第4节 机械能及其转化（讲义）物理新教材人教版八年级下册

第4节 机械能及其转化 内容导航 A、知识讲练 知识点1. 机械能及其转化 知识点2. 水能和风能的利用 B、综合练习 机械能及其转化 1. 机械能 （1）机械能：在物理学中，把 能、 能和 能统称为机械能。 （2）机械能是和物体运动紧密联系的能量。飞行中的飞机因在运动而具有 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， 这两种能量加在一起，就是它的机械能。 机械能的单位是 （J）。 2. 动能和势能的转化 （1）动能和重力势能的转化 ①单摆实验：如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时最低，所以摆球的运动可分为下降段和上升段。其能量转化情况见下表。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 A→B 降低 减小 变大 增大 能转化为 能 B→C 升高 增大 变小 减小 能转化为 能 C→B 降低 减小 变大 增大 能转化为 能 B→A 升高 增大 变小 减小 能转化为 能 【结论】单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 ②滚摆实验：如图所示，将滚摆挂起来，捻动滚摆，使悬线缠绕在轴上，当滚摆上升到最高点后，放开手，滚摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 下降 降低 减小 变大 增大 能转化 为 能 上升 升高 增大 变小 减小 能转化 为 能 【结论】滚摆在摆动过程中，动能和 能可以相互转化。 （2）动能和弹性势能的转化 如图所示，让一个木球从斜面上滚下来，撞到水平面的一根弹簧上。分析其能量转化的情况。 研究的 过程 球的速度 球的动能 弹簧的 形变程度 弹簧的 弹性势能 能的转化 乙 木球 压缩弹簧 逐渐减小 直至为零 逐渐减小 直至为零 由小变大 逐渐增大 能转化为 能 丙 弹簧把木球弹回 由零逐渐 增大 由零逐渐 增大 由大变小 逐渐减小 直至为零 _____能转化 为 能 【结论】动能和 能在一定条件下可以相互转化。 （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：判断动能和势能的相互转化的方法 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。 （4）动能和势能相互转化的实例 ①人从滑梯下滑时，重力势能转化为 能。 ②拉弓射箭时，拉开的弓把箭射出去的过程中，弓的 转化为箭的动能。 ③撑杆跳高时，能量的转化情况： 起跳瞬间‌：运动员的动能转化为撑竿的 能。 ‌上升过程‌：撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和 能。 ‌下落过程‌：重力势能转化为 能‌。 3. 机械能守恒 （1）机械能守恒：大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但动能和势能的 不变。或者说，机械能是 的。 （2）机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化，而没有机械能与其他形式的能的相互转化。（即忽略摩擦阻力造成的能量损失，机械能守恒也是一种理想化的物理模型） 在物理学中常常出现“光滑的表面”、“不计空气阻力” 、“不计摩擦”等文字描述，表示没有摩擦阻力，机械能是 的（选填“守恒”或“不守恒”）。 （3）用机械能守恒及其转化解释现象 ①分析人造地球卫星的机械能转化 人造地球卫星的椭圆轨道示意图 许多人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。卫星在大气层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。 卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时， 能减小， 能增大，势能转化为动能。当卫星从近地点向远地点运动时，它的动能减小，势能增大， 能转化为 能。 ②节用绳子把一个铁锁悬挂起来。把铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。但是铁锁摆回时不会打到你的鼻子。 分析：在运动过程中铁锁的动能和重力势能相互转化，但它们的 不变（忽略空气阻力）。所以，铁锁在摆回时，不会打到鼻子。实际上是存在空气阻力的，所以铁锁的机械能并不守恒，逐渐变小，最终停下来。 摆动的铁锁 跳伞运动员匀速下落 发射的航天器 （4）机械能不守恒的事例 ①跳伞运动员匀速下落：跳伞运动员匀速下落时，动能不变，重力势能减小，机械能 ，不守恒。 ②发射的航天器：刚发射的航天器是加速上升的，动能变大，重力势能变大，机械能 ，不守恒。（以上均选填“增大”、“减小”或“不变”） 【例题】蹦床运动是奥运会比赛项目之一，通过在蹦床上的弹跳，在空中做出各种动作，展现力与运动的完美结合。在蹦床过程中，运动员的弹跳高度是逐渐降低的，运动员在一次弹跳上升和下降过程中经过同一点时，下列判断正确的是（　　） A．运动速度大小相同 B．机械能相同 C．动能相同 D．重力势能相同 【练习1】如图所示，避险车道是山区高速公路的重要安全设施，通常修建在长下坡路段的右侧，路面材质粗糙且呈上坡倾斜状态。当载重货车因刹车失灵冲入避险车道时，下列说法正确的是（　　） A．动能增大 B．重力势能增大 C．机械能不变 D．重力势能转化为动能 【练习1】如图所示，从A点沿水平桌面自由滚落的小球运动轨迹如虚线所示，D为球与水平地面的接触点，C、F两处等高，小球从A到B的过程中重力势能________（选填“增大”“减小”或“不变”），从B向D下落过程中________能增大，C点动能________（选填“>”“=”或“<”）F点的动能。整个过程机械能的总量________（选填“守恒”或“不守恒”）。 水能和风能的利用 1. 水能 （1）水能：流动的水具有 能，高处的水具有 能，水所具有的机械能统称为 能。水能的大小由流量、流速和水位差决定。 （2）古代对水能的利用：早在1900多年前，我们的祖先就制造了水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。 水能发电站 （3）水能发电站：将水的 能转化成 能。 修筑拦河坝提高上游水位，坝底装水轮机，发电机装在水轮机上面，它们的轴连接在一起，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。 2. 风能 （1）风能：流动的空气所具有的 能叫作风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。 （2）古代对风能的利用：我国早在2000多年前就开始利用风来驱动帆船航行；至少1700多年前已开始利用风来推动风车做功。 利用风能的帆船 风田车 （3）风能发电站：将风的 能转化成 能。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几百台风力发电机，组成“风车田”，连在一起供电。 3. 抽水蓄能电站 如图所示，抽水蓄能电站建有上、下两座水库，两座水库互通，水流双向运行。 抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至 ，在电力负荷高峰期再放水至 ，进行发电（选填“上水库”或“下水库”）。这样的抽水蓄能电站可以提升电力系统的灵活调节能力，具有调峰、填谷、储能等功能，能提高电网运行的稳定性，为实现新能源安全可靠替代传统能源、推动绿色低碳发展提供条件。 【例题】 人类文明，一脉相传。从远古的水磨，到今天的水电站，都是人类对水能的合理开发与利用。如图所示，图甲是远古的水磨，流水冲击水轮，水轮转动，去汲水、碾谷、磨面；图乙是今天的水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　）    A．水轮是人类把水能转化成水轮动能的装置 B．流水冲击水轮，带动发电机发电，减少的水能等于发电机产生的电能 C．右图中的拦河大坝，起到了提高水重力势能的效果 D．流水通过水轮后，其机械能减小 【练习1】 如题图甲所示为明代宋应星在《天工开物》中记载的古代取水灌田的工具——筒车。图乙为筒车的简化示意图，筒车以水流作动力，把低处的水提升到高处。 （1）筒车工作时把流水的______能转化为水的重力势能. （2）筒车在匀速转动的过程中，竹筒受______（选填“平衡力”或“非平衡力”），以竹筒为参照物，车轴是______（选填“运动”或“静止”）的；当竹筒运行至高处泄水，水在______力的作用下落入水槽。 （3）某筒车上均匀分布了20个相同的竹筒，每个竹筒的容积为2L，通过调整水槽的位置，竹筒中的水能落入水槽，则当筒车以每分钟转动5圈的速度连续工作1h，最多可以为农田浇灌______kg的水（取）。 （4）图丙所示骑自行车上坡的过程也应用了同样的原理，为了更容易上坡，运动员上坡前，应使车速______（选填“加大”“减小”或“不变”）。 【练习2】如图所示是抽水蓄能电站的示意图，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的过程中，水的重力势能减小 B．水从下水库被抽到上水库的过程中，水的重力势能转化为动能 C．由上水库放水至下水库的过程中，水的动能增大 D．由上水库放水至下水库的过程中，水的动能转化为重力势能 1．如图所示是奥运期间全红婵跳水的情景，当全红婵加速下落时，下列说法正确的是（　　） A．动能减小 B．动能不变 C．重力势能减小 D．机械能增大 2．2025年中国航天全年发射92次，创历史新高！如图所示，在搭载卫星的运载火箭加速升空过程中，下列有关卫星的说法正确的是（   ） A．动能减小，重力势能增大 B．动能不变，重力势能增大 C．动能增大，重力势能增大 D．动能减小，重力势能不变 3. 2025年10月，我国研发的全球首款集齐适航三证的吨级eVTOL航空器成功完成了海上风电平台飞行，开启了海上低空零碳方案应用场景商业化探索。eVTOL是一种无需跑道、可垂直起降的电动飞行器（如图所示）。飞行器在减速下降过程中，飞行器的（　　） A．动能增大 B．重力势能增大 C．机械能不变 D．机械能减小 4．同学们一起踢毽子，如图所示，毽子被从A点踢起，到达最高点B点后开始下落，下落过程经过点，且点与点等高。下列说法正确的是（　　） A．毽子的机械能不变 B．毽子在点的动能大于在点的动能 C．毽子在A点的重力势能大于在C点的重力势能 D．毽子在点的动能为0 5．2026年1月8日，中国选手孙佳旭在自由式滑雪空中技巧世界杯加拿大玻波特湖站夺冠，收获个人第七个世界杯冠军。如图所示，在他滑行过程中，下列说法正确的是（    ） A．A点时没有机械能 B．从A点滑行到C点的过程中重力势能不断变大 C．在B点的速度大于与它高度相同的D点的速度 D．由于滑雪板底面比较光滑，摩擦阻力小，所以整个过程中机械能守恒 6．将弹性球从离地某一高度O点处水平抛出，球落地后又弹起，其部分运动轨迹如图所示。下列说法中正确的是（　　） A．球在A点时重力势能比B点时小 B．球第一次到达最高点P时动能为零 C．球在D点时的机械能比在C点时小 D．球在M、N两点速度减为0时势能相等 7．如图甲是北京冬奥会自由式滑雪大跳台，运动员从60m高的A点静止滑下，从B点冲出。A点和C点在同一高度，阻力不可忽略。下列关于运动员的说法正确的是（　　） A．从A点到B点的过程中机械能减少 B．从B点冲出至落地机械能不变 C．在空中能到达C点 D．不能到达C点，说明能量不守恒 8. 如图所示，在跳台滑雪项目中，滑雪运动员沿斜坡从A点由静止自由滑下，到达高台终点B点。关于运动员后续运动路径的说法，合理的是（    ） A．沿曲线a运动 B．沿曲线b运动 C．沿曲线c运动 D．直接从B点竖直向下运动 9．（多选题）如图所示，小球甲在O点从静止开始下落，先后经过A、B两点。已知OA=AB。小球乙在P点从静止开始下落，先后经过C、D两点，已知小球乙经过PC段所用的时间与经过CD段所用的时间相等（不考虑空气阻力）。则下列说法正确的是（    ） A．小球甲在下落过程中速度越来越大是由于有重力作用 B．小球甲通过OA段重力做功多，通过AB段重力做功少 C．小球乙在下落过程中动能变大，重力势能变小 D．两个小球下落的过程中机械能均不守恒 10．如图，某同学将篮球掷向地面，经过甲位置后篮球碰到地面，接着向上反弹经过乙位置，忽略空气的作用。 （1）请在图乙位置画出篮球的受力示意图。 （2）篮球在甲位置时的机械能为15J，重力势能为7J，动能为____J；篮球到达最高点后又会下落，说明力可以改变物体的___________。 11．如图所示是一个会跳的卡片。将卡片反扣在桌面上，用力往下压平卡片，使橡皮筋伸长，迅速松手后卡片弹起一定高度，这个现象说明：发生弹性形变的橡皮筋能对卡片______。卡片向上弹起来的过程中，橡皮筋的______能会转化为卡片的______能，使卡片能向上运动。 12．如图甲所示，将一表面涂黑的小球水平抛出，其部分运动轨迹如图所示，在水平地面A、B处留下两个大小不同的圆斑，位置①和③离地高度相等。小球在运动过程中经过M、N两点，其动能和重力势能的参数如图乙所示，M、N两点分别为图中“①”、“②”或“③”中的两处。则： （1）小球在水平地面_____处留下的圆斑较大；（选填“A”或“B”） （2）小球经过位置①的速度_____（选填“>”、“<”或“=”）位置③的速度，M点应为_____（选填“①”、“②”或“③”）的位置。 13．游乐场中有许多有趣的游戏（如图），有些还很惊险刺激。请结合所学知识完成下列题目。 （1）“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。 ①小朋友通过对蹦床施力，使蹦床发生弹性形变，因而蹦床具有了______能；同时，由于力的作用是相互的，蹦床对小朋友也施加力，把小朋友弹到高处，小朋友的______能增加。 ②在蹦床游戏中，哪一阶段是动能转化为弹性势能______。 A．从高处下落，到刚接触蹦床 B．从接触蹦床，到蹦床形变最大 C．从离开蹦床，到上升到最高处 （2）过山车是一项非常惊险刺激的娱乐活动。 ①过山车通过A点向上运动过程中，动能______，重力势能______。（均选填“变大”、“变小”或“不变”） ②后面的“小山丘”设计得比开始时的“小山丘”低，是因为______力的存在，使机械能变少。 14．如图1为蹦床运动简化示意图，其中运动员在O点时速度为零，A点是蹦床不发生形变时的位置。运动员到达B点时速度达到最大值，然后逐渐减慢，直至到达最低点C。若整个过程忽略空气阻力，则： （1）运动员从O点运动到A点的过程中，他的______转化为______（以上两空均选填“动能”或“重力势能”）； （2）运动员从B点运动到C点的过程中，他的动能______，重力势能______，机械能______，蹦床的弹性势能______（以上均选填“增大”“减小”或“不变”）； （3）以点代表运动员，请在图2中画出运动员在O点的受力示意图（虚线为运动员下落的方向）。 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 内容导航 A、知识讲练 知识点1. 机械能及其转化 知识点2. 水能和风能的利用 B、综合练习 机械能及其转化 1. 机械能 （1）机械能：在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 （2）机械能是和物体的运动紧密联系的能量。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， 这两种能量加在一起，就是它的机械能。 机械能的单位是焦耳（J）。 2. 动能和势能的转化 （1）动能和重力势能的转化 ①单摆实验：如图所示，摆球在竖直平面内摆动，在A、C点时最高，在B点时最低，所以摆球的运动可分为下降段和上升段。其能量转化情况见下表。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 A→B 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 B→C 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 C→B 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 B→A 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 【结论】单摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 ②滚摆实验：如图所示，将滚摆挂起来，捻动滚摆，使悬线缠绕在轴上，当滚摆上升到最高点后，放开手，滚摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 下降 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 上升 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 【结论】滚摆在摆动过程中，动能和重力势能可以相互转化。 （2）动能和弹性势能的转化 如图所示，让一个木球从斜面上滚下来，撞到水平面的一根弹簧上。分析其能量转化的情况。 研究的 过程 球的速度 球的动能 弹簧的 形变程度 弹簧的 弹性势能 能的转化 乙 木球 压缩弹簧 逐渐减小 直至为零 逐渐减小 直至为零 由小变大 逐渐增大 动能转化为 弹性势能 丙 弹簧把木球弹回 由零逐渐 增大 由零逐渐 增大 由大变小 逐渐减小 直至为零 弹性势能 转化为动能 【结论】动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。 （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：判断动能和势能的相互转化的方法 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。 （4）动能和势能相互转化的实例 ①人从滑梯下滑时，重力势能转化为动能。 ②拉弓射箭时，拉开的弓把箭射出去的过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能。 ③撑杆跳高时，能量的转化情况： 起跳瞬间‌：运动员的动能转化为撑竿的弹性势能。 ‌上升过程‌：撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能。 ‌下落过程‌：重力势能转化为动能‌。 3. 机械能守恒 （1）机械能守恒：大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但动能和势能的总和不变。或者说，机械能是守恒的。 （2）机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化，而没有机械能与其他形式的能的相互转化。（即忽略摩擦阻力造成的能量损失，机械能守恒也是一种理想化的物理模型） 在物理学中常常出现“光滑的表面”、“不计空气阻力” 、“不计摩擦”等文字描述，表示没有摩擦阻力，机械能是守恒的（选填“守恒”或“不守恒”）。 （3）用机械能守恒及其转化解释现象 ①分析人造地球卫星的机械能转化 人造地球卫星的椭圆轨道示意图 许多人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。卫星在大气层外运行，不受空气阻力，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒（选填“守恒”或“不守恒”）。 卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时，势能减小，动能增大，势能转化为动能。当卫星从近地点向远地点运动时，它的动能减小，势能增大，动能转化为势能。 ②节用绳子把一个铁锁悬挂起来。把铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。但是铁锁摆回时不会打到你的鼻子。 分析：在运动过程中铁锁的动能和重力势能相互转化，但它们的总和不变（忽略空气阻力）。所以，铁锁在摆回时，不会打到鼻子。实际上是存在空气阻力的，所以铁锁的机械能并不守恒，逐渐变小，最终停下来。 摆动的铁锁 跳伞运动员匀速下落 发射的航天器 （4）机械能不守恒的事例 ①跳伞运动员匀速下落：跳伞运动员匀速下落时，动能不变，重力势能减小，机械能减小，不守恒。 ②发射的航天器：刚发射的航天器是加速上升的，动能变大，重力势能变大，机械能增大，不守恒。（以上均选填“增大”、“减小”或“不变”） 【例题】蹦床运动是奥运会比赛项目之一，通过在蹦床上的弹跳，在空中做出各种动作，展现力与运动的完美结合。在蹦床过程中，运动员的弹跳高度是逐渐降低的，运动员在一次弹跳上升和下降过程中经过同一点时，下列判断正确的是（　　） A．运动速度大小相同 B．机械能相同 C．动能相同 D．重力势能相同 【答案】D 【详解】在蹦床过程中，运动员的弹跳高度是逐渐降低的，说明在运动员上下运动的过程中，由于空气阻力的存在，他的机械能在不断减小；运动员在一次弹跳上升和下降过程中经过同一点时，运动员的质量和高度相同，所以他具有的重力势能相同；而他的机械能在不断减小，所以他在上升和下降时具有的机械能不同，机械能等于动能与重力势能之和，所以他上升和下降时具有的动能也不同，动能与质量、速度有关，他的质量不变，所以，他在上升和下降时的速度大小不同，故D正确，ABC错误。 故选D。 【练习1】如图所示，避险车道是山区高速公路的重要安全设施，通常修建在长下坡路段的右侧，路面材质粗糙且呈上坡倾斜状态。当载重货车因刹车失灵冲入避险车道时，下列说法正确的是（　　） A．动能增大 B．重力势能增大 C．机械能不变 D．重力势能转化为动能 【答案】B 【详解】A．载重货车冲入避险车道时，其目的是为了减速停车，速度减小，根据动能的定义，物体的动能与质量和速度有关，质量不变，速度减小，所以动能减小，故A错误； B．避险车道是上坡路段，载重货车冲入后，其距离地面的高度会增加，根据重力势能的定义，物体的重力势能与质量和高度有关，质量不变，高度增加，所以重力势能增大，故B正确； C．由于路面材质粗糙，货车在行驶过程中会受到很大的摩擦力，摩擦力做功会将一部分机械能转化为内能，机械能减小，故C错误； D．货车冲上避险车道的过程是减速上坡，其动能减小，重力势能增大，是动能转化为重力势能和内能的过程，故D错误。 故选B。 【练习1】如图所示，从A点沿水平桌面自由滚落的小球运动轨迹如虚线所示，D为球与水平地面的接触点，C、F两处等高，小球从A到B的过程中重力势能________（选填“增大”“减小”或“不变”），从B向D下落过程中________能增大，C点动能________（选填“>”“=”或“<”）F点的动能。整个过程机械能的总量________（选填“守恒”或“不守恒”）。 【答案】 不变 动 > 不守恒 【详解】[1]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，重力势能越大。小球从A到B的过程中，质量不变，高度不变，所以重力势能不变。 [2]动能的大小与物体的质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能越大。小球从B向D下落过程中，质量不变，高度降低，速度增大，重力势能转化为动能，所以动能增大。 [3]小球在运动过程中受到空气阻力的作用，会有一部分机械能转化为内能，机械能逐渐减小。C、F两点等高，小球在C、F点的重力势能相等；由于小球的机械能逐渐减小，所以C点的机械能大于F点的机械能。又因为机械能等于动能与重力势能之和，所以C点的动能大于F点的动能。 [4]因为小球在运动过程中受到空气阻力的作用，会有一部分机械能转化为内能，所以整个过程机械能的总量不守恒。 水能和风能的利用 1. 水能 （1）水能：流动的水具有动能，高处的水具有重力势能，水所具有的机械能统称为水能。水能的大小由流量、流速和水位差决定。 （2）古代对水能的利用：早在1900多年前，我们的祖先就制造了水轮，让流水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉、碾谷。 水能发电站 （3）水能发电站：将水的机械能转化成电能。 修筑拦河坝提高上游水位，坝底装水轮机，发电机装在水轮机上面，它们的轴连接在一起，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。 2. 风能 （1）风能：流动的空气所具有的机械能叫作风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。 （2）古代对风能的利用：我国早在2000多年前就开始利用风来驱动帆船航行；至少1700多年前已开始利用风来推动风车做功。 利用风能的帆船 风田车 （3）风能发电站：将风的机械能转化成电能。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几百台风力发电机，组成“风车田”，连在一起供电。 3. 抽水蓄能电站 如图所示，抽水蓄能电站建有上、下两座水库，两座水库互通，水流双向运行。 抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库，进行发电（选填“上水库”或“下水库”）。这样的抽水蓄能电站可以提升电力系统的灵活调节能力，具有调峰、填谷、储能等功能，能提高电网运行的稳定性，为实现新能源安全可靠替代传统能源、推动绿色低碳发展提供条件。 【例题】 人类文明，一脉相传。从远古的水磨，到今天的水电站，都是人类对水能的合理开发与利用。如图所示，图甲是远古的水磨，流水冲击水轮，水轮转动，去汲水、碾谷、磨面；图乙是今天的水电站，流水冲击水轮，带动发电机发电。下列说法不正确的是（　　）    A．水轮是人类把水能转化成水轮动能的装置 B．流水冲击水轮，带动发电机发电，减少的水能等于发电机产生的电能 C．右图中的拦河大坝，起到了提高水重力势能的效果 D．流水通过水轮后，其机械能减小 【答案】B 【详解】A．根据能量转化可知，甲、乙两图的水轮是将水能转化成水轮动能的装置，故A正确，不符合题意； B．流水冲击水轮，带动发电机发电，由于不可避免要克服摩擦做功，因此减少的水能不能全部转化为发电机产生的电能，即减少的水能不等于发电机产生的电能，故B错误，符合题意； C．拦河大坝是为了提高上游水位，增加水的重力势能，使得水下落时可以获得更多的动能，故C正确，不符合题意； D．流水通过水轮后，由于有部分机械能转化为水轮的动能，因此其机械能减小，故D正确，不符合题意。 故选B。 【练习1】 如题图甲所示为明代宋应星在《天工开物》中记载的古代取水灌田的工具——筒车。图乙为筒车的简化示意图，筒车以水流作动力，把低处的水提升到高处。 （1）筒车工作时把流水的______能转化为水的重力势能. （2）筒车在匀速转动的过程中，竹筒受______（选填“平衡力”或“非平衡力”），以竹筒为参照物，车轴是______（选填“运动”或“静止”）的；当竹筒运行至高处泄水，水在______力的作用下落入水槽。 （3）某筒车上均匀分布了20个相同的竹筒，每个竹筒的容积为2L，通过调整水槽的位置，竹筒中的水能落入水槽，则当筒车以每分钟转动5圈的速度连续工作1h，最多可以为农田浇灌______kg的水（取）。 （4）图丙所示骑自行车上坡的过程也应用了同样的原理，为了更容易上坡，运动员上坡前，应使车速______（选填“加大”“减小”或“不变”）。 【答案】（1）动；（2）非平衡力；运动；重；（3）6×103；（4）加大 【详解】（1）水流具有质量和速度，具有动能，水流通过做功使水的高度增大，重力势能增大，是动能转化为重力势能。 （2）竹筒转动，运动方向时刻发生变化，即运动状态发生变化，所以不是处于平衡状态。 由题知，筒车工作时，竹筒绕车轴做圆周运动，以竹筒为参照物，车轴的位置发生变化，则车轴是运动的。 当竹筒运行至高处泄水，筒内水因重力作用从竹筒中泄出，落入下方水槽。 （3）连续工作1h，筒车转动的圈数n=1×60×5=300 则筒车最多可以为农田浇灌的水的质量 （4）图丙所示骑自行车上坡的过程与筒车原理类似，是将动能转化为重力势能。为了更容易上坡，运动员上坡前应使车速加大，这样具有更大的动能，上坡时能转化为更多的重力势能，更容易到达坡顶。 【练习2】如图所示是抽水蓄能电站的示意图，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的过程中，水的重力势能减小 B．水从下水库被抽到上水库的过程中，水的重力势能转化为动能 C．由上水库放水至下水库的过程中，水的动能增大 D．由上水库放水至下水库的过程中，水的动能转化为重力势能 【答案】C 【详解】A．水被抽到上水库，质量不变、高度升高，根据重力势能的影响因素，重力势能增大，而非减小。故A错误； B．抽水过程需要消耗电能，电力对水做功，将电能转化为水的重力势能，不存在重力势能转化为动能的过程。故B错误； C．放水时，水质量不变、高度降低，重力势能减小，同时水向下流动的速度变大，根据动能的影响因素，动能增大（重力势能转化为动能）。故C正确； D．放水过程中是水的重力势能减小、动能增大，实际是重力势能转化为动能，而非动能转化为重力势能。故D错误。 故选C。 1．如图所示是奥运期间全红婵跳水的情景，当全红婵加速下落时，下列说法正确的是（　　） A．动能减小 B．动能不变 C．重力势能减小 D．机械能增大 【答案】C 【详解】当全红婵加速下落时，质量不变，速度增大，动能增大，高度减小，重力势能减小；由于存在空气阻力，有一部分机械能转化为内能，机械能减小。故ABD错误，C正确。故选C。 2．2025年中国航天全年发射92次，创历史新高！如图所示，在搭载卫星的运载火箭加速升空过程中，下列有关卫星的说法正确的是（   ） A．动能减小，重力势能增大 B．动能不变，重力势能增大 C．动能增大，重力势能增大 D．动能减小，重力势能不变 【答案】C 【详解】火箭加速升空过程中，卫星的质量不变，速度增大，高度升高，动能增大，重力势能增大。故ABD错误，C正确。故选C。 3. 2025年10月，我国研发的全球首款集齐适航三证的吨级eVTOL航空器成功完成了海上风电平台飞行，开启了海上低空零碳方案应用场景商业化探索。eVTOL是一种无需跑道、可垂直起降的电动飞行器（如图所示）。飞行器在减速下降过程中，飞行器的（　　） A．动能增大 B．重力势能增大 C．机械能不变 D．机械能减小 【答案】D 【详解】飞行器在减速下降过程中，飞行器的质量不变，速度较小，高度减小，动能减小，重力势能减小，机械能为动能与重力势能的总和，则机械能减小，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 4．同学们一起踢毽子，如图所示，毽子被从A点踢起，到达最高点B点后开始下落，下落过程经过点，且点与点等高。下列说法正确的是（　　） A．毽子的机械能不变 B．毽子在点的动能大于在点的动能 C．毽子在A点的重力势能大于在C点的重力势能 D．毽子在点的动能为0 【答案】B 【详解】A．毽子在空中运动时，会受到空气阻力的作用，需要克服摩擦力做功，因此其总机械能会减少，而不是保持不变，故A错误； BC．毽子从A点运动到C点的过程中，由于要克服空气阻力做功，总机械能减少，所以A点的机械能大于C点的机械能。A点和C点的高度相同，且毽子的质量不变，所以毽子在这两点的重力势能相等。机械能等于动能与势能之和，由于A点的机械能大于C点的机械能，而两点的重力势能相等，那么A点的动能一定大于C点的动能，故B正确，C错误； D．毽子运动到最高点B时，虽然其在竖直方向的速度为零，但它仍然有水平方向的速度，因此，毽子在B点的动能不为0，故D错误。 故选B。 5．2026年1月8日，中国选手孙佳旭在自由式滑雪空中技巧世界杯加拿大玻波特湖站夺冠，收获个人第七个世界杯冠军。如图所示，在他滑行过程中，下列说法正确的是（    ） A．A点时没有机械能 B．从A点滑行到C点的过程中重力势能不断变大 C．在B点的速度大于与它高度相同的D点的速度 D．由于滑雪板底面比较光滑，摩擦阻力小，所以整个过程中机械能守恒 【答案】C 【详解】A．A点虽然静止，动能为0，但由于在高处而具有重力势能，则机械能不为0，故A错误； B．从A点滑行到C点的过程中，运动员的质量不变，高度降低，则重力势能减小，故B错误； C．运动员在滑动的过程中存在摩擦，运动员的一部分机械能克服摩擦做功，所以B点的机械能大于D点的机械能；由于BD的高度相同，重力势能相同，则B点的动能要大于D点的动能，所以在B点的速度大于在D点的速度，故C正确； D．即使滑雪板底面比较光滑，摩擦阻力小，但仍会存在能量损失，所以整个过程中机械能不守恒，故D错误。 故选C。 6．将弹性球从离地某一高度O点处水平抛出，球落地后又弹起，其部分运动轨迹如图所示。下列说法中正确的是（　　） A．球在A点时重力势能比B点时小 B．球第一次到达最高点P时动能为零 C．球在D点时的机械能比在C点时小 D．球在M、N两点速度减为0时势能相等 【答案】C 【详解】A．重力势能的大小与物体的质量和高度有关，质量不变时，高度越高，重力势能越大。 球在A、B两点高度相同，质量也不变，所以球在A点时重力势能和B点时重力势能相等，故A错误； B．球第一次到达最高点P时，具有水平方向速度，动能不为零，故B错误； C．每次小球反弹后到达的最高点都比上一次的最高点要低，说明小球受到空气阻力，机械能逐渐变小。C点在D点之前，故在D点的机械能小于在C点的机械能，故C正确； D．球在运动过程中机械能逐渐变小，故M点的机械能大于N点的机械能，M、N两点速度减为0时动能为0，机械能等于动能和势能之和，球在M、N两点速度减为0时M点的势能较大，故D错误。 故选C。 7．如图甲是北京冬奥会自由式滑雪大跳台，运动员从60m高的A点静止滑下，从B点冲出。A点和C点在同一高度，阻力不可忽略。下列关于运动员的说法正确的是（　　） A．从A点到B点的过程中机械能减少 B．从B点冲出至落地机械能不变 C．在空中能到达C点 D．不能到达C点，说明能量不守恒 【答案】A 【详解】A．从A点到B点的过程中，由于阻力不可忽略，运动员需要克服阻力做功，机械能会转化为内能，所以机械能减少，故A正确； B．从B点冲出至落地，运动员要克服空气阻力做功，机械能会转化为内能，机械能是减少的，并非不变，故B错误； C．因为从A点到B点机械能已经减少，A点和C点在同一高度，所以运动员在空中不能到达C点，故C错误； D．不能到达C点是因为运动过程中克服阻力做功，机械能转化为内能，能量的总量是守恒的，并没有消失，故D错误。 故选A。 8. 如图所示，在跳台滑雪项目中，滑雪运动员沿斜坡从A点由静止自由滑下，到达高台终点B点。关于运动员后续运动路径的说法，合理的是（    ） A．沿曲线a运动 B．沿曲线b运动 C．沿曲线c运动 D．直接从B点竖直向下运动 【答案】C 【详解】滑雪运动员从A点由静止自由滑下时，由于重力作用获得沿斜坡向下的速度。到达B点后，由于惯性会保持原来的运动方向继续向前运动，同时受到重力作用向下偏转。轨迹c符合这种既有水平方向运动又有向下偏转的曲线运动特征，轨迹c的最高高度低于初始高度，说明在运动过程中机械能由于摩擦阻力的原因会减小，符合实际；轨迹a和b的最高位置分别等于和高于初始高度，这不符合能量守恒定律，不符合实际，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 9．（多选题）如图所示，小球甲在O点从静止开始下落，先后经过A、B两点。已知OA=AB。小球乙在P点从静止开始下落，先后经过C、D两点，已知小球乙经过PC段所用的时间与经过CD段所用的时间相等（不考虑空气阻力）。则下列说法正确的是（    ） A．小球甲在下落过程中速度越来越大是由于有重力作用 B．小球甲通过OA段重力做功多，通过AB段重力做功少 C．小球乙在下落过程中动能变大，重力势能变小 D．两个小球下落的过程中机械能均不守恒 【答案】AC 【详解】A．小球甲下落时速度越来越大，是因为重力改变了物体的运动状态，重力使小球加速下落，故A正确； B．重力做功的公式为W=Gh，小球甲的重力G不变，OA=AB，即下落高度h相等，因此OA段和AB段重力做功相等，故B错误； C．小球乙下落过程中，质量不变，速度变大则动能变大；高度降低则重力势能变小，故C正确； D．题目明确不考虑空气阻力，小球下落过程中只有重力做功，只有动能和重力势能之间的转化，故机械能守恒，故D错误。 故选AC。 10．如图，某同学将篮球掷向地面，经过甲位置后篮球碰到地面，接着向上反弹经过乙位置，忽略空气的作用。 （1）请在图乙位置画出篮球的受力示意图。 （2）篮球在甲位置时的机械能为15J，重力势能为7J，动能为____J；篮球到达最高点后又会下落，说明力可以改变物体的___________。 【答案】（1）均选填；（2）8；运动状态 【详解】（1）向上反弹的篮球在忽略空气阻力的情况下，只受重力的作用，重力的作用点在篮球的中心；重力的方向是竖直向下；重力的大小题目中没有提供。所以从重力的作用点竖直向下画一条带箭头的线段表示重力，在箭头旁边标上G表示重力。如图所示： （2）机械能是动能和势能的总和，已知篮球在甲位置时的机械能为15J，重力势能为7J，则此时 篮球到达最高点后会下落，是因为受到竖直向下的重力作用，其运动方向由向上变为向下，运动状态发生了改变。这说明力可以改变物体的运动状态。 11．如图所示是一个会跳的卡片。将卡片反扣在桌面上，用力往下压平卡片，使橡皮筋伸长，迅速松手后卡片弹起一定高度，这个现象说明：发生弹性形变的橡皮筋能对卡片______。卡片向上弹起来的过程中，橡皮筋的______能会转化为卡片的______能，使卡片能向上运动。 【答案】 做功 弹性势 动 【详解】将卡片反扣在桌面上，用力往下压平卡片，使橡皮筋伸长，迅速松手后卡片弹起一定高度，卡片在力的方向上运动了距离，所以发生弹性形变的橡皮筋对卡片做了功。 卡片向上弹起来的过程中，橡皮筋弹性形变程度减小，弹性势能减小，卡片向上运动，获得动能，所以橡皮筋的弹性势能转化为卡片的动能。 12．如图甲所示，将一表面涂黑的小球水平抛出，其部分运动轨迹如图所示，在水平地面A、B处留下两个大小不同的圆斑，位置①和③离地高度相等。小球在运动过程中经过M、N两点，其动能和重力势能的参数如图乙所示，M、N两点分别为图中“①”、“②”或“③”中的两处。则： （1）小球在水平地面_____处留下的圆斑较大；（选填“A”或“B”） （2）小球经过位置①的速度_____（选填“>”、“<”或“=”）位置③的速度，M点应为_____（选填“①”、“②”或“③”）的位置。 【答案】（1）A；（2）>；③ 【详解】（1）小球起跳的高度越来越低，说明小球的机械能是逐渐减小的，小球在A处的机械能大于在B处的机械能。小球与地面接触时，机械能越大，对地面的冲击力越大，在地面上留下的圆斑越大，所以小球在水平地面A处留下的圆斑比B处要大。 （2）小球在位置①的机械能大于位置③，①③两位置的高度相同，因此小球的重力势能相同，机械能等于重力势能与动能之和，所以小球在位置①的动能大于位置③，则小球经过位置①的速度大于位置③的速度。 由图乙可知，小球在M点时的动能为40J，小球在M点时的重力势能为120J，则小球在M点时的机械能 小球在N点的动能为100J，则小球在N点的机械能 小球在N点的重力势能为 因为小球在运动过程中机械能逐渐减小，N点的机械能大于M点的机械能，所以N点在M点之前；又因为小球在N点的重力势能为150J，大于小球在M点的重力势能120J，所以N点应为②的位置；N点在M点之前，则M点应为③的位置。 13．游乐场中有许多有趣的游戏（如图），有些还很惊险刺激。请结合所学知识完成下列题目。 （1）“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。 ①小朋友通过对蹦床施力，使蹦床发生弹性形变，因而蹦床具有了______能；同时，由于力的作用是相互的，蹦床对小朋友也施加力，把小朋友弹到高处，小朋友的______能增加。 ②在蹦床游戏中，哪一阶段是动能转化为弹性势能______。 A．从高处下落，到刚接触蹦床 B．从接触蹦床，到蹦床形变最大 C．从离开蹦床，到上升到最高处 （2）过山车是一项非常惊险刺激的娱乐活动。 ①过山车通过A点向上运动过程中，动能______，重力势能______。（均选填“变大”、“变小”或“不变”） ②后面的“小山丘”设计得比开始时的“小山丘”低，是因为______力的存在，使机械能变少。 【答案】（1）弹性势；重力势；B；（2）变小；变大；阻 【详解】（1）物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能，蹦床发生弹性形变，具有弹性势能。 小朋友被弹到高处，高度增加，质量不变，重力势能与高度有关，高度越高重力势能越大，所以小朋友的重力势能增加。 A．从高处下落到刚接触蹦床，此过程重力势能转化为动能，故A不符合题意； B．从接触蹦床到形变最大，蹦床的弹性形变逐渐增大，小朋友的速度减小，动能减小，同时高度降低，重力势能也减小，所以是动能和重力势能转化为弹性势能，故B符合题意； C．从离开蹦床到上升到最高处，是动能转化为重力势能，故C不符合题意。 故选B。 （2）过山车向上运动，质量不变，速度减小，动能与速度有关，速度越小动能越小，所以动能变小；高度增加，重力势能与高度有关，高度越高重力势能越大，所以重力势能变大。 过山车在运动过程中，会受到轨道的摩擦力等阻力作用，阻力做功会使机械能转化为内能，导致机械能减少，所以后面的“小山丘”要低一些。 14．如图1为蹦床运动简化示意图，其中运动员在O点时速度为零，A点是蹦床不发生形变时的位置。运动员到达B点时速度达到最大值，然后逐渐减慢，直至到达最低点C。若整个过程忽略空气阻力，则： （1）运动员从O点运动到A点的过程中，他的______转化为______（以上两空均选填“动能”或“重力势能”）； （2）运动员从B点运动到C点的过程中，他的动能______，重力势能______，机械能______，蹦床的弹性势能______（以上均选填“增大”“减小”或“不变”）； （3）以点代表运动员，请在图2中画出运动员在O点的受力示意图（虚线为运动员下落的方向）。 【答案】（1）重力势能；动能；（2）减小；减小；减小；增大；（3）见下图。 【详解】（1）运动员在O点时处于最高位置，具有最大重力势能。随着下落，高度降低，重力势能逐渐减小。减小的重力势能转化为动能，使运动员速度逐渐增大。例如跳水运动员从跳台下落时，也是重力势能转化为动能的过程。 （2）运动员到达B点时速度达到最大值，表明此时人体受到的重力与弹力相等，从B点到C点，由于这个过程，弹簧产生的弹力增加，弹力大于重力，故运动员速度逐渐减慢，动能减小。随着高度降低，重力势能持续减小。机械能等于动能与势能之和，运动员的动能与重力势能均减小，故其机械能减小。 蹦床形变程度增大，储存的弹性势能增加。这类似于压缩弹簧时弹性势能增大。 （3）在O点时，运动员只受到竖直向下的重力作用（用带箭头的线段表示，箭头向下，标注G）。此时还未接触蹦床，不受弹力作用。如图所示： 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $