12.1 机械能（知识解读）---2025-2026学年苏科版物理九年级上学期

12.1 机械能（知识解读）（解析版） •知识点1 动能 •知识点2 势能 •知识点3 动能和势能的相互转化 •作业 巩固训练 动能 知识点1 1、的概念 （1）能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。 （2）单位：焦耳，符号J。 （3）理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。 ②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。 2、功与能的关系 （1）功是一个过程量，能量是一个状态量。功是描述一个力对物体作用过程中所取得成效的物理量，它是相对于一个过程而言能量是指一个物体具有能够对外做工的本领。 （2）具有能量的物体不一定在做功，但正在做功的物体一定具有能量。 （3）一个物体能够对外做的功越多，它具有的能量就越大。 3、动能概念：物体由于运动而具有的能，叫做动能。一切物体都具有动能。 （1）一切物体都具有动能（运动是绝对的）。 （2）影响动能大小的因素：物体的质量和速度。物体的质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。当物体的质量一定时，物体运动的速度越大其动能越大，物体的速度越小其动能越小，具有相同运动速度的物体，质量越大动能越大，质量越小动能越小。 4、探究动能的大小与哪些因素有关 （1）提出问题：动能的大小与哪些因素有关？ （2）猜想和假设：动能的大小可能与物体的质量有关，还可能与物体的运动速度有关 （3）实验方法：控制变量法和转换法 （4）实验器材：斜面、钢球、木块 （5）实验步骤： ①让同一个钢球从斜面的不同高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近； ②换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近。 （6）实验现象： ①同一钢球从不同高度滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球滚到平面上时的速度越大，木块被推得越远； ②质量不同的钢球从同一高度滚下，钢球滚到平面上时的速度相同。质量越大的钢球将木块推得越远。 （7）得出结论： ①物体动能的大小与物体的运动速度有关，物体运动速度越大，物体的动能越大； ②物体动能的大小与物体的质量有关，物体的质量越大，物体的动能越大。 （8）归纳总结：动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大 【典例1】如图，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止。 (1)小球滚下斜面的过程中，它的 能转化为动能，其动能大小是通过 来反映的。 (2)分析比较甲、丙两次实验，可得出的结论是：物体质量相同时， 越大，动能越大。 (3)分析比较甲，乙两次实验，可得出的结论是： 。 (4)若甲实验中木块的重力为1N，木块水平移动的距离是30cm，则重力对木块做功 J。 【答案】(1) 重力势 木块移动的距离 (2)速度 (3)速度相同时，质量越大，动能越大 (4)0 【详解】（1）[1]小球在斜面上时具有重力势能，滚下斜面的过程中，高度降低，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能。 [2]小球动能大小是通过木块移动的距离来反映的，木块被推动得越远，说明小球对木块做的功越多，小球的动能就越大。 （2）分析甲、丙两次实验，小球的质量相同，甲图中小球下滑的高度更高，到达水平面时的速度更大，推动木块移动的距离更远。所以可得出的结论是：物体质量相同时，速度越大，动能越大。 （3）分析甲、乙两次实验，小球下滑的高度相同，到达水平面时的速度相同，甲图中小球的质量更大，推动木块移动的距离更远。可得出的结论是：物体速度相同时，质量越大，动能越大。 （4）根据做功的条件，做功需要有力作用在物体上，且物体在力的方向上移动一段距离。木块在水平方向移动，而重力的方向是竖直向下的，木块在重力方向上没有移动距离，所以重力对木块做功0J。 【变式1-1】如图是探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验。实验中，让同一辆小车从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，下列说法正确的是（    ） A．该实验探究的是木块动能大小与小车速度的关系 B．该实验探究的是小车动能大小与小车高度的关系 C．该实验中，木块的起始位置对实验没有影响 D．该实验结论可以解释为什么要对机动车限速 【答案】D 【详解】AB．同一小车质量一定，从斜面的不同高度由静止释放，滑到水平面上时的速度不同，所以这是为了探究物体动能与速度关系的，故AB错误； C．小车在水平面运动的过程中会受到阻力，所以每次实验时都要控制木块放置的位置相同，从而能得出正确的结论，故C错误； D．实验可得出结论是：质量一定时，速度越大，动能越大；因为质量一定时，速度越大，动能越大，当质量相同时，车辆速度越大动能越大，使刹车困难，容易引发交通事故，所以交通部门要对机动车辆进行限速，故D正确。 故选D。 【变式1-2】小明用如图所示的实验装置探究影响物体动能大小的因素。本实验运用木块被推动的 来表示小球动能的大小。实验中，将同一小球从斜面的不同高度处由静止滚下，是为了探究动能大小与 的关系。 【答案】 距离 速度 【详解】[1]本实验运用木块被推动的距离来表示小球动能的大小，木块被推动的距离越长，表明小球进入水平面时的动能越大，采用了转换法。 [2]小球从斜面上滚下时的高度越大，进入水平面时的速度越大，实验中，将同一小球从斜面的不同高度处由静止滚下，是为了探究动能大小与速度的关系。 【变式1-3】兴趣小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关，于是他们进行了如下探究： (1)提出问题：汽车的动能大小跟什么因素有关？ 猜想假设：由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟 有关。由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟 有关； (2)进行实验：他们做了如图所示的三次实验：用金属球模拟汽车，让金属球从斜槽的某一高度由静止开始滚下，碰到水平面上的物块，将物块撞出一段距离。物块被撞得越远，说明金属球到达水平面时的动能就越 ，金属球在斜面上释放前具有 能； (3)分析论证：分析甲、丙两图的实验现象，可以初步得到的结论是： ； (4)实践应用：用甲、乙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车 （选填“超载”或“超速”）行驶时危险性大的原因。 【答案】(1) 速度 质量 (2) 大 重力势 (3)质量相同时，速度越大，物体的动能越大 (4)超载 【详解】（1）[1]“十次车祸九次快”是说速度大容易导致车祸，所以汽车的动能可能跟速度有关。 [2]“安全驾驶莫超载”是说超载（质量大）容易导致车祸，所以汽车的动能可能跟质量有关。 （2）[1]根据转换法，金属球动能的大小通过水平面上的物块被撞击后移动的距离体现，物块被撞得越远，说明金属球到达水平面时的动能越大。 [2]金属球在斜面上释放前静止，动能为零，处在一定的高度，所以具有一定的重力势能。 （3）分析甲、丙两图的实验现象，小球质量一样，甲中小球的位置较高，到达水平面速度较大，物块移动的距离较远，可得：质量相同时，物体的速度越大，动能越大。 （4）分析甲、乙两图的实验现象，小球释放的高度一样，即到水平面速度一样，甲中小球质量大，物块运动距离较远，说明速度相同时，质量越大，物体动能越大，故可以解释汽车超载行驶时危险性大的原因。 势能 知识点2 1、势能：弹性势能和重力势能统称为势能。 2、重力势能 （1）重力势能概念：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。 （2）影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。当物体的质量一定时，物体距零势能面的高度越大，其重力势能越大，物体距零势能面的高度越小，其重力势能越小；当物体距零势能面的高度一定时，物体质量越大其重力势能越大，物体质量越小其重力势能越小，物体的质量越大，举得越高，其重力势能就越大。 3、探究重力势能的大小与哪些因素有关？ （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验设计：让高处的重物下落，将小木桩打入沙中，比较小木桩陷入的深度。应用控制变量法确定要探究的量；应用转换法，通过小木桩陷入的深度来反映重力势能的大小。 （3）实验过程： ①让同一重物从不同的高度静止落下，撞击相同的两个小木桩，从较高处下落的重物将小木桩撞入沙中深些 ②用质量不同的重物，分别从同一高度处由静止落下，撞击相同的两个小木桩，质量大的重物将小木桩撞入沙中深些 （3）实验结论：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。 4、弹性势能 （1）弹性势能概念：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。 （2）影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度。同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。当弹簧本身的性质相同时，形变越大，它具有的弹性势能就越大，形变越小，具有的弹性势能就越小；当弹簧形变相同时，性质不同的弹簧弹性势能不同。 5、探究弹性势能的大小与哪些因素有关 （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验设计：‌使用两根材料不同的弹簧A和B（‌长度和粗细相同）‌，‌小球、‌木块和长刻度尺。‌将弹簧按照不同的压缩长度安装好，‌确保弹簧被压缩的长度在弹性限度内。‌将小球置于弹簧的右端，‌放手后观察小球弹出的距离，‌以及木块被推动的距离。‌ （3）实验操作‌ 第一次实验中，‌将弹簧压缩到一定的长度ΔL1，‌记录木块被推动的距离S1。‌ 第二次实验中，‌将弹簧压缩到长度ΔL2（‌ΔL2＞ΔL1）‌，‌再次记录木块被推动的距离S2。‌ （4）数据分析：‌比较S1和S2的距离，‌如果S2的距离大于S1，‌说明弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。‌‌ （5）实验结论：同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。 【典例2】某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到： 物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B 球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动时的能量损失不计）。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为 h3，且h1<h2<h3。 （1）本实验是通过观察 来判断重力势能大小的，这种研究方法叫 法； （2）比较A、B两球，可得出重力势能与 有关； （3）比较 两球，可得出结论：当物体质量相同时， ； （4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径 （填“有关”或“无关”）。 【答案】 球陷入沙面的深度 转换法 质量 A、C 下落高度越高，物体的重力势能越大 无关 【详解】（1）[1][2]根据转化法的思想，本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映。 （2）[3]根据控制变量法的思想，比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大。 （3）[4][5]根据控制变量法的思想，两球质量相同是A、C或B、D，而B、D的高度和下落路径均不同，因此应比较A、C两球。两球质量相同，下落路径也相同，C球的下落高度大于A球的下落高度，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大。 （4）[6]比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。 【变式2-1】如图所示，在粗糙水平台面上，一轻质弹簧左端固定，右端连接一金属小球，弹簧在自然长度时，小球位于O点：当通过小球压缩弹簧到A位置时，释放小球；然后小球从A点开始向右运动，最远运动到B点，则（　　） A．小球在AO之间某点处，速度达到最大 B．小球在O点处速度达到最大 C．小球在B点速度为0达到平衡状态 D．AO=OB 【答案】A 【详解】AB．水平台面粗糙，小球运动时有摩擦力，从A向O运动过程中，摩擦力向左，当弹簧向右弹力与向左摩擦力大小相同时，小球有最大速度，因此最大速度的点，在AO之间，故A符合题意，B不符合题意； C．小球在B点速度为0，弹簧处于拉伸状态，受弹簧向左弹力作用，受力不平衡，不处于平衡状态，故C不符合题意； D．小球和弹簧当成一个系统，由于台面摩擦，系统机械能减小，故A点机械能大于B点机械能，AB两点小球动能都为0，则A点弹簧性势能大于B点弹性势能，即AO大于OB，故D不符合题意。 故选A。 【变式2-2】在做“探究物体的重力势能与哪些因素有关”的实验时，三个完全相同的木桩被从正上方由静止释放的铁块撞击后，陷入沙坑中的情况如图所示。不计空气阻力，铁块在下落过程撞击木桩之前，将重力势能转化为 能．若B、C两个铁块被释放时的重力势能分别为EB和EC，则EB EC（选填“＞”“＜”或“=”，下同）．若A、B两个铁块质量相同，则两个铁块下落的高度hA hB。 【答案】 动 ＞ ＜ 【详解】[1]铁块下落过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能。 [2]由图可知，B木桩下陷更深，说明B获得的能量更大，即EB>EC。 [3]物体的重力势能与物体的质量和高度有关，在质量相同的情况下，B木桩陷入沙子更深，说明B铁块下落的高度更高。 【变式2-3】探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”，同学们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧压缩的长度、弹簧粗细、弹簧原长有关。实验器材有：弹簧若干、木块一个、刻度尺一把、一个长木板（一侧光滑一侧粗糙）。 （1）探究“弹簧弹性势能的大小与弹簧压缩的长度是否有关”，将长木板水平放置（左侧光滑，右侧粗糙），取一根弹簧左端固定在墙上，三次用木块压缩弹簧然后释放，如图所示s1＜s2＜s3； ①实验中，弹簧弹性势能大小是通过 来间接反映的； ②分析信息可得结论： ； ③木板左侧光滑的目的是： ； （2）在探究“弹簧弹性势能的大小与弹簧原长是否有关”，选三根粗细相同、长度不同的弹簧，用木块将弹簧都压缩到同一位置M点释放，实验操作存在问题是： 。 【答案】 木块在木板粗糙的表面上移动的距离 当弹簧不变时，弹簧弹性势能的大小与弹簧压缩的长度有关 消除摩擦生热带来的能量损耗，减少实验误差 没有控制弹簧压缩的长度相同 【详解】（1）①[1]弹性势能大小最终转化为木块在粗糙表面上移动的距离，木块在木板粗糙的表面上移动的距离越大，弹性势能越大，这种方法是转换法。 ②[2]弹簧压缩量越多，木块运动越远，由此得出结论：当弹簧不变时，弹簧弹性势能的大小与弹簧压缩的长度有关。 ③[3]若左侧木板不光滑，那么弹簧压缩量越多的实验中，消耗的能量就越多，不符合控制变量法。所以目的为：消除摩擦生热带来的能量损耗，减少实验误差。 （2）[4]长度不同的弹簧，压缩到同一位置时，没有控制弹簧压缩的长度相同，不符合控制变量法。 动能和势能的相互转化 知识点3 1、机械能：动能和势能之和称为机械能。动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和势能是机械能的两种表现形式。 2、动能和重力势能之间可以相互转化：动能和重力势能之间的相互转化一般发生在只受重力作用下的运动过程中，例如滚摆在下降的过程中，越转越快，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能；滚摆在上升过程中，越转越慢，它的重力势能越来越大，动能越来越小，动能转化为重力势能。 3、动能和弹性势能之间也可以相互转化：它可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间，例如，从高处落下的皮球与地面撞击的过程中，由于皮球发生弹性形变，皮球的动能转化为弹性势能，皮球在恢复形变的过程中，它的弹性势能转化为动能．拉弯的弓把箭射出去的过程中，拉弯的弓具有弹性势能，射出去的箭具有动能，这是弓的弹性势能转化为箭的动能。 4、机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 5、各种形式的能量都可以相互转化：如电能可以转化为光能和内能；太阳能可以转化为电能等，动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式，能量转化过程中一种能量减少，另一种能量增加。 6、水能的利用 （1）我们的祖先利用水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉。 （2）修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机。将发电机装在水轮机的上面，并把它们的轴连接在一起，由水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。 7、风能的利用 （1）我们的祖先利用风力鼓起帆来推动船航行。 （2）风吹动风车，带动发电机发电。在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田联 在一起供电。 【典例3】2010年1月4日，828米高的哈里发大楼（此前称为“迪拜塔”）举行了落成启用典礼，从而揭开了全球建筑史新的一页。两名高空跳伞高手应邀前来挑战当前全球最高楼的跳伞纪录，当这两名高空跳伞高手从空中自由下降时，它受到重力和阻力的作用，在下降的过程中是 能转化为 能，机械能 。 【答案】 重力势 动 变小 【详解】[1][2]跳伞高手从空中自由下降时，高度变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，减小的重力势能转化为增大的动能。 [3]由于跳伞高手从空中自由下降时受到阻力的作用，故有一部分机械能转化为内能，故机械能变小。 【变式3-1】如图是足球落地后又弹起的示意图，分析可知，足球（　　） A．在B点时受力平衡 B．在A、D两点动能不可能相等 C．在运动过程中，只存在动能和势能的相互转化 D．D点的动能大于E点 【答案】D 【详解】A．在B点时，小球受到竖直向下的重力、空气的阻力的共同作用，小球有斜向下运动的趋势，所以受力不平衡，故A不符合题意； B．图中小球的高度越来越小，说明有机械能的损失，则D点的机械能一定小于A点的机械能；机械能等于动能与势能之和；D点比A点低，所以D点的重力势能小于A点的重力势能，则其动能有可能与A点的动能相等，故B不符合题意； C．在运动过程中，足球克服空气阻力做功，机械能转化为内能，机械能变小；足球运动过程中，向下运动时，重力势能转化为动能，向上运动时，动能转化为重力势能，存在动能和势能的相互转化，还存在机械能与内能的转化，故C不符合题意； D．D点的重力势能小于E点的重力势能，D点的机械能一定大于E点的机械能，所以D点的动能大于E点的动能，故D符合题意。 故选D。 【变式3-2】如图所示，铅球从出手（a点）到将要落地（c点）的过程中，不计空气阻力。关于铅球离开手后的运动过程，下列说法中正确的是（    ） A．铅球上升（a→b）过程中，运动员对铅球做功 B．a、b、c三点中，出手时a点速度大于c点的速度 C．铅球运动到最高点（b点）时，其动能为零 D．铅球下落过程中，重力势能转化为动能 【答案】D 【详解】A．做功的两个必要因素是作用在物体上的力和物体在力的方向上移动的距离，铅球离开手后，运动员不再对铅球施加力，所以铅球上升（a→b）过程中，运动员对铅球不做功，故A错误； B．铅球从出手（a点）到将要落地（c点）的过程中，不计空气阻力，所以此过程中铅球的机械能守恒，a点位置高于c点，c点的重力势能小，所以c点的动能大，故出手时a点速度小于c点的速度，故B错误； C．铅球在b点时，在水平方向上有一定的速度，动能不为零，故C错误； D．铅球下落过程中，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能，故D正确。 故选D。 【变式3-3】如图是同学使用弹簧拉力器进行锻炼的情景。对同一个拉力器，在将手臂完全伸展开来的情况下， （选填“力气大的”“手臂长的”或“体重大的”）同学需要用的力最大。弹簧在伸长过程中， 能变大。如果分别使用“弹簧拉力器”和“杠铃”进行锻炼，与地球上相比，在月球上使用 （选填“弹簧拉力器”、“杠铃”或“一样”）省力。 【答案】 手臂长的 弹性势 杠铃 【详解】[1]弹簧的伸长量与受到的拉力成正比。对同一个拉力器，在将手臂完全伸展开来的情况下，手臂长的同学使弹簧的伸长量更大，所需的拉力越大，所以手臂长的同学需要用的力最大。 [2]弹簧在伸长过程中，发生弹性形变，弹性势能的大小与物体弹性形变的程度有关，弹性形变越大，弹性势能越大。因为弹簧伸长量增大，所以弹性势能变大。 [3]弹簧拉力器的原理是弹簧的弹力，其弹力大小只与弹簧的劲度系数和伸长量有关，与重力无关；而杠铃是靠克服重力来锻炼的，月球上的重力加速度约为地球上的，在月球上杠铃的重力变小，克服重力所需的力变小。所以与地球上相比，在月球上使用杠铃省力。 一、单选题 1．将纸锥从高处释放，若纸锥竖直下落时，受到的空气阻力随下落速度的增大而增大，则纸锥落地前，在空中竖直下落过程中，下列情形可能的是（　　） A．动能先增大后不变 B．动能先增大后减小 C．动能保持不变 D．重力势能保持不变 【答案】A 【详解】由题知，纸锥下落过程中受到的空气阻力随下落速度的增大而增大。纸锥开始下落时，重力大于空气的阻力，加速下落，动能增大，随阻力逐渐增大，当增大到等于其重力时，匀速竖直下落，但高度始终降低，所以纸锥的动能先增大后不变，重力势能不断变小，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．图为河北丰宁抽水蓄能电站（目前世界装机容量最大）的示意图。用电低谷时，通过电力将水从下水库抽到上水库；用电高峰时，再由上水库放水至下水库发电。下列说法正确的是（　　） A．水从下水库被抽到上水库，重力势能减小 B．物料运输车沿盘山路行驶，速度增大时，动能减小 C．放水发电时，水由上水库至下水库，水的机械能变大 D．水沿自流排水洞自动向下流动时，重力势能转化为动能 【答案】D 【详解】A．水从下水库被抽到上水库，质量不变，高度增大，重力势能增大，故A错误； B．物料运输车沿盘山路行驶，质量不变，速度增大时，动能增大，故B错误； C．放水发电时，水由上水库至下水库，克服摩擦做功，机械能减小，故C错误； D．水沿自流排水洞自动向下流动时，质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为为动能，故D正确。 故选D。 3．如图所示，质量相等的A、B两个小球用无弹性细线系住，OA比OB短。将两球拉到同一高度处且保持细线水平拉直，然后将两球由静止释放，不计空气阻力，当小球至最低点时（    ） A．刚释放时B球的重力势能大于A球的重力势能 B．当小球摆到最低点时两球的动能相等 C．摆到最低点时两球的机械能相等 D．整个过程中没有力对小球做功，所以小球机械能守恒 【答案】C 【详解】AC．将两球拉同一高度处且保持细线水平，两球静止，两球质量相等，所以两球的重力势能相等，动能都是0，所以此时机械能相等；将两球由静止释放，不计空气阻力，当小球至最低点时，机械能守恒，故在最低点两球的机械能相等，故A不符合题意，C符合题意； B．两球到最低点时，机械能不变，由于A的高度较大，重力势能较大，所以A的动能小，故B不符合题意； D．整个过程中不计空气阻力，小球机械能守恒，但重力对小球做功了，故D不符合题意。 故选C。 4．如图甲所示，水平桌面上放有一内壁光滑的竖直圆筒，筒底固定一根弹簧，最高点位于A点。将一小球放置在弹簧上，静止时位于B点（如图乙）。现将小球下压至C点，并用此处的装置锁定（如图丙）。解锁后，小球向上弹出筒口（不计空气阻力），到达最高点D。下列关于上升过程中，说法正确的是（   ） A．小球的机械能先变大后不变 B．小球到达A点时动能最大 C．C到B的过程中，小球的动能转化为重力势能 D．A到D的过程中，小球的重力势能转化为动能 【答案】A 【详解】A．不计空气阻力，小球脱离弹簧前，弹簧的弹性势能转化为小球的机械能，脱离弹簧后，小球的机械能守恒，所以小球的机械能先变大后不变，故A正确； B．解锁后，小球开始运动到脱离弹簧的过程中先是弹力大于重力，做加速运动，到达B点时弹力等于重力，经过B点后重力大于弹力，做减速运动，所以小球的速度先变大，后变小，小球到达B点时速度最大，动能最大，故B错误； C．C到B的过程中，弹力大于重力，小球做加速运动，小球的动能变大，所以并非是小球的动能转化为重力势能，故C错误； D．A到D的过程中，小球向上做减速运动，动能转化为重力势能，故D错误。 故选A。 5．如图所示，一轻弹簧下端固定，竖立在水平面上，正上方 A 位置有一只小球。小球从 静止开始下落，在 B 位置接触弹簧上端，在 C 位置小球所受弹力大小等于重力，在 D 位置小球速度减小到零。不计空气阻力，小球下降阶段下列说法中正确的是 （　　） A．在 B 位置小球动能最大 B．在 C 位置弹簧弹性势能最大 C．从 A→D 位置小球重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加 D．从 A→C 位置小球重力势能的减少量等于小球动能的增加量 【答案】C 【详解】A．小球从B至C过程，重力大于弹力，合力向下，小球加速，C到D，重力小于弹力，合力向上，小球减速，故在C点动能最大，故A错误。 B．在D位置弹簧的压缩量最大，弹性势能最大，故B错误； C．从A→D的过程，小球的动能变化量为零，由系统的机械能守恒知小球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量，故C正确。 D．在小球下降过程中，只有重力和弹簧的弹力做功，小球和弹簧组成的系统机械能守恒；从A→C位置小球重力势能的减少等于动能增加量和弹性势能增加量之和，即小球重力势能的减少量大于小球动能的增加量。故D错误。 故选C。 6．如图所示，小球沿轨道由静止A处经B、C运动到D处的过程中，小球在C处的高度高于D处，忽略所有阻力及摩擦，下列说法正确的是（　　） A．小球运动到D处时动能刚好为零 B．小球在B处的动能等于在C处的动能 C．小球在C处的速度小于在D处的速度 D．小球在A处的机械能大于在D处的机械能 【答案】C 【详解】忽略空气阻力和摩擦力，机械能守恒，所以小球在各点的机械能相同。 A．小球运动到D处时，由于小球开始运动的A点要高于D点，所以小球在D点有一定的动能，故A错误； B．小球在B处和在C处的机械能相同，C的高度高于B的高度，C点的重力势能大于B点的重力势能，则C处的动能小于B处的动能，故B错误； C．C处高于D处，小球在C处的重力势能大于D处，总机械能不变，所以小球在C处动能小于D处动能，动能与质量和速度有关，质量不变，所以小球在C处的速度小于在D处的速度，故C正确； D．由于机械能守恒，小球在A处的机械能等于在D处的机械能，故D错误。 故选C。 7．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，到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（忽略空气阻力），下列说法正确的是（　　） A．从O点到C点运动员速度一直减小 B．从O点到C点运动员的机械能一直在增大 C．从O点到A点运动员的机械能不变 D．运动员在A点时速度最大 【答案】C 【详解】AD．根据题意可知，从O点到B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员的拉力，因此运动员的速度越来越大；从B点到C点的过程中，弹性绳对运动员的拉力大于重力，则运动员的速度逐渐减小，到达C点时，其速度减小为零；因此，在B点处运动员的速度最大，整个过程中运动员的速度先变大后减小，动能先增大后减小，故AD错误； BC．从O点到A点的过程中，忽略空气阻力，且只有重力做功，故运动员的机械能守恒，即运动员的机械能不变；从A点运动到C点的过程中，弹性绳的形变程度逐渐增大，弹性势能变大，增大的弹性势能是由运动员的机械能转化而来的，此过程中运动员的机械能减小；由此可知，从O点到C点运动员的机械能先不变后减小，故B错误，C正确。 故选C。 8．一货物在吊车钢索的拉力作用下，竖直向上运动，（不考虑空气阻力和钢索的重力），货物运动的路程一时间（s—t）图像如图所示，根据图像，下列判断正确的是（　　） A．4s时钢索的拉力大小大于8s时钢索的拉力大小 B．货物竖直向上运动时，4s时的动能小于10s时的动能 C．0~6s内钢索拉力做的功小于6~12s内钢索拉力做的功 D．0~6s内钢索拉力的功率大于6~12s内钢索拉力的功率 【答案】D 【详解】A．路程一时间（s—t）图像如图所示，根据图像可知4s时和8s时钢索吊着货物做匀速直线运动，货物处于平衡状态，且不考虑空气阻力和钢索的重力，因此拉力大小一致和货物重力相等，因此4s时钢索的拉力大小等于8s时钢索的拉力大小，故A错误； B．根据图像计算4s时运动速度为 10s时运动速度为 则货物4s时的速度大于10s时的速度，动能大小与质量和速度有关，货物质量不变，因此货物竖直向上运动时，4s时的动能大于10s时的动能，故B错误； C．0~6s内钢索拉力做的功为 6~12s内钢索拉力做的功 由于拉力大小不变，因此0~6s内钢索拉力做的功大于6~12s内钢索拉力做的功，故C错误； D．货物在0~6s内竖直向上运动的过程中，功率为 货物在6~12s内竖直向上运动的过程中，功率为 比较得出0~6s内钢索拉力的功率大于6~12s内钢索拉力的功率，故D正确。 故选D。 二、填空题 9．如图所示小球以某速度从M点开始沿粗糙轨道MOP运动，经P点离开轨道，上升至最高点N，又下落经过Q点，N位于P、Q之间，O、P、Q处在同一水平高度。若不计空气阻力，小球经过O、P两点时动能 （相等/不等）；小球到达最高点N时速度 （可能/不可能）为零；小球到达的最高点N （可能/不可能）高于M点；小球经过N点时的机械能 （可能/不可能）大于经过Q点时的机械能。 【答案】 不等 不可能 可能 不可能 【详解】[1]由于球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，在轨道上运动过程中要克服摩擦阻力做功，有部分机械能转化为内能，因此球到达P点的机械能一定小于在O点的机械能，O、P处在同一水平高度，球的重力势能相等，则球在P点的动能一定小于在O点动能，小球经过O、P两点时动能不等。 [2]由于小球到达N点不是竖直下落，而是有水平方向的运动，所以N点的速度不可能为零； [3]球在轨道上运动过程中要克服摩擦阻力做功，有部分机械能转化为内能，球在N点的机械能一定小于在M点的机械能，但由于球在M、N点的动能大小不确定，因此球在M、N两点的重力势能大小也不确定，即N点重力势能有可能比M点重力势能大，则最高点N与M点对比，N点可能比M高。 [4]忽略空气阻力，球从N点到Q点机械能守恒，因此球在N点的机械能等于Q点的机械能。所以小球经过N点时的机械能不可能大于经过Q点时的机械能。 10．2024年8月6日，巴黎奥运会女子10米跳台决赛，全红婵第一跳丝滑入水，全部裁判给出10分，再现全满分名场面，最终以425.60分获得金牌成为中国奥运历史上最年轻的三金得主。下图是跳水过程中分解图。 (1)跳水运功员在起跳时，需要注意身体姿势的协调，同时要控制好起跳的力度和角度。在起跳过程中是跳板的 能转化为运动员的 能，帮助运动员起跳的； (2)某跳水运动员质量是42kg，从10米跳台跳下，用时1.4秒。在整个跳水过程中，运动员的重力做功为 J，重力做功的功率为 W。 【答案】(1) 弹性势 动 (2) 4200 3000 【详解】（1）[1][2]运动员向下用力是为了使跳板发生弹性形变，在起跳过程中，跳板恢复原状的过程中，弹性势能减小，将跳板的弹性势能转化为运动员的动能。 （2）[1][2]在整个跳水过程中，运动员的重力做功为 W=Gh=mgh=42kg×10N/kg×10m=4200J 重力做功的功率为 11．如图所示的摩天轮是武汉的一个地标建筑——“东湖之眼”，直径达49.9米，有28个座舱，游客可以通过它看到东湖的别样之美。若小明随座舱在竖直平面内匀速转动，从最低点转动到最高点的过程中，小明的动能 ，重力势能 ；从最高点转动到最低点的过程中，小明的机械能 （以上均选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】 不变 增大 减小 【详解】[1][2]小明随座舱在竖直平面内匀速转动，从最低点转动到最高点的过程中，质量不变，速度不变，所以动能不变；质量不变，高度变大，所以重力势能变大。 [3]从最高点转动到最低点的过程中，质量不变，速度不变，所以动能不变；质量不变，高度减小，所以重力势能减小；动能不变，重力势能减小，所以机械能减小。 12．如图所示，将摆球从A点静止释放，经过最低点O到达B点，A、B两点等高，摆球从A点到O点的过程中， 能转化为动能。整个过程中，摆球的机械能大小 （选填“不变”或“减小”）。 【答案】 重力势 不变 【详解】[1][2]摆球从 A点到O点的过程中，摆球的质量不变，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；由于A、B两点等高，即摆球在 A、B两点的重力势能相等，又由于摆球在A、B两点的动能为零，说明摆球在A、B两点的机械能相等，所以整个过程中摆球的机械能大小不变。 13．如图是一种常见的订书机，固定在槽内后部的弹簧给钉子一个向 （填“左”或“右”）的弹力，能使订正运动，说明发生弹性形变的物体具有 能。在订书机某次正常使用过程中，该弹力将 （填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 左 弹性势 减小 【详解】[1][2][3]由图可知，订书机钉槽内的弹簧向右压缩，弹簧需要向左恢复形变，所以弹簧给钉子一个向左的弹力；此过程中弹性势能转化为动能，说明发生弹性形变的物体具有弹性势能；在使用过程中，弹簧形变程度变小，所以弹力减小。 14．如图所示，飞机向目标位置空投救灾物品，在 （选填“A”、“B”或“C”）位置释放物品较合理。救灾物品下落的过程中速度越来越大，受力 （选填“是”或“不是”）平衡的，物品的动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 A 不是 变大 【详解】[1]物品原来随飞机一起运动，当物品被投出后由于惯性，还要保持原来的速度继续向前运动，所以若空投时，飞机刚好处在目标的正上方，则物品不能落到目标处，会落到目标的前方，因此只有适当提前投放才能命中目标，所以飞机应在A点处进行空投。 [2]救灾物品下落的过程中速度越来越大，处于非平衡状态，受力不是平衡的。 [3]救灾物品下落的过程中，质量不变，速度越来越大，动能变大。 三、实验题 15．在探究物体的动能大小跟哪些因素有关的实验中，同学们设计了如图实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平方向向右运动直至停止，其中m2＞m1，h2＞h1（不考虑空气阻力）： (1)实验中是通过观察 来判断钢球的动能大小； (2)用来研究超速安全隐患时，我们应选择 两图所示实验来进行比较； (3)在图甲、丙中，若s3＞s1，则表明物体的动能与质量的关系是： ； (4)小明将实验进行了改装：如图丁所示，将同一木块放在弹簧原长处，用形状相同质量不同的实心塑料球和铁球将弹簧压缩到相同程度后放手，发现两球离开弹簧时的速度 （选填“相同”或“不同”），木块被推开的距离 （选填“相同”或“不同”）。 【答案】(1)木块被推动的距离 (2)甲、乙 (3)速度一定时，物体的质量越大，动能就越大 (4) 不同 相同 【详解】（1）钢球动能的大小是无法直接看出来的，实验中通过钢球撞击木块后木块运动的距离来反映钢球动能大小的，木块运动的距离越远，说明钢球的动能越大。 （2）用来研究超速安全隐患时，应使钢球到达斜面底端的速度不同，所以使相同质量的钢球从不同高处滚下，故应选择甲、乙两图所示实验来进行比较。 （3）由甲、丙图可知，小球滚下的高度相同，而钢球的质量不同，由于s3＞s1且m2＞m1，表明物体的动能与质量的关系是：速度一定时，物体的质量越大，动能越大。 （4）[1]相同的弹簧，用塑料球和铁球将弹簧压缩到相同程度，弹簧具有的弹性势能相同，后放手转化为小球的动能相同，由于实心塑料球和铁球的质量不同，所以实心塑料球和铁球的速度不同。 [2]由于塑料球和铁球动能相同，对木块做的功应相同，对木块做的功是克服水平面给木块的摩擦力做功，摩擦力是相同的，根据W=Fs可知，木块运动的距离也应该是相同的。 16．小红看到“严禁高空抛物”的警示牌，于是探究物体重力势能的大小与哪些因素有关。如图所示，她将三个相同的木桩置于等高的位置，让物体甲、乙、丙从木桩正上方某一高度由静止自由下落，将木桩打入沙中。已知：物体甲、乙、丙质量关系 。 (1)重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度可判断物体 释放前具有的重力势能最大，这种方法在物理学中属于 。 (2)比较图（a）和（b），可探究重力势能的大小与 的关系； (3)处于高处的重物具有较大的 能，下落过程中转化为 能，一旦砸中行人或物品会造成严重后果。 (4)某组同学在探究时为了显示重力势能的大小，A同学用橡皮泥代替沙子，B同学用海绵代替沙子，你认为 （填“A”或“B”）同学的做法更合适。 【答案】(1) 乙 转换法 (2)高度 (3) 重力势 动 (4)A 【详解】（1）[1][2]重力势能的大小无法直接测量，我们通过观察木桩陷入沙中的深度来判断物体重力势能的大小，木桩陷入沙中越深，说明物体对木桩做的功越多，物体原来具有的重力势能越大。由图可知，乙将木桩打入沙中的深度最大，所以乙释放前具有的重力势能最大。这种将不易直接测量的物理量（重力势能大小）转化为容易观察的物理现象（木桩陷入沙中的深度）的方法，在物理学中属于转换法。 （2）比较图（a）和（b），物体甲和乙的质量相同（m甲=m乙），但下落的高度不同，所以可探究重力势能的大小与高度的关系。 （3）[1][2]处于高处的重物，由于被举高而具有较大的重力势能。下落过程中，重物的高度降低，速度增大，重力势能转化为动能，一旦砸中行人或物品会造成严重后果。 （4）A同学用橡皮泥代替沙子，橡皮泥在受到重物撞击后，形变程度容易观察，能较好地显示重力势能的大小；B同学用海绵代替沙子，海绵的形变恢复能力较强，形变程度不容易稳定观察，所以A同学的做法更合适。 17．用如图甲所示的装置探究“影响物体动能大小的因素”。将小球A从某一高度由静止释放，小球滚到水平面撞击水平木板上的木块B，将木块撞出一段距离。 (1)本实验研究的是 （填“小球”或“木块”）的动能大小，在实验中其动能的大小是通过比较 来判断的； (2)让质量不同的小球从斜面的 （相同/不同）高度滚下，目的是让小球到达水平面时 相同； 次数 小球质量/g 小球高度/cm 木块滑行距离/cm 1 20 20 30 2 40 20 58 3 60 20 83 (3)从表中数据可以初步得出结论：物体速度一定时， 越大，动能越大； (4)有同学将实验装置改进成图乙所示，设计了以下两个实验方案探究动能的影响因素： 方案1： 用同一小球将同一弹簧压缩至不同程度，静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击后移动的距离； 方案2： 用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度，静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击后移动的距离；该同学的两个方案中，能完成“探究某个因素”的是 ___________ A．方案1 B．方案2 C．方案1和方案2 【答案】(1) 小球 木块被撞出的距离 (2) 相同 速度 (3)质量 (4)A 【详解】（1）[1][2]该实验研究的主体是小球，实验中探究的是小球的动能大小，其动能的大小是通过观察木块被撞开的距离来判断的，采用了转换法。 （2）[1][2]探究动能大小与质量的关系时，需要控制速度相同，所以，实验时需要让不同质量的小球从同一斜面的同一高度由静止滚下，这样可以使小球滚到斜面底端时具有相同的速度。 （3）根据表中的数据知道，小球从同一高度滑下时，质量越大，木块滑行的距离越远，由此可得出结论：速度一定时，质量越大，动能越大。 （4）方案一：用同一小球将同一弹簧压缩至不同程度，静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击后移动的距离； 小球的质量不变，同一弹簧压缩至不同程度，小球被弹开时的速度不同，可以研究小球的动能大小与速度的关系； ②方案二：用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度，静止释放，撞击同一木块； 小球的动能是由弹簧的弹性势能转化而来，而弹簧的弹性势能大小与形变程度有关，将同一弹簧压缩相同程度，说明弹簧势能相同，转化出的动能相同，因此，木块最终移动的距离相同，这样是不能完成实验的。 故A符合题意，BC不符合题意。 故选A。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 12.1 机械能（知识解读）（原卷版） •知识点1 动能 •知识点2 势能 •知识点3 动能和势能的相互转化 •作业 巩固训练 动能 知识点1 1、的概念 （1）能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。 （2）单位：焦耳，符号J。 （3）理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。 ②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。 2、功与能的关系 （1）功是一个过程量，能量是一个状态量。功是描述一个力对物体作用过程中所取得成效的物理量，它是相对于一个过程而言能量是指一个物体具有能够对外做工的本领。 （2）具有能量的物体不一定在做功，但正在做功的物体一定具有能量。 （3）一个物体能够对外做的功越多，它具有的能量就越大。 3、动能概念：物体由于运动而具有的能，叫做动能。一切物体都具有动能。 （1）一切物体都具有动能（运动是绝对的）。 （2）影响动能大小的因素：物体的质量和速度。物体的质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。当物体的质量一定时，物体运动的速度越大其动能越大，物体的速度越小其动能越小，具有相同运动速度的物体，质量越大动能越大，质量越小动能越小。 4、探究动能的大小与哪些因素有关 （1）提出问题：动能的大小与哪些因素有关？ （2）猜想和假设：动能的大小可能与物体的质量有关，还可能与物体的运动速度有关 （3）实验方法：控制变量法和转换法 （4）实验器材：斜面、钢球、木块 （5）实验步骤： ①让同一个钢球从斜面的不同高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近； ②换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近。 （6）实验现象： ①同一钢球从不同高度滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球滚到平面上时的速度越大，木块被推得越远； ②质量不同的钢球从同一高度滚下，钢球滚到平面上时的速度相同。质量越大的钢球将木块推得越远。 （7）得出结论： ①物体动能的大小与物体的运动速度有关，物体运动速度越大，物体的动能越大； ②物体动能的大小与物体的质量有关，物体的质量越大，物体的动能越大。 （8）归纳总结：动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大 【典例1】如图，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止。 (1)小球滚下斜面的过程中，它的 能转化为动能，其动能大小是通过 来反映的。 (2)分析比较甲、丙两次实验，可得出的结论是：物体质量相同时， 越大，动能越大。 (3)分析比较甲，乙两次实验，可得出的结论是： 。 (4)若甲实验中木块的重力为1N，木块水平移动的距离是30cm，则重力对木块做功 J。 【变式1-1】如图是探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验。实验中，让同一辆小车从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，下列说法正确的是（    ） A．该实验探究的是木块动能大小与小车速度的关系 B．该实验探究的是小车动能大小与小车高度的关系 C．该实验中，木块的起始位置对实验没有影响 D．该实验结论可以解释为什么要对机动车限速 【变式1-2】小明用如图所示的实验装置探究影响物体动能大小的因素。本实验运用木块被推动的 来表示小球动能的大小。实验中，将同一小球从斜面的不同高度处由静止滚下，是为了探究动能大小与 的关系。 【变式1-3】兴趣小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关，于是他们进行了如下探究： (1)提出问题：汽车的动能大小跟什么因素有关？ 猜想假设：由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟 有关。由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟 有关； (2)进行实验：他们做了如图所示的三次实验：用金属球模拟汽车，让金属球从斜槽的某一高度由静止开始滚下，碰到水平面上的物块，将物块撞出一段距离。物块被撞得越远，说明金属球到达水平面时的动能就越 ，金属球在斜面上释放前具有 能； (3)分析论证：分析甲、丙两图的实验现象，可以初步得到的结论是： ； (4)实践应用：用甲、乙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车 （选填“超载”或“超速”）行驶时危险性大的原因。 势能 知识点2 1、势能：弹性势能和重力势能统称为势能。 2、重力势能 （1）重力势能概念：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。 （2）影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。当物体的质量一定时，物体距零势能面的高度越大，其重力势能越大，物体距零势能面的高度越小，其重力势能越小；当物体距零势能面的高度一定时，物体质量越大其重力势能越大，物体质量越小其重力势能越小，物体的质量越大，举得越高，其重力势能就越大。 3、探究重力势能的大小与哪些因素有关？ （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验设计：让高处的重物下落，将小木桩打入沙中，比较小木桩陷入的深度。应用控制变量法确定要探究的量；应用转换法，通过小木桩陷入的深度来反映重力势能的大小。 （3）实验过程： ①让同一重物从不同的高度静止落下，撞击相同的两个小木桩，从较高处下落的重物将小木桩撞入沙中深些 ②用质量不同的重物，分别从同一高度处由静止落下，撞击相同的两个小木桩，质量大的重物将小木桩撞入沙中深些 （3）实验结论：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。 4、弹性势能 （1）弹性势能概念：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。 （2）影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度。同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。当弹簧本身的性质相同时，形变越大，它具有的弹性势能就越大，形变越小，具有的弹性势能就越小；当弹簧形变相同时，性质不同的弹簧弹性势能不同。 5、探究弹性势能的大小与哪些因素有关 （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验设计：‌使用两根材料不同的弹簧A和B（‌长度和粗细相同）‌，‌小球、‌木块和长刻度尺。‌将弹簧按照不同的压缩长度安装好，‌确保弹簧被压缩的长度在弹性限度内。‌将小球置于弹簧的右端，‌放手后观察小球弹出的距离，‌以及木块被推动的距离。‌ （3）实验操作‌ 第一次实验中，‌将弹簧压缩到一定的长度ΔL1，‌记录木块被推动的距离S1。‌ 第二次实验中，‌将弹簧压缩到长度ΔL2（‌ΔL2＞ΔL1）‌，‌再次记录木块被推动的距离S2。‌ （4）数据分析：‌比较S1和S2的距离，‌如果S2的距离大于S1，‌说明弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。‌‌ （5）实验结论：同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。 【典例2】某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到： 物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B 球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动时的能量损失不计）。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为 h3，且h1<h2<h3。 （1）本实验是通过观察 来判断重力势能大小的，这种研究方法叫 法； （2）比较A、B两球，可得出重力势能与 有关； （3）比较 两球，可得出结论：当物体质量相同时， ； （4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径 （填“有关”或“无关”）。 【变式2-1】如图所示，在粗糙水平台面上，一轻质弹簧左端固定，右端连接一金属小球，弹簧在自然长度时，小球位于O点：当通过小球压缩弹簧到A位置时，释放小球；然后小球从A点开始向右运动，最远运动到B点，则（　　） A．小球在AO之间某点处，速度达到最大 B．小球在O点处速度达到最大 C．小球在B点速度为0达到平衡状态 D．AO=OB 【变式2-2】在做“探究物体的重力势能与哪些因素有关”的实验时，三个完全相同的木桩被从正上方由静止释放的铁块撞击后，陷入沙坑中的情况如图所示。不计空气阻力，铁块在下落过程撞击木桩之前，将重力势能转化为 能．若B、C两个铁块被释放时的重力势能分别为EB和EC，则EB EC（选填“＞”“＜”或“=”，下同）．若A、B两个铁块质量相同，则两个铁块下落的高度hA hB。 【变式2-3】探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”，同学们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧压缩的长度、弹簧粗细、弹簧原长有关。实验器材有：弹簧若干、木块一个、刻度尺一把、一个长木板（一侧光滑一侧粗糙）。 （1）探究“弹簧弹性势能的大小与弹簧压缩的长度是否有关”，将长木板水平放置（左侧光滑，右侧粗糙），取一根弹簧左端固定在墙上，三次用木块压缩弹簧然后释放，如图所示s1＜s2＜s3； ①实验中，弹簧弹性势能大小是通过 来间接反映的； ②分析信息可得结论： ； ③木板左侧光滑的目的是： ； （2）在探究“弹簧弹性势能的大小与弹簧原长是否有关”，选三根粗细相同、长度不同的弹簧，用木块将弹簧都压缩到同一位置M点释放，实验操作存在问题是： 。 动能和势能的相互转化 知识点3 1、机械能：动能和势能之和称为机械能。动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和势能是机械能的两种表现形式。 2、动能和重力势能之间可以相互转化：动能和重力势能之间的相互转化一般发生在只受重力作用下的运动过程中，例如滚摆在下降的过程中，越转越快，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能；滚摆在上升过程中，越转越慢，它的重力势能越来越大，动能越来越小，动能转化为重力势能。 3、动能和弹性势能之间也可以相互转化：它可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间，例如，从高处落下的皮球与地面撞击的过程中，由于皮球发生弹性形变，皮球的动能转化为弹性势能，皮球在恢复形变的过程中，它的弹性势能转化为动能．拉弯的弓把箭射出去的过程中，拉弯的弓具有弹性势能，射出去的箭具有动能，这是弓的弹性势能转化为箭的动能。 4、机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 5、各种形式的能量都可以相互转化：如电能可以转化为光能和内能；太阳能可以转化为电能等，动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式，能量转化过程中一种能量减少，另一种能量增加。 6、水能的利用 （1）我们的祖先利用水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉。 （2）修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机。将发电机装在水轮机的上面，并把它们的轴连接在一起，由水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。 7、风能的利用 （1）我们的祖先利用风力鼓起帆来推动船航行。 （2）风吹动风车，带动发电机发电。在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田联 在一起供电。 【典例3】2010年1月4日，828米高的哈里发大楼（此前称为“迪拜塔”）举行了落成启用典礼，从而揭开了全球建筑史新的一页。两名高空跳伞高手应邀前来挑战当前全球最高楼的跳伞纪录，当这两名高空跳伞高手从空中自由下降时，它受到重力和阻力的作用，在下降的过程中是 能转化为 能，机械能 。 【变式3-1】如图是足球落地后又弹起的示意图，分析可知，足球（　　） A．在B点时受力平衡 B．在A、D两点动能不可能相等 C．在运动过程中，只存在动能和势能的相互转化 D．D点的动能大于E点 【变式3-2】如图所示，铅球从出手（a点）到将要落地（c点）的过程中，不计空气阻力。关于铅球离开手后的运动过程，下列说法中正确的是（    ） A．铅球上升（a→b）过程中，运动员对铅球做功 B．a、b、c三点中，出手时a点速度大于c点的速度 C．铅球运动到最高点（b点）时，其动能为零 D．铅球下落过程中，重力势能转化为动能 【变式3-3】如图是同学使用弹簧拉力器进行锻炼的情景。对同一个拉力器，在将手臂完全伸展开来的情况下， （选填“力气大的”“手臂长的”或“体重大的”）同学需要用的力最大。弹簧在伸长过程中， 能变大。如果分别使用“弹簧拉力器”和“杠铃”进行锻炼，与地球上相比，在月球上使用 （选填“弹簧拉力器”、“杠铃”或“一样”）省力。 一、单选题 1．将纸锥从高处释放，若纸锥竖直下落时，受到的空气阻力随下落速度的增大而增大，则纸锥落地前，在空中竖直下落过程中，下列情形可能的是（　　） A．动能先增大后不变 B．动能先增大后减小 C．动能保持不变 D．重力势能保持不变 2．图为河北丰宁抽水蓄能电站（目前世界装机容量最大）的示意图。用电低谷时，通过电力将水从下水库抽到上水库；用电高峰时，再由上水库放水至下水库发电。下列说法正确的是（　　） A．水从下水库被抽到上水库，重力势能减小 B．物料运输车沿盘山路行驶，速度增大时，动能减小 C．放水发电时，水由上水库至下水库，水的机械能变大 D．水沿自流排水洞自动向下流动时，重力势能转化为动能 3．如图所示，质量相等的A、B两个小球用无弹性细线系住，OA比OB短。将两球拉到同一高度处且保持细线水平拉直，然后将两球由静止释放，不计空气阻力，当小球至最低点时（    ） A．刚释放时B球的重力势能大于A球的重力势能 B．当小球摆到最低点时两球的动能相等 C．摆到最低点时两球的机械能相等 D．整个过程中没有力对小球做功，所以小球机械能守恒 4．如图甲所示，水平桌面上放有一内壁光滑的竖直圆筒，筒底固定一根弹簧，最高点位于A点。将一小球放置在弹簧上，静止时位于B点（如图乙）。现将小球下压至C点，并用此处的装置锁定（如图丙）。解锁后，小球向上弹出筒口（不计空气阻力），到达最高点D。下列关于上升过程中，说法正确的是（   ） A．小球的机械能先变大后不变 B．小球到达A点时动能最大 C．C到B的过程中，小球的动能转化为重力势能 D．A到D的过程中，小球的重力势能转化为动能 5．如图所示，一轻弹簧下端固定，竖立在水平面上，正上方 A 位置有一只小球。小球从 静止开始下落，在 B 位置接触弹簧上端，在 C 位置小球所受弹力大小等于重力，在 D 位置小球速度减小到零。不计空气阻力，小球下降阶段下列说法中正确的是 （　　） A．在 B 位置小球动能最大 B．在 C 位置弹簧弹性势能最大 C．从 A→D 位置小球重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加 D．从 A→C 位置小球重力势能的减少量等于小球动能的增加量 6．如图所示，小球沿轨道由静止A处经B、C运动到D处的过程中，小球在C处的高度高于D处，忽略所有阻力及摩擦，下列说法正确的是（　　） A．小球运动到D处时动能刚好为零 B．小球在B处的动能等于在C处的动能 C．小球在C处的速度小于在D处的速度 D．小球在A处的机械能大于在D处的机械能 7．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，到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（忽略空气阻力），下列说法正确的是（　　） A．从O点到C点运动员速度一直减小 B．从O点到C点运动员的机械能一直在增大 C．从O点到A点运动员的机械能不变 D．运动员在A点时速度最大 8．一货物在吊车钢索的拉力作用下，竖直向上运动，（不考虑空气阻力和钢索的重力），货物运动的路程一时间（s—t）图像如图所示，根据图像，下列判断正确的是（　　） A．4s时钢索的拉力大小大于8s时钢索的拉力大小 B．货物竖直向上运动时，4s时的动能小于10s时的动能 C．0~6s内钢索拉力做的功小于6~12s内钢索拉力做的功 D．0~6s内钢索拉力的功率大于6~12s内钢索拉力的功率 二、填空题 9．如图所示小球以某速度从M点开始沿粗糙轨道MOP运动，经P点离开轨道，上升至最高点N，又下落经过Q点，N位于P、Q之间，O、P、Q处在同一水平高度。若不计空气阻力，小球经过O、P两点时动能 （相等/不等）；小球到达最高点N时速度 （可能/不可能）为零；小球到达的最高点N （可能/不可能）高于M点；小球经过N点时的机械能 （可能/不可能）大于经过Q点时的机械能。 10．2024年8月6日，巴黎奥运会女子10米跳台决赛，全红婵第一跳丝滑入水，全部裁判给出10分，再现全满分名场面，最终以425.60分获得金牌成为中国奥运历史上最年轻的三金得主。下图是跳水过程中分解图。 (1)跳水运功员在起跳时，需要注意身体姿势的协调，同时要控制好起跳的力度和角度。在起跳过程中是跳板的 能转化为运动员的 能，帮助运动员起跳的； (2)某跳水运动员质量是42kg，从10米跳台跳下，用时1.4秒。在整个跳水过程中，运动员的重力做功为 J，重力做功的功率为 W。 11．如图所示的摩天轮是武汉的一个地标建筑——“东湖之眼”，直径达49.9米，有28个座舱，游客可以通过它看到东湖的别样之美。若小明随座舱在竖直平面内匀速转动，从最低点转动到最高点的过程中，小明的动能 ，重力势能 ；从最高点转动到最低点的过程中，小明的机械能 （以上均选填“增大”、“减小”或“不变”）。 12．如图所示，将摆球从A点静止释放，经过最低点O到达B点，A、B两点等高，摆球从A点到O点的过程中， 能转化为动能。整个过程中，摆球的机械能大小 （选填“不变”或“减小”）。 13．如图是一种常见的订书机，固定在槽内后部的弹簧给钉子一个向 （填“左”或“右”）的弹力，能使订正运动，说明发生弹性形变的物体具有 能。在订书机某次正常使用过程中，该弹力将 （填“增大”“减小”或“不变”）。 14．如图所示，飞机向目标位置空投救灾物品，在 （选填“A”、“B”或“C”）位置释放物品较合理。救灾物品下落的过程中速度越来越大，受力 （选填“是”或“不是”）平衡的，物品的动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 三、实验题 15．在探究物体的动能大小跟哪些因素有关的实验中，同学们设计了如图实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平方向向右运动直至停止，其中m2＞m1，h2＞h1（不考虑空气阻力）： (1)实验中是通过观察 来判断钢球的动能大小； (2)用来研究超速安全隐患时，我们应选择 两图所示实验来进行比较； (3)在图甲、丙中，若s3＞s1，则表明物体的动能与质量的关系是： ； (4)小明将实验进行了改装：如图丁所示，将同一木块放在弹簧原长处，用形状相同质量不同的实心塑料球和铁球将弹簧压缩到相同程度后放手，发现两球离开弹簧时的速度 （选填“相同”或“不同”），木块被推开的距离 （选填“相同”或“不同”）。 16．小红看到“严禁高空抛物”的警示牌，于是探究物体重力势能的大小与哪些因素有关。如图所示，她将三个相同的木桩置于等高的位置，让物体甲、乙、丙从木桩正上方某一高度由静止自由下落，将木桩打入沙中。已知：物体甲、乙、丙质量关系 。 (1)重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度可判断物体 释放前具有的重力势能最大，这种方法在物理学中属于 。 (2)比较图（a）和（b），可探究重力势能的大小与 的关系； (3)处于高处的重物具有较大的 能，下落过程中转化为 能，一旦砸中行人或物品会造成严重后果。 (4)某组同学在探究时为了显示重力势能的大小，A同学用橡皮泥代替沙子，B同学用海绵代替沙子，你认为 （填“A”或“B”）同学的做法更合适。 17．用如图甲所示的装置探究“影响物体动能大小的因素”。将小球A从某一高度由静止释放，小球滚到水平面撞击水平木板上的木块B，将木块撞出一段距离。 (1)本实验研究的是 （填“小球”或“木块”）的动能大小，在实验中其动能的大小是通过比较 来判断的； (2)让质量不同的小球从斜面的 （相同/不同）高度滚下，目的是让小球到达水平面时 相同； 次数 小球质量/g 小球高度/cm 木块滑行距离/cm 1 20 20 30 2 40 20 58 3 60 20 83 (3)从表中数据可以初步得出结论：物体速度一定时， 越大，动能越大； (4)有同学将实验装置改进成图乙所示，设计了以下两个实验方案探究动能的影响因素： 方案1： 用同一小球将同一弹簧压缩至不同程度，静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击后移动的距离； 方案2： 用质量不同的小球将同一弹簧压缩相同程度，静止释放，撞击同一木块，比较木块被撞击后移动的距离；该同学的两个方案中，能完成“探究某个因素”的是 ___________ A．方案1 B．方案2 C．方案1和方案2 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $