第4节 机械能及其转化（举一反三讲义）物理人教版八年级下册

本初中物理讲义聚焦“机械能及其转化”核心知识点，系统梳理机械能的概念（动能、重力势能和弹性势能的总和），动能与重力势能、动能与弹性势能的转化规律，以及机械能守恒的条件与实际损耗原因，构建从概念理解到规律应用的完整学习支架。 资料通过单摆运动、弹簧振子等实验探究培养科学探究能力，结合过山车、蹦极等实例深化能量观念（物理观念），方法技巧模块指导转化分析与守恒判断提升科学思维，典例与巩固训练题助力课中教学实施和课后查漏补缺。

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1：机械能的概念 2 知识点2：动能与重力势能的相互转化 4 知识点3：动能与弹性势能的相互转化 8 知识点4：机械能的守恒与损耗 11 【方法技巧】 14 方法技巧 1 机械能转化的分析方法 14 方法技巧 2 机械能守恒的判断与应用 15 【巩固训练】 15 【学习目标】 学习目标 具体要求 核心概念 1. 理解机械能的概念，知道机械能是动能、重力势能和弹性势能的总和； 2. 掌握动能与重力势能、动能与弹性势能相互转化的规律； 3. 理解机械能守恒的条件，知道实际情境中机械能的损耗原因。 能力素养 1. 能结合生活实例和实验分析不同形式机械能的转化过程； 2. 能判断具体情境中机械能是否守恒，解释机械能损耗的现象； 3. 能运用机械能转化的知识解决简单实际问题，如过山车、摆钟等设备的工作原理。 重点 1. 动能与重力势能、动能与弹性势能的相互转化； 2. 机械能守恒的条件及理解； 3. 结合实例分析机械能的转化过程。 难点 1. 准确分析复杂情境中机械能的转化路径； 2. 理解 “不考虑摩擦时机械能守恒” 的理想条件与实际情境的差异； 3. 运用机械能转化规律解释生活中的复杂现象。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点 1：机械能的概念 1.定义：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能，是物体最常见的能量形式之一。 理解：机械能是物体具有的 “机械运动相关的能量”，涵盖了物体由于运动、被举高或发生弹性形变 而具有的能量。 表达式：机械能 = 动能 + 重力势能 + 弹性势能（若物体未发生弹性形变，机械能 = 动能 + 重力势 能）。 单位：与其他能量形式相同，国际主单位是焦耳（J）（1J = 1N·m）。 2.实例分析： 行驶的汽车：具有动能，同时相对于地面有一定高度（重力势能），因此机械能 = 动能 + 重力势 能； 被压缩的弹簧：只有弹性势能，因此机械能 = 弹性势能； 静止在山顶的石头：只有重力势能，因此机械能 = 重力势能； 空中飞行的小鸟：具有动能和重力势能，因此机械能 = 动能 + 重力势能。 3.关键说明： 机械能是 “状态量”，与物体的运动状态（速度、高度）和形变状态直接相关； 物体的机械能可能只有一种形式（如静止的弹簧），也可能是多种形式的组合（如飞行的炮弹）。 【典例 1】（2024・山东泰安・中考真题）下列关于机械能的说法正确的是（　　） A．机械能只包括动能和重力势能 B．静止的物体一定没有机械能 C．运动的物体一定具有机械能 D．同一物体的机械能可能为零 【答案】D 【详解】A．机械能包括动能、重力势能和弹性势能，故 A 错误； B．静止的物体可能具有重力势能（如山顶的石头）或弹性势能（如压缩的弹簧），因此可能有机械 能，故 B 错误； C．运动的物体若高度为 0 且无弹性形变，只有动能（属于机械能），但如果物体的动能为零（矛 盾），实际运动的物体一定有动能，因此一定有机械能？不，运动的物体速度不为零，一定有动能， 因此一定有机械能？需修正：运动的物体速度不为零，动能不为零，因此一定具有机械能，故 C 正 确？再分析 D：同一物体若静止在地面（重力势能为 0）、无弹性形变（弹性势能为 0）、速度为 0 （动能为 0），则机械能为零，故 D 正确。 正确解析：A 错误（缺弹性势能）；B 错误（静止物体可能有势能）；C 正确（运动物体有动能，属 于机械能）；D 正确（如静止在地面的无形变物体）。 答案：CD 【典例 2】下列关于功和能量的说法，正确的是（ ） A. 物体具有的能量越大，做的功越多 B. 具有能量的物体一定在做功 C. 做功的物体一定具有能量 D. 物体不做功就没有能量 【答案】C 【详解】A选项，物体具有的能量大仅说明其具有做功的能力大，但不一定实际做的功多（如静止在 高处的物体重力势能大，但未做功），故A错误； B选项，具有能量的物体只是有做功的本领，不一定正在做功（如挂在树上的苹果有重力势能，但未 做功），故B错误； C选项，做功的过程是能量转化或转移的过程，能做功的物体一定具有能量，因此做功的物体一定具 有能量，故C正确； D选项，物体不做功并不代表没有能量（如静止的物体可能具有重力势能、内能等），故D错误。综 上，正确答案为C 【变式 1】（24-25・江苏苏州・期末）下列物体中，机械能为零的是（　　） A．静止在地面上的石块 B．空中飞行的小鸟 C．被压缩的弹簧 D．匀速上升的电梯 【答案】A 【详解】A．石块静止在地面，动能为 0、重力势能为 0（相对地面）、无弹性形变，机械能为 0，故 A 正确； B．小鸟飞行有动能和重力势能，机械能不为零，故 B 错误； C．压缩的弹簧有弹性势能，机械能不为零，故 C 错误； D．电梯匀速上升有动能和重力势能，机械能不为零，故 D 错误。 故选 A。 【变式 2】下列关于功和能的说法正确的是（　　） A．速度小的物体动能一定小 B．被拉开的弹弓具有弹性势能 C．用力推车而车未动，因为用了力所以推力做了功 D．正在沿着斜面向上滚动的足球，势能减小，动能增大。 【答案】B 【详解】A．影响动能大小的因素是质量和速度，只知道速度，不能确定动能的大小，速度小的物体动 能不一定小，故A错误； B．被拉开的弹弓发生了弹性形变，所以具有弹性势能，故B正确； C．用力推车而车未动，虽然有力，但沿力的方向没有距离，所以没有做功，故C错误； D．正在沿着斜面向上滚动的足球，质量不变，高度增大，重力势能增大，速度减小，动能减小，故D 错误。 故选B。 【变式 3】在物理学中，将 能和 能统称为机械能． 【答案】 动 势 【分析】要解决此题，需要掌握机械能的概念，知道机械能包括动能和势能，运动的物体具有动能； 被举高的物体具有重力势能，发生弹性形变的物体具有弹性势能． 【详解】在物理学中，将动能和势能统称为机械能． 知识点 2：动能与重力势能的相互转化 1.转化规律：在不考虑摩擦和空气阻力的情况下，动能与重力势能可以相互转化，且转化过程中机械 能总量保持不变。​ （1）动能转化为重力势能：物体速度减小（动能减小），高度升高（重力势能增大）；​ （2）重力势能转化为动能：物体高度降低（重力势能减小），速度增大（动能增大）。​ 2.实验探究：单摆的能量转化​ （1）实验器材：单摆（小球、细线、铁架台）。​ （2）实验过程：​ ①将小球拉到左侧最高点 A，此时小球静止（动能为 0），高度最高（重力势能最大）；​ ②释放小球，小球从 A 点向最低点 B 运动：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；​ ③小球从 B 点向右侧最高点 C 运动：速度减小（动能减小），高度升高（重力势能增大），动能转 化为重力势能；​ ④若不计空气阻力，小球能到达与 A 点等高的 C 点，机械能总量不变。​ 3.典型实例分析：​ （1）过山车运动：​ 从最高点下滑：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；​ 冲上斜坡：速度减小→动能减小，高度升高→重力势能增大，动能转化为重力势能；​ 最低点时动能最大，最高点时重力势能最大。​ （2）苹果下落：​ 从树上落下时：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；​ 落地前瞬间动能最大，重力势能最小（接近零）。​ （3）竖直上抛的小球：​ 上升过程：速度减小→动能减小，高度升高→重力势能增大，动能转化为重力势能；​ 最高点：动能为零，重力势能最大；​ 下落过程：重力势能转化为动能，回到抛出点时动能与抛出时相等（不计空气阻力）。​ 4.注意事项：​ 分析转化过程时，需明确 “能量变化的因果关系”：高度变化导致重力势能变化，速度变化导致动能 变化；​ 实际情境中（如过山车滑行），由于摩擦存在，部分机械能转化为内能，因此最高点一次比一次低。 【典例 3】（2024・湖北武汉・中考真题）如图所示是运动员滑雪的场景，下列关于能量转化的说法正确的是（　　） A．运动员从山坡滑下时，重力势能转化为动能 B．运动员滑行过程中，机械能保持不变 C．运动员上坡时，动能转化为重力势能，速度越来越大 D．运动员在空中飞行时，只有重力势能 【答案】A 【详解】A．滑下时高度降低、速度增大，重力势能转化为动能，故 A 正确； B．滑行过程中存在摩擦，机械能转化为内能，机械能减小，故 B 错误； C．上坡时动能转化为重力势能，速度减小，故 C 错误； D．空中飞行时，既有速度（动能），又有高度（重力势能），故 D 错误。 故选 A。 【典例 4】(2025·云南昆明·期末)抛铅球是初中学生运动会的项目之一，小强将球抛出后，球运动的轨迹如图所示。则下列说法正确的是（    ） A．球在上升的过程中，重力势能增大 B．球在运动的过程中，运动状态改变 C．球运动到最高点时，受到平衡力的作用 D．球在空中运动的过程，小强对球做了功 【答案】AB 【详解】A．球在上升的过程中，质量不变，高度增加，则重力势能增大，故A正确； B．球在运动过程中，速度的大小和方向都在改变，所以运动状态是变化的，故B正确； C．实心球运动到最高点时，受空气阻力和重力作用，这两个力不在同一直线上，受力不平衡，故C错 误； D．球在空中运动的过程中，小强对球没有施加力的作用，所以小强对球不做功，故D错误。 故选AB。 【变式 1】（24-25・河南郑州・期末）人造地球卫星在绕地球运行的过程中，从近地点到远地点的过程中，速度______（选填 “增大”“减小” 或 “不变”），动能______，重力势能______，______能转化为______能（不考虑空气阻力）。 【答案】减小；减小；增大；动；重力势 【详解】卫星从近地点到远地点，高度升高（重力势能增大），速度减小（动能减小），不考虑阻力 时机械能守恒，因此动能转化为重力势能。 【变式 2】（多选）（2024・山东青岛・期末）下列过程中，属于重力势能转化为动能的是（　　） A．熟透的苹果从树上落下 B．秋千从高处向低处摆动 C．电梯匀速上升 D．瀑布水流下落 【答案】ABD 【详解】A．苹果下落：重力势能→动能，故 A 正确； B．秋千从高到低：重力势能→动能，故 B 正确； C．电梯匀速上升：动能不变，重力势能增大（消耗电能），无转化，故 C 错误； D．瀑布水流下落：重力势能→动能，故 D 正确。 故选 ABD。 【变式 3】2020年7月3日长征四号乙运载火箭，成功将高分辨率多模综合成像卫星送入预定轨道，如图所示，火箭加速上升的过程中，它所运载的卫星（　　） A．动能增大、重力势能减小 B．动能减小、重力势能增大 C．机械能增大、动能增大 D．机械能减小、重力势能增大 【答案】C 【详解】火箭加速上升阶段，卫星质量不变，速度增大，动能增大；高度增大，重力势能增大；卫星 上升时没有发生弹性形变，不具有弹性势能；机械能等于动能和重力势能之和，机械能增大。 故选C。 知识点 3：动能与弹性势能的相互转化 1.转化规律：在不考虑摩擦的情况下，动能与弹性势能可以相互转化，且机械能总量保持不变。 动能转化为弹性势能：物体速度减小（动能减小），弹性形变程度增大（弹性势能增大）； 弹性势能转化为动能：物体弹性形变程度减小（弹性势能减小），速度增大（动能增大）。 2.典型实例分析： （1）弹簧振子的运动： 压缩弹簧后释放：弹簧形变减小（弹性势能减小），振子速度增大（动能增大），弹性势能转化为动 能； 振子撞击弹簧（另一端）：速度减小（动能减小），弹簧形变增大（弹性势能增大），动能转化为弹 性势能。 （2）拉弓射箭： 拉弓过程：人对弓做功，动能转化为弓的弹性势能（弓形变增大）； 射箭过程：弓的弹性形变减小（弹性势能减小），箭的速度增大（动能增大），弹性势能转化为动 能。 （3）蹦极运动（弹性绳绷紧后）： 下落阶段（弹性绳绷紧后）：人的速度减小（动能减小），弹性绳形变增大（弹性势能增大），动能 转化为弹性势能； 反弹上升阶段：弹性绳形变减小（弹性势能减小），人的速度增大（动能增大）、高度升高（重力势 能增大），弹性势能转化为动能和重力势能。 （4）拍皮球： 皮球落地时：速度减小（动能减小），形变增大（弹性势能增大），动能转化为弹性势能； 皮球反弹时：形变减小（弹性势能减小），速度增大（动能增大），弹性势能转化为动能。 3.关键说明： （1）弹性势能的变化取决于 “弹性形变程度”，形变越大，弹性势能越大； （2）转化过程中若存在摩擦（如皮球反弹高度越来越低），机械能会转化为内能，总量减小。 【典例 5】（2024・浙江杭州・中考真题）下列过程中，动能转化为弹性势能的是（　　） A．运动员将篮球投向篮筐 B．推开的弹簧门自动关闭 C．汽车紧急刹车时滑行 D．将压缩的弹簧释放，推动木块运动 【答案】B 【详解】A．篮球投向篮筐：动能转化为重力势能，故 A 错误； B．弹簧门自动关闭：门的动能转化为弹簧的弹性势能（弹簧形变增大），故 B 正确； C．汽车刹车滑行：动能转化为内能，故 C 错误； D．弹簧释放推动木块：弹性势能转化为动能，故 D 错误。 故选 B。 【典例 6】将一支内有弹簧的圆珠笔向下按压（如图），放手后笔会向上弹起一定高度．下列关于该过程中能量变化的叙述，其中正确的是（　　） A. 向下按笔的过程中，弹簧的弹性势能减小 B. 向下按笔的过程中，笔的重力势能增大 C. 笔向上弹起的过程中，笔的重力势能增大 D. 笔向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能增大 【答案】C 【详解】A.向下按笔的过程中，弹簧的弹性形变程度变大，故其具有的弹性势能变大，故A错误； B.由于重力势能与质量、高度有关，所以向下按笔的过程中，笔的高度减小，故其重力势能减小，故B错误； C.笔向上弹起的过程中，笔的质量不变，高度增加，故笔的重力势能增大，故C正确； D.笔向上弹起的过程中，弹簧形变程度变小，所以其弹性势能变小，故D错误； 【变式 1】（24-25・广东广州・期末）如图所示，将小球放在压缩的弹簧上，释放弹簧后，小球被弹起 并向上运动。下列说法正确的是（　　） A．弹簧释放时，弹性势能转化为小球的动能 B．小球上升过程中，动能转化为重力势能 C．小球到达最高点时，机械能最大 D．整个过程中，机械能始终守恒 【答案】AB 【详解】A．弹簧释放：形变减小（弹性势能减小），小球速度增大（动能增大），弹性势能→动能， 故 A 正确； B．小球上升：速度减小（动能减小），高度升高（重力势能增大），动能→重力势能，故 B 正确； C．若考虑空气阻力，机械能会减小，最高点机械能不是最大（初始时弹簧弹性势能转化为机械能，随 后有损耗），故 C 错误； D．实际过程中存在摩擦和空气阻力，机械能不守恒，故 D 错误。 故选 AB。 【变式 2】如图所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，做好后将它从不太陡的斜面滚下，会看到它从斜面上加速滚下，滚到 水平面上后减速停止，然后又反向滚回到斜面上(　　)        A．罐子在滚动过程中没有力对其做功 B．罐子滚动过程中第一次速度变为零时，橡皮筋的弹性势能最大 C．罐子在水平面上最终停止运动说明能量守恒定律不一定成立 D．罐子在斜面和水平面上来回滚动的过程中，机械能不守恒 【答案】BD 【详解】A．罐子在向下滚动的过程中，受到竖直向下的重力，所以重力做了功，同时，罐子在反向滚 回前要克服橡皮筋的弹力做功，反向滚回过程，橡皮筋的弹力对罐子做功，故A不符合题意； B．罐子从斜面滚下时，重力势能转化为动能和弹性势能，在水平面滚动时，动能转化为弹性势能，当 动能减小到0，即速度为0时，弹性势能最大。之后，反向滚回斜面，再次速度为零。故B符合题意； C．罐子在斜面与水平面间运动，最后在水平面停止的过程，机械能转化成内能，而不是机械能消失了，故C不符合题意； D．罐子在斜面和水平面上来回滚动的过程中，除了受到重力，还受到弹力的作用，所以机械能不守恒，故D符合题意。 故选BD。 【变式 3】“弓开如满月，箭去似流星。”拉开的弓能把箭射出去，说明弓的 能转化为箭的 能。 【答案】 弹性势 动 【详解】[1][2]拉开的弓把箭射出去的过程是弓的弹性势能转化为箭的动能的过程。 知识点 4：机械能的守恒与损耗 1.机械能守恒的条件：只有动能和势能之间相互转化，没有其他形式的能量产生（即不考虑摩擦、空 气阻力、碰撞损耗等），此时机械能总量保持不变。 理想情况：如无空气阻力的单摆运动、光滑斜面的物体滑动等，机械能守恒。 表达式：初始机械能 = 末机械能（动能₁ + 势能₁ = 动能₂ + 势能₂）。 2.机械能的损耗（实际情境）： 损耗原因：主要是摩擦阻力和空气阻力，部分机械能会转化为内能（如摩擦生热）、声能等其他形式 的能量； 表现：机械能总量减小，但总能量（机械能 + 内能 + ...）仍然守恒（能量守恒定律）； 实例： ①单摆摆动时，由于空气阻力，振幅越来越小，最终静止（机械能转化为内能）； ②汽车刹车时，动能转化为内能（刹车片发热），机械能减小； ③ 皮球反弹时，每次反弹高度都比上一次低（机械能转化为内能和声能）。 3.机械能守恒的应用： 解释现象：如瀑布的水流从高处落下，重力势能转化为动能，可带动水轮机发电（机械能转化为电 能）； 设计机械：如过山车轨道的设计，利用重力势能和动能的相互转化，无需持续提供动力（忽略损耗 时）； 节能原理：减少机械摩擦（如加润滑油），可减小机械能损耗，提高机械效率。 4.能量守恒定律（拓展）： 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会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，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。机械能守恒是能量守恒定律的特殊情 况。 【典例 7】（2024・江苏南京・中考真题）关于机械能的守恒与损耗，下列说法正确的是（　　） A．物体在光滑水平面上运动时，机械能一定守恒 B．物体只受重力作用时，机械能一定守恒 C．物体受到摩擦力作用时，机械能一定减小 D．机械能守恒时，物体的运动状态一定不变 【答案】B 【详解】A．光滑水平面无摩擦，但物体可能受其他力（如拉力）做功，机械能可能变化（如拉力做功 使动能增大），故 A 错误； B．物体只受重力作用时，只有重力势能和动能相互转化，机械能守恒，故 B 正确； C．物体受摩擦力但同时受其他力做功（如拉力），机械能可能不变或增大（如拉力做功大于摩擦力损 耗），故 C 错误； D．机械能守恒时，物体运动状态可能变化（如单摆摆动，速度和高度不断变化），故 D 错误。 故选 B。 【典例 8】．(24-25八下·广东深圳·期末)如图，使用健腹轮时可将膝盖跪在地垫上，双手先紧握健腹轮手柄（状态1），再向前推动健腹轮至身体与地面相平，稍停数秒（状态2），然后收回归位，反复操作。则从状态1到状态2的过程中（　　） A．人的重力势能减小，健腹轮的重力势能增加 B．健腹轮的动能先增大后减小 C．人和健腹轮的总机械能守恒 D．人受到的重力做的功，全部转化为健腹轮的动能 【答案】B 【详解】A．从状态1到状态2的过程中，人的质量不变，重心降低，所以重力势能减小；健腹轮的质 量不变，重心高度也不变，所以重力势能不变，故A不符合题意； B．在向前推动健腹轮的过程中，速度先增大后减小，健腹轮的质量不变，所以健腹轮的动能先增大后 减小，故B符合题意； C．人和健腹轮在运动过程中，存在摩擦力做功，机械能不守恒，故C不符合题意； D．人受到的重力做的功，一部分转化为健腹轮的动能，一部分克服摩擦力做功，重力势能并未全部转 化为动能，故D不符合题意。 故选B。 【变式 1】（24-25・安徽合肥・期中）如图所示,小球最初从A点由静止释放,沿粗糙程度相同的轨道下滑,经B点到达C点,下列判断正确的是( ) A.小球到达C点后就保持静止,不再向上,也不会向下 B.小球从A点运动到C点的过程中,重力势能不断减小 C.小球从A点运动到C点的过程中,动能不断增大 D.小球从A点运动到C点的过程中,机械能不断减小 【答案】D 【详解】A：C点不是轨道最低点，小球到达C点后，由于重力作用会向下滑动，不会保持静止，A错 误； B：重力势能与高度有关，从A到B高度减小（重力势能减小），从B到C高度增大（重力势能增 大），因此重力势能先减小后增大，不是“不断减小”，B错误； C：动能与速度有关，从A到B速度增大（动能增大），从B到C速度减小（动能减小），因此动能先增大后减小，不是“不断增大”，C错误； D：轨道粗糙，小球运动过程中要克服摩擦力做功，机械能转化为内能，因此机械能不断减小，D正确。 综上，正确答案为D 【变式 2】如下图所示，小磊分别沿三条路径从滑梯同一高度处由静止滑到水平地面。忽略空气阻力和摩擦，此过程中小磊的机械能是 （选填“守恒”或“不守恒”）的，他到达滑梯最底端时的速度 （选填“相同”或“不相同”）。 【答案】 守恒 相同 【详解】滑梯的高度一定，小磊的质量一定，所以小磊下滑前的重力势能一定，因为不计摩擦和空气 阻力，机械能是守恒的，沿不同路径下滑时小磊的重力势能全部转化为动能，所以到达滑梯最底端时 小磊的动能相同，速度相同。 【变式 3】下列有关机械能的说法中正确的是（　　） A．只要有力对物体做功，物体的机械能就改变 B．在平衡力作用下运动的木块的动能保持不变 C．推出的铅球在下落过程中增加的动能是由重力势能转化来的 D．如果物体通过的路程与所用时间的比值不变，则物体的机械能不变 【答案】BC 【详解】A．力对物体做功，物体的机械能不一定改变，如给轮胎打气时，对打气筒做功，打气筒发 热，即打气筒的内能增加，机械能不变，故A错误； B．在平衡力作用下运动的木块，质量和速度均不变，因此动能保持不变；故B正确； C．推出的铅球在下落过程中，质量不变，速度增加，高度减小，因此重力势能减小、动能增加，即增 加的动能是由重力势能转化来的；故C正确； D．物体通过的路程与所用时间的比值等于速度，物体的质量和速度不变，说明动能不变，机械能等于 动能和势能之和，因此机械能可能增加，可能减小，也可能不变，故D错误． 【方法技巧】 方法技巧 1机械能转化的分析方法 明确研究对象（如卫星、小球、物体），确定分析的过程（如上升、下落、碰撞）。 分别判断动能、势能的变化： 动能看 “质量 + 速度”：质量不变时，速度变大→动能增大，速度变小→动能减小。 重力势能看 “质量 + 高度”：质量不变时，高度升高→重力势能增大，高度降低→重力势能减小。 弹性势能看 “形变程度”：弹性形变越大→弹性势能越大，形变恢复→弹性势能减小（无形变则为 0）。 总结转化关系：一个能量减小，另一个（或多个）能量增大，且减小的能量转化为增大的能量（忽略摩擦时总量近似不变）。 示例：物体自由下落→重力势能减小，动能增大→重力势能转化为动能； 示例：火箭加速上升（外力做功）→动能和重力势能都增大→其他形式的能转化为机械能。 方法技巧 2机械能守恒的判断与应用 1.守恒判断条件（关键） (1)只有 “重力” 或 “弹力” 做功，其他力（如摩擦力、推力）不做功，机械能才守恒。 (2)满足守恒的常见场景：自由落体、光滑斜面滑行、单摆摆动、弹簧弹性碰撞（无摩擦）。 (3)不满足守恒的常见场景：有空气阻力的运动、外力推动物体运动（如火箭加速、起重机吊物体）、 克服摩擦做功（如物体在粗糙水平面滑行）。 2.守恒的应用（解题步骤） (1)先判断过程是否满足机械能守恒（按上面的条件）。 (2)确定 “初状态” 和 “末状态” 的机械能组成（无弹性形变时，机械能 = 动能 + 重力势能）。 【巩固训练】 1．有甲、乙两个完全相同的小球。在同一高度以大小相等的速度，将甲球竖直向下抛出、将乙球竖直向上抛出，如图所示。若不计空气阻力，下列说法正确的是( ) A.抛出时刻，甲球比乙球的动能小 B.抛出时刻，甲球比乙球的重力势能小 C.乙球上升过程中，重力势能转化为动能 D.甲球下落过程中，它的机械能保持不变 【答案】D 【详解】A．抛出时刻，甲乙两球的速度大小相等，又因为甲乙是两个完全相同的小球，因此甲乙两球 的质量相等，所以抛出时刻甲球和乙球的动能相等；故A错误； B．由题意可知，甲乙两球的质量相等，甲乙两个小球在同一高度抛出，所以抛出时刻甲球和乙球的重 力势能相等；故B错误； C．乙球上升过程中，速度越来越小，高度越来越高，是动能转化为重力势能；故C错误； D．甲球下落过程中，速度越来越大，高度越来越低，是重力势能转化为动能，由于不计空气阻力，所 以甲球下落过程中，它的机械能保持不变；故D正确。 2．我国现代农业已进入信息化和数字化时代，农用机械已经能通过北斗导航系统精准作业。如图所示，水平匀速飞行的无人机正在喷洒农药，在此过程中（　　） A．它的动能不变，重力势能减小，机械能减小 B．它的动能不变，重力势能不变，机械能不变 C．它的动能减小，重力势能不变，机械能减小 D．它的动能减小，重力势能减小，机械能减小 【答案】D 【详解】动能的大小与质量和速度有关，重力势能的大小与质量和高度有关，水平匀速飞行的无人机 正在喷洒农药，在此过程中，水平飞行说明高度不变，匀速说明速度大小不变，但喷洒农药说明总质 量在减小，因此动能减小，重力势能减小，动能和势能统称为机械能，所以机械能在减小，故D符合 题意，ABC不符合题意。 故选D。 3．5月14日，一架国产C919大飞机（如图所示）从浦东机场起飞，经过3个多小时的飞行后安全降落，这标志着即将交付的首架C919大飞机首飞试验成功。下列说法正确的是（　　） A．飞机在升空过程中，飞行员的重力势能逐渐增大 B．飞机从起飞到安全降落的整个过程中，飞行员的动能一直保持不变 C．飞机从起飞到安全降落的整个过程中，飞机的机械能一直保持不变 D．飞机降落后，在水平道上滑行过程中，飞机的动能转化为重力势能 【答案】A 【详解】A．飞机在升空过程中，高度增大，质量不变，所以飞行员的重力势能逐渐增大，故A正确； B．飞机从起飞到安全降落的整个过程中，速度是变化的，质量不变，所以飞行员的动能会发生变化， 故B错误； C．飞机从起飞到安全降落的整个过程中，质量不变，高度、速度会发生变化，重力势能、动能会发生 变化，所以飞机的机械能也会发生变化，故C错误； D．飞机降落后，在水平道上滑行过程中，飞机的高度不变重力势能不变，所以飞机的动能没有转化为 重力势能，故D错误。 故选A。 4.如图所示为游乐园的过山车运行的情境，下列说法正确的是（  ） A．过山车从高处加速滑下的过程中，动能增加 B．过山车从高处加速滑下是由于受到惯性的作用 C．过山车从低处上升的过程中，重力势能增加 D．过山车从低处上升的过程中，重力势能转化为动能 【答案】AC 【详解】A．过山车从高处加速滑下的过程中，质量不变，速度增大，所以动能增加，故A正确； B．过山车从高处加速滑下是因为受重力的作用，故B错误； C．过山车从低处上升的过程中，质量不变，高度升高，所以重力势能增加，故C正确； D．过山车从低处上升的过程中，动能减小，重力势能增大，且克服阻力做功，将动能转化为重力势能 和内能，故D错误。 故选AC。 5. (24-25·湖北荆州·期末)打篮球是很多同学喜爱的运动项目，某次打篮球过程中，篮球的部分运动轨迹如图所示。下列说法正确的是（　　） A．篮球经过相同高度的B、C两点时，机械能相等 B．篮球第一次反弹后到达最高点D时，动能为0 C．篮球经过B、E两点时，动能可能相等 D．篮球在整个过程中机械能守恒 【答案】C 【详解】AD．由图可知，每次篮球反弹后到达的最高点都比上一次的最高点要低，说明篮球的机械能 不断减小，因此在B点的机械能大于在C点的机械能，故AD错误； B．由图可知，篮球在最高点时，竖直方向速度为0，但在水平方向上速度不为0，所以篮球第一次反 弹后到达最高点时的动能不为0，故B错误； C．篮球在B点的机械能大于在E点的机械能，由图可知，B点比E点高，所以B点的重力势能大于E 点的重力势能，机械能是物体动能和势能的总和，因此在B点的动能可能等于在E点的动能，故C正 确。 故选C。 6.如图所示为某次蹦极运动的精彩瞬间，若一游客从平台上由静止开始下落。从开始下落至第一次到达最低点的过程中，游客的（　　） A．动能一直增大 B．重力势能一直减小 C．机械能保持不变 D．机械能一直增大 【答案】B 【详解】游客从开始下落至第一次到达最低点的过程中，起始阶段：蹦极者从起始点跳下，此时弹性 绳处于松弛状态，在重力作用下下落。将重力势能逐渐转化为动能，重力势能越来越小，动能越来越 大；绳子拉伸阶段：当下降到一定高度后，绳子开始被拉长，蹦极者继续受到向下的重力，同时绳子 也产生向上的弹力。此时，一部分重力势能继续转化为动能，另一部分则转化为弹性绳的弹性势能； 受力平衡阶段：在某一时刻，蹦极者受到的重力和绳子的弹力达到平衡，此时速度达到最大，动能最 大；减速下降阶段：随着绳子的继续拉伸，弹力逐渐大于重力，蹦极者开始做减速运动，此过程中， 动能和重力势能继续转化为绳子的弹性势能，直到下降到最低点，此时动能和重力势能最小，弹性势 能最大。综上可知，游客的动能先增大后减小，重力势能一直减小。下落过程中要克服空气阻力做 功，消耗一部分机械能，则机械能一直减小。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 7.如图所示为单板滑雪运动员在空中运动的轨迹，图中a、c两处等高，若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．运动员从a处到b处重力势能转化为动能 B．运动员在a处和c处的重力势能相等 C．运动员在b处时的机械能最大 D．运动员从b处到d处速度逐渐减小 【答案】B 【详解】A．若不计空气阻力，运动员从a处到b处的过程中，机械能守恒，运动员位置升高，重力势 能增加，动能减小，减小的动能全部转化为重力势能，故A错误； B．如图，a处和c处的高度相同，运动员的质量不变，因此运动员在a处和c处的重力势能相等，故 B正确； C．运动员运动过程中不计空气阻力，机械能守恒，因此运动员在b处时的机械能与其他各点的机械能 相同，故C错误； D．运动员从b处到d处的过程中，高度降低，重力势能减小，机械能守恒，因此减小的重力势能全部 转化为动能，运动员的速度逐渐增大，故D错误。 故选B。 8.(24-25八下·湖北应城·期末)如图所示，小球在一个光滑的轨道上从O点由静止释放，小球始终没有离开轨道，则下列说法中正确的是（　　） A．a点小球的机械能最大 B．b点小球的速度最快 C．c点小球受力平衡 D．d点是小球能够到达的最大高度 【答案】B 【详解】A．小球在一个光滑的轨道上从O点由静止释放，不受摩擦力的作用，只受重力的作用，则小 球机械能守恒，故A错误； B．b点高度最低，重力势能最小，则动能最大，速度最快，故B正确； C．整个过程中，小球只受重力作用，受力不平衡，故C错误； D．小球从O点由静止释放，且机械能守恒，则小球能够到达的最大高度和O点一样高，而d点的高度 比O点高，故D错误。 故选B。 9.如图所示为玩溜溜球的情景。放手后，溜溜球在重力的作用下展开绳子下降至最低点的过程中（不考虑空气阻力）， 能转化为 能；接着溜溜球自动缠绕绳子上升过程中，溜溜球的 能增大。 【答案】 重力势 动 重力势 【详解】溜溜球在下降过程中，高度降低，质量不变，速度增大，将重力势能转化为动能； 在溜溜球上升的过程中，质量不变，高度增加，重力势能增大。 10．(24-25九·江苏盐城·期末)2024年9月25日8点44分，东风41号洲际弹道导弹发射，震惊了世界，小明查阅了网上资料找到一幅图片，经过浏览发现洲际导弹采用的是钱学森弹道，已知第一阶段洲际导弹加速上升，动能 重力势能 ，第二阶段假设导弹消耗大量燃料沿着大气层的临界位置匀速飞行，动能 。（增大/减小/不变） 【答案】 增大 增大 减小 【详解】第一阶段洲际导弹加速上升，质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大； 第二阶段假设导弹消耗大量燃料沿着大气层的临界位置匀速飞行，质量减小，速度不变，动能减小。 11.下图所示的是潮汐发电站的示意图。在涨潮的时候，A 处比B处水的重力势能____________。在涨潮 和落潮的时候，海水的重力势能都可以转化为水流的____________能，从而带动涡轮机发电。 【答案】大；动 【详解】重力势能的大小与物体的质量和被举高的高度有关。涨潮时，海水从海（A处）流向水库（B 处），由示意图可知A处水位高于B处，在质量相同的情况下，A处水的高度更高，因此A处比B处水 的重力势能大。涨潮和落潮时，海水会发生流动，海水的重力势能转化为水流的动能，流动的水流带 动涡轮机转动，从而实现发电。 12．(24-25·广东省广州市·期末)如图，某同学将篮球掷向地面，经过甲位置后碰到地面，接着向上反弹经过乙位置，忽略空气的作用力。 位置 机械能/J 重力势能/J 甲 13 6 乙 12 10 （1）篮球直径为24.6 （选填“mm”、“cm”或“dm”），质量为0.6kg，g取10N/kg，则该篮球 受到的重力为 N； （2）请在图中乙位置画出篮球的受力示意图； （3）篮球经过甲、乙两位置时的机械能和重力势能如表所示，则篮球与地面碰撞过程损失的机械能为 J，在乙位置时的动能为 J。 【答案】 cm 6 1 2 【详解】（1）[1]根据常见物体的长度可知，篮球直径为24.6cm。 [2]根据G=mg可得，该篮球受到的重力为 （2）[3]忽略空气的作用力，则篮球在乙位置只受重力的作用，重力的方向为竖直向下，因此在篮球的重心处沿竖直方向画一条竖直向下的有向线段，用G来表示，如图所示 （3）[4]根据表格信息可知，篮球与地面碰撞过程损失的机械能为 [5]由于机械能等于动能与重力势能之和，所以篮球在乙位置时的动能为 22 / 22 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1：机械能的概念 2 知识点2：动能与重力势能的相互转化 3 知识点3：动能与弹性势能的相互转化 6 知识点4：机械能的守恒与损耗 8 【方法技巧】 10 方法技巧 1 机械能转化的分析方法 10 方法技巧 2 机械能守恒的判断与应用 10 【巩固训练】 10 【学习目标】 学习目标 具体要求 核心概念 1. 理解机械能的概念，知道机械能是动能、重力势能和弹性势能的总和； 2. 掌握动能与重力势能、动能与弹性势能相互转化的规律； 3. 理解机械能守恒的条件，知道实际情境中机械能的损耗原因。 能力素养 1. 能结合生活实例和实验分析不同形式机械能的转化过程； 2. 能判断具体情境中机械能是否守恒，解释机械能损耗的现象； 3. 能运用机械能转化的知识解决简单实际问题，如过山车、摆钟等设备的工作原理。 重点 1. 动能与重力势能、动能与弹性势能的相互转化； 2. 机械能守恒的条件及理解； 3. 结合实例分析机械能的转化过程。 难点 1. 准确分析复杂情境中机械能的转化路径； 2. 理解 “不考虑摩擦时机械能守恒” 的理想条件与实际情境的差异； 3. 运用机械能转化规律解释生活中的复杂现象。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点 1：机械能的概念 1.定义：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能，是物体最常见的能量形式之一。 理解：机械能是物体具有的 “机械运动相关的能量”，涵盖了物体由于运动、被举高或发生弹性形变 而具有的能量。 表达式：机械能 = 动能 + 重力势能 + 弹性势能（若物体未发生弹性形变，机械能 = 动能 + 重力势 能）。 单位：与其他能量形式相同，国际主单位是焦耳（J）（1J = 1N·m）。 2.实例分析： 行驶的汽车：具有动能，同时相对于地面有一定高度（重力势能），因此机械能 = 动能 + 重力势 能； 被压缩的弹簧：只有弹性势能，因此机械能 = 弹性势能； 静止在山顶的石头：只有重力势能，因此机械能 = 重力势能； 空中飞行的小鸟：具有动能和重力势能，因此机械能 = 动能 + 重力势能。 3.关键说明： 机械能是 “状态量”，与物体的运动状态（速度、高度）和形变状态直接相关； 物体的机械能可能只有一种形式（如静止的弹簧），也可能是多种形式的组合（如飞行的炮弹）。 【典例 1】（2024・山东泰安・中考真题）下列关于机械能的说法正确的是（　　） A．机械能只包括动能和重力势能 B．静止的物体一定没有机械能 C．运动的物体一定具有机械能 D．同一物体的机械能可能为零 【典例 2】下列关于功和能量的说法，正确的是（ ） A. 物体具有的能量越大，做的功越多 B. 具有能量的物体一定在做功 C. 做功的物体一定具有能量 D. 物体不做功就没有能量 【变式 1】（24-25・江苏苏州・期末）下列物体中，机械能为零的是（　　） A．静止在地面上的石块 B．空中飞行的小鸟 C．被压缩的弹簧 D．匀速上升的电梯 【变式 2】下列关于功和能的说法正确的是（　　） A．速度小的物体动能一定小 B．被拉开的弹弓具有弹性势能 C．用力推车而车未动，因为用了力所以推力做了功 D．正在沿着斜面向上滚动的足球，势能减小，动能增大。 【变式 3】在物理学中，将 能和 能统称为机械能． 知识点 2：动能与重力势能的相互转化 1.转化规律：在不考虑摩擦和空气阻力的情况下，动能与重力势能可以相互转化，且转化过程中机械 能总量保持不变。​ （1）动能转化为重力势能：物体速度减小（动能减小），高度升高（重力势能增大）；​ （2）重力势能转化为动能：物体高度降低（重力势能减小），速度增大（动能增大）。​ 2.实验探究：单摆的能量转化​ （1）实验器材：单摆（小球、细线、铁架台）。​ （2）实验过程：​ ①将小球拉到左侧最高点 A，此时小球静止（动能为 0），高度最高（重力势能最大）；​ ②释放小球，小球从 A 点向最低点 B 运动：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；​ ③小球从 B 点向右侧最高点 C 运动：速度减小（动能减小），高度升高（重力势能增大），动能转 化为重力势能；​ ④若不计空气阻力，小球能到达与 A 点等高的 C 点，机械能总量不变。​ 3.典型实例分析：​ （1）过山车运动：​ 从最高点下滑：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；​ 冲上斜坡：速度减小→动能减小，高度升高→重力势能增大，动能转化为重力势能；​ 最低点时动能最大，最高点时重力势能最大。​ （2）苹果下落：​ 从树上落下时：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；​ 落地前瞬间动能最大，重力势能最小（接近零）。​ （3）竖直上抛的小球：​ 上升过程：速度减小→动能减小，高度升高→重力势能增大，动能转化为重力势能；​ 最高点：动能为零，重力势能最大；​ 下落过程：重力势能转化为动能，回到抛出点时动能与抛出时相等（不计空气阻力）。​ 4.注意事项：​ 分析转化过程时，需明确 “能量变化的因果关系”：高度变化导致重力势能变化，速度变化导致动能 变化；​ 实际情境中（如过山车滑行），由于摩擦存在，部分机械能转化为内能，因此最高点一次比一次低。 【典例 3】（2024・湖北武汉・中考真题）如图所示是运动员滑雪的场景，下列关于能量转化的说法正确的是（　　） A．运动员从山坡滑下时，重力势能转化为动能 B．运动员滑行过程中，机械能保持不变 C．运动员上坡时，动能转化为重力势能，速度越来越大 D．运动员在空中飞行时，只有重力势能 【典例 4】(2025·云南省昆明市·期末)抛铅球是初中学生运动会的项目之一，小强将球抛出后，球运动的轨迹如图所示。则下列说法正确的是（    ） A．球在上升的过程中，重力势能增大 B．球在运动的过程中，运动状态改变 C．球运动到最高点时，受到平衡力的作用 D．球在空中运动的过程，小强对球做了功 【变式 1】（24-25・河南郑州・期末）人造地球卫星在绕地球运行的过程中，从近地点到远地点的过程中，速度______（选填 “增大”“减小” 或 “不变”），动能______，重力势能______，______能转化为______能（不考虑空气阻力）。 【变式 2】（多选）（2024・山东青岛・期末）下列过程中，属于重力势能转化为动能的是（　　） A．熟透的苹果从树上落下 B．秋千从高处向低处摆动 C．电梯匀速上升 D．瀑布水流下落 【变式 3】2020年7月3日长征四号乙运载火箭，成功将高分辨率多模综合成像卫星送入预定轨道，如图所示，火箭加速上升的过程中，它所运载的卫星（　　） A．动能增大、重力势能减小 B．动能减小、重力势能增大 C．机械能增大、动能增大 D．机械能减小、重力势能增大 知识点 3：动能与弹性势能的相互转化 1.转化规律：在不考虑摩擦的情况下，动能与弹性势能可以相互转化，且机械能总量保持不变。 动能转化为弹性势能：物体速度减小（动能减小），弹性形变程度增大（弹性势能增大）； 弹性势能转化为动能：物体弹性形变程度减小（弹性势能减小），速度增大（动能增大）。 2.典型实例分析： （1）弹簧振子的运动： 压缩弹簧后释放：弹簧形变减小（弹性势能减小），振子速度增大（动能增大），弹性势能转化为动 能； 振子撞击弹簧（另一端）：速度减小（动能减小），弹簧形变增大（弹性势能增大），动能转化为弹 性势能。 （2）拉弓射箭： 拉弓过程：人对弓做功，动能转化为弓的弹性势能（弓形变增大）； 射箭过程：弓的弹性形变减小（弹性势能减小），箭的速度增大（动能增大），弹性势能转化为动 能。 （3）蹦极运动（弹性绳绷紧后）： 下落阶段（弹性绳绷紧后）：人的速度减小（动能减小），弹性绳形变增大（弹性势能增大），动能 转化为弹性势能； 反弹上升阶段：弹性绳形变减小（弹性势能减小），人的速度增大（动能增大）、高度升高（重力势 能增大），弹性势能转化为动能和重力势能。 （4）拍皮球： 皮球落地时：速度减小（动能减小），形变增大（弹性势能增大），动能转化为弹性势能； 皮球反弹时：形变减小（弹性势能减小），速度增大（动能增大），弹性势能转化为动能。 3.关键说明： （1）弹性势能的变化取决于 “弹性形变程度”，形变越大，弹性势能越大； （2）转化过程中若存在摩擦（如皮球反弹高度越来越低），机械能会转化为内能，总量减小。 【典例 5】（2024・浙江杭州・中考真题）下列过程中，动能转化为弹性势能的是（　　） A．运动员将篮球投向篮筐 B．推开的弹簧门自动关闭 C．汽车紧急刹车时滑行 D．将压缩的弹簧释放，推动木块运动 【典例 6】将一支内有弹簧的圆珠笔向下按压（如图），放手后笔会向上弹起一定高度．下列关于该过程中能量变化的叙述，其中正确的是（　　） A. 向下按笔的过程中，弹簧的弹性势能减小 B. 向下按笔的过程中，笔的重力势能增大 C. 笔向上弹起的过程中，笔的重力势能增大 D. 笔向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能增大 【变式 1】（24-25・广东广州・期末）如图所示，将小球放在压缩的弹簧上，释放弹簧后，小球被弹起 并向上运动。下列说法正确的是（　　） A．弹簧释放时，弹性势能转化为小球的动能 B．小球上升过程中，动能转化为重力势能 C．小球到达最高点时，机械能最大 D．整个过程中，机械能始终守恒 【变式 2】如图所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，做好后将它从不太陡的斜面滚下，会看到它从斜面上加速滚下，滚到 水平面上后减速停止，然后又反向滚回到斜面上(　　)        A．罐子在滚动过程中没有力对其做功 B．罐子滚动过程中第一次速度变为零时，橡皮筋的弹性势能最大 C．罐子在水平面上最终停止运动说明能量守恒定律不一定成立 D．罐子在斜面和水平面上来回滚动的过程中，机械能不守恒 【变式 3】“弓开如满月，箭去似流星。”拉开的弓能把箭射出去，说明弓的 能转化为箭的 能。 知识点 4：机械能的守恒与损耗 1.机械能守恒的条件：只有动能和势能之间相互转化，没有其他形式的能量产生（即不考虑摩擦、空 气阻力、碰撞损耗等），此时机械能总量保持不变。 理想情况：如无空气阻力的单摆运动、光滑斜面的物体滑动等，机械能守恒。 表达式：初始机械能 = 末机械能（动能₁ + 势能₁ = 动能₂ + 势能₂）。 2.机械能的损耗（实际情境）： 损耗原因：主要是摩擦阻力和空气阻力，部分机械能会转化为内能（如摩擦生热）、声能等其他形式 的能量； 表现：机械能总量减小，但总能量（机械能 + 内能 + ...）仍然守恒（能量守恒定律）； 实例： ①单摆摆动时，由于空气阻力，振幅越来越小，最终静止（机械能转化为内能）； ②汽车刹车时，动能转化为内能（刹车片发热），机械能减小； ③ 皮球反弹时，每次反弹高度都比上一次低（机械能转化为内能和声能）。 3.机械能守恒的应用： 解释现象：如瀑布的水流从高处落下，重力势能转化为动能，可带动水轮机发电（机械能转化为电 能）； 设计机械：如过山车轨道的设计，利用重力势能和动能的相互转化，无需持续提供动力（忽略损耗 时）； 节能原理：减少机械摩擦（如加润滑油），可减小机械能损耗，提高机械效率。 4.能量守恒定律（拓展）： 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会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，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。机械能守恒是能量守恒定律的特殊情 况。 【典例 7】（2024・江苏南京・中考真题）关于机械能的守恒与损耗，下列说法正确的是（　　） A．物体在光滑水平面上运动时，机械能一定守恒 B．物体只受重力作用时，机械能一定守恒 C．物体受到摩擦力作用时，机械能一定减小 D．机械能守恒时，物体的运动状态一定不变 【典例 8】．(24-25八下·广东深圳·期末)如图，使用健腹轮时可将膝盖跪在地垫上，双手先紧握健腹轮手柄（状态1），再向前推动健腹轮至身体与地面相平，稍停数秒（状态2），然后收回归位，反复操作。则从状态1到状态2的过程中（　　） A．人的重力势能减小，健腹轮的重力势能增加 B．健腹轮的动能先增大后减小 C．人和健腹轮的总机械能守恒 D．人受到的重力做的功，全部转化为健腹轮的动能 【变式 1】（24-25・安徽合肥・期中）如图所示,小球最初从A点由静止释放,沿粗糙程度相同的轨道下滑,经B点到达C点,下列判断正确的是( ) A.小球到达C点后就保持静止,不再向上,也不会向下 B.小球从A点运动到C点的过程中,重力势能不断减小 C.小球从A点运动到C点的过程中,动能不断增大 D.小球从A点运动到C点的过程中,机械能不断减小 【变式 2】如下图所示，小磊分别沿三条路径从滑梯同一高度处由静止滑到水平地面。忽略空气阻力和摩擦，此过程中小磊的机械能是 （选填“守恒”或“不守恒”）的，他到达滑梯最底端时的速度 （选填“相同”或“不相同”）。 【变式 3】下列有关机械能的说法中正确的是（　　） A．只要有力对物体做功，物体的机械能就改变 B．在平衡力作用下运动的木块的动能保持不变 C．推出的铅球在下落过程中增加的动能是由重力势能转化来的 D．如果物体通过的路程与所用时间的比值不变，则物体的机械能不变 【方法技巧】 方法技巧 1机械能转化的分析方法 明确研究对象（如卫星、小球、物体），确定分析的过程（如上升、下落、碰撞）。 分别判断动能、势能的变化： 动能看 “质量 + 速度”：质量不变时，速度变大→动能增大，速度变小→动能减小。 重力势能看 “质量 + 高度”：质量不变时，高度升高→重力势能增大，高度降低→重力势能减小。 弹性势能看 “形变程度”：弹性形变越大→弹性势能越大，形变恢复→弹性势能减小（无形变则为 0）。 总结转化关系：一个能量减小，另一个（或多个）能量增大，且减小的能量转化为增大的能量（忽略摩擦时总量近似不变）。 示例：物体自由下落→重力势能减小，动能增大→重力势能转化为动能； 示例：火箭加速上升（外力做功）→动能和重力势能都增大→其他形式的能转化为机械能。 方法技巧 2机械能守恒的判断与应用 1.守恒判断条件（关键） (1)只有 “重力” 或 “弹力” 做功，其他力（如摩擦力、推力）不做功，机械能才守恒。 (2)满足守恒的常见场景：自由落体、光滑斜面滑行、单摆摆动、弹簧弹性碰撞（无摩擦）。 (3)不满足守恒的常见场景：有空气阻力的运动、外力推动物体运动（如火箭加速、起重机吊物体）、 克服摩擦做功（如物体在粗糙水平面滑行）。 2.守恒的应用（解题步骤） (1)先判断过程是否满足机械能守恒（按上面的条件）。 (2)确定 “初状态” 和 “末状态” 的机械能组成（无弹性形变时，机械能 = 动能 + 重力势能）。 【巩固训练】 1．有甲、乙两个完全相同的小球。在同一高度以大小相等的速度，将甲球竖直向下抛出、将乙球竖直向上抛出，如图所示。若不计空气阻力，下列说法正确的是( ) A.抛出时刻，甲球比乙球的动能小 B.抛出时刻，甲球比乙球的重力势能小 C.乙球上升过程中，重力势能转化为动能 D.甲球下落过程中，它的机械能保持不变 2．我国现代农业已进入信息化和数字化时代，农用机械已经能通过北斗导航系统精准作业。如图所示，水平匀速飞行的无人机正在喷洒农药，在此过程中（　　） A．它的动能不变，重力势能减小，机械能减小 B．它的动能不变，重力势能不变，机械能不变 C．它的动能减小，重力势能不变，机械能减小 D．它的动能减小，重力势能减小，机械能减小 3．5月14日，一架国产C919大飞机（如图所示）从浦东机场起飞，经过3个多小时的飞行后安全降落，这标志着即将交付的首架C919大飞机首飞试验成功。下列说法正确的是（　　） A．飞机在升空过程中，飞行员的重力势能逐渐增大 B．飞机从起飞到安全降落的整个过程中，飞行员的动能一直保持不变 C．飞机从起飞到安全降落的整个过程中，飞机的机械能一直保持不变 D．飞机降落后，在水平道上滑行过程中，飞机的动能转化为重力势能 4.如图所示为游乐园的过山车运行的情境，下列说法正确的是（  ） A．过山车从高处加速滑下的过程中，动能增加 B．过山车从高处加速滑下是由于受到惯性的作用 C．过山车从低处上升的过程中，重力势能增加 D．过山车从低处上升的过程中，重力势能转化为动能 5. (24-25·湖北荆州·期末)打篮球是很多同学喜爱的运动项目，某次打篮球过程中，篮球的部分运动轨迹如图所示。下列说法正确的是（　　） A．篮球经过相同高度的B、C两点时，机械能相等 B．篮球第一次反弹后到达最高点D时，动能为0 C．篮球经过B、E两点时，动能可能相等 D．篮球在整个过程中机械能守恒 6.如图所示为某次蹦极运动的精彩瞬间，若一游客从平台上由静止开始下落。从开始下落至第一次到达最低点的过程中，游客的（　　） A．动能一直增大 B．重力势能一直减小 C．机械能保持不变 D．机械能一直增大 7.如图所示为单板滑雪运动员在空中运动的轨迹，图中a、c两处等高，若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．运动员从a处到b处重力势能转化为动能 B．运动员在a处和c处的重力势能相等 C．运动员在b处时的机械能最大 D．运动员从b处到d处速度逐渐减小 8.(24-25八下·湖北应城·期末)如图所示，小球在一个光滑的轨道上从O点由静止释放，小球始终没有离开轨道，则下列说法中正确的是（　　） A．a点小球的机械能最大 B．b点小球的速度最快 C．c点小球受力平衡 D．d点是小球能够到达的最大高度 9.如图所示为玩溜溜球的情景。放手后，溜溜球在重力的作用下展开绳子下降至最低点的过程中（不考虑空气阻力）， 能转化为 能；接着溜溜球自动缠绕绳子上升过程中，溜溜球的 能增大。 10．(24-25九·江苏盐城·期末)2024年9月25日8点44分，东风41号洲际弹道导弹发射，震惊了世界，小明查阅了网上资料找到一幅图片，经过浏览发现洲际导弹采用的是钱学森弹道，已知第一阶段洲际导弹加速上升，动能 重力势能 ，第二阶段假设导弹消耗大量燃料沿着大气层的临界位置匀速飞行，动能 。（增大/减小/不变） 11.下图所示的是潮汐发电站的示意图。在涨潮的时候，A 处比B处水的重力势能____________。在涨潮 和落潮的时候，海水的重力势能都可以转化为水流的____________能，从而带动涡轮机发电。 12．(24-25·广东省广州市·期末)如图，某同学将篮球掷向地面，经过甲位置后碰到地面，接着向上反弹经过乙位置，忽略空气的作用力。 位置 机械能/J 重力势能/J 甲 13 6 乙 12 10 （1）篮球直径为24.6 （选填“mm”、“cm”或“dm”），质量为0.6kg，g取10N/kg，则该篮球 受到的重力为 N； （2）请在图中乙位置画出篮球的受力示意图； （3）篮球经过甲、乙两位置时的机械能和重力势能如表所示，则篮球与地面碰撞过程损失的机械能为 J，在乙位置时的动能为 J。 1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $