图）。不同的运动形态对应着不同的能量形式，高空飞行的歼-35A战斗机具有 。飞行员驾驶着歼-35A战斗机穿过云层时，以飞行员为参照物，歼-35A战斗机是 的。 6．2024年5月12日，我国研制的AG600水陆两栖飞机完成夜航飞行实验。如图所示，当飞机在同一高度匀速飞行时（忽略燃油的质量变化），飞机的动能 （选填“变大”、“不变”或“变小”，下同）；进行灭火工作时，飞机保持同一高度在着火区域洒水，飞机的重力势能 ，机械能 。 7．跳水运动是我国在国际比赛中的优势项目。跳水运动员离开踏板后上升的过程中，运动员的 转化为重力势能；进入水后，运动员的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 8．2024年4月25日20时58分57秒，神舟十八号飞船在酒泉卫星发射中心成功发射。神十八的一飞冲天，让亿万国人无比振奋，也标志着我国的空间站建设和航天探索事业进入了新高度。当飞船返回进入大气层后，飞船很快变成了一个大火球，这是用 的方式改变了飞船的内能。在飞船减速着陆的过程中，飞船的机械能将 （选填“增加”、“不变”或“减少”）。 9．如图所示，旅游景区的索道缆车载着游客匀速上山，它具有的动能 ，重力势能 。（均选填“增大”“减小”或“不变”） 10．2024年11月26日，“全民健身运动三秦”2024年陕西省社区运动会（礼泉站）在县体育馆开赛。在进行羽毛球比赛项目时，羽毛球离开球拍上升的过程中，运动员对羽毛球 （选填“做功”或“不做功”），羽毛球的动能 （选填“增大”“减小”或“不变”，下同），重力势能 。 11．目前在轨的中国空间站的轨道高度是：远地点346.9km，近地点319.6km，如图所示，从远地点到近地点的过程中，其运动速度 ，重力势能逐渐 ，机械能 （均选填“变大”、“变小”或“不变”）。 12．10月6日，WTT中国大满贯女单决赛，孙颖莎战胜队友王曼昱夺得冠军。如图所示为比赛时的场景，若不计空气阻力，乒乓球在离开球拍上升的过程中 能转化为 能，其机械能的总量 （选填“变大”“变小”或“保持不变”）。 【素养提升】 1．有一种运动叫蹦极，如图所示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，在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，在运动员从O点到C点的运动过程中，下列说法正确的是（忽略空气阻力）（　　） A．从O到B过程中运动员的重力势能全部转化为动能 B．从O到A过程中运动员机械能守恒，从A至C过程中系统机械能不守恒 C．在A点运动员动能最大，在C点弹性绳弹性势能最大 D．从O到B过程中运动员速度增大，从B至C过程中运动员速度减小 2．“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，将弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连。打开扣环，体验者从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经过B点时轻绳的弹力等于人的重力，最高能到达C点。对此过程，下列描述正确的是（　　） A．弹性绳的弹性势能在B点时最大 B．人从B到C的过程中，动能一直减少 C．人从A到B的过程中，动能先增加后减少 D．人从A到C的过程中，重力势能增加，动能一直减少 3．如图所示，一个小球放在粗糙均匀的水平木板上，木板固定不动，弹簧与水平木板不接触，弹簧的一端与小球相连，另一端固定在墙壁上，弹簧保持自然长度时小球刚好在A点，现把小球向左拉至C点弹簧具有的弹性势能为25J，松手后，小球就由C运动到A，再由A运动到B，由B到A，A到D，D到⋯⋯，往复运动若干次后静止，此时弹簧具有的弹性势能为1J。不计空气阻力，小球最终静止的位置 （可能/不可能）位于A点，整个过程中小球克服阻力做的功是 J，C到A时小球动能最大的位置到A点的距离 （选填“大于”、“等于”或“小于”）B到A时小球动能最大的位置到A点的距离。 4．如图所示的小球从A点由静止释放，在球向下摆动的过程中，它的速度越来越大，此过程中，小球的 能转化为动能。当小球运动到最高点C时，它受到的力是 （平衡/非平衡）的，如果不计空气阻力，A点和C点 （等高/不等高）。 5．如图所示的是弹性小球在地面弹跳时的频闪照片，掉在地面上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。若A、B两点为等高点，C点为某次弹跳的最高点，那么小球在A点的机械能 在B点的机械能，小球在B点的动能 在C点的动能。（均选填“大于”“小于”或“等于”） / 学科网（北京）股份有限公司 $$