11.4 机械能及其转化 同步知识点对点讲义-2025-2026学年人教版八年级物理下册

本讲义聚焦“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、弹性势能统称），通过小球摆动、滚摆、木球撞弹簧片等实验模型，构建动能与势能相互转化的认知支架，延伸至机械能守恒条件及水能、风能的实际应用。 资料以铁锁摆动实验导入激发兴趣，结合控制变量法分析能量转化，实验推理法探究守恒条件，培养科学思维与探究能力。例题及中考真题覆盖多情境，易错点辨析强化理解，课中辅助教师实验教学，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

第十一章 功和机械能 第4节 机械能及其转化 · 导入 把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉倒你的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去（图11.4-1）。你认为铁锁摆回时会打到你的鼻子吗？ 图11.4-1 摆动的铁锁 · 知识点对点 一、机械能及其转化☆☆ 知识1 机械能及其转化☆ 项目 内容 机械能 （1）在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能（mechanical energy）。机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。 （2）机械能的单位是焦耳（J）。 （3）决定因素：质量、速度、高度、弹性形变量等。 动能和重力势能的相互转化 （1）小球摆动实验（可看成荡秋千模型） 如图11.4-2所示，摆球在竖直平面内摆动，在a、b时最高，在c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。 图11.4-2 小球摆动 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 a到c 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 c到b 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 b到c 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 c到a 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 （2）滚动实验 如图11.4-3所示，将滾摆挂起来，捻动滾摆，使悬线缠绕在轴上，当滾摆上升到最高点后，放开手，滾摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。 图11.4-3 滚摆的运动 运动过程 高度变化→重力势能变化 速度变化→动能变化 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 动能和弹性势能的相互转化 如图11.4-4所示，一个木球从高处滚下来，撞到弹簧片上。 图11.4-4 研究过程 球的速度 动能 弹簧片形变程度 弹性势能 能的转化 木球压弯弹簧片 不断减小直至为零 不断减小直至为零 由小变大 不断增大 动能转化为弹性势能 弹簧片把木球弹回 由零不断增大 由零不断增大 由大变小 不断减小，直至为零 弹性势能转化为动能 归纳 动能和势能在一定条件下时可以相互转化的，转化过程就是一种形式的能量转化为另一种形式的能量的过程。 · 例题 考点：机械能的概念 1．（2025•天宁区模拟）如图是一款新型智能无人机，在它竖直向上匀速运动的过程中（　　） A．动能减小，重力势能增大，机械能不变 B．动能减小，重力势能增大，机械能减小 C．动能不变，重力势能增大，机械能增大 D．动能不变，重力势能增大，机械能减小 考点：动能和重力势能的相互转化 2．（2025秋•城固县月考）如图所示是一位运动员在单板滑雪U型场地上进行训练时，由A点运动到C点过程中频闪摄影的照片，下列说法正确的是（　　） A．运动员在C点时的动能最大 B．运动员在A点时的重力势能最大 C．运动员从B点运动到C点的过程中，重力势能增加 D．运动员从A点运动到B点的过程中，动能转化为重力势能 考点：动能和弹性势能的相互转化 3．（2025春•田阳区期末）如图所示，下列关于机械能及其转化的说法正确的是（　　） A．图甲，悬停在空中的热气球，不具有机械能 B．图乙，蹦极的人在下落的过程中，动能转化为重力势能 C．图丙，风力发电主要利用的是空气的重力势能 D．图丁，带发条的玩具工作时，弹性势能转化为动能 知识2 机械能的守恒☆ 项目 内容 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、势能大小会变化，但机械能的总和不变，或者说机械能是守恒的。 条件 （1） 无外力 （2） 只有重力或弹力做功。 拓展 人造地球卫星的能量转化 人造地球卫星围绕地球沿椭圆轨道运行的过程中，不受空气阻力，只有动能与势能相互转化，卫星的机械能守恒。如图11.4-5所示，是人造地球卫星绕地球沿椭圆轨道运行时的能量转化。 从近地点到远地点：动能减小，势能增大，动能转化为势能 从远地点到近地点：势能减小，动能增大，势能转化为动能势 —离地球最远的一点，重力势能最大，速度最小，动能最小 —离地球最近的一点，重力势能最小，速度最大，动能最大 图11.4-5 · 例题 考点：机械能的守恒 4．（2025•平邑县二模）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，动能相等 B．篮球第一次反弹后到达最高点D时，动能为零 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 考点：机械能与其他形式的能之间的转化 5．（2025秋•泰兴市月考）如图，一木块从斜面上匀速滑下，下列说法正确的是（　　） A．木块只受到重力和斜面的支持力 B．下滑过程中，木块的重力势能转化为动能 C．下滑过程中，木块的机械能保持不变 D．下滑过程中，木块的内能增大 三、水能和风能的利用☆ 项目 内容 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。 水能的利用 （1）让水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉； （2）水轮机带动发电机发电。 风能 空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。 风能的利用 （1）靠风力鼓起帆来推动船航行； （2）风能也可以用来发电，风吹动风车，带动发电机发电。 · 例题 考点：动能和重力势能的相互转化 1．（2025春•西陵区校级月考）如图所示，人们修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机带动发电机发电。上游一定量的水，经水轮机流到下游的过程中，下列说法正确的是（　　） A．水能是不可再生能源 B．水的动能转化为重力势能 C．水轮机带动发电机发电，电能转化成机械能 D．发电机的能量转化是机械能转化为电能 考点：能量的转化与转移 2．（2025秋•巴彦县校级月考）风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。风能的利用有助于实现“碳达峰、碳中和”的战略目标。如图所示是某风电站，总装机容量5×103kW，年发电量9000万kW•h。问： （1）风电站发电是将　　 能转化为电能。 · 方法总结 转换法 动能大小：通过木块被推动距离判断 控制变量法 探究动能/重力势能大小的影响因素时，控制其他变量不变，只改变一个变量（如探究动能与速度关系，控制质量不变）。 实验推理法 结合理想实验（如无摩擦斜面），推理机械能守恒的理想条件 · 易错 × √ 1误认为在能量转化的过程中，有动能和势能相互转化，机械能的总量就保持不变 实际是是只有动能和势能相互转化，机械能的总量就保持不变，通常描述为忽略空气阻力 · 例题 考点：动能和重力势能的相互转化 1．（2025•池州三模）如图是滚摆完成一次下降和上升的示意图。该过程中，滚摆处于甲、乙位置时（　　） A．重力势能不同，动能相同 B．重力势能不同，动能不同 C．重力势能相同，动能相同 D．重力势能相同，动能不同 · 中考真题 考点：机械能的概念 1．（2025•济南）科技赋能正深刻改变着传统农业的生产方式，大大减轻了农民的负担，提高了生产效率。如图所示，一架无人机正在进行农药喷洒作业，随着农药的减少，下列情形中无人机（包括水箱和箱中农药）的机械能可能保持不变的是（　　） A．水平向前匀速飞行 B．竖直向下匀速飞行 C．斜向上匀速飞行 D．斜向下匀速飞行 考点：动能和重力势能的相互转化 2．（2025•阿坝州）如图所示，在2025年春节联欢晚会上，机器人手持手绢欢快地扭秧歌。抛出的手绢在加速下落过程中（　　） A．重力势能不变 B．重力势能转化为动能 C．动能减小 D．重力势能变大 考点：动能和弹性势能的相互转化 3．（2025•安徽）网球比赛中，高速飞行的网球撞击球拍使球拍发生形变，如图所示，则在球拍恢复原状的过程中，球拍的弹性势能转化为网球的　 　 。 考点：机械能的守恒 4．（2025•德州）物理学中，物体重力势能的表达式EP＝mgh，动能的表达式Ek。如图所示，光滑水平面AB与光滑圆弧轨道BC相连（连接处无能量损失）。质量m＝2kg的小球从A点以v＝2m/s的初速度向右运动冲上圆弧轨道，不计空气阻力。小球从A运动到B的过程中机械能 　 　 （选填“变大”、“变小”或“不变”），小球能到达圆弧的最大高度h＝ 　 　 m（g取10N/kg）。 考点：机械能与其他形式的能之间的转化 5．（2025•北京）如图所示是冰壶场地的示意图，水平冰面粗糙程度相同。某同学用水平推力使冰壶从A点向前运动，到B点时松手，冰壶滑行到C点静止。下列说法正确的是（　　） A．冰壶从B到C的过程，该同学对冰壶做了功 B．冰壶能够从B运动到C，是由于它受到了惯性作用 C．冰壶从B到C的过程先加速后减速，机械能没有转化为内能 D．冰壶在AB段所受的摩擦力等于在BC段所受的摩擦力 第 2 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十一章 功和机械能 第4节 机械能及其转化 · 导入 把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉倒你的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去（图11.4-1）。你认为铁锁摆回时会打到你的鼻子吗？ 图11.4-1 摆动的铁锁 · 知识点对点 一、机械能及其转化☆☆ 知识1 机械能及其转化☆ 项目 内容 机械能 （1）在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能（mechanical energy）。机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。 （2）机械能的单位是焦耳（J）。 （3）决定因素：质量、速度、高度、弹性形变量等。 动能和重力势能的相互转化 （1）小球摆动实验（可看成荡秋千模型） 如图11.4-2所示，摆球在竖直平面内摆动，在a、b时最高，在c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。 图11.4-2 小球摆动 运动过程 高度 重力势能 速度 动能 能的转化 a到c 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 c到b 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 b到c 降低 减小 变大 增大 重力势能转化为动能 c到a 升高 增大 变小 减小 动能转化为重力势能 （2）滚动实验 如图11.4-3所示，将滾摆挂起来，捻动滾摆，使悬线缠绕在轴上，当滾摆上升到最高点后，放开手，滾摆会下降和上升，能量变化的分析过程如下表所示。 图11.4-3 滚摆的运动 运动过程 高度变化→重力势能变化 速度变化→动能变化 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 动能和弹性势能的相互转化 如图11.4-4所示，一个木球从高处滚下来，撞到弹簧片上。 图11.4-4 研究过程 球的速度 动能 弹簧片形变程度 弹性势能 能的转化 木球压弯弹簧片 不断减小直至为零 不断减小直至为零 由小变大 不断增大 动能转化为弹性势能 弹簧片把木球弹回 由零不断增大 由零不断增大 由大变小 不断减小，直至为零 弹性势能转化为动能 归纳 动能和势能在一定条件下时可以相互转化的，转化过程就是一种形式的能量转化为另一种形式的能量的过程。 · 例题 考点：机械能的概念 1．（2025•天宁区模拟）如图是一款新型智能无人机，在它竖直向上匀速运动的过程中（　　） A．动能减小，重力势能增大，机械能不变 B．动能减小，重力势能增大，机械能减小 C．动能不变，重力势能增大，机械能增大 D．动能不变，重力势能增大，机械能减小 【答案】C 【解答】解：无人机在竖直向上匀速运动的过程中，速度和质量不变，动能不变，高度升高，重力势能增大，故机械能变大，故C正确，ABD错误。 故选：C。 考点：动能和重力势能的相互转化 2．（2025秋•城固县月考）如图所示是一位运动员在单板滑雪U型场地上进行训练时，由A点运动到C点过程中频闪摄影的照片，下列说法正确的是（　　） A．运动员在C点时的动能最大 B．运动员在A点时的重力势能最大 C．运动员从B点运动到C点的过程中，重力势能增加 D．运动员从A点运动到B点的过程中，动能转化为重力势能 【答案】C 【解答】解：A．重力势能与质量和高度有关，运动员在B点的质量不变，高度最低，运动员在 B 点时动能最大，在C点时重力势能最大，故A错误； B．运动员在C点的位置最高，重力势能最大，故B错误； C．运动员由B点上滑至C点时，质量不变，高度上升，重力势能增大，故C正确； D．运动员从A点下滑至B点，高度降低，重力势能减小，动能增大，重力势能转化成动能，故D错误。 故选：C。 考点：动能和弹性势能的相互转化 3．（2025春•田阳区期末）如图所示，下列关于机械能及其转化的说法正确的是（　　） A．图甲，悬停在空中的热气球，不具有机械能 B．图乙，蹦极的人在下落的过程中，动能转化为重力势能 C．图丙，风力发电主要利用的是空气的重力势能 D．图丁，带发条的玩具工作时，弹性势能转化为动能 知识2 机械能的守恒☆ 项目 内容 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、势能大小会变化，但机械能的总和不变，或者说机械能是守恒的。 条件 （1） 无外力 （2） 只有重力或弹力做功。 拓展 人造地球卫星的能量转化 人造地球卫星围绕地球沿椭圆轨道运行的过程中，不受空气阻力，只有动能与势能相互转化，卫星的机械能守恒。如图11.4-5所示，是人造地球卫星绕地球沿椭圆轨道运行时的能量转化。 从近地点到远地点：动能减小，势能增大，动能转化为势能 从远地点到近地点：势能减小，动能增大，势能转化为动能势 —离地球最远的一点，重力势能最大，速度最小，动能最小 —离地球最近的一点，重力势能最小，速度最大，动能最大 图11.4-5 · 例题 考点：机械能的守恒 4．（2025•平邑县二模）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，动能相等 B．篮球第一次反弹后到达最高点D时，动能为零 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 【解答】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，B、C两点的重力势能相等，则动能不相等，故AD错误； B、篮球在最高点时，竖直方向速度为零，但在水平方向上速度不为零，所以篮球第一次反弹后到达最高点D时动能不为零，故B错误； C、在B点的机械能大于在E点的机械能；在B、E两点高度不相同则重力势能不相同，即B点的重力势能大于E点的重力势能， 机械能是物体动能与势能的总和，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。 考点：机械能与其他形式的能之间的转化 5．（2025秋•泰兴市月考）如图，一木块从斜面上匀速滑下，下列说法正确的是（　　） A．木块只受到重力和斜面的支持力 B．下滑过程中，木块的重力势能转化为动能 C．下滑过程中，木块的机械能保持不变 D．下滑过程中，木块的内能增大 【答案】D 【解答】解：A、由图可知，一木块从斜面上匀速滑下时，受到重力、支持力和摩擦力的作用，故A错误； B、匀速下滑过程中，木块的速度不变，所以动能不变，不是重力势能转化为动能，故B错误； C、下滑过程中，动能不变，重力势能减小，所以木块的机械能变小，故C错误； D、下滑过程中，木块的高度降低、重力势能减小，木块克服摩擦做功，内能增大，所以重力势能转化为内能，故D正确。 故选：D。 三、水能和风能的利用☆ 项目 内容 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。 水能的利用 （1）让水冲击水轮转动，用来汲水、磨粉； （2）水轮机带动发电机发电。 风能 空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。风能的大小由风速和流动空气的质量决定。 风能的利用 （1）靠风力鼓起帆来推动船航行； （2）风能也可以用来发电，风吹动风车，带动发电机发电。 · 例题 考点：动能和重力势能的相互转化 1．（2025春•西陵区校级月考）如图所示，人们修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机带动发电机发电。上游一定量的水，经水轮机流到下游的过程中，下列说法正确的是（　　） A．水能是不可再生能源 B．水的动能转化为重力势能 C．水轮机带动发电机发电，电能转化成机械能 D．发电机的能量转化是机械能转化为电能 【解答】解：A、水能是利用水的流动和落差产生的能量，水在自然界中通过水循环不断更新，属于可再生能源，故A错误。 B、在水力发电的过程中，通常是水从高处流下，将重力势能转化为动能，推动水轮机转动，故B错误。 C、水轮机带动发电机发电时，是水轮机的机械能转化为发电机输出的电能，能量转化方向是机械能→电能，故C错误。 D、发电机的能量转化水具有机械能推动水轮机转动，水轮机运转起来后转化为电能，故D正确。 故选：D。 考点：能量的转化与转移 2．（2025秋•巴彦县校级月考）风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。风能的利用有助于实现“碳达峰、碳中和”的战略目标。如图所示是某风电站，总装机容量5×103kW，年发电量9000万kW•h。问： （1）风电站发电是将　　 能转化为电能。 【解答】解：（1）风电站发电是将风能转化为电能。 故答案为：（1）风； · 方法总结 转换法 动能大小：通过木块被推动距离判断 控制变量法 探究动能/重力势能大小的影响因素时，控制其他变量不变，只改变一个变量（如探究动能与速度关系，控制质量不变）。 实验推理法 结合理想实验（如无摩擦斜面），推理机械能守恒的理想条件 · 易错 × √ 1误认为在能量转化的过程中，有动能和势能相互转化，机械能的总量就保持不变 实际是是只有动能和势能相互转化，机械能的总量就保持不变，通常描述为忽略空气阻力 · 例题 考点：动能和重力势能的相互转化 1．（2025•池州三模）如图是滚摆完成一次下降和上升的示意图。该过程中，滚摆处于甲、乙位置时（　　） A．重力势能不同，动能相同 B．重力势能不同，动能不同 C．重力势能相同，动能相同 D．重力势能相同，动能不同 【解答】解：整体过程中，滚摆的质量不变，由图可知，滚摆起点位置的高度大于滚摆上升的最高高度，由重力势能影响因素可知，滚摆起点位置的重力势能大于滚摆上升到最高位置的重力势能，而这两个位置时的速度为零，由动能影响因素可知，这两个位置时的动能为零，而机械能等于重力势能加动能，因此滚摆起点位置的机械能大于滚摆上升到最高位置的机械能，说明滚摆在运动的过程中机械能在不断的减小，因此滚摆乙位置时的机械性能小于在甲位置时的机械能，由于甲、乙两位置滚摆的高度相同，由重力势能影响因素可知，滚摆在甲、乙两位置时的重力势能相等，因此滚摆在乙位置时的动能小于在甲位置时动能，即该过程中，滚摆处于甲、乙位置时重力势能相同，动能不同，故D正确。 故选：D。 · 中考真题 考点：机械能的概念 1．（2025•济南）科技赋能正深刻改变着传统农业的生产方式，大大减轻了农民的负担，提高了生产效率。如图所示，一架无人机正在进行农药喷洒作业，随着农药的减少，下列情形中无人机（包括水箱和箱中农药）的机械能可能保持不变的是（　　） A．水平向前匀速飞行 B．竖直向下匀速飞行 C．斜向上匀速飞行 D．斜向下匀速飞行 【解答】解：无人机正在进行农药喷洒作业，随着农药的减少，质量减小，而做匀速运动时，其动能减小，要机械能不变，故必须增大重力势能，而质量减小，则高度必须增大，才有可能增大重力势能，因而斜向上匀速飞行时，机械能可能保持不变。 故选：C。 考点：动能和重力势能的相互转化 2．（2025•阿坝州）如图所示，在2025年春节联欢晚会上，机器人手持手绢欢快地扭秧歌。抛出的手绢在加速下落过程中（　　） A．重力势能不变 B．重力势能转化为动能 C．动能减小 D．重力势能变大 【解答】解：抛出的手绢在加速下落过程中，质量不变，高度变小，重力势能减少，同时质量不变，速度变大，动能增多，所以将重力势能转化为动能。 故选：B。 考点：动能和弹性势能的相互转化 3．（2025•安徽）网球比赛中，高速飞行的网球撞击球拍使球拍发生形变，如图所示，则在球拍恢复原状的过程中，球拍的弹性势能转化为网球的　动能　 。 【解答】球拍在恢复原状的过程中，球拍由凹陷变扁平，弹性势能减小；与此同时将球向外推，球开始改变运动方向并加速，动能变大。 故答案为：动能 考点：机械能的守恒 4．（2025•德州）物理学中，物体重力势能的表达式EP＝mgh，动能的表达式Ek。如图所示，光滑水平面AB与光滑圆弧轨道BC相连（连接处无能量损失）。质量m＝2kg的小球从A点以v＝2m/s的初速度向右运动冲上圆弧轨道，不计空气阻力。小球从A运动到B的过程中机械能 　不变　 （选填“变大”、“变小”或“不变”），小球能到达圆弧的最大高度h＝ 　0.2　 m（g取10N/kg）。 【解答】解：（1）因为水平面AB是光滑的，且不计空气阻力，所以小球在从A运动到B的过程中，没有能量的损耗，机械能守恒，即机械能不变。 （2）小球在光滑水平面上运动时，机械能守恒，当小球到达圆弧的最大高度时，速度为0，此时动能全部转化为重力势能。根据机械能守恒定律，小球在 A 点的动能等于在圆弧最大高度处的重力势能，即Ek＝ Ep，已知动能大小为：Ekmv22kg×（2m/s）2＝4J，则：Ek＝Ep＝4J，又因为Ep＝mgh，则小球能到达圆弧的最大高度h为：h。 故答案为：（1）不变；（2）0.2。 考点：机械能与其他形式的能之间的转化 5．（2025•北京）如图所示是冰壶场地的示意图，水平冰面粗糙程度相同。某同学用水平推力使冰壶从A点向前运动，到B点时松手，冰壶滑行到C点静止。下列说法正确的是（　　） A．冰壶从B到C的过程，该同学对冰壶做了功 B．冰壶能够从B运动到C，是由于它受到了惯性作用 C．冰壶从B到C的过程先加速后减速，机械能没有转化为内能 D．冰壶在AB段所受的摩擦力等于在BC段所受的摩擦力 【解答】解： A.冰壶从B到C的过程中，该同学没有对冰壶施加力，根据做功的两个必要因素，所以该同学对冰壶没有做功，故A错误； B.冰壶能够从B运动到C，是由于冰壶具有惯性，惯性是物体的一种属性，不是力，不能说“受到惯性作用”，故B错误； C.冰壶从B到C的过程中，由于受到摩擦力的作用，速度逐渐减小，动能转化为内能，机械能减小，故C错误； D.冰壶在AB段和BC段，压力大小（等于冰壶重力 ）和接触面的粗糙程度相同，根据摩擦力大小的影响因素，可知冰壶在AB段所受的摩擦力等于在BC段所受的摩擦力，故D正确。 故选：D。 第 2 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $