第4节 机械能及其转化（举一反三讲义）物理沪科版（五四学制）八年级下册

本讲义聚焦“机械能及其转化”核心知识点，从能量概念切入，系统梳理动能（质量与速度影响）、重力势能（质量与高度影响）、弹性势能（弹性形变程度影响）的定义及影响因素，通过实验探究构建各能量间转化规律，形成完整知识支架。 资料以实验探究为核心，如动能实验用控制变量法和转换法（木块滑行距离反映动能），结合生活实例（高空抛物、交通限速）培养科学思维与物理观念。含思维导图、典例变式及巩固训练，课中辅助实验教学，课后助力学生查漏补缺。

第4节 机械能及其转化 目录 学习目标 1 思维导图 2 知识梳理 2 知识点一、动能 2 知识点二、重力势能 6 知识点三、弹性势能 9 知识点四、动能与势能的互相转化 11 方法技巧 14 方法技巧一、正确判断动能和势能的变化 14 方法技巧二、控制变量法和转换法的应用 15 方法技巧三、比较动能和势能的异同 15 巩固训练 15 学习目标 1. 通过对生活实例的观察和分析，从做功的角度描述能量，了解能量和做功的关系。知道动能、重力势能和弹性势能的概念。能用能量的观点解释生产生活中的现象，初步形成能量的观念。 2. 通过分析现象和抽象概括建立动能、重力势能、弹性势能的概念，发展科学思维。 3. 能通过生活实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。知道机械能，能解释与机械能转化有关的现象。 重点：研究影响动能和势能大小因素的实验。 难点：研究影响动能和势能大小因素的实验中，所测物理量的转换问题。 思维导图 知识梳理 知识点一、动能 1. 能量与动能 （1）现象探究：什么情况下能做功。分析下述实例有什么共同特点？ 湍急的流水推动水车 飞行的子弹击碎灯泡 拉开的弓将箭射出 【分析】流动的水对水车做了功；飞行的子弹对苹果做了功；拉开的弓对箭做了功。 【探究归纳】上述实例的共同特点是物体对外做了功。 （2）能量：如果一个物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能。单位是焦耳（J）。 （4）对能量的理解：能量是表示物体做功本领的物理量。物体做功过程实质上是能量转化或转移的过程，物体能够做功越多，表示这个物体所具有的能量越大。 （5）动能：物体由于运动而具有的能量叫做动能。一切运动的物体都具有动能。例如，空中飞行的飞机、地上行驶的汽车、河水的流动等。 2. 实验：探究物体的动能跟哪些因素有关 【实验思路】如图，钢球A从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰到木块B后，能将B撞出一段距离s。在同一水平面上，木块B被撞得越远，钢球A对B做的功就越多，A的动能就越大。 【实验方法】 ①转换法：通过被撞物体B运动的距离s来反映动能的大小。 ②控制变量法：在探究动能大小可能与物体运动速度、物体的质量有关时，每次实验这两个变量只能变化一个。 【进行实验】 （1）探究动能大小与速度的关系 ①控制钢球的质量m不变。 ②让同一钢球分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块。 ③观察并测量木块被撞出的距离s甲与s乙。 ④实验记录表 次数 质量m/kg 高度h/cm 推动木块的距离s/cm 1 0.1 10   2 0.1 15   3 0.1 20   （2）探究动能大小与质量的关系 ①控制速度不变，即固定钢球在滑槽上的释放位置的高度2h不变。 ②改变钢球的质量m。 ③观察并测量木块被撞出的距离s甲与s丙。 ④实验记录表 次数 质量m/kg 高度h/cm 推动木块的距离s/cm 1 0.1 10   2 0.2 10   3 0.3 10   【分析与论证】 探究（1）中：钢球质量相同，钢球达到斜面底端的速度越大，木块被撞击滑行的距离越远。说明：钢球的动能大小与速度有关，速度越大，动能越大。 探究（2）中：钢球达到斜面底端速度相同时，钢球质量越大，木块被撞击滑行的距离越远，说明：钢球的动能大小与质量有关，质量越大，动能越大。 【实验结论】 大量实验和研究表明，物体的动能大小与它的速度和质量都有关系。质量相同的物体，速度越大，动能越大；速度相同的物体，质量越大， 动能越大。 【交流与讨论】 （1）使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放（重力势能转化为动能）。 （2）将质量不同的钢球放在斜面上同一高度处静止释放的目的：控制钢球达到斜面底端时具有相同的初速度（钢球的速度与质量无关）。 （3）将质量相同的钢球由斜面上不同位置静止释放的目的：改变钢球达到斜面底端时的初速度。 （4）实验改进 ①若木块质量较大，为确保实验现象较明显，可增大钢球滚下的高度。 ②不用木块的实验改进：在桌上铺一条毛巾，用钢球在毛巾表面滚动的距离来反映动能的大小。 （5）实验结论的应用：生活中超载、超速问题（超速：速度大，超载：质量大；则使车辆的动能大，危险性大）。 3. 与动能有关的现象及解释 某段道路的标示牌如图所示：小型客车最高行驶速度不得超过100km/h；大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过80km/h。 这是因为，同一辆汽车，速度越大，具有的动能越大，危害性也越大。所以限制机动车的最高行驶速度才能保证机动车行驶的安全性。如果载货车与小汽车的行驶速度相同，由于载货车的质量大，具有的动能大，危害性大，所以质量大的大型货车最高行驶速度要小些。 【典例1】力和运动、功和能量是物理学的核心概念，它们之间存在着密切的联系。关于力和运动、功和能量之间的关系，下列说法错误的是（　　） A．运动的物体一定具有能量 B．物体受到力的作用，力一定对物体做功 C．做功的本质是能量的转化 D．功和能量的单位都是焦耳 【答案】B 【详解】A．物体由于运动而具有的能量叫动能，运动的物体具有动能，故A正确，不符题意； B．有力作用在物体上，如果物体没有在力的方向上通过一定的距离，则力没有对物体做功，故B错误，符合题意； C．做功是能量转化的重要途径，它不仅反映了力的空间累积效应，也是能量守恒和转化定律的具体体现，通过做功，各种能量形式之间得以相互转化，故C正确，不符合题意； D．为纪念焦耳在热学和能量研究领域取得的卓越成就，物理量以其名字命名功和各种能量的基本单位，故D正确，不符合题意。 故选B。 【变式1】如图所示，“和谐号”动车在水平站台上加速启动的过程中，它的（　　） A．质量变大 B．动能变大 C．摩擦力变大 D．惯性变大 【答案】B 【详解】A．“和谐号” 动车在水平站台上加速启动的过程中，其所含物质的多少不变，所以质量不变，故A不符合题意； B．动车加速启动，速度增大，质量不变，动能变大，故B符合题意； C．动车在水平站台上加速启动，对地面的压力不变，接触面的粗糙程度不变，所以摩擦力不变，故C不符合题意； D．因为质量不变，而惯性大小只与质量有关，所以惯性不变，故D不符合题意。 故选B。 【变式2】如图所示是“研究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置。下列说法正确的是（　） A．水平面越光滑越好 B．木块被撞的远近反映了钢球动能的大小 C．改变钢球在斜面上滚下时高度，是为了研究物体的动能跟高度的关系 D．用不同质量的小球进行实验得到的结论可以解释为什么要对机动车的最高行驶速度进行限制 【答案】B 【详解】AB．本实验的研究对象是钢球，实验研究的是钢球的动能大小；根据转换法，通过比较物块在同一水平面上被撞击的距离来比较钢球到达水平面时动能的大小，若水平面越光滑，物块的距离越长，不易操作，故A错误，B正确； C．改变钢球在斜面上滚下时高度，钢球到达斜面底端的速度不同，钢球的质量不变，是为了探究动能与速度的关系，故C错误； D．用不同质量的钢球进行实验得到的结论可以解释为什么要对机动车的最高质量进行限制，而不是速度进行限制，故D错误。 故选B。 【变式3】如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，将小钢球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下。完成甲、乙、丙所示的三次实验，其中h1=h3>h2，mA=mB<mC。 （1）小钢球在滚下斜面的过程中，它的动能大小是通过 （选填“高度h”或“距离s”）大小来反映的； （2）分析比较甲和乙两组实验可得，物体质量相同时，速度越大，动能越 ； （3）分析比较 两组实验可得出物体的动能与质量的关系； （4）综合上述可知，如图丁所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高 。 【答案】(1)距离s；(2)大；(3)甲、丙；(4)车速 【详解】（1）小钢球从斜面滚下的过程中，其动能大小是通过小木块移动的距离大小来反映的，移动的距离s越大，说明小钢球的动能越大。 （2）由甲、乙两组实验可知，高度h越大，小钢球到水平面时的初速度越大，小木块向前移动的距离s越远，说明小钢球的动能越大，故分析比较甲和乙两组实验可得，物体质量相同时，速度越大，动能越大。 （3）根据控制变量法可知，若想分析物体的动能与质量的关系，应控制速度相同、质量不同，甲、丙两组实验中小钢球的质量不同，其高度相同，小球到水平面的初速度相同，故由甲、丙实验可得出物体的动能与质量的关系。 （4）速度相同时，质量越大物体的动能越大，故图中所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高车速。 知识点二、重力势能 1. 重力势能 （1）现象探究：被举高的物体能做功。 ①观察打桩机打桩的过程。如图所示，打桩机在工作时，先把“重锤”高高举起，“重锤”落下，可以把桩打入地里。 ②高空抛物现象曾被称为“悬在城市上空的痛”。它曾与“乱扔垃圾”齐名，排名第二。高空抛物，既伤人又伤物。 【分析】被举高的重锤能够对桩做功，说明被举高的重锤具有能量。高空抛出的物体能够做功，说明高处的物体具有能量。 【探究归纳】高处的物体都具有能量，这种能量是物体由于受到重力产生的。 （2）重力势能 物理学中把物体由于受重力作用而具有的与高度有关的能量叫做重力势能。 2. 决定重力势能大小的因素 【设计并进行实验】 （1）探究重力势能大小与质量的关系：如图所示，让质量不同的小球A、B、C分别从同一高度由静止开始下落，观察小球陷入花泥的深度。 （2）探究重力势能的大小与高度的关系：让质量相等的小球A、D、E分别从不同的高度由静止下落，观察小球陷入花泥的深度。 【分析与论证】 探究（1）中：同一物体从不同高度的位置下落时，小球陷入花泥的深度不同；高度越高，小球陷入花泥的深度越大。 说明：质量相等的物体，高度越高，重力势能越大。 探究（2）中：质量不同的小球从同一高度下落时，质量越大，小球陷入花泥的深度越大。说明：高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。 【实验结论】大量实验和研究表明，物体的重力势能与其质量和所处位置的高度有关。高度相同的物体，质量越大，重力势能越大；质量相同的物体，位置越高，重力势能越大。 【典例1】民法典规定：禁止从建筑物中抛掷物品，高空抛物存在巨大的安全隐患，是因为高处的物体具有较大的（　　） A．重力 B．弹性势能 C．动能 D．重力势能 【答案】D 【详解】由题意可知，高空抛物现象之所以存在巨大的安全隐患，是因为物体被举高后具有了重力势能，而且物体的质量越大、高度越高，重力势能越大，因此高空抛物会造成很大的危害，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。 【变式1】自然界存在着大量的机械能，水力、风力发电的共同特点是利用水或风的 能发电。三峡大坝关闸蓄水的首要目的是提高水的 能。如图，水电站应该修在 （选填“A”或“B”）处。 【答案】 动 重力势 A 【详解】[1]水力、风力发电时，水或风是运动的，利用的是水或风的动能发电。 [2]三峡大坝关闸蓄水，是让水的高度增加，首要目的是提高水的重力势能。重力势能与物体的质量和高度有关，高度越高，重力势能越大。 [3]水电站应修在A处，因为A处，水的落差更大，水从高处流下时，重力势能转化为动能更多，能更有效地推动水轮机发电。 【变式2】为响应国家“每日体育锻炼时间不低于两小时”的要求，某校组织学生远足爬山，开展户外运动。爬山区域等高线如图所示，不考虑重力变化，队伍重力势能最大的位置是（　　） A．A处 B．B处 C．C处 D．D处 【答案】D 【详解】重力势能与物体的质量和所处高度有关，学生远足爬山过程中，质量不变，高度越高，重力势能越大，由图可知，D位置高度为800m，高度最高，因此队伍重力势能最大的位置是D处。故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。 【变式3】在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物 A、B、C 的质量关系为mA=mB＜mC ，木桩相同。木桩和重物位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被 打击陷入沙中的情形如图乙所示，重物 B、C 将木桩打入沙中的深度相同。 （1）重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度判断 （填“重物 ” 或“木桩 ”）的重力势能大小，这种方法在物理学中属于 （填“转换法 ”或“控制变量法 ”）。 （2）比较 两个重物将木桩打入沙中的深度，可得出的结论是：物体的质量一定时，下落高度越高，重力势能越大。 （3）我们 （填“能 ”或“不能 ”） 比较出甲图中重物B、C的重力势能的大小。 （4）某组同学在探究时为了显示重力势能的大小， 甲同学用橡皮泥代替沙子，乙同学用海绵代替沙子，你认为 （填“甲”或“乙”）同学的做法更合适。 【答案】(1)重物，转换法；(2)A、B；(3)能；(4)甲 【详解】（1）本实验是通过观察木桩陷入沙中的深浅来判断影响重物的重力势能大小的因素，让重物自由下落打击木桩，因重力势能的大小无法直接观察到，通过观察木桩陷入沙中的深度判断重物的重力势能大小，这种方法在物理学中属于转换法。 （2）探究重力势能的大小和重物下落高度的关系，根据控制变量法可知应控制物体的质量一定，改变物体下落的高度； 由题意和图甲可知，重物A、B的质量相等，重物B的高度大于重物A的高度，由图乙可知，重物B撞击木桩陷入沙中的深度大于重物A撞击木桩陷入沙中的深度，所以可得出的结论：物体的质量一定时，高度越高，物体的重力势能就越大。 （3）由题意和图示知，虽然重物B、C下落的高度不同，质量也不同，但是重物将木桩打入沙中的深度相同，结合转换法可知甲图中重物B、C的重力势能是相等的，即能比较重物B、C的重力势能的大小。 （4）本实验是通过观察木桩陷入沙中的深浅来判断影响重物的重力势能大小的因素，因重力势能的大小无法直接观察到，所以采用的是转换法，橡皮泥形变不能恢复，便于前后进行比较，而海绵会部分恢复原状不能保持最大形变，故更合适的是甲的方法。 知识点三、弹性势能 1. 弹性势能 （1）现象探究：物体发生弹性形变与做功 射箭 蹦床 弓的形变越大，箭射得越远 【事例】运动员在射箭比赛时，拉弯的弓能将箭射出；在蹦床时，运动员可以 “跳” 的很高。 【分析】被拉弯的弓和发生形变的蹦床可以把箭射出去、把人弹起，弓和弹簧能够对外做功，说明他们具有能量。 【结论】发生弹性形变的物体具有能量。这种形式能量的产生是由于发生弹性形变的物体在恢复形变时可以做功，故具有能量。 （2）弹性势能：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 【事例】钟表的发条，拧的越紧，指针走动的时间越长；弹弓的皮筋拉的越长，弹丸被弹射的越远。观察如上图所示的射箭比赛，会发现弓的形变程度越大，箭射得越远。 【分析】以上发生弹性形变的物体，其弹性形变越大，具有的弹性势能越大。可见物体的弹性势能与弹性形变程度有关。 【结论】物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。 3. 势能：重力势能和弹性势能统称为势能。 【典例1】运动员在射箭比赛时总把弓拉得很弯，其主要目的是（　　） A．增大箭的重力势能 B．使箭能沿直线运动 C．增大箭的弹性势能 D．增大弓的弹性势能 【答案】D 【详解】物体的弹性形变程度越大，其弹性势能就越大，把弓拉得很弯就是让弓的弹性形变程度增大；题中只是说把弓拉得很弯，所以不能增大箭的弹性势能和重力势能；故ABC错误，D正确。 故选D。 【变式1】如图所示，弹簧的一端固定在竖直木板上，用手推小车将弹簧压缩后松手释放，小车被弹开。弹簧的弹性形变越 ，弹性势能越 ，小车滑行的距离越远。 【答案】 大 大 【详解】弹簧具有弹性，小车将弹簧压缩后，弹簧发生了弹性形变，弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能越大，松手后对小车做功，小车滑行的距离越远。 【变式2】小明看到运动员拉弓射箭时，弓拉得越弯，箭射得越远。小明猜想：弹性势能的大小可能与物体的弹性形变有关。 （1）为验证其猜想是否正确，他设计了如图实验（弹簧被压缩后未超过其弹性限度）：如图所示，将同一个弹簧压缩 （选填“相同”或“不同”）的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分析比较木块 ，从而比较弹簧弹性势能的大小； （2）若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的，理由是 ； （3）在此实验中你猜想：弹性势能的大小还与弹簧的 有关。 【答案】(1)不同，运动距离；(2)不能，见解析；(3)材料 【详解】（1）此题要改变弹簧的弹性形变大小，因此要将同一个弹簧压缩不同的长度；运用转换法，观察木块被推动距离的远近来比较弹性势能的大小。 （2）若水平面绝对光滑，木块就会做匀速直线运动，无法比较木块移动距离的远近，达不到探究目的。 （3）弹性势能的大小与弹性形变和材料有关，在此实验中还可以猜想：弹性势能的大小还与弹簧的材料有关。 【变式3】把常用的按钮式圆珠笔笔尖朝上，笔尾抵在桌面用力按下后放手，它会弹起很高。把它拆开后发现，它能弹起的原因是内部装有一根弹簧，如图甲所示。图乙中，A为按下后放手的时刻，B为按下后弹簧恢复原长的时刻，C为向上运动到最高点的时刻。弹簧的弹性势能在 （选填“A”“B”或“C”）点最大。圆珠笔在B→C过程，动能转化为 。 【答案】 A 重力势能 【详解】弹性势能大小与弹性形变程度有关，形变越大，弹性势能越大，A点是按下后放手时刻，此时弹簧形变最大，所以弹簧的弹性势能在A点最大。 圆珠笔在B到C的过程中，质量不变，速度减小，高度增大，动能减小，重力势能增大，是动能转化为重力势能。 知识点四、动能与势能的互相转化 1. 机械能 （1）事例分析：分析高空运动的物体所具有的能量。例如，飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有重力势能，一个物体可以既有动能，又有势能，把这两种能量加在一起，就是它的机械能。 （2）定义：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 2. 动能和势能的转化 （1）如图所示，小滑块自光滑斜面由静止下滑至水平面的过程中，高度降低，速度增大。小滑块的重力势能转化为动能。 （2）如图所示，运动员持竿助跑、撑竿起跳过程中，运动员的动能转化为运动员的重力势能和撑竿的弹性势能。在运动员自由下落时，重力对运动员做功，运动员的重力势能减少，动能增加，部分势能转化为动能。 （3）归纳结论 动能和势能可以相互转化。动能和重力势能可以相互转化，动能和弹性势能可以相互转化。 注意：判断动能和势能相互转化的方法 ①动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且一定是此增彼减。 ②动能的增减变化要以速度的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面高度的变化来判断；弹性势能的增减要根据弹性形变大小的变化来判断。 【典例1】如图所示是小球在地面弹跳的频闪照片，A、B两点高度相同，小球在A点的重力势能 B点的重力势能，小球在A点的机械能 B点的机械能，小球在A点的动能 B点的动能。（以上均选填“大于”、“等于”或“小于”） 【答案】 等于 大于 大于 【详解】小球在A点的高度和B点的高度相等，质量也没变，根据重力势能的影响因素可知：小球在A、B两点的重力势能相等。 由于小球在A位置的这次弹跳要高于B位置的这次弹跳，所以，小球在A、B两位置时的机械能的大小不同，A位置的机械能大于B位置时的机械能，因此，在A、B两位置重力势能相等的情况下，A位置的动能大于B位置的动能。 【变式1】质量相同的甲、乙两个小球，从静止开始自由下落，经过如图所示的位置时机械能相等，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．两球在落地瞬间的速度 B．此时甲、乙两球的重力势能相等 C．此时甲、乙两球的速度 D．两球下落前的初始位置的高度 【答案】D 【详解】A．不计空气阻力，机械能守恒，最终重力势能全部转化为动能，甲乙机械能相等，故落地瞬间动能相等，即甲乙落地瞬间速度相等，故A错误； BC．甲乙质量相等，图中位置乙高度大于甲，所以乙重力势能大于甲。此时甲乙机械能相等，说明甲的动能大于乙，所以甲的速度大于乙，故BC错误； D．不计空气阻力，机械能守恒，两球质量相等，机械能相等，又都是从静止释放，说明下落前动能均为零，所以两球下落前重力势能相等，即初始位置高度相同，故D正确。 故选D。 【变式2】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 【详解】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。 【变式3】如图所示，将一张卡片对折，在开口的一边剪两刀，然后将橡皮筋套在开口边，就做成了一个会“跳”的卡片，将卡片反过来，用手压平在桌面上，使橡皮筋伸长，迅速松开手，会看到卡片跳起，这一现象说明：发生弹性形变的橡皮筋具有 能，对卡片做功。卡片在上升过程中，重力势能将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 弹性势 增大 【详解】物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能。橡皮筋被拉伸发生了弹性形变 ，所以具有弹性势能，其恢复原状时对卡片做功，使卡片跳起。 重力势能的大小与物体的质量和高度有关。卡片在上升过程中，质量不变，高度增加，其重力势能增大。 方法技巧 一、正确判断动能和势能的变化 1. 物体的动能由物体的质量和其速度的大小共同决定，在讨论质量和速度对动能大小的影响时，必须注意两个因素，而不可忽略任何一个。 2. 影响重力势能大小的因素 决定因素：物体的质量和高度。在高度一定时，物体的质量越大，它具有的重力势能越大；在物体的质量一定时，高度越大，它具有的重力势能越大。 3. 弹性势能的大小与弾性物体材料本身及发生弹性形变的程度有关。弾性物体的弾性越强，弹性形变程度越大，它具有的弹性势能就越大。 二、控制变量法和转换法的应用 1. 探究影响动能大小的因素 （1）控制变量法：要探究动能与质量的关系，就需要控制小球的速度不变，只改变小球的质量进行实验；要探究动能与速度的关系，就需要控制小球的质量不变，只改变小球的速度进行实验。 （2）转换法：通过木块被碰撞后的滑动距离来反映小球的动能大小。 2. 探究影响势能大小的因素 （1）采用同一重物，控制质量不变的目的是排除质量因素对实验结果的影响，此处采用的是控制变量法。 （2）小方桌陷入沙中越深，说明重物原来具有的重力势能越大，记录并比较小方桌下陷的深度，是为了比较重物具有的重力势能的大小，此处采用的是转换法。 三、比较动能和势能的异同 异同点 动能 势能 重力势能 弹性势能 不同点 形成 原因 物体由于运动而具有的能 物体由于受到重力并处在一定高度所具有的能 物体由于发生 弹性形变而具有的能 特点 一切运动的物体都具有动能 一切被举高的物体 都具有重力势能 一切发生弹性形变的 物体都具有弹性势能 决定 因素 质量和速度 质量和高度 弹性形变程度 相同点 都是能量的一种具体形式,都具有做功的本领 巩固训练 1．下列物体中。既具有动能又具有势能的是（　　） A．停在空中的热气球 B．被拦河大坝拦住的河水 C．正在操场上进行800m赛跑的运动员 D．从空中匀速下落的羽毛 【答案】D 【详解】运动的物体具有动能，高处的物体具有重力势能，发生弹性形变的物体具有弹性势能。 A．停在空中的热气球只有重力势能，没有动能，故A不符合题意； B．被拦河大坝拦住的河水，没有动能，也没有重力势能，故B不符合题意； C．正在操场上进行800m赛跑的运动员没有重力势能，只有动能，故C不符合题意； D．从空中匀速下落的羽毛既具有动能又具有重力势能，故D符合题意。 故选D。 2. 晓明乘坐电梯回家，他查阅资料知道，电梯先加速上升一小段，再匀速上升一段时间，然后再减速停到对应的楼层。在此过程中（    ） A．晓明的动能一直在增加 B．晓明的动能保持不变 C．晓明的机械能保持不变 D．晓明的重力势能一直在增加 【答案】D 【详解】AB．动能的影响因素是质量和速度，由于晓明在电梯上，加速上升一小段，再匀速上升一段时间，然后再减速停到对应的楼层，因此动能先增加，再不变，最后减小，故AB不符合题意； C．加速上升过程中，高度增加，重力势能增加，动能增加，因此机械能增加，故C不符合题意； D．由于电梯一直上升，晓明的质量不变，高度一直增加，则重力势能增加，故D符合题意。 故选D。 3. 自行车沿斜坡匀速驶下的过程中，它具有的（　　） A．重力势能减小，动能不变 B．重力势能减小，机械能不变 C．重力势能减小，动能增大 D．动能不变，机械能增大 【答案】A 【详解】AC．自行车沿斜坡匀速驶下的过程中，质量不变，速度不变，动能不变，高度减小，重力势能减小，故A不符合题意，C符合题意； BD．自行车驶下过程中，没有发生弹性形变，不具有弹性势能，机械能＝动能+势能，动能不变，势能减小，机械能减小，故BD不符合题意。 故选A。 4．我们上楼梯时，下列有关机械能变化的情况，有可能的是（    ） ①动能不变，势能变大    ②动能变大，势能不变 ③动能不变，势能不变    ④动能变大，势能变大 A．①② B．③④ C．②③ D．①④ 【答案】D 【详解】动能的大小与质量和速度有关，上楼梯时，人的质量不变，速度大小可能改变，因此动能可能变大，可能不变，可能变小；重力势能的大小与质量和高度有关，上楼梯时，人的质量不变，高度增加，势能变大。综上所述，①④符合题意，②③不符合题意，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 5. 下列过程中，由重力势能转化为动能的是（　　） A．苹果从树上下落 B．平直轨道上加速出站的列车 C．水平草地上越滚越慢的足球 D．向上垫起的排球 【答案】A 【详解】A．苹果从树上下落，质量不变，高度下降，速度增大，苹果的重力势能减小，动能增大，将重力势能转化为动能，故A符合题意；     B．平直轨道上加速出站的列车，质量不变，高度不变，速度增大，重力势能不变，动能增大，故B不符合题意； C．水平草地上越滚越慢的足球，质量不变，高度不变，速度减小，重力势能不变，动能减小，故C不符合题意； D．向上垫起的排球，质量不变，速度减小，高度上升，动能减小，重力势能增大，将动能转化为重力势能，故D不符合题意。 故选A。 6．2024年5月3日17时27分，搭载嫦娥六号探测器的长征五号遥八运载火箭点火发射，开启了世界首次月球背面采样之旅。在火箭加速升空过程中，下列说法正确的是（　　） A．重力势能和动能都增大 B．重力势能增大，动能不变 C．重力势能不变，动能增大 D．重力势能和动能都不变 【答案】A 【详解】火箭加速升空过程中，它的质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大，它的动能和重力势能之间没有发生相互转化，故A正确，BCD错误。故选A。 7．一个跳伞运动员在高空下落的过程中，下列说法正确的是（　　） A．动能一定增大，重力势能一定减小 B．动能一定不变，机械能一定减小 C．重力势能一定减小，机械能一定不变 D．重力势能一定减小，机械能一定减小 【答案】D 【详解】跳伞运动员在高空下落时，高度减小，速度变化不定，质量不变。质量不变，速度变化不定，动能变化不定；质量不变，高度减小，重力势能减小；动能变化不定，重力势能减小，机械能变化不定；但我们可以从其他的方面来分析机械能的变化情况，跳伞运动员在下降过程中，克服运动员和空气间的摩擦做功，一部分机械能转化为内能，机械能减少，故ABC错误，D正确。 故选D。 8．下列过程中，属于动能转化为重力势能的过程是（　　） A．向上垫起的排球在上升时 B．熟透的苹果从树上落下时 C．瀑布从半山腰直泻而下时 D．足球在水平草地上滚动时 【答案】A 【详解】A．排球在上升时，质量不变，速度减小，故动能减小；同时高度增加，故重力势能增加，所以该过程是动能转化为重力势能，故A符合题意； B．苹果落下时，质量不变，速度增大，故动能增大；同时高度减小，故重力势能减小，所以该过程是重力势能转化为动能，故B不符合题意； C．正在下落的瀑布，质量不变，速度增大，故动能增大；同时高度减小，故重力势能减小，所以该过程是重力势能转化为动能，故C不符合题意； D．足球在水平草地上滚动时，质量不变，速度减小，高度不变，机械能减小，内能增大，所以该过程是机械能转化为内能，故D不符合题意 故选A。 9．如图所示，甲、乙是两个相同的小球，在同一高度将甲、乙两球抛出：甲球以速度v竖直向下抛出后落地；乙球以速度v竖直向上抛出至最高点A后落地，若不考虑空气阻力， 下列说法正确的是（　　） A．抛出时刻，甲球的动能比乙球的动能小 B．抛出时刻，甲球的机械能比乙球的机械能大 C．乙球在上升至最高点的过程中动能逐渐减小为零 D．甲球落地时的速度大于乙球落地时的速度 【答案】C 【详解】A．甲、乙是两个相同的小球，速度的大小相同，故抛出时动能相同，故A错误； B．抛出时刻，高度相同，故两球的重力势能相同，动能相同，甲球的机械能等于乙球的机械能大，故B错误； C．乙球在上升至最高点的过程中，动能转化为重力势能，最高点，速度为零，故上升过程中动能逐渐减小为零，故C正确； D．由于刚开始时，甲乙两球的机械能相同，忽略空气阻力，机械能守恒，故落地时，甲乙两球的机械能仍然相同，重力势能相同，故动能也相同，甲球落地时的速度等于乙球落地时的速度，故D错误。 故选C。 10．（24-25八年级下·金山·月考）运动员参加跳高比赛时通过助跑使速度不断增大，是为了获得较大的 （选填“动能”或“势能”）；起跳后的上升过程中，他的重力势能将 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。 【答案】 动能 变大 【详解】运动员参加跳高比赛时通过助跑使速度不断增大，运动员的动能随速度增大而变大，故运动员的动能增大。 起跳后的上升过程中，运动员的高度增加，他的重力势能随高度增大而变大。 11．苏翊鸣在北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛争夺中以182.50分摘得金牌。如图所示，他从跳台腾空而起时完成技术动作，落地后滑行一段进行缓冲。在上升过程中动能 ，重力势能 （这两空选填“增大”、“减小”或“不变”）；在落地时，他的动能 零（选填“等于”或“不等于”）。 【答案】 减小 增大 不等于 【详解】动能的大小与质量和速度有关。在上升过程中，质量不变，速度减小，所以动能减小。 重力势能的大小与质量和高度有关。在上升过程中，质量不变，高度增加，所以重力势能增大。 他落地后滑行一段进行缓冲，说明在落地时，他具有一定的速度，所以动能不等于零。 12．（22-23八年级下·松江·阶段练习）某大厦安装的观光电梯。 （1）小明站在上升的电梯里，以电梯为参照物，他看到电梯外楼房墙面上的广告牌是 的； （2）电梯匀速上升过程中，小明的重力势能 ，动能 。若小明受到的重力为G，电梯对小明的支持力为F1，小明对电梯的压力为F2，则F1和 是一对平衡力。 【答案】 运动 增大 不变 G 【详解】（1）小明站在上升的电梯里，以电梯为参照物，电梯外楼房墙面上的广告牌与电梯的位置在不断发生变化，所以广告牌是运动的。 （2）小明随电梯匀速上升时，质量不变，高度增大，重力势能增大，速度不变，动能不变。 在竖直方向上人受到重力和电梯对人的支持力，两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，作用在同一物体上，这两个力是一对平衡力，即F1和G是一对平衡力。 13．（24-25八年级下·宝山·期末）如图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点。如图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图。则过山车在 点动能最大，B点重力势能的大小 C点重力势能的大小（选填“大于”、“等于”或“小于”），D点重力势能的大小 E点动能的大小（选填“大于”、“等于”或“小于”）。在这个过程中，过山车的机械能 （选填“增加”、“不变”或“减少”）。 【答案】 C 大于 小于 减小 【详解】由图甲知，C点在地面上，由图乙知，过山车的动能在C点最大，在B点的动能最小，B点的重力势能最大，C点的重力势能为零，B点重力势能大于C点重力势能，D点重力势能小于E点动能。 由于机械能等于动能和势能的总和，由图乙可知，从B到C点、再到D点、最后到达E点的过程中，重力势能与动能之和越来越小，所以在这个过程中，过山车的机械能减小。 14. （23-24八年级下·浦东新区·阶段练习）如图所示，“蹦床”不仅是奥运会的正式比赛项目，也是小朋友非常喜欢的游戏项目。小朋友通过对蹦床施力，蹦床发生弹性形变，因而具有 能；同时由于力的作用是 的，蹦床对小朋友也施力，把小朋友弹到高处，小朋友由于被弹到高处而具有 能，小朋友达到最高点时动能大小为 焦。 【答案】 弹性势 相互 重力势 0 【详解】物体发生弹性形变而具有的能叫弹性势能，小朋友落下接触到蹦床后，蹦床发生弹性形变，故具有了弹性势能。 由于力的作用是相互的，蹦床对小朋友施加反作用力，小朋友被弹起时，蹦床的弹性势能减小，减小的弹性势能转化为小朋友的动能，把小朋友弹到高处，动能转化为重力势能，所以小朋友由于被弹到高处而具有重力势能。 小朋友达到最高点时质量不变，速度为0，动能为0焦。 15.（2025·松江·二模）在树叶尾部的边缘滴一滴圆珠笔油，然后将它缓缓放进水面，树叶在水面上像小船一样运动起来，滴了圆珠笔油的树叶被称为“油墨小船”。小明通过查阅资料了解到，由于油墨中表面活性剂的存在，当水与油墨接触时，“油墨小船”便获得向前运动的力，小明想探究“油墨小船”在水中运动的快慢与水的温度的关系，他用塑料片代替树叶制作的“油墨小船”如图所示。实验中，控制水温为17℃、35℃、65℃，记录“油墨小船”在不同温度水面上的运动情况，采集数据如表所示。 温度（℃） 17 35 65 时间（秒） 0.5 1 2 3 0.5 1 2 3 0.5 1 2 3 速度（厘米/秒） 2.1 2.3 2.0 1.9 5.3 6.2 5.9 4.8 6.4 8.2 6.3 5.1 （1）“油墨小船”运动的快慢与水温度的关系是 ； （2）“油墨小船”在运动过程中受的力是 （选填“平衡力”或“非平衡力”）； （3）若实验条件确定时，“油墨小船”获得的动能大小是固定的，为了使“油墨小船”获得更大的速度，请从能量的角度，写出可以采取的措施并说明理由 。 【答案】(1)见解析；(2)非平衡力；(3)见解析 【详解】（1）根据表格中的数据，相同时刻，在17℃时，“油墨小船”的速度相对较低；在35℃时，速度有所提高；在65℃时，速度进一步增大。并且在每种温度下，都是先加速，达到一个峰值后再减速。因此，“油墨小船”运动的快慢与水温度的关系是：在一定范围内，水的温度越高，“油墨小船”运动得越快，且在运动过程中速度都是先变快后变慢。 （2）因为“油墨小船”在运动过程中速度不断变化，因物体在平衡力的作用下将保持静止或匀速直线运动状态，而“油墨小船”速度发生改变，所以它受到的力是非平衡力。 （3）根据动能公式，当动能Ek固定时，质量m与速度v的平方成反比。所以可以采取减轻“油墨小船”质量的措施，这样在获得相同能量时，根据公式可知，其速度会更大。 16. （2025·黄浦·二模）《中华人民共和国民法典》把“高空坠物”纳入了违法行为。小明猜想高空坠物的破坏力可能与物体的质量、所处的高度有关。他用质量不同的小球从同一高度自由下落到沙坑，通过小球落入沙坑的深度来反映高空坠物的破坏力，实验数据如表所示。 实验序号 1 2 3 4 质量m（克） 20 40 60 80 落入沙坑的深度d（厘米） 1.2 1.4 1.6 1.7 （1）分析上述实验数据及相关条件，可以得出的结论是： ； （2）小明查阅资料后得知：撞击时动能越大，破坏力越强。请从机械能及其转化的角度阐述重物从高处下落比从低处下落时造成破坏力更大的原因。 【答案】(1)见解析；(2)见解析 【详解】（1）由上述实验数据及相关条件可知，小球下落高度相同，质量越大，沙坑的深度越大，说明高空坠物的破坏力与物体的质量有关，质量越大、空坠物的破坏力越大。 （2）物体在下落的过程中，重力势能转化为动能，质量相同的物体，高度越大，重力势能越大，则撞击时动能越大，即重物从高处下落比从低处下落撞击时动能大，则造成破坏力更大。 17. （25-26九年级上·上海·期中）如图所示，一个带有压强传感器的无人机沿倾斜直线匀速飞行。在此过程中，传感器记录的大气压强随时间的变化图线如图所示，其中A点和B点分别表示无人机在两个不同高度时的数据。分析数据，可知该无人机从A点到B点时，附近的大气压强变化了约 帕，该无人机所处高度 ，该无人机的机械能 （最后两空选填“增大”“不变”或“减小”）。 【答案】 200 增大 增大 【详解】由图可知A点的大气压强为，B点的大气压强为。无人机从A点到B点时，附近的大气压强变化了约 大气压随着高度的升高而减小，从A点到B点，大气压降低，因此无人机所处的高度增大。 机械能为动能与势能之和，无人机从A点到B点，质量不变，速度不变，动能不变，高度增大，重力势能增大，因此机械能增大。 18.（24-25八年级下·奉贤·期末）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）由图可判断物体___________释放前具有的重力势能最大。 A．甲 B．乙 C．丙 （2）比较图（a）和（b），可探究重力势能的大小与 的关系； （3）比较图（a）和（c），可得出初步结论：处于同一高度的物体， 。小红得出：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。 【答案】(1)B；(2)高度；(3)物体质量越大，重力势能越大；重力势；动 【详解】（1）比较三幅图中木桩被打入沙中的深度可知，（b）图中木桩下陷最深，说明乙物体下落时对木桩做的功最多，释放前的重力势能最大，故选B。 （2）图（a）和（b）中，甲和乙的质量相同，但乙的下落高度更高，木桩下陷更深，说明重力势能与物体所处的高度有关。因此可探究重力势能的大小与下落高度的关系。 （3）图（a）和（c）中，甲和丙的下落高度相同，但丙的质量更大（），木桩下陷更深，说明质量越大，重力势能越大。 实验表明，物体被举得越高，其重力势能越大，因此处于高处的重物具有较大的重力势能。 物体下落过程中，高度降低，速度增大，重力势能转化为动能，若砸中行人或物品会造成严重伤害。 19. （24-25八年级下·嘉定·期末）炎炎夏日，小嘉和父母来到水上乐园体验大型滑梯，如图1所示。 （1）在小嘉从滑梯顶端加速下滑的过程中，下列说法正确的是（    ） A．重力势能转化为动能 B．重力势能增加 C．动能转化为重力势能 D．动能保持不变 （2）小嘉发现，胖瘦不同的两个人从同一个滑梯上滑下后，在水中滑行的距离不同，于是他猜想：物体的动能与物体的质量有关。为了验证以上猜想，他设计了如图2中甲、乙、丙所示的实验，用质量分别为m和2m的小球分别从同一个斜面上由静止释放撞击水平面上的木块。 ①在实验中可以通过观察 来比较小球的动能大小； ②要验证猜想，应选用图2中的 图，选择的理由是 。 【答案】(1)A；(2) 木块移动的距离，乙、丙，见解析 【详解】（1）在小嘉从滑梯顶端加速下滑的过程中，速度变大，质量不变，动能变大，因高度变小，故重力势能变小，重力势能转化为动能，故A正确，BCD错误。故选A。 （2）由转换法可知，在实验中可以通过观察木块被撞后移动的距离来比较小球的动能大小，木块移动的距离越远，小球的动能越大。 根据控制变量法，要验证猜想，即研究物体的动能与物体的质量有关，要控制速度相同，质量不同，故小球要从同一高度自由滑下，只改变质量大小，应选用图2中的乙、丙图。 20. （24-25八年级下·闵行·期末）排球由于具有易学易玩的特点，广受运动爱好者的欢迎。 （1）某次训练使用的排球重力大小为2.4N，小红将排球竖直向上垫起，排球在向上运动的过程中所受空气阻力的大小为0.1N，则排球所受的合力大小为 N、合力方向 。请在图中画出排球所受重力G的示意图 ； （2）排球到达最高点后开始下落，下落过程中排球的（　　） A．重力势能增大，动能增大 B．重力势能增大，动能减小 C．重力势能减小，动能增大 D．重力势能减小，动能减小 （3）（不定项选择）如图所示是排球从最高点A处下落，与地面发生碰撞后再次弹起回到新的最高点C的情景，图中虚线为排球的运动轨迹。下列说法中正确的是（　　） A．在A点排球只具有重力势能 B．在C点排球具有动能 C．排球从A点运动到B点的过程中，动能转化为重力势能 D．排球在B点从着地到弹起过程中，动能一直在变小 【答案】(1) 2.5，竖直向下，见下图；(2)C；(3)BD 【详解】（1）排球在向上运动的过程中受到竖直向下的重力和竖直向下的空气阻力，则排球所受的合力大小为 合力方向与重力方向相同为竖直向下。 排球受到的重力方向竖直向下，作用点在排球的重心，排球所受重力G的示意图如图所示： （2）排球到达最高点后开始下落，下落过程中排球的质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 （3）A．排球在A点时，具有水平方向的速度，具有重力势能和动能，故A错误； B．在C点排球具有水平方向的速度，因此具有动能，故B正确； C．排球从A点运动到B点的过程中，质量不变，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C错误； D．排球在B点从着地到弹起过程中，质量不变，速度不断减小，动能一直变小，故D正确。 故选BD。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 机械能及其转化 目录 学习目标 1 思维导图 2 知识梳理 2 知识点一、动能 2 知识点二、重力势能 5 知识点三、弹性势能 7 知识点四、动能与势能的互相转化 9 方法技巧 11 方法技巧一、正确判断动能和势能的变化 11 方法技巧二、控制变量法和转换法的应用 11 方法技巧三、比较动能和势能的异同 12 巩固训练 12 学习目标 1. 通过对生活实例的观察和分析，从做功的角度描述能量，了解能量和做功的关系。知道动能、重力势能和弹性势能的概念。能用能量的观点解释生产生活中的现象，初步形成能量的观念。 2. 通过分析现象和抽象概括建立动能、重力势能、弹性势能的概念，发展科学思维。 3. 能通过生活实例，认识物体的动能和势能可以相互转化。知道机械能，能解释与机械能转化有关的现象。 重点：研究影响动能和势能大小因素的实验。 难点：研究影响动能和势能大小因素的实验中，所测物理量的转换问题。 思维导图 知识梳理 知识点一、动能 1. 能量与动能 （1）现象探究：什么情况下能做功。分析下述实例有什么共同特点？ 湍急的流水推动水车 飞行的子弹击碎灯泡 拉开的弓将箭射出 【分析】流动的水对水车做了功；飞行的子弹对苹果做了功；拉开的弓对箭做了功。 【探究归纳】上述实例的共同特点是物体对外做了 。 （2）能量：如果一个物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能。单位是 （J）。 （4）对能量的理解：能量是表示物体做功本领的物理量。物体做功过程实质上是能量转化或转移的过程，物体能够做功越多，表示这个物体所具有的能量越大。 （5）动能：物体由于 而具有的能量叫做动能。一切运动的物体都具有动能。例如，空中飞行的飞机、地上行驶的汽车、河水的流动等。 2. 实验：探究物体的动能跟哪些因素有关 【实验思路】如图，钢球A从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰到木块B后，能将B撞出一段距离s。在同一水平面上，木块B被撞得越远，钢球A对B做的功就越多，A的动能就越大。 【实验方法】 ①转换法：通过被撞物体B运动的 s来反映动能的大小。 ②控制变量法：在探究动能大小可能与物体运动速度、物体的质量有关时，每次实验这两个变量只能变化一个。 【进行实验】 （1）探究动能大小与速度的关系 ①控制钢球的质量m不变。 ②让同一钢球分别从不同的高度由静止开始滚下，撞击木块。 ③观察并测量木块被撞出的距离s甲与s乙。 ④实验记录表 次数 质量m/kg 高度h/cm 推动木块的距离s/cm 1 0.1 10   2 0.1 15   3 0.1 20   （2）探究动能大小与质量的关系 ①控制速度不变，即固定钢球在滑槽上的释放位置的高度2h不变。 ②改变钢球的质量m。 ③观察并测量木块被撞出的距离s甲与s丙。 ④实验记录表 次数 质量m/kg 高度h/cm 推动木块的距离s/cm 1 0.1 10   2 0.2 10   3 0.3 10   【分析与论证】 探究（1）中：钢球质量相同，钢球达到斜面底端的速度越大，木块被撞击滑行的距离越远。说明：钢球的动能大小与 有关，速度越大，动能越大。 探究（2）中：钢球达到斜面底端速度相同时，钢球质量越大，木块被撞击滑行的距离越远，说明：钢球的动能大小与 有关，质量越大，动能越大。 【实验结论】 大量实验和研究表明，物体的动能大小与它的 和 都有关系。质量相同的物体，速度越大，动能越大；速度相同的物体，质量越大， 动能越大。 【交流与讨论】 （1）使钢球获得动能的方法：将钢球由斜面某一高度静止释放（重力势能转化为动能）。 （2）将质量不同的钢球放在斜面上同一高度处静止释放的目的：控制钢球达到斜面底端时具有相同的 （钢球的速度与质量无关）。 （3）将质量相同的钢球由斜面上不同位置静止释放的目的：改变钢球达到斜面底端时的 。 （4）实验改进 ①若木块质量较大，为确保实验现象较明显，可增大钢球滚下的高度。 ②不用木块的实验改进：在桌上铺一条毛巾，用钢球在毛巾表面滚动的 来反映动能的大小。 （5）实验结论的应用：生活中超载、超速问题（超速：速度大，超载：质量大；则使车辆的动能大，危险性大）。 3. 与动能有关的现象及解释 某段道路的标示牌如图所示：小型客车最高行驶速度不得超过100km/h；大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过80km/h。 这是因为，同一辆汽车，速度越大，具有的 越大，危害性也越大。所以限制机动车的最高行驶速度才能保证机动车行驶的安全性。如果载货车与小汽车的行驶速度相同，由于载货车的质量大，具有的动能 ，危害性大，所以质量大的大型货车最高行驶速度要 些。 【典例1】力和运动、功和能量是物理学的核心概念，它们之间存在着密切的联系。关于力和运动、功和能量之间的关系，下列说法错误的是（　　） A．运动的物体一定具有能量 B．物体受到力的作用，力一定对物体做功 C．做功的本质是能量的转化 D．功和能量的单位都是焦耳 【变式1】如图所示，“和谐号”动车在水平站台上加速启动的过程中，它的（　　） A．质量变大 B．动能变大 C．摩擦力变大 D．惯性变大 【变式2】如图所示是“研究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置。下列说法正确的是（　） A．水平面越光滑越好 B．木块被撞的远近反映了钢球动能的大小 C．改变钢球在斜面上滚下时高度，是为了研究物体的动能跟高度的关系 D．用不同质量的小球进行实验得到的结论可以解释为什么要对机动车的最高行驶速度进行限制 【变式3】如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，将小钢球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下。完成甲、乙、丙所示的三次实验，其中h1=h3>h2，mA=mB<mC。 （1）小钢球在滚下斜面的过程中，它的动能大小是通过 （选填“高度h”或“距离s”）大小来反映的； （2）分析比较甲和乙两组实验可得，物体质量相同时，速度越大，动能越 ； （3）分析比较 两组实验可得出物体的动能与质量的关系； （4）综合上述可知，如图丁所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高 。 知识点二、重力势能 1. 重力势能 （1）现象探究：被举高的物体能做功。 ①观察打桩机打桩的过程。如图所示，打桩机在工作时，先把“重锤”高高举起，“重锤”落下，可以把桩打入地里。 ②高空抛物现象曾被称为“悬在城市上空的痛”。它曾与“乱扔垃圾”齐名，排名第二。高空抛物，既伤人又伤物。 【分析】被举高的重锤能够对桩做功，说明被举高的重锤具有能量。高空抛出的物体能够做功，说明高处的物体具有能量。 【探究归纳】高处的物体都具有能量，这种能量是物体由于受到 产生的。 （2）重力势能 物理学中把物体由于受重力作用而具有的与 有关的能量叫做重力势能。 2. 决定重力势能大小的因素 【设计并进行实验】 （1）探究重力势能大小与质量的关系：如图所示，让质量不同的小球A、B、C分别从同一高度由静止开始下落，观察小球陷入花泥的深度。 （2）探究重力势能的大小与高度的关系：让质量相等的小球A、D、E分别从不同的高度由静止下落，观察小球陷入花泥的深度。 【分析与论证】 探究（1）中：同一物体从不同高度的位置下落时，小球陷入花泥的深度不同；高度越高，小球陷入花泥的深度越大。 说明：质量相等的物体，高度越高，重力势能越大。 探究（2）中：质量不同的小球从同一高度下落时，质量越大，小球陷入花泥的深度越大。说明：高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。 【实验结论】大量实验和研究表明，物体的重力势能与其 和所处位置的 有关。高度相同的物体，质量越大，重力势能越大；质量相同的物体，位置越高，重力势能越大。 【典例1】民法典规定：禁止从建筑物中抛掷物品，高空抛物存在巨大的安全隐患，是因为高处的物体具有较大的（　　） A．重力 B．弹性势能 C．动能 D．重力势能 【变式1】自然界存在着大量的机械能，水力、风力发电的共同特点是利用水或风的 能发电。三峡大坝关闸蓄水的首要目的是提高水的 能。如图，水电站应该修在 （选填“A”或“B”）处。 【变式2】为响应国家“每日体育锻炼时间不低于两小时”的要求，某校组织学生远足爬山，开展户外运动。爬山区域等高线如图所示，不考虑重力变化，队伍重力势能最大的位置是（　　） A．A处 B．B处 C．C处 D．D处 【变式3】在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物 A、B、C 的质量关系为mA=mB＜mC ，木桩相同。木桩和重物位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被 打击陷入沙中的情形如图乙所示，重物 B、C 将木桩打入沙中的深度相同。 （1）重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度判断 （填“重物 ” 或“木桩 ”）的重力势能大小，这种方法在物理学中属于 （填“转换法 ”或“控制变量法 ”）。 （2）比较 两个重物将木桩打入沙中的深度，可得出的结论是：物体的质量一定时，下落高度越高，重力势能越大。 （3）我们 （填“能 ”或“不能 ”） 比较出甲图中重物B、C的重力势能的大小。 （4）某组同学在探究时为了显示重力势能的大小， 甲同学用橡皮泥代替沙子，乙同学用海绵代替沙子，你认为 （填“甲”或“乙”）同学的做法更合适。 知识点三、弹性势能 1. 弹性势能 （1）现象探究：物体发生弹性形变与做功 【事例】运动员在射箭比赛时，拉弯的弓能将箭射出；在蹦床时，运动员可以 “跳” 的很高。 射箭 蹦床 弓的形变越大，箭射得越远 【分析】被拉弯的弓和发生形变的蹦床可以把箭射出去、把人弹起，弓和弹簧能够对外做功，说明他们具有能量。 【结论】发生 的物体具有能量。这种形式能量的产生是由于发生弹性形变的物体在恢复形变时可以做功，故具有能量。 （2）弹性势能：物体由于发生 而具有的能量叫做弹性势能。 2. 影响弹性势能大小的因素 【事例】钟表的发条，拧的越紧，指针走动的时间越 ；弹弓的皮筋拉的越长，弹丸被弹射的越 。观察如上图所示的射箭比赛，会发现弓的形变程度越大，箭射得越 。 【分析】以上发生弹性形变的物体，其弹性形变越大，具有的弹性势能越大。可见物体的弹性势能与 程度有关。 【结论】物体的弹性形变越 ，它具有的弹性势能就越大。 3. 势能：重力势能和弹性势能统称为势能。 【典例1】运动员在射箭比赛时总把弓拉得很弯，其主要目的是（　　） A．增大箭的重力势能 B．使箭能沿直线运动 C．增大箭的弹性势能 D．增大弓的弹性势能 【变式1】如图所示，弹簧的一端固定在竖直木板上，用手推小车将弹簧压缩后松手释放，小车被弹开。弹簧的弹性形变越 ，弹性势能越 ，小车滑行的距离越远。 【变式2】小明看到运动员拉弓射箭时，弓拉得越弯，箭射得越远。小明猜想：弹性势能的大小可能与物体的弹性形变有关。 （1）为验证其猜想是否正确，他设计了如图实验（弹簧被压缩后未超过其弹性限度）：如图所示，将同一个弹簧压缩 （选填“相同”或“不同”）的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分析比较木块 ，从而比较弹簧弹性势能的大小； （2）若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的，理由是 ； （3）在此实验中你猜想：弹性势能的大小还与弹簧的 有关。 【变式3】把常用的按钮式圆珠笔笔尖朝上，笔尾抵在桌面用力按下后放手，它会弹起很高。把它拆开后发现，它能弹起的原因是内部装有一根弹簧，如图甲所示。图乙中，A为按下后放手的时刻，B为按下后弹簧恢复原长的时刻，C为向上运动到最高点的时刻。弹簧的弹性势能在 （选填“A”“B”或“C”）点最大。圆珠笔在B→C过程，动能转化为 。 知识点四、动能与势能的互相转化 1. 机械能 （1）事例分析：分析高空运动的物体所具有的能量。例如，飞行中的飞机因为它在运动而具有 能，又因为它处于高空而具有 能，一个物体可以既有动能，又有势能，把这两种能量加在一起，就是它的 能。 （2）定义：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 2. 动能和势能的转化 （1）如图所示，小滑块自光滑斜面由静止下滑至水平面的过程中，高度降低，速度增大。小滑块的重力势能转化为 能。 （2）如图所示，运动员持竿助跑、撑竿起跳过程中，运动员的动能转化为运动员的 能和撑竿的 能。在运动员自由下落时，重力对运动员做功，运动员的 能减少， 能增加，部分势能转化为动能。 （3）归纳结论 动能和势能可以相互转化。动能和重力势能可以相互转化，动能和弹性势能可以相互转化。 注意：判断动能和势能相互转化的方法 ①动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且一定是此增彼减。 ②动能的增减变化要以 的变化来判断；重力势能的增减变化要以物体离地面 的变化来判断；弹性势能的增减要根据 大小的变化来判断。 【典例1】如图所示是小球在地面弹跳的频闪照片，A、B两点高度相同，小球在A点的重力势能 B点的重力势能，小球在A点的机械能 B点的机械能，小球在A点的动能 B点的动能。（以上均选填“大于”、“等于”或“小于”） 【变式1】质量相同的甲、乙两个小球，从静止开始自由下落，经过如图所示的位置时机械能相等，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．两球在落地瞬间的速度 B．此时甲、乙两球的重力势能相等 C．此时甲、乙两球的速度 D．两球下落前的初始位置的高度 【变式2】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 【变式3】如图所示，将一张卡片对折，在开口的一边剪两刀，然后将橡皮筋套在开口边，就做成了一个会“跳”的卡片，将卡片反过来，用手压平在桌面上，使橡皮筋伸长，迅速松开手，会看到卡片跳起，这一现象说明：发生弹性形变的橡皮筋具有 能，对卡片做功。卡片在上升过程中，重力势能将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 方法技巧 一、正确判断动能和势能的变化 1. 物体的动能由物体的质量和其速度的大小共同决定，在讨论质量和速度对动能大小的影响时，必须注意两个因素，而不可忽略任何一个。 2. 影响重力势能大小的因素 决定因素：物体的质量和高度。在高度一定时，物体的质量越大，它具有的重力势能越大；在物体的质量一定时，高度越大，它具有的重力势能越大。 3. 弹性势能的大小与弾性物体材料本身及发生弹性形变的程度有关。弾性物体的弾性越强，弹性形变程度越大，它具有的弹性势能就越大。 二、控制变量法和转换法的应用 1. 探究影响动能大小的因素 （1）控制变量法：要探究动能与质量的关系，就需要控制小球的速度不变，只改变小球的质量进行实验；要探究动能与速度的关系，就需要控制小球的质量不变，只改变小球的速度进行实验。 （2）转换法：通过木块被碰撞后的滑动距离来反映小球的动能大小。 2. 探究影响势能大小的因素 （1）采用同一重物，控制质量不变的目的是排除质量因素对实验结果的影响，此处采用的是控制变量法。 （2）小方桌陷入沙中越深，说明重物原来具有的重力势能越大，记录并比较小方桌下陷的深度，是为了比较重物具有的重力势能的大小，此处采用的是转换法。 三、比较动能和势能的异同 异同点 动能 势能 重力势能 弹性势能 不同点 形成 原因 物体由于运动而具有的能 物体由于受到重力并处在一定高度所具有的能 物体由于发生 弹性形变而具有的能 特点 一切运动的物体都具有动能 一切被举高的物体 都具有重力势能 一切发生弹性形变的 物体都具有弹性势能 决定 因素 质量和速度 质量和高度 弹性形变程度 相同点 都是能量的一种具体形式,都具有做功的本领 巩固训练 1．下列物体中。既具有动能又具有势能的是（　　） A．停在空中的热气球 B．被拦河大坝拦住的河水 C．正在操场上进行800m赛跑的运动员 D．从空中匀速下落的羽毛 2. 晓明乘坐电梯回家，他查阅资料知道，电梯先加速上升一小段，再匀速上升一段时间，然后再减速停到对应的楼层。在此过程中（    ） A．晓明的动能一直在增加 B．晓明的动能保持不变 C．晓明的机械能保持不变 D．晓明的重力势能一直在增加 3. 自行车沿斜坡匀速驶下的过程中，它具有的（　　） A．重力势能减小，动能不变 B．重力势能减小，机械能不变 C．重力势能减小，动能增大 D．动能不变，机械能增大 4．我们上楼梯时，下列有关机械能变化的情况，有可能的是（    ） ①动能不变，势能变大    ②动能变大，势能不变 ③动能不变，势能不变    ④动能变大，势能变大 A．①② B．③④ C．②③ D．①④ 5. 下列过程中，由重力势能转化为动能的是（　　） A．苹果从树上下落 B．平直轨道上加速出站的列车 C．水平草地上越滚越慢的足球 D．向上垫起的排球 6．2024年5月3日17时27分，搭载嫦娥六号探测器的长征五号遥八运载火箭点火发射，开启了世界首次月球背面采样之旅。在火箭加速升空过程中，下列说法正确的是（　　） A．重力势能和动能都增大 B．重力势能增大，动能不变 C．重力势能不变，动能增大 D．重力势能和动能都不变 7．一个跳伞运动员在高空下落的过程中，下列说法正确的是（　　） A．动能一定增大，重力势能一定减小 B．动能一定不变，机械能一定减小 C．重力势能一定减小，机械能一定不变 D．重力势能一定减小，机械能一定减小 8．下列过程中，属于动能转化为重力势能的过程是（　　） A．向上垫起的排球在上升时 B．熟透的苹果从树上落下时 C．瀑布从半山腰直泻而下时 D．足球在水平草地上滚动时 9．如图所示，甲、乙是两个相同的小球，在同一高度将甲、乙两球抛出：甲球以速度v竖直向下抛出后落地；乙球以速度v竖直向上抛出至最高点A后落地，若不考虑空气阻力， 下列说法正确的是（　　） A．抛出时刻，甲球的动能比乙球的动能小 B．抛出时刻，甲球的机械能比乙球的机械能大 C．乙球在上升至最高点的过程中动能逐渐减小为零 D．甲球落地时的速度大于乙球落地时的速度 10．（24-25八年级下·金山·月考）运动员参加跳高比赛时通过助跑使速度不断增大，是为了获得较大的 （选填“动能”或“势能”）；起跳后的上升过程中，他的重力势能将 （选填“变大”、“不变”或“变小”）。 11．苏翊鸣在北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛争夺中以182.50分摘得金牌。如图所示，他从跳台腾空而起时完成技术动作，落地后滑行一段进行缓冲。在上升过程中动能 ，重力势能 （这两空选填“增大”、“减小”或“不变”）；在落地时，他的动能 零（选填“等于”或“不等于”）。 12．（22-23八年级下·松江·阶段练习）某大厦安装的观光电梯。 （1）小明站在上升的电梯里，以电梯为参照物，他看到电梯外楼房墙面上的广告牌是 的； （2）电梯匀速上升过程中，小明的重力势能 ，动能 。若小明受到的重力为G，电梯对小明的支持力为F1，小明对电梯的压力为F2，则F1和 是一对平衡力。 13．（24-25八年级下·宝山·期末）如图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点。如图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图。则过山车在 点动能最大，B点重力势能的大小 C点重力势能的大小（选填“大于”、“等于”或“小于”），D点重力势能的大小 E点动能的大小（选填“大于”、“等于”或“小于”）。在这个过程中，过山车的机械能 （选填“增加”、“不变”或“减少”）。 14. （23-24八年级下·浦东新区·阶段练习）如图所示，“蹦床”不仅是奥运会的正式比赛项目，也是小朋友非常喜欢的游戏项目。小朋友通过对蹦床施力，蹦床发生弹性形变，因而具有 能；同时由于力的作用是 的，蹦床对小朋友也施力，把小朋友弹到高处，小朋友由于被弹到高处而具有 能，小朋友达到最高点时动能大小为 焦。 15.（2025·松江·二模）在树叶尾部的边缘滴一滴圆珠笔油，然后将它缓缓放进水面，树叶在水面上像小船一样运动起来，滴了圆珠笔油的树叶被称为“油墨小船”。小明通过查阅资料了解到，由于油墨中表面活性剂的存在，当水与油墨接触时，“油墨小船”便获得向前运动的力，小明想探究“油墨小船”在水中运动的快慢与水的温度的关系，他用塑料片代替树叶制作的“油墨小船”如图所示。实验中，控制水温为17℃、35℃、65℃，记录“油墨小船”在不同温度水面上的运动情况，采集数据如表所示。 温度（℃） 17 35 65 时间（秒） 0.5 1 2 3 0.5 1 2 3 0.5 1 2 3 速度（厘米/秒） 2.1 2.3 2.0 1.9 5.3 6.2 5.9 4.8 6.4 8.2 6.3 5.1 （1）“油墨小船”运动的快慢与水温度的关系是 ； （2）“油墨小船”在运动过程中受的力是 （选填“平衡力”或“非平衡力”）； （3）若实验条件确定时，“油墨小船”获得的动能大小是固定的，为了使“油墨小船”获得更大的速度，请从能量的角度，写出可以采取的措施并说明理由 。 16. （2025·黄浦·二模）《中华人民共和国民法典》把“高空坠物”纳入了违法行为。小明猜想高空坠物的破坏力可能与物体的质量、所处的高度有关。他用质量不同的小球从同一高度自由下落到沙坑，通过小球落入沙坑的深度来反映高空坠物的破坏力，实验数据如表所示。 实验序号 1 2 3 4 质量m（克） 20 40 60 80 落入沙坑的深度d（厘米） 1.2 1.4 1.6 1.7 （1）分析上述实验数据及相关条件，可以得出的结论是： ； （2）小明查阅资料后得知：撞击时动能越大，破坏力越强。请从机械能及其转化的角度阐述重物从高处下落比从低处下落时造成破坏力更大的原因。 17. （25-26九年级上·上海·期中）如图所示，一个带有压强传感器的无人机沿倾斜直线匀速飞行。在此过程中，传感器记录的大气压强随时间的变化图线如图所示，其中A点和B点分别表示无人机在两个不同高度时的数据。分析数据，可知该无人机从A点到B点时，附近的大气压强变化了约 帕，该无人机所处高度 ，该无人机的机械能 （最后两空选填“增大”“不变”或“减小”）。 18.（24-25八年级下·奉贤·期末）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）由图可判断物体_________释放前具有的重力势能最大。 A．甲 B．乙 C．丙 （2）比较图（a）和（b），可探究重力势能的大小与 的关系； （3）比较图（a）和（c），可得出初步结论：处于同一高度的物体， 。小红得出：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。 19. （24-25八年级下·嘉定·期末）炎炎夏日，小嘉和父母来到水上乐园体验大型滑梯，如图1所示。 （1）在小嘉从滑梯顶端加速下滑的过程中，下列说法正确的是（    ） A．重力势能转化为动能 B．重力势能增加 C．动能转化为重力势能 D．动能保持不变 （2）小嘉发现，胖瘦不同的两个人从同一个滑梯上滑下后，在水中滑行的距离不同，于是他猜想：物体的动能与物体的质量有关。为了验证以上猜想，他设计了如图2中甲、乙、丙所示的实验，用质量分别为m和2m的小球分别从同一个斜面上由静止释放撞击水平面上的木块。 ①在实验中可以通过观察 来比较小球的动能大小； ②要验证猜想，应选用图2中的 图，选择的理由是 。 20. （24-25八年级下·闵行·期末）排球由于具有易学易玩的特点，广受运动爱好者的欢迎。 （1）某次训练使用的排球重力大小为2.4N，小红将排球竖直向上垫起，排球在向上运动的过程中所受空气阻力的大小为0.1N，则排球所受的合力大小为 N、合力方向 。请在图中画出排球所受重力G的示意图 ； （2）排球到达最高点后开始下落，下落过程中排球的（　　） A．重力势能增大，动能增大 B．重力势能增大，动能减小 C．重力势能减小，动能增大 D．重力势能减小，动能减小 （3）（不定项选择）如图所示是排球从最高点A处下落，与地面发生碰撞后再次弹起回到新的最高点C的情景，图中虚线为排球的运动轨迹。下列说法中正确的是（　　） A．在A点排球只具有重力势能 B．在C点排球具有动能 C．排球从A点运动到B点的过程中，动能转化为重力势能 D．排球在B点从着地到弹起过程中，动能一直在变小 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $