11.4 机械能及其转化（核心考点+十一大题型讲练+难度分层训练 共53题）-2025-2026学年人教版（新教材）物理八年级下册同步培优精讲精练

本讲义聚焦机械能及其转化核心知识点，系统梳理机械能概念（动能与势能之和）、转化守恒规律（动能与重力势能、弹性势能转化及守恒条件）及水能风能利用，构建从概念到规律再到应用的完整学习支架。 资料通过11类典型题型（如单摆运动、蹦极过程、卫星轨道等）培养科学思维与探究能力，分层训练兼顾基础巩固与思维创新，课中助力教师高效教学，课后帮助学生强化物理观念，查漏补缺，提升科学态度与责任。

2025-2026学年人教版（新教材）物理八年级下册同步培优讲义【题型讲练】 课时11.4 机械能及其转化 【第十一章 功和机械能】 目标导航 1 核心考点 2 知识点一 机械能的概念 2 知识点二 机械能的转化守恒 2 知识点三 水能和风能的利用 3 题型讲练 3 题型一 机械能的概念 3 题型二 辨析物体的机械能是否发生变化 4 题型三 比较机械能的大小 4 题型四 物体运动过程中各种机械能的变化情况 5 题型五 单摆和滚摆运动时的能量变化情况 6 题型六 蹦极(蹦床)运动中的能量变化情况 7 题型七 人造卫星、天体运动等的能量转化 8 题型八 机械能守恒的条件 9 题型九 常见的机械能守恒及其辨析 10 题型十 判断实际生活及应用中的能量转化或转移 11 题型十一 机械能与其他形式能的转化 12 分层训练 13 【基础夯实 巩固提升】 13 【培优拓展 思维创新】 16 2026年课程标准 物理素养 1、理解机械能的概念。 2、掌握动能与势能的转化规律。 3、知道机械能守恒的条件。 4、认识能源利用与可持续发展的重要性。 物理观念：理解机械能是动能与势能（重力势能、弹性势能）的统称‌。 科学思维：知道在无摩擦、无能量损耗的理想情况下，机械能总量保持不变‌‌。 科学探究：通过实验（如滚摆、单摆运动）观察动能与势能的相互转化，学会分析转化过程中的能量变化‌‌。 科学态度与责任：通过实验探究和案例分析，激发对物理现象的好奇心，增强科学探究意识‌‌。 知识点一 机械能的概念 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、机械能大小：动能和势能的总和。 特别提醒 机械能的大小可能是物体的动能与势能的和，可能全部都是物体的动能，也可能全部是物体的势能，在分析机械能的大小时，应该综合考虑动能、重力势能和弹性势能。 知识点二 机械能的转化守恒 1.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。 2.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。 3.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。 （1）做功角度：只有重力或弹力做功，无其它力做功；其它力不做功或其它力做功的代数和为零；系统内如摩擦阻力对系统不做功。  （2）能量角度：首先只有动能和势能之间能量转化，无其它形式能量转化；只有系统内能量的交换，没有与外界的能量交换。 特别提醒 （1）通过物体的速度、所处高度、弹性形变程度的变化判定物体动能、重力势能、弹性势能的大小变化，能量总是从逐渐减小的那种向逐渐增加的那种转化。 （2）机械能守恒一般都是理想状态下才发生的，物体能量的转化一般都不太可能只有机械能的转化，还有其他能量的转化。 知识点三 水能和风能的利用 1.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。 2.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。 3.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。 特别提醒 （1）分析能量转化时，就看什么能量减少了，什么能量增加，总是减少的能量转化为增加的能量。 （2）机械能主要通过做功的方式转化为内能。 题型一 机械能的概念 【典型例题】自然界的___________和___________都是具有大量机械能的天然资源。 【变式1】判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)只有正在做功的物体才具有机械能。( ) (2)正在下落的雨滴既有动能又有势能。( ) (3)在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能守恒。( ) (4)机械能可以转化为其他形式的能，其他形式的能不可以转化为机械能。( ) 【变式2】被压缩的弹簧具有______，被举高的杠铃具有______，在水平地面滚动的足球具有______，在空中飞行的小鸟具有______（选填“动能”、“重力势能”、“弹性势能”或“机械能”）。 题型二 辨析物体的机械能是否发生变化 【典型例题】跳远是同学们喜爱的一项体育活动，它的简化过程如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．助跑时速度越快，惯性越大 B．起跳时用力蹬地获得向前的力，是由于物体间力的作用是相互的 C．上升至最高点的过程中，动能全部转化为重力势能 D．从最高点落地的过程中，机械能增加 【变式1】如图所示的是足球从点自由下落到地面后，反弹到最高点点的示意图。则足球在点的机械能______（选填“大于”“小于”或“等于”）其在点的机械能。足球从地面弹起到点的过程中，动能______（选填“增大”“减小”或“不变”）。 【变式2】2025年11月3日，我国成功发射遥感四十六卫星，该卫星主要用于防灾减灾、国土资源勘察等。当卫星沿椭圆轨道从近地点向远地点运动时，卫星的动能将______（填“增大”、“减小”或“不变”）。 题型三 比较机械能的大小 【典型例题】某小球被水平抛出后，其部分运动轨迹如图甲所示，其中位置①和③离地面的高度相等，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，且M、N两点分别为图中“①”“②”或“③”点中的两点，则小球（　　） A．在 M点的重力势能大于在N点的 B．小球在点③的速度比在点②的小 C．经过的M点就是点③ D．小球在点①的动能一定大于260J 【变式1】我国于今年启动eVTOL商业化试运营。eVTOL是一种无需跑道、可垂直起降的电动飞行器。飞行器在低空水平匀速直线飞行过程中，下列说法正确的是（　　） A．飞行器的动能增大 B．乘客的重力势能增大 C．飞行器的机械能不变 D．乘客的机械能减小 【变式2】北京时间2025年4月24日17时17分，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，火箭在加速升空过程中，火箭上载人飞船的（　　） A．动能增大，重力势能增大，机械能增大 B．动能增大，重力势能减小，机械能不变 C．动能减小，重力势能增大，机械能不变 D．动能减小，重力势能减小，机械能减小 题型四 物体运动过程中各种机械能的变化情况 【典型例题】《天工开物》是我国古代的科学著作，书中记载着大量的古代农业机械，其中写道：“凡河滨有制筒车者，堰陂障流，绕于车下，激轮使转，挽水入筒，一一倾于枧内，流入亩中。昼夜不息，百亩无忧。”该段文字描述了筒车这样一种以水流为动力，把低处的水匀速提升到高处的机械（如图甲所示），图乙为筒车的简化图。下列说法正确的是（　　） A．取水筒内的水，在取水处时动能最大 B．接水槽内的水流至河岸的过程中，动能转化为重力势能 C．从取水处到倒水处（水未流出时），取水筒中水的动能转化为重力势能 D．取水筒内的水，从取水处到倒水处（水未流出时），机械能一直在增大 【变式1】图甲所示的过山车是一项惊险刺激的娱乐项目。图乙所示的是过山车轨道的示意图，过山车沿弧形轨道从a点运动到b点后进入竖直圆形轨道，然后经过c点，最后通过d点（不计空气阻力）。下列说法正确的是（　　） A．乘坐过山车的游客相对于轨道是运动的 B．过山车到达c点时，动能为零 C．过山车经过a、d两点时，机械能大小相等 D．过山车从b点运动到d点，部分动能转化为重力势能 【变式2】2024年4月2日，鹊桥二号中继星通过多次轨道调整，进入24小时周期的环月大椭圆使命轨道。该轨道采用环月大椭圆冻结轨道设计，可减少月球不规则引力对轨道的影响。当鹊桥二号在此轨道绕月运行时，卫星________（选填“是”或“不是”）平衡状态；从近月点向远月点运动过程中，其运行速度会逐渐________（选填“增大”，“减小”或“不变”）；若仅考虑月球引力作用，其机械能________（选填“守恒”或“不守恒”）。 题型五 单摆和滚摆运动时的能量变化情况 【典型例题】如图所示，把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。下列说法正确的是（　　） A．铁锁刚开始从鼻子附近向下摆动时，重力势能最大 B．铁锁由最低点向上摆动时重力势能转化为动能 C．铁锁在摆动的过程中机械能守恒 D．铁锁在摆动到最高点时受力不平衡 【变式1】如图所示是荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高。下列说法正确的是（    ） A．球在B点动能大于C点 B．绳的拉力对小球做了功 C．球从B点到O点的过程中机械能不变 D．球从O点到C点的过程中重力势能减少 【变式2】如图所示，将小球从A点由静止释放，使其向右侧摆动。B点是小球摆动过程中的最低点，C点是小球摆到右侧的最高点，hA>hC。小球从B点摆动到C点的过程中，绳的拉力对小球______（选填“有”或“没有”）做功，小球重力势能的变化量______动能的变化量（选填“>”、“=”或“<”）。 题型六 蹦极(蹦床)运动中的能量变化情况 【典型例题】蹦床运动有“空中芭蕾”之称，深受观众的喜爱。在2024年巴黎奥运会蹦床项目中，中国选手王梓赛、严浪宇分获银铜两枚奖牌。比赛时，运动员从蹦床反弹起来一定高度后，再完成空翻转体等技巧。如图所示，运动员从O处由静止开始下落到最低点C期间运动员用腿向下用力蹬蹦床，不考虑空气阻力及碰撞过程中能量损耗，他能反弹至比原先更高的位置。 O：运动员静止下落处 A：蹦床原位置 B：蹦床对运动员的弹力与运动员的重力大小相等处 C：运动员运动的最低点 (1)运动员从O点下落至A点过程中，运动员的机械能_________（选填“守恒”或“不守恒”）； (2)运动员下落至_________（选填“A”、“B”或“C”）点时其动能达到最大值； (3)某次运动员下落至A点时的动能大小为，后反弹至比原先更高的位置，在反弹过程中向上经过A点时的动能大小为，请比较_________（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【变式1】如图是小朋友玩蹦蹦床的情景，小孩在空中上升的过程中动能______（填“增加”、“减少”或“不变”）；在空中下落的过程中______转化为动能；小孩落到蹦蹦床后下降到最低点时，蹦蹦床的______能最大。 【变式2】“蹦极”是一种富有刺激性的勇敢者的运动项目，如图所示，弹性橡皮绳一端系住人的腰部，另一端系于跳台上，当人下落至图中Q点时，橡皮绳刚好被拉直，从Q点继续下落到最低点的过程中，一直增大的是___________。（填“动能”、“重力势能”或“弹性势能”） 题型七 人造卫星、天体运动等的能量转化 【典型例题】如图所示，人造卫星在大气层外（不受空气阻力），沿椭圆形轨道绕地球运行，当卫星从远地点向近地点运动的过程中，卫星的动能______，机械能______。 【变式1】如图所示，已知人造地球卫星在大气层外环绕地球运行（不受空气阻力），则人造地球卫星（　　） A．运行过程中运动状态不变，受力平衡 B．从远地点向近地点运行过程中，重力势能增加 C．从远地点向近地点运行过程中，机械能不变 D．在太空中处于失重状态，不具有惯性 【变式2】如图人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行时，不受空气阻力，机械能守恒，当卫星从近地点向远地点运动时，它的重力势能______   （选填“减小 ”或“增大 ”），卫星在______（选填“远 ”或“近 ” )地点时动能最大。 题型八 机械能守恒的条件 【典型例题】如图所示，拴在细线下的小球在竖直平面内来回摆动时，A、B点分别是小球能到达两侧的最高点，C点为B点的正下方，若到达最高点B点时绳子突然断裂，小球将落在________（选填“C点”、“C点左方”或“C点右方”）。 【变式1】如图所示是撑竿跳高时的情景，运动员从助跑到越过横杆的过程中，用到了很多物理知识。从起跳到越过横杆过程中以下有关能量转换正确说法的是（　　） A．起跳时动能全部转换成重力势能 B．撑杆跳高比普通跳高跳的高的原因主要是撑杆跳高在空中还消耗了人自身的能量最终转化成了人体的机械能 C．人体在最高点时动能为0 D．若忽略空气的阻力，人在撑杆跳高的过程中人体的机械能是守恒的 【变式2】如图所示是跳台滑雪示意图，运动员助滑后获得较大速度，在跳台末端飞出后在空中做出各种比赛动作，最后落在着陆坡某位置完成比赛。若不计空气阻力，运动员从B到C过程中________能转化为________能，运动员在C时的机械能________（选填“大于”“小于”或“等于”）在D时的机械能。 题型九 常见的机械能守恒及其辨析 【典型例题】在2025年11月1日的苏超决赛中，南通队31号球员季桑楠双手将足球用力抛出，部分运动轨迹如图甲所示。足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。 (1)通过数据分析可得，足球在M点时的机械能______（大于/等于/小于）足球在N点时的机械能；在整个运动过程中，足球的机械能______（守恒/不守恒）； (2)在图甲中，已知M、N可能是①、②、③中的某两点，其中位置①和③离地高度相等。M点的位置最有可能在位置______（①/②/③）。 【变式1】如题图甲为乒乓球发球机，在同一高度以相同的初速度朝不同方向依次发出a、b、c三个质量相同的乒乓球，运动轨迹如图乙所示。若不计空气阻力，当乒乓球分别运动到A、B、C处时，动能最大的是_______（选填“A”“B”或“C”）；在a乒乓球在上升过程中，_______能增大；三个乒乓球到达水平球台的速度_______（选填“相同”或“不相同”）。 【变式2】如图所示，海天同学将小球由点静止释放，小球在管道内沿运动，段和段内壁光滑，段内壁粗糙，点略高于点，点与点等高。下列说法正确的是（　　） A．从运动到的过程中，小球的重力势能不变 B．小球在、两点的动能可能相等 C．从运动到的过程中，小球运动到点时，动能最大 D．从运动到的过程中，小球的机械能守恒 题型十 判断实际生活及应用中的能量转化或转移 【典型例题】如图所示，是某同学制作的过山车模型。他把金属球放在A点，然后让其沿轨道滚下，金属球经过B、C、D点后，最高上升到E点，若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．金属球从A点到B点的过程中，其动能转化为重力势能 B．金属球在B点的速度最小 C．金属球从B点到C点的过程中，机械能不变 D．金属球在D点的动能小于在C点的动能 【变式1】如图所示是《天工开物》中古代炼铁工艺的示意图，匠人在打铁成型时，会将手中的重锤高高举起，然后重重落下，这一过程中重锤的___________能转化为___________能，使得铁器在受到重锤打击时能够发生形变，达到成型的目的。 【变式2】如图所示的劲弩作为秦国的利器之一，它的出现代表中国当时武器工艺的先进水平，弩箭射出时，弦的___________能转化为弩箭的___________能；请你给出一条能使弩箭射得更远的建议：___________。 题型十一 机械能与其他形式能的转化 【典型例题】运动员郑钦文在巴黎奥运会上为我国赢得了首枚奥运网球单打项目金牌。某次发球，她在O点将球击出，击球后网球运动的频闪照片如图所示，球触地弹起后运动的最高点为P，A点与B点等高，则（　　） A．网球在O点的动能为零 B．网球在B点的机械能等于在A点的机械能 C．网球在B点的动能小于在A点的动能 D．网球由O点运动到P点，减小的重力势能全部转化为动能 【变式1】运动员郑钦文在巴黎奥运会上为我国赢得了首枚奥运网球单打项目金牌。某次发球，她在点将球击出，击球后网球运动的频闪照片如图所示，球触地弹起后运动的最高点为，触地过程中有一部分机械能转化成了内能，点与点等高，则（　　） A．网球在点的动能为零 B．网球在点的机械能等于在点的机械能 C．网球在点的动能大于在点的动能 D．网球由点运动到点，减小的重力势能全部转化为动能 【变式2】如图是水电站剖面图。其工作原理是：水从上游流下时带动水轮发电机转动，水的___________能转化为___________能。一定质量的水，上、下游水位差越___________，能发出的电越多。 【基础夯实 巩固提升】 1．2025年11月4日，航天员对神舟二十号例行检查时，发现返回舱舷窗边缘被太空微小碎片撞击产生贯穿性裂纹。撞击造成如此严重后果，是因为微小碎片具有较大的（   ） A．质量 B．重力势能 C．动能 D．弹性势能 2．如图所示，无人驾驶电动扫地车正沿公路匀速前进，并将地面上的垃圾吸入车内。此过程中，扫地车整体的（　　） A．动能不变，重力势能变大 B．动能不变，机械能不变 C．动能变大，机械能变大 D．动能变小，重力势能变大 3．下列关于机械能的说法中，正确的是（      ） A．动能和势能统称为机械能 B．动能与速度成正比 C．势能与高度成正比 D．机械能的大小与质量无关 4．2025年10月31日，我国发射载人飞船运载火箭在酒泉卫星发射中心成功将张陆、武飞、张洪章三名航天员送入太空。在火箭腾空而起的过程中，载人飞船的动能______（增大/减小/不变，下同），其重力势能______，机械能______。 5．如图所示，扫地机器人采用刷扫和真空方式，将地面杂物吸入自身的垃圾收纳盒。当扫地机器人在水平地面上匀速前进清理散落在地面的杂物时，扫地机器人的动能________，机械能________。（均选填“增大”“不变”或“减小”） 6．2025年11月16日，第十五届全国运动会田径女子铅球决赛在广州举行。36岁的老将巩立姣以19.68米的成绩摘得桂冠。如图所示，在铅球从b点运动到c点的过程中，铅球的动能与重力势能转化情况是________。 7．由粤港澳三地首次联合承办的第十五届全国运动会于2025年11月9日在广东奥林匹克体育中心开幕。开幕表演中彩色鳌鱼在空中舞动，若忽略空气阻力，其机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）；当鳌鱼从高处向低处运动时，它的重力势能______（选填“增大”“减小”或“不变”）。 8．如图，某兴趣小组将一张硬卡片对折，在开口的一边剪两个小豁口，然后套上橡皮筋，做成会跳的卡片。 (1)把卡片放在桌面上，A面朝______（选“上”或“下”）压平，使橡皮筋伸长，______（选“迅速”或“缓慢”）松开手，观察卡片跳起。 (2)这个现象说明：橡皮筋对卡片做功，具有______能。 (3)为了增加卡片跳起的高度，可以______（选“增大”或“减小”）卡片的豁口深度。 9．小明在一条长线的一端系一个螺母做成了一个如图所示的单摆，小明发现螺母往返摆动过程中，每摆一个来回所用的时间几乎相等。于是小明想到这样一个问题：螺母来回摆动一次所用的时间t跟哪些因素有关呢？ 猜想A：可能跟螺母摆动的最大角度θ有关； 猜想B：可能跟绳子的长度L有关。 (1)为验证猜想，除了铁架台、细线和螺母外，还需要的测量仪器有刻度尺、秒表和 ____________； (2)小明在不同条件下，测出螺母来回摆动一次所用的时间t后，得到一些数据如下表： 序号 细线长度L/cm 螺母摆动的最大角度/° 螺母来回摆动一次的时间/s 1 100 20 2 2 140 20 2.4 3 140 30 2.4 ①对比1、2两次实验，可得出结论：螺母来回摆动一次的时间t与________________有关； ②对比2、3两次实验，可验证猜想___________（填字母），得出的结论：螺母来回摆动一次的时间t与螺母摆动最大的角度_____________（选填“有关”或“无关”），实验中我们采取的方法是________； (3)综合分析实验数据可知，同一地点的单摆摆动一次的时间t只跟绳子的长度L有关，且绳子越长，螺母来回摆动一次的时间t越 ______________，摆钟就是根据这个原理制成的；有一次小明发现家里的摆钟变慢了，要把它调准，小明应将摆钟的摆长调________（选填“长”或“短”）。 10．如图所示，在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，取一物块，三次都用该物块将弹簧弹射装置的弹簧压缩至相同形变量处，由静止释放，物块离开弹簧后在水平轨道面上继续运动。每次水平轨道面的粗糙程度不同，第一次在水平轨道上面铺400目砂纸，第二次铺600目砂纸，第三次铺1000目砂纸，三个接触面逐渐变光滑，物块受到的阻力逐渐变小。他发现：物块在这三种不同水平面上运动的距离越来越长，最后静止。 (1)“弹簧弹射装置的弹簧压缩至相同形变量处，由静止释放”是为了______________。 (2)根据实验结果可得出：水平面越光滑，小车受到的阻力越小，小车运动距离越长。由实验现象可以进一步推理：如果水平面绝对光滑，小车运动时受到的阻力为零，小车将做________运动。由此可见物体的运动__________（选填“需要”或“不需要”）力来维持。 【培优拓展 思维创新】 1．如图所示，光滑水平桌面上的弹性小球被弹出后，经过点和点后落到地面，又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。下列有关小球的运动，描述正确的是（    ） A．小球从点运动到点的过程中机械能不断减少 B．小球反弹经过点时动能为零 C．若将弹性小球表面涂黑，则会在C、F两点留下等大的黑色圆斑 D．小球经过点的机械能大于经过点的机械能 2．学科融合  图甲所示的是某地的地形及其等高线图（闭合曲线由海拔高度相等的点连成，数字表示该处的海拔高度）。如图乙所示，研究人员正操作一架无人机对此地展开勘察。下列说法正确的是（　　） A．山间的溪水由B点流到A点时，重力势能转化为动能 B．无人机保持同一高度匀速盘旋过程中，不需要动力 C．无人机从A点向上飞到B点的过程中，重力势能不变 D．无人机从C点匀速爬升到D点的过程中，机械能不变 3．如图中，一段弹簧固定在水平桌面上（如图甲所示），将一个小球放在弹簧上使其处于静止状态（如图乙所示）、用竖直向下的力压小球至如图丙的位置，然后撤去力，小球向上运动到A点后下落（如图丁所示）、不计空气阻力的影响。则从撤去力到小球运动到A点的过程中，下列说法中正确的是（   ） A．小球先加速运动，后减速运动 B．小球在A点速度为零，受力平衡 C．小球离开弹簧时的速度最大 D．小球离开弹簧前受到的合力先增大后减小 4．在“探究纸锥下落的快慢”的活动中，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，则纸锥在空中竖直下落的过程中，动能先增大后______，机械能一直_______。（均选填“增大”“减小”或“不变”） 5．如下图所示，质量为1kg的物体在倾角为30°的光滑斜面上，从a点由静止开始下滑，到b点开始压缩轻质弹簧，到c点时达到最大速度，接着到d点（图中未画出）开始弹回，返回b点后离开弹簧，最终恰能再回到a点。整个过程中，物体从a点到b点，物体的重力势能转化为____________能；物体从c点到d点，弹簧的__________________能变大。 6．如图所示，钢珠沿竖直平面上的光滑轨道abcd从a点运动到d点，钢珠在____________点的动能最大。钢珠在a点的机械能____________（选填“>”“<”或“＝”）钢珠在c点的机械能。（不计空气阻力） 7．如图所示，光滑斜面PM与水平面MN平滑连接，弹簧左端固定。小物块在斜面上从P点由静止滑向M点的过程中（不计空气的阻力），动能______，重力势能______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。小物块在压缩弹簧的过程中，小物块的动能转化为弹簧的______能。 8．为了探究“弹性势能的大小与物体的弹性形变大小的关系”，小明用图示装置进行实验，处为弹簧的原长位置。在水平桌面上，压缩弹簧后由静止释放小球，使小球撞击同一纸盒，并与纸盒一起向右滑行。撞击前纸盒均位于点右侧同一位置； (1)小明每次应将弹簧压缩_______（选填“相同”或“不同”）的长度，再释放小球，通过比较各次实验中纸盒的_______，从而判断弹簧弹性势能的大小； (2)实验中，将小球自处由静止释放，最终小球和纸盒一起静止于处。此过程中小球动能最大的位置在_______（选填“AB之间”“点”或“BC之间”）。 (3)小明根据实验现象认为：小球推动木块移动一段距离后都要停下来，所以弹簧、小球和木块所具有的机械能最终都消失了。你认为小明的观点是_______（选填“正确”或“错误”）的，理由是_______。 9．小明为了探究动能大小与物体的质量和运动速度的关系，他设计出了如图所示的实验。 (1)在图（a）中，让不同质量的小车从同一高度滑下的目的是：使两小车到达斜面底端时具有相同的______。 (2)图（b）探究的是动能与______的关系，得出的结论是：______。 (3)本实验运用了两种研究方法：一是控制变量法，二是______法。实验中，通过观察______的大小来判断小车动能的大小。 (4)小明将上述实验装置中的小车换成小球来探究动能的大小与质量的关系。他将不同质量的小球从斜面上由静止自由滑下，实验记录数据如下表所示。 小球的质量 0.1 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 木块滑行距离 0.12 0.10 0.12 0.12 0.11 0.13 0.12 小明根据以上实验数据得出物体动能的大小与质量无关。你认为实验结论与物理事实是否相符？答：是：______（相符／不相符）。你认为出现此实验现象的主要原因是：______。 10．在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，小吉同学设计了如图所示的三次实验。让小球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。 (1)实验中通过比较小球推动纸盒移动的距离可比较小球动能的大小，此探究方法是______。 (2)要探究动能大小与物体质量的关系，应完成______两次实验。 (3)选用甲、丙两次实验可以得出的结论是：物体质量相同时，物体的______越大，动能越大。 (4)小吉同学联想到“探究阻力对物体运动的影响”时，也用到了斜面，让小车从斜面顶端由静止滑下，比较在不同表面滑行的距离（如表），三次实验整个过程中小车机械能减少量______。若水平面绝对光滑，小车将做______运动。 表面 毛巾 棉布 木板 小车运动距离 最近 较远 最远 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $2025-2026学年人教版（新教材）物理八年级下册同步培优讲义【题型讲练】 课时11.4 机械能及其转化 【第十一章 功和机械能】 目标导航 1 核心考点 2 知识点一 机械能的概念 2 知识点二 机械能的转化守恒 2 知识点三 水能和风能的利用 3 题型讲练 3 题型一 机械能的概念 3 题型二 辨析物体的机械能是否发生变化 4 题型三 比较机械能的大小 5 题型四 物体运动过程中各种机械能的变化情况 7 题型五 单摆和滚摆运动时的能量变化情况 9 题型六 蹦极(蹦床)运动中的能量变化情况 11 题型七 人造卫星、天体运动等的能量转化 13 题型八 机械能守恒的条件 14 题型九 常见的机械能守恒及其辨析 16 题型十 判断实际生活及应用中的能量转化或转移 18 题型十一 机械能与其他形式能的转化 19 分层训练 21 【基础夯实 巩固提升】 21 【培优拓展 思维创新】 26 2026年课程标准 物理素养 1、理解机械能的概念。 2、掌握动能与势能的转化规律。 3、知道机械能守恒的条件。 4、认识能源利用与可持续发展的重要性。 物理观念：理解机械能是动能与势能（重力势能、弹性势能）的统称‌。 科学思维：知道在无摩擦、无能量损耗的理想情况下，机械能总量保持不变‌‌。 科学探究：通过实验（如滚摆、单摆运动）观察动能与势能的相互转化，学会分析转化过程中的能量变化‌‌。 科学态度与责任：通过实验探究和案例分析，激发对物理现象的好奇心，增强科学探究意识‌‌。 知识点一 机械能的概念 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、机械能大小：动能和势能的总和。 特别提醒 机械能的大小可能是物体的动能与势能的和，可能全部都是物体的动能，也可能全部是物体的势能，在分析机械能的大小时，应该综合考虑动能、重力势能和弹性势能。 知识点二 机械能的转化守恒 1.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。 2.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。 3.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。 （1）做功角度：只有重力或弹力做功，无其它力做功；其它力不做功或其它力做功的代数和为零；系统内如摩擦阻力对系统不做功。  （2）能量角度：首先只有动能和势能之间能量转化，无其它形式能量转化；只有系统内能量的交换，没有与外界的能量交换。 特别提醒 （1）通过物体的速度、所处高度、弹性形变程度的变化判定物体动能、重力势能、弹性势能的大小变化，能量总是从逐渐减小的那种向逐渐增加的那种转化。 （2）机械能守恒一般都是理想状态下才发生的，物体能量的转化一般都不太可能只有机械能的转化，还有其他能量的转化。 知识点三 水能和风能的利用 1.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。 2.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。 3.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。 特别提醒 （1）分析能量转化时，就看什么能量减少了，什么能量增加，总是减少的能量转化为增加的能量。 （2）机械能主要通过做功的方式转化为内能。 题型一 机械能的概念 【典型例题】自然界的___________和___________都是具有大量机械能的天然资源。 【答案】 流水 风 【详解】[1][2]流动的水和移动的空气形成的风，既具有动能，又具有重力势能，所以具有大量的机械能。 【变式1】判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)只有正在做功的物体才具有机械能。( ) (2)正在下落的雨滴既有动能又有势能。( ) (3)在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能守恒。( ) (4)机械能可以转化为其他形式的能，其他形式的能不可以转化为机械能。( ) 【答案】(1)× (2)√ (3)√ (4)× 【详解】（1）一个物体具有对外做功的能力就称这个物体具有能量，所以没有做功但是有做功能力的物体也具有机械能，故A错误。 （2）正在下落的雨滴即有速度又具有一定高度，所以正在下落的雨滴既有动能又有势能，故B正确。 （3）动能和势能统称为机械能，所以在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能守恒，故C正确。 （4）机械能可以转化为其他形式的能，其他形式的能也可以转化为机械能，例如：物体对外做功，内能转化为机械能，故D错误。 【变式2】被压缩的弹簧具有______，被举高的杠铃具有______，在水平地面滚动的足球具有______，在空中飞行的小鸟具有______（选填“动能”、“重力势能”、“弹性势能”或“机械能”）。 【答案】 弹性势能 重力势能 动能 机械能 【详解】[1]被压缩的弹簧发生弹性形变，具有弹性势能。 [2]被举高的杠铃具有高度，具有重力势能。 [3]在水平地面滚动的足球在运动，具有动能。 [4]在空中飞行的小鸟，在运动，且具有高度，具有动能与重力势能，动能与势能的总和为机械能，则小鸟具有机械能。 题型二 辨析物体的机械能是否发生变化 【典型例题】跳远是同学们喜爱的一项体育活动，它的简化过程如图所示，则下列说法正确的是（　　） A．助跑时速度越快，惯性越大 B．起跳时用力蹬地获得向前的力，是由于物体间力的作用是相互的 C．上升至最高点的过程中，动能全部转化为重力势能 D．从最高点落地的过程中，机械能增加 【答案】B 【详解】A．惯性是物体的固有属性，只与物体的质量有关，与速度无关。助跑时速度加快，但运动员的质量不变，惯性不变，故A错误； B．起跳时，运动员用力蹬地，地面对运动员产生一个向前的反作用力，这是利用了物体间力的作用是相互的原理，使运动员获得向前的动力，故B正确； C．上升过程中，由于存在空气阻力，运动员需要克服阻力做功，一部分机械能会转化为内能，因此动能不会“全部”转化为重力势能，故C错误； D．落地过程中，同样受到空气阻力的作用，运动员克服阻力做功，机械能会因转化为内能而减小，故D错误。 故选B。 【变式1】如图所示的是足球从点自由下落到地面后，反弹到最高点点的示意图。则足球在点的机械能______（选填“大于”“小于”或“等于”）其在点的机械能。足球从地面弹起到点的过程中，动能______（选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 大于 减小 【详解】[1][2]因为点比点高且足球在、两点都静止，点比点重力势能大，所以足球在点的机械能大于其在点的机械能；足球从地面弹起到点的过程中，质量不变，速度减小，动能减小。 【变式2】2025年11月3日，我国成功发射遥感四十六卫星，该卫星主要用于防灾减灾、国土资源勘察等。当卫星沿椭圆轨道从近地点向远地点运动时，卫星的动能将______（填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】减小 【详解】当卫星从近地点向远地点运动时，卫星的质量不变，但由于远离地球，速度会减小，速度减小会导致动能减小，同时卫星的重力势能增大，此过程是动能转化为重力势能。因此，卫星的动能将减小。 题型三 比较机械能的大小 【典型例题】某小球被水平抛出后，其部分运动轨迹如图甲所示，其中位置①和③离地面的高度相等，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，且M、N两点分别为图中“①”“②”或“③”点中的两点，则小球（　　） A．在 M点的重力势能大于在N点的 B．小球在点③的速度比在点②的小 C．经过的M点就是点③ D．小球在点①的动能一定大于260J 【答案】BCD 【详解】AC．由图乙可知，小球在M点时的重力势能为240J，小球在N点时的重力势能为300J，则小球在M点的重力势能小于在N点的重力势能；由于小球的质量不变，重力势能大小与质量和高度有关，所以小球在M点的高度小于在N点的高度，由图甲可知，点②的高度大于点①、③的高度，所以经过的N点一定是点②，经过的M点可能是点①或③；由图乙可知，小球在M点时的重力势能为240J，动能为80J，由于机械能等于势能与动能之和，所以小球在M点时的机械能为320J；小球在N点时的重力势能为300J，动能为200J，则小球在N点时的机械能为500J；则小球在M点的机械能小于在N点的机械能；由图甲可知，小球弹跳的高度逐渐减小，则小球的机械能逐渐减小，则小球在点①的机械能大于小球在点②的机械能，大于小球在点③的机械能，所以经过的M点就是点③，故A不符合题意，C符合题意； B．由AC选项分析可知，小球经过的N点是点②，经过的M点是点③，则小球在点③的动能比在点②的动能小，小球的质量不变，所以小球在点③的速度比在点②的速度小，故B符合题意； D．由于小球在点①、③时的高度相等，质量不变，则小球在点①时的重力势能与在点③时的重力势能相等，为240J；由于小球在点①的机械能大于小球在点②的机械能，则小球在点①时机械能大于500J，所以小球在点①的动能大于260J，故D符合题意。 故选BCD。 【变式1】我国于今年启动eVTOL商业化试运营。eVTOL是一种无需跑道、可垂直起降的电动飞行器。飞行器在低空水平匀速直线飞行过程中，下列说法正确的是（　　） A．飞行器的动能增大 B．乘客的重力势能增大 C．飞行器的机械能不变 D．乘客的机械能减小 【答案】C 【详解】A．飞行器在低空水平匀速直线飞行时，速度不变，质量不变，所以动能不变，故A错误； B．飞行器在低空水平匀速直线飞行时，飞行器内的乘客的高度、质量不变，所以重力势能不变，故B错误； C．飞行器在低空水平匀速直线飞行时，速度不变，高度不变，质量不变，所以动能不变，重力势能不变，所以机械能不变，故C正确； D．飞行器在低空水平匀速直线飞行时，飞行器内的乘客速度不变，高度不变，质量不变，所以乘客动能不变、重力势能不变，所以机械能不变，故D错误。 故选C。 【变式2】北京时间2025年4月24日17时17分，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，火箭在加速升空过程中，火箭上载人飞船的（　　） A．动能增大，重力势能增大，机械能增大 B．动能增大，重力势能减小，机械能不变 C．动能减小，重力势能增大，机械能不变 D．动能减小，重力势能减小，机械能减小 【答案】A 【详解】火箭上升过程中，火箭上的载人飞船质量不变，速度变大，高度变高，故载人飞船的动能变大，重力势能变大，因为机械能等于动能与重力势能之和，所以载人飞船的机械能也变大，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 题型四 物体运动过程中各种机械能的变化情况 【典型例题】《天工开物》是我国古代的科学著作，书中记载着大量的古代农业机械，其中写道：“凡河滨有制筒车者，堰陂障流，绕于车下，激轮使转，挽水入筒，一一倾于枧内，流入亩中。昼夜不息，百亩无忧。”该段文字描述了筒车这样一种以水流为动力，把低处的水匀速提升到高处的机械（如图甲所示），图乙为筒车的简化图。下列说法正确的是（　　） A．取水筒内的水，在取水处时动能最大 B．接水槽内的水流至河岸的过程中，动能转化为重力势能 C．从取水处到倒水处（水未流出时），取水筒中水的动能转化为重力势能 D．取水筒内的水，从取水处到倒水处（水未流出时），机械能一直在增大 【答案】D 【详解】A.取水筒内的水，从取水处到倒水处，速度和质量不变，动能不变，故A错误。 B.接水槽内的水流至河岸的过程中，质量不变，速度变大，高度变小，动能变大，重力势能变小，重力势能转化为动能，故B错误。 CD.取水筒内的水，从取水处到倒水处，动能不变，重力势能增大，机械能一直在增大，动能没有转化为重力势能，故C错误，D正确。 故选D。 【变式1】图甲所示的过山车是一项惊险刺激的娱乐项目。图乙所示的是过山车轨道的示意图，过山车沿弧形轨道从a点运动到b点后进入竖直圆形轨道，然后经过c点，最后通过d点（不计空气阻力）。下列说法正确的是（　　） A．乘坐过山车的游客相对于轨道是运动的 B．过山车到达c点时，动能为零 C．过山车经过a、d两点时，机械能大小相等 D．过山车从b点运动到d点，部分动能转化为重力势能 【答案】AD 【详解】A．以轨道为参照物，乘坐过山车的游客的位置发生改变，是运动的，故A正确； B．过山车到达c点时，仍具有水平方向的速度，动能不为零，故B错误； C．过山车在行驶过程中要克服摩擦做功，机械能转化为内能，所以机械能是减小的，所以过山车经过a、d两点时，d点机械能小于a点机械能，故C错误； D．过山车从b点运动到d点过程中，质量不变，速度变小，则动能变小，高度上升，则重力势能变大，所以部分动能转化为重力势能，故D正确。 故选AD。 【变式2】2024年4月2日，鹊桥二号中继星通过多次轨道调整，进入24小时周期的环月大椭圆使命轨道。该轨道采用环月大椭圆冻结轨道设计，可减少月球不规则引力对轨道的影响。当鹊桥二号在此轨道绕月运行时，卫星________（选填“是”或“不是”）平衡状态；从近月点向远月点运动过程中，其运行速度会逐渐________（选填“增大”，“减小”或“不变”）；若仅考虑月球引力作用，其机械能________（选填“守恒”或“不守恒”）。 【答案】 不是 减小 守恒 【详解】[1]平衡状态是指物体处于静止状态或匀速直线运动状态。鹊桥二号绕月运行时，做曲线运动，运动方向不断变化，所以不是平衡状态。 [2]从近月点向远月点运动时，卫星距离月球的高度逐渐增大，重力势能增大。根据“动能与势能相互转化”的规律，动能会逐渐减小，质量不变时，动能减小则速度减小，所以运行速度减小。 [3]若仅考虑月球引力作用，则没有阻力，卫星的机械能只在动能和重力势能之间转化，符合机械能守恒的条件，所以其机械能守恒。 题型五 单摆和滚摆运动时的能量变化情况 【典型例题】如图所示，把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。下列说法正确的是（　　） A．铁锁刚开始从鼻子附近向下摆动时，重力势能最大 B．铁锁由最低点向上摆动时重力势能转化为动能 C．铁锁在摆动的过程中机械能守恒 D．铁锁在摆动到最高点时受力不平衡 【答案】AD 【详解】A.铁锁质量一定，摆动过程中受到空气阻力作用，一部分机械能转化为其他形式的能，摆到另一侧最高点时高度低于刚开始从鼻子附近向下摆动时的高度，所以刚开始在鼻子附近时铁锁的重力势能最大，故A正确。 B.铁锁由最低点向上摆动时，质量不变，速度变小，动能变小；同时高度变大，重力势能变大，所以该过程中动能转化为重力势能，故B错误。 C.铁锁在摆动过程中，受到空气阻力的作用，有一部分机械能会转化为其他形式的能，故机械能逐渐减小，即铁锁的机械能不守恒，故C错误。 D.铁锁摆动到最高点时，受到的重力方向竖直向下，拉力方向沿细绳向上，二力不在一条直线上，不是一对平衡力，故铁锁处于非平衡状态，故D正确。 故选AD。 【变式1】如图所示是荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高。下列说法正确的是（    ） A．球在B点动能大于C点 B．绳的拉力对小球做了功 C．球从B点到O点的过程中机械能不变 D．球从O点到C点的过程中重力势能减少 【答案】A 【详解】A．从图中可以看出B、C位置在同一高度，即重力势能相同，图中D点比A点低也可说明小球在运动过程中与空气摩擦等因素导致部分机械能转化成其它形式的能，即机械能在减小，所以小球在B点机械能大于C点的机械能，故B点动能要大于C点的动能，故A正确； B．绳对小球有拉力，但小球在拉力的方向上没有移动距离，所以绳的拉力对小球不做功，故B错误； C．球从B点到O点的过程中，克服空气阻力做功，机械能减少，故C错误； D．球从O点到C点的过程中，质量不变，高度增加，重力势能变大，故D错误。 故选A。 【变式2】如图所示，将小球从A点由静止释放，使其向右侧摆动。B点是小球摆动过程中的最低点，C点是小球摆到右侧的最高点，hA>hC。小球从B点摆动到C点的过程中，绳的拉力对小球______（选填“有”或“没有”）做功，小球重力势能的变化量______动能的变化量（选填“>”、“=”或“<”）。 【答案】 没有 < 【详解】[1]做功的必要条件：一是力作用在物体上；二是物体沿力方向移动距离。小球在摆动过程中，没有沿绳的拉力方向移动距离，因此绳的拉力对小球没有做功。 [2]由hA>hC可知，小球在摆动过程中机械能总量不断减小。从B到C的过程中，小球质量不变，小球速度逐渐减小为零，动能减小；高度增加，重力势能增大，由于机械能总量逐渐减小，所以减小的动能大于增大的机械能。故小球重力势能的变化量小于动能的变化量。 题型六 蹦极(蹦床)运动中的能量变化情况 【典型例题】蹦床运动有“空中芭蕾”之称，深受观众的喜爱。在2024年巴黎奥运会蹦床项目中，中国选手王梓赛、严浪宇分获银铜两枚奖牌。比赛时，运动员从蹦床反弹起来一定高度后，再完成空翻转体等技巧。如图所示，运动员从O处由静止开始下落到最低点C期间运动员用腿向下用力蹬蹦床，不考虑空气阻力及碰撞过程中能量损耗，他能反弹至比原先更高的位置。 O：运动员静止下落处 A：蹦床原位置 B：蹦床对运动员的弹力与运动员的重力大小相等处 C：运动员运动的最低点 (1)运动员从O点下落至A点过程中，运动员的机械能_________（选填“守恒”或“不守恒”）； (2)运动员下落至_________（选填“A”、“B”或“C”）点时其动能达到最大值； (3)某次运动员下落至A点时的动能大小为，后反弹至比原先更高的位置，在反弹过程中向上经过A点时的动能大小为，请比较_________（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【答案】(1)守恒 (2)B (3)小于 【详解】（1）运动员从O到A的过程中，只受重力，蹦床还未发生形变，无弹力，不考虑空气阻力，只有重力做功，因此动能和重力势能相互转化，机械能总量不变，也就是机械能守恒。 （2）动能的大小与速度有关，速度最大时动能最大。从O到A：只受重力，加速下落，速度增大；A到B：蹦床开始有弹力，但弹力小于重力，合力向下，仍加速下落；到B点时：弹力等于重力，合力为0，速度达到最大；B到C：弹力大于重力，合力向上，运动员减速下落，速度减小。因此，B点时速度最大，动能最大。 （3）运动员反弹至“比原先更高的位置”，说明反弹过程中运动员对蹦床用力，将体内化学能转化为机械能，使得反弹时的机械能总量更大。下落至A点时，机械能是初始的重力势能转化而来；反弹经过A点时，重力势能与下落至A点时相同，但机械能总量更大，因此动能小于。 【变式1】如图是小朋友玩蹦蹦床的情景，小孩在空中上升的过程中动能______（填“增加”、“减少”或“不变”）；在空中下落的过程中______转化为动能；小孩落到蹦蹦床后下降到最低点时，蹦蹦床的______能最大。 【答案】 减少 重力势能 弹性势 【详解】[1]小孩在空中上升的过程中，质量不变，速度减小，所以动能减小。 [2]小孩在空中下落的过程中，高度变小，重力势能减小，速度变大，动能增大，重力势能转化为动能。 [3]由于小孩落到蹦蹦床后，下降到最低点时，此时蹦蹦床的弹性形变程度最大，所以蹦蹦床的弹性势能最大。 【变式2】“蹦极”是一种富有刺激性的勇敢者的运动项目，如图所示，弹性橡皮绳一端系住人的腰部，另一端系于跳台上，当人下落至图中Q点时，橡皮绳刚好被拉直，从Q点继续下落到最低点的过程中，一直增大的是___________。（填“动能”、“重力势能”或“弹性势能”） 【答案】弹性势能 【详解】当人下落至图中Q点时，橡皮绳刚好被拉直，从Q点继续下落到最低点的过程中，橡皮绳变长，弹性形变越来越明显，具有的弹性势能一直增大。 题型七 人造卫星、天体运动等的能量转化 【典型例题】如图所示，人造卫星在大气层外（不受空气阻力），沿椭圆形轨道绕地球运行，当卫星从远地点向近地点运动的过程中，卫星的动能______，机械能______。 【答案】 增大 不变 【详解】[1]当人造卫星从远地点向近地点运动的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能。 [2]当卫星在大气层外运动，不受空气阻力作用，只有动能和势能的相互转化，因此卫星的机械能守恒，机械能不变。 【变式1】如图所示，已知人造地球卫星在大气层外环绕地球运行（不受空气阻力），则人造地球卫星（　　） A．运行过程中运动状态不变，受力平衡 B．从远地点向近地点运行过程中，重力势能增加 C．从远地点向近地点运行过程中，机械能不变 D．在太空中处于失重状态，不具有惯性 【答案】C 【详解】A．人造地球卫星在大气层外环绕地球运行不受空气阻力，运动方向不断变化，所以运动状态改变，受力不平衡，故A不符合题意； B．卫星在远地点时势能最大，当它从远地点向近地点运动时，势能转化为动能，所以势能减小、动能增大，故B不符合题意； C．卫星在大气层外运动，不受空气阻力作用，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒，故C符合题意； D．一切物体都具有惯性，人造地球卫星在太空中也具有惯性，故D不符合题意。 故选C。 【变式2】如图人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行时，不受空气阻力，机械能守恒，当卫星从近地点向远地点运动时，它的重力势能______   （选填“减小 ”或“增大 ”），卫星在______（选填“远 ”或“近 ” )地点时动能最大。 【答案】 增大 近 【详解】[1] 当卫星从近地点向远地点运动时，其质量不变，高度增加。影响重力势能的因素只有质量和高度，在质量m不变时，高度h增大，重力势能增大。 [2] 因为不受空气阻力，卫星在运行过程中机械能守恒，机械能等于动能与重力势能之和。近地点高度最小，重力势能最小，根据机械能守恒可知，此时动能最大。 题型八 机械能守恒的条件 【典型例题】如图所示，拴在细线下的小球在竖直平面内来回摆动时，A、B点分别是小球能到达两侧的最高点，C点为B点的正下方，若到达最高点B点时绳子突然断裂，小球将落在________（选填“C点”、“C点左方”或“C点右方”）。 【答案】C点 【解析】由题可知，在最高点B，小球速度为0（因为是摆动的最高点，动能为0）。此时小球只受重力作用（绳子断裂后不再有拉力）。由于速度为0，且在B点处位置最高，因此，若到达最高点B点时绳子突然断裂，小球会直接竖直下落，落在B点正下方的C点。 【变式1】如图所示是撑竿跳高时的情景，运动员从助跑到越过横杆的过程中，用到了很多物理知识。从起跳到越过横杆过程中以下有关能量转换正确说法的是（　　） A．起跳时动能全部转换成重力势能 B．撑杆跳高比普通跳高跳的高的原因主要是撑杆跳高在空中还消耗了人自身的能量最终转化成了人体的机械能 C．人体在最高点时动能为0 D．若忽略空气的阻力，人在撑杆跳高的过程中人体的机械能是守恒的 【答案】B 【详解】A．起跳时动能不仅转化为重力势能，还会使撑杆弯曲变形，一部分还会转化为撑杆的弹性势能，同时空气有阻力，通过摩擦生热消耗一部分动能，故A不符合题意； B．撑杆跳高能跳得更高，主要是因为运动员通过撑杆的弯曲将自身能量储存为弹性势能，随后撑杆反弹时将这部分能量转化为人体上升的机械能，故B符合题意； C．在最高点时，虽然竖直方向速度为零，但为完成过杆动作，人体仍需保持水平方向的速度，水平速度不为0，因此动能不为零，故C不符合题意； D．撑杆跳高过程中，人体的机械能会与撑杆的弹性势能相互转化（起跳时人体机械能转化为撑杆弹性势能，撑杆反弹时弹性势能又转化为人体机械能），因此单纯考虑人体的机械能是不守恒的，故D不符合题意。 故选B。 【变式2】如图所示是跳台滑雪示意图，运动员助滑后获得较大速度，在跳台末端飞出后在空中做出各种比赛动作，最后落在着陆坡某位置完成比赛。若不计空气阻力，运动员从B到C过程中________能转化为________能，运动员在C时的机械能________（选填“大于”“小于”或“等于”）在D时的机械能。 【答案】 动 重力势 等于 【详解】[1][2][3]运动员从B到C过程中，质量不变，速度变小，高度增加，动能减小，重力势能增加，动能转化为重力势能；运动员从C位置到D位置的过程中，不计空气阻力，机械能是守恒的，保持不变，所以运动员在C时的机械能等于在D时的机械能。 题型九 常见的机械能守恒及其辨析 【典型例题】在2025年11月1日的苏超决赛中，南通队31号球员季桑楠双手将足球用力抛出，部分运动轨迹如图甲所示。足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。 (1)通过数据分析可得，足球在M点时的机械能______（大于/等于/小于）足球在N点时的机械能；在整个运动过程中，足球的机械能______（守恒/不守恒）； (2)在图甲中，已知M、N可能是①、②、③中的某两点，其中位置①和③离地高度相等。M点的位置最有可能在位置______（①/②/③）。 【答案】(1) 小于 不守恒 (2)③ 【详解】（1）[1][2]足球在M点时的重力势能为，占比为，则在M点时的机械能为 足球在N点时的动能为，占比为，则足球在N点时的机械能 足球在M点时的机械能小于足球在N点时的机械能；所以在整个运动过程中，足球的机械能不守恒。 （2）足球在运动过程中要克服摩擦做功，机械能是逐渐减少的，足球在M点时的机械能小于足球在N点时的机械能，所以M点在N点之后。足球在N点时的重力势能为 由于M点时的重力势能小于小球在N点时的重力势能，M点的高度小于N点，M点是①或③；M点的机械能小于N点的机械能，则M点必然在后方，只能是③，N点是②。 【变式1】如题图甲为乒乓球发球机，在同一高度以相同的初速度朝不同方向依次发出a、b、c三个质量相同的乒乓球，运动轨迹如图乙所示。若不计空气阻力，当乒乓球分别运动到A、B、C处时，动能最大的是_______（选填“A”“B”或“C”）；在a乒乓球在上升过程中，_______能增大；三个乒乓球到达水平球台的速度_______（选填“相同”或“不相同”）。 【答案】 B 重力势 相同 【详解】[1]动能的大小与质量和速度有关，三个乒乓球质量相同，只需比较速度大小，不计空气阻力，机械能守恒，高度越低，重力势能越小，动能就越大，B处重力势能最小，因此B动能最大。 [2]a乒乓球在上升过程中，高度增加，重力势能增大，速度减小，动能减小，动能转化为重力势能。 [3]三个乒乓球从同一高度以相同初速度出发，不计空气阻力，机械能守恒，到达水平球台时，高度相同则重力势能相同，因此动能相同，所以速度大小相同。 【变式2】如图所示，海天同学将小球由点静止释放，小球在管道内沿运动，段和段内壁光滑，段内壁粗糙，点略高于点，点与点等高。下列说法正确的是（　　） A．从运动到的过程中，小球的重力势能不变 B．小球在、两点的动能可能相等 C．从运动到的过程中，小球运动到点时，动能最大 D．从运动到的过程中，小球的机械能守恒 【答案】B 【详解】A.点略高于点，从运动到的过程中，小球的重力势能先变小，后变大，小球在点的重力势能大于在点的重力势能，故A错误； B.段内壁粗糙，小球经过段时要克服摩擦阻力，小球的机械能减小，小球在点的机械能大于在点的机械能，小球在点的重力势能大于在点的重力势能，因此、两点的动能可能相等，故B正确； CD.点与点等高，小球在点和点的重力势能相同，从运动到的过程中，段和段内壁光滑，段机械能守恒，段由于小球克服摩擦阻力，小球的机械能减小，机械能不守恒，小球在点的机械能大于在点的机械能，小球运动到点时，动能最大，故C、D错误。 故选B。 题型十 判断实际生活及应用中的能量转化或转移 【典型例题】如图所示，是某同学制作的过山车模型。他把金属球放在A点，然后让其沿轨道滚下，金属球经过B、C、D点后，最高上升到E点，若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．金属球从A点到B点的过程中，其动能转化为重力势能 B．金属球在B点的速度最小 C．金属球从B点到C点的过程中，机械能不变 D．金属球在D点的动能小于在C点的动能 【答案】D 【详解】A．金属球从A点到B点的过程中，质量不变，高度变小，重力势能变小，速度增大，动能增大，故金属球从A点到B点的过程中，是重力势能转化为动能，故A错误； B．金属球从A点到B点的过程中，是重力势能转化为动能，速度增大，金属球从B点到C点，速度减小，故金属球在B点速度最大，故B错误； C．把金属球放在A点，然后让其沿轨道滚下，金属球经过B、C、D点后，最高上升到E点，金属球放在A点、E点时，速度为零，动能为0，金属球在E点时，重力势能较小，故E点的机械能较小，说明金属球与轨道之间存在摩擦，金属球从B点到C点的过程中，由于不计空气阻力，但考虑金属球与轨道之间的摩擦力，克服摩擦力做功，故机械能变小，故C错误； D．金属球在C点、D点时，高度相同，重力势能相同，金属球从C点到D点时，克服摩擦力做功，机械能减小，金属球在D点的机械能小于在C点的机械能，故金属球在D点的动能小于在C点的动能，故D正确。 故选D。 【变式1】如图所示是《天工开物》中古代炼铁工艺的示意图，匠人在打铁成型时，会将手中的重锤高高举起，然后重重落下，这一过程中重锤的___________能转化为___________能，使得铁器在受到重锤打击时能够发生形变，达到成型的目的。 【答案】 重力势 动 【详解】[1][2]匠人将重锤高高举起时，重锤具有较大的重力势能；当重锤重重落下的过程中，其高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，因此这一过程中重锤的重力势能转化为动能。 【变式2】如图所示的劲弩作为秦国的利器之一，它的出现代表中国当时武器工艺的先进水平，弩箭射出时，弦的___________能转化为弩箭的___________能；请你给出一条能使弩箭射得更远的建议：___________。 【答案】 弹性势 动 将弓拉得更弯一些 【详解】[1][2]当弩弦被拉开时发生弹性形变，储存了弹性势能。松开弩弦时，这部分能量会转化为弩箭的动能。这是典型的能量转化过程。弩箭获得的动能越大，飞行距离就越远。 [3]要使弩箭射得更远，可以：① 增大初始弹性势能：将弓拉得更弯，增加形变量；② 提高能量转化效率：使用更轻的弩箭减小质量；③ 减小能量损耗：选用更光滑的箭杆减小空气阻力。 题型十一 机械能与其他形式能的转化 【典型例题】运动员郑钦文在巴黎奥运会上为我国赢得了首枚奥运网球单打项目金牌。某次发球，她在O点将球击出，击球后网球运动的频闪照片如图所示，球触地弹起后运动的最高点为P，A点与B点等高，则（　　） A．网球在O点的动能为零 B．网球在B点的机械能等于在A点的机械能 C．网球在B点的动能小于在A点的动能 D．网球由O点运动到P点，减小的重力势能全部转化为动能 【答案】C 【详解】A．网球在O点被击出时，处于运动状态，因此动能不为零，故A不符合题意； B．网球运动过程中受到空气阻力的作用，要克服空气阻力做功，有一部分机械能转化为内能，机械能会逐渐减小，因为B点在A点之后，所以B点的机械能小于A点的机械能，故B不符合题意； C．因为A点与B点等高，则网球在A点与B点处的重力势能相同，因为B点的机械能小于A点的机械能，且机械能等于动能与势能之和，所以网球在B点的动能小于在A点的动能，故C符合题意； D．网球由O到P的过程中，需克服空气阻力做功，减小的重力势能会转化为内能，机械能不守恒，故D不符合题意。 故选C。 【变式1】运动员郑钦文在巴黎奥运会上为我国赢得了首枚奥运网球单打项目金牌。某次发球，她在点将球击出，击球后网球运动的频闪照片如图所示，球触地弹起后运动的最高点为，触地过程中有一部分机械能转化成了内能，点与点等高，则（　　） A．网球在点的动能为零 B．网球在点的机械能等于在点的机械能 C．网球在点的动能大于在点的动能 D．网球由点运动到点，减小的重力势能全部转化为动能 【答案】C 【详解】A．网球在a点被击出时，已经具有了向前运动的速度，而动能的大小与物体的质量和速度有关，速度不为零则动能不为零，所以网球在a点的动能不为零，故A不符合题意； B．题目中提到网球触地过程中有一部分机械能转化成了内能，这意味着机械能会有损失。b点在网球触地前，c点在网球触地弹起后，由于触地时机械能减少，且b点与c点等高，则重力势能相同，由于b点的机械能等于动能与重力势能之和，则b点的机械能大于c点的机械能，故B不符合题意； C．b点与c点等高，根据重力势能的影响因素质量和高度，可知网球在b点和c点的重力势能相等。又因为触地过程中机械能有损失，所以b点的机械能大于c点的机械能。根据机械能等于动能与重力势能之和，重力势能相等时，机械能大的动能也大，因此网球在b点的动能大于在c点的动能，故C符合题意； D．网球由a点运动到c点的过程中，首先从a点到触地点，重力势能部分转化为动能，但同时会克服空气阻力做功，有一部分机械能转化为内能；触地时，又有一部分机械能转化为内能；触地弹起后到c点，动能部分转化为重力势能，同样会克服空气阻力损失部分机械能，所以减小的重力势能并没有全部转化为动能，故D不符合题意。 故选C。 【变式2】如图是水电站剖面图。其工作原理是：水从上游流下时带动水轮发电机转动，水的___________能转化为___________能。一定质量的水，上、下游水位差越___________，能发出的电越多。 【答案】 机械 电 大 【详解】[1][2]水从上游流下时具有机械能，水带动水轮发电机转动，水的机械能减小，水电站发电，为电路中提供电能，因此水的机械能转化为电能。 [3]一定质量的水，上、下游水位差越大，水的重力势能越大，机械能越大，能转化为的电能越多，能发出的电越多。 【基础夯实 巩固提升】 1．2025年11月4日，航天员对神舟二十号例行检查时，发现返回舱舷窗边缘被太空微小碎片撞击产生贯穿性裂纹。撞击造成如此严重后果，是因为微小碎片具有较大的（   ） A．质量 B．重力势能 C．动能 D．弹性势能 【答案】C 【详解】动能的大小与物体的质量和速度有关。太空微小碎片虽然质量较小，但速度极大，所以具有较大的动能，能够对返回舱舷窗造成严重撞击，产生贯穿性裂纹。重力势能与物体的质量和高度有关，弹性势能与物体的弹性形变程度有关，而此次撞击后果严重主要是因为碎片的动能大，并非重力势能和弹性势能，且碎片质量较小，不是因为质量大造成严重后果。所以撞击造成如此严重后果，是因为微小碎片具有较大的动能。 故选C。 2．如图所示，无人驾驶电动扫地车正沿公路匀速前进，并将地面上的垃圾吸入车内。此过程中，扫地车整体的（　　） A．动能不变，重力势能变大 B．动能不变，机械能不变 C．动能变大，机械能变大 D．动能变小，重力势能变大 【答案】C 【详解】无人驾驶电动扫地车正沿公路匀速前进，并将地面上的垃圾吸入车内。此过程中，扫地车速度不变，质量增大，因此动能增加；质量增大，高度不变，因此重力势能增大；动能增大，势能增大，因此机械能增大，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 3．下列关于机械能的说法中，正确的是（      ） A．动能和势能统称为机械能 B．动能与速度成正比 C．势能与高度成正比 D．机械能的大小与质量无关 【答案】A 【详解】A．机械能是与物体运动相关的能量，它包括动能和势能，取决于物体整体的运动状态，故A正确； B．物体质量一定时，速度越大，动能越大，通过实验数据得出结论，质量一定时，动能的大小与速度的二次方成正比，不是与速度成正比，故B错误； C．势能是重力势能和弹性势能的统称，弹性势能与物体的高度无关，重力势能与物体的高度和质量有关，当质量一定时，重力势能与高度成正比，故C错误； D．重力势能大小与物体的质量和物体被举高的高度有关，故机械能的大小与质量有关，故D错误。 故选A。 4．2025年10月31日，我国发射载人飞船运载火箭在酒泉卫星发射中心成功将张陆、武飞、张洪章三名航天员送入太空。在火箭腾空而起的过程中，载人飞船的动能______（增大/减小/不变，下同），其重力势能______，机械能______。 【答案】 增大 增大 增大 【详解】[1][2][3]在火箭腾空而起的过程中，载人飞船的质量不变，速度增大，高度增加，故它的动能和重力势能都会增大；机械能是物体动能和势能的总和，动能和重力势能都增大，故机械能增大。 5．如图所示，扫地机器人采用刷扫和真空方式，将地面杂物吸入自身的垃圾收纳盒。当扫地机器人在水平地面上匀速前进清理散落在地面的杂物时，扫地机器人的动能________，机械能________。（均选填“增大”“不变”或“减小”） 【答案】 增大 增大 【详解】[1][2]当扫地机器人在水平地面上匀速前进清理散落在地面的杂物时，质量增大，速度不变，动能增大；质量增大，高度不变，重力势能增大；机械能等于动能和势能的总和，机械能增大。 6．2025年11月16日，第十五届全国运动会田径女子铅球决赛在广州举行。36岁的老将巩立姣以19.68米的成绩摘得桂冠。如图所示，在铅球从b点运动到c点的过程中，铅球的动能与重力势能转化情况是________。 【答案】重力势能转化为动能 【详解】铅球从b点（最高点）运动到c点（落地点）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，因此，此过程的能量转化为重力势能转化为动能。 7．由粤港澳三地首次联合承办的第十五届全国运动会于2025年11月9日在广东奥林匹克体育中心开幕。开幕表演中彩色鳌鱼在空中舞动，若忽略空气阻力，其机械能______（选填“守恒”或“不守恒”）；当鳌鱼从高处向低处运动时，它的重力势能______（选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 守恒 减小 【详解】[1]机械能包括动能和势能，忽略空气阻力，彩色鳌鱼在空中舞动时，只有重力做功，无能量损失，所以其机械能守恒。 [2]重力势能的大小与物体的质量和高度有关，当鳌鱼从高处向低处运动时，质量不变，高度降低，所以它的重力势能减小。 8．如图，某兴趣小组将一张硬卡片对折，在开口的一边剪两个小豁口，然后套上橡皮筋，做成会跳的卡片。 (1)把卡片放在桌面上，A面朝______（选“上”或“下”）压平，使橡皮筋伸长，______（选“迅速”或“缓慢”）松开手，观察卡片跳起。 (2)这个现象说明：橡皮筋对卡片做功，具有______能。 (3)为了增加卡片跳起的高度，可以______（选“增大”或“减小”）卡片的豁口深度。 【答案】(1) 下 迅速 (2)弹性势 (3)减小 【详解】（1）[1]把卡片放在桌面上，要使橡皮筋伸长，应将卡片向下压平，这样才能让橡皮筋具有弹性势能，故应将A面朝下。 [2]由于橡皮筋恢复原状的力是瞬间作用的，所以迅速松开手时，卡片会立刻被弹起。 （2）当橡皮筋被拉伸后松手，卡片跳起的现象表明发生弹性形变的橡皮筋释放了弹性势能并转化为动能，因此橡皮筋具有弹性势能。 （3）想让卡片跳得更高，就要使橡皮筋有更大的弹性势能，橡皮筋的弹性势能的大小与橡皮筋的被拉伸的长度有关，被拉伸的越长，弹性势能越大，故应减小AB两个豁口的深度。 9．小明在一条长线的一端系一个螺母做成了一个如图所示的单摆，小明发现螺母往返摆动过程中，每摆一个来回所用的时间几乎相等。于是小明想到这样一个问题：螺母来回摆动一次所用的时间t跟哪些因素有关呢？ 猜想A：可能跟螺母摆动的最大角度θ有关； 猜想B：可能跟绳子的长度L有关。 (1)为验证猜想，除了铁架台、细线和螺母外，还需要的测量仪器有刻度尺、秒表和 ____________； (2)小明在不同条件下，测出螺母来回摆动一次所用的时间t后，得到一些数据如下表： 序号 细线长度L/cm 螺母摆动的最大角度/° 螺母来回摆动一次的时间/s 1 100 20 2 2 140 20 2.4 3 140 30 2.4 ①对比1、2两次实验，可得出结论：螺母来回摆动一次的时间t与________________有关； ②对比2、3两次实验，可验证猜想___________（填字母），得出的结论：螺母来回摆动一次的时间t与螺母摆动最大的角度_____________（选填“有关”或“无关”），实验中我们采取的方法是________； (3)综合分析实验数据可知，同一地点的单摆摆动一次的时间t只跟绳子的长度L有关，且绳子越长，螺母来回摆动一次的时间t越 ______________，摆钟就是根据这个原理制成的；有一次小明发现家里的摆钟变慢了，要把它调准，小明应将摆钟的摆长调________（选填“长”或“短”）。 【答案】(1)量角器 (2) 绳子的长度L A 无关 控制变量 (3) 长 短 【详解】（1）实验中需要用刻度尺测量线的长度、用秒表测量时间、用量角器测量摆偏转角度的大小。 （2）[1]由1、2两次实验数据可知，螺母摆动的角度相同，细线的长度不同，螺母摆动一次的时间不同，因此螺母来回摆动一次的时间t与细线长度有关。 [2][3][4]由2、3两次实验数据可知，细线长度、螺母来回摆动一次的时间都相同，只有螺母摆动的角度不同，因此由2、3两次实验可验证猜想A，并且可得出螺母来回摆动一次的时间t与螺母摆动的角度无关。由于实验中控制细线长度相同，改变螺母摆动的最大角度，探究螺母来回摆动一次的时间与螺母摆动最大角度的关系，所以实验中采用的方法是控制变量法。 （3）[1][2]由表中1、2、3实验可知：在同一地点，周期的大小只与摆长有关，摆长越长，周期越大，故绳子越长，螺母来回摆动一次的时间t越长；摆长越短，周期越小，钟表走时越快，因此小明应将摆钟的摆长调短。 10．如图所示，在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，取一物块，三次都用该物块将弹簧弹射装置的弹簧压缩至相同形变量处，由静止释放，物块离开弹簧后在水平轨道面上继续运动。每次水平轨道面的粗糙程度不同，第一次在水平轨道上面铺400目砂纸，第二次铺600目砂纸，第三次铺1000目砂纸，三个接触面逐渐变光滑，物块受到的阻力逐渐变小。他发现：物块在这三种不同水平面上运动的距离越来越长，最后静止。 (1)“弹簧弹射装置的弹簧压缩至相同形变量处，由静止释放”是为了______________。 (2)根据实验结果可得出：水平面越光滑，小车受到的阻力越小，小车运动距离越长。由实验现象可以进一步推理：如果水平面绝对光滑，小车运动时受到的阻力为零，小车将做________运动。由此可见物体的运动__________（选填“需要”或“不需要”）力来维持。 【答案】(1)物块每次在水平轨道面上运动的初速度相同 (2) 匀速直线 不需要 【详解】（1）弹簧弹射装置的弹簧压缩至相同形变量处，由静止释放，是因为弹簧的弹性势能相同，释放后转化为物块的动能，使物块每次在水平轨道面上运动的初速度相同。 （2）[1][2]根据实验结果，可以观察到：平面越光滑，小车受到的阻力就越小，因此小车能够运动更远的距离才停下，即小车的速度减小得更慢。由实验现象可以进一步推理：如果小车运动时受到的阻力为零，小车的速度不会变小，将做匀速直线运动，由此可见物体的运动不需要力来维持。 【培优拓展 思维创新】 1．如图所示，光滑水平桌面上的弹性小球被弹出后，经过点和点后落到地面，又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。下列有关小球的运动，描述正确的是（    ） A．小球从点运动到点的过程中机械能不断减少 B．小球反弹经过点时动能为零 C．若将弹性小球表面涂黑，则会在C、F两点留下等大的黑色圆斑 D．小球经过点的机械能大于经过点的机械能 【答案】D 【详解】A．小球从点运动到点的过程中，因光滑桌面没有摩擦阻力，小球处于平衡状态，其速度大小不变，动能不变，高度不变，重力势能不变，所以小球机械能不变，故A错误； B．从轨迹来看，小球反弹经过点时，此时小球在最高点，竖直方向速度为零，水平方向速度不为零，则小球在点的动能不为零，故B错误； C．弹性势能大小与弹性形变程度有关，黑色圆斑的大小能反映小球弹性形变程度，圆斑越大，形变越大，弹性势能越大，在点与在点时，小球的动能与重力势能都为零，而每次小球反弹到的最高点都比上一次的最高点低，说明小球受到空气阻力作用，机械能逐渐变小，所以小球在点的机械能大于在点的机械能，故小球在点的弹性势能大于在点的弹性势能，小球在点的圆斑要比在点的圆斑大，C错误； D．小球在多次弹起过程中，机械能逐渐变小，而点在点之前，故小球在点的机械能大于在点的机械能，D正确。 故选D。 2．学科融合  图甲所示的是某地的地形及其等高线图（闭合曲线由海拔高度相等的点连成，数字表示该处的海拔高度）。如图乙所示，研究人员正操作一架无人机对此地展开勘察。下列说法正确的是（　　） A．山间的溪水由B点流到A点时，重力势能转化为动能 B．无人机保持同一高度匀速盘旋过程中，不需要动力 C．无人机从A点向上飞到B点的过程中，重力势能不变 D．无人机从C点匀速爬升到D点的过程中，机械能不变 【答案】A 【详解】A．由等高线可知，B点海拔高于A点，溪水由B到A，高度降低、速度增大，重力势能转化为动能，故A正确； B．无人机保持同一高度匀速盘旋，需要克服空气阻力、竖直方向需要克服自身重力等，因此需要动力，故B错误； C．无人机从A到B，质量不变，高度升高，重力势能增大，故C错误； D．无人机从C匀速爬升D，高度升高，重力势能增大，动能不变，机械能增大，故D错误。 故选A。 3．如图中，一段弹簧固定在水平桌面上（如图甲所示），将一个小球放在弹簧上使其处于静止状态（如图乙所示）、用竖直向下的力压小球至如图丙的位置，然后撤去力，小球向上运动到A点后下落（如图丁所示）、不计空气阻力的影响。则从撤去力到小球运动到A点的过程中，下列说法中正确的是（   ） A．小球先加速运动，后减速运动 B．小球在A点速度为零，受力平衡 C．小球离开弹簧时的速度最大 D．小球离开弹簧前受到的合力先增大后减小 【答案】A 【详解】A．小球从丙位置释放后向上运动，初始时弹簧弹力大于小球重力，合力向上，小球做加速运动。随着小球向上运动，弹簧压缩量减小，弹力随之减小。当弹力减小到等于重力时，小球合力为零，速度达到最大。小球继续向上运动，弹力小于重力，合力向下，与运动方向相反，小球开始做减速运动。小球离开弹簧后，只受重力作用，继续向上做减速运动。因此，从撤去力F到小球运动至A点的整个过程中，小球是先加速后减速，故A正确； B．小球运动到最高点A时，瞬时速度为零。此时小球只受到竖直向下的重力作用，所受合力不为零，因此不是受力平衡状态，故B错误； C．小球速度最大的位置是弹力等于重力的位置，此时合力为零，加速度为零。而小球离开弹簧时，弹力为零，小球只受重力作用，已经处于减速阶段，所以离开弹簧时的速度不是最大的，故C错误； D．小球离开弹簧前，所受合力等于弹力与重力G的差。刚开始时，，，方向向上；随着小球上升，减小，减小。当时，。小球继续上升，，，方向向下；随着继续减小，反向增大。所以，小球离开弹簧前受到的合力是先减小后增大，故D错误。 故选A。 4．在“探究纸锥下落的快慢”的活动中，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，则纸锥在空中竖直下落的过程中，动能先增大后______，机械能一直_______。（均选填“增大”“减小”或“不变”） 【答案】 不变 减小 【详解】[1]纸锥竖直下落时，空气阻力随速度增大而增大。一开始重力大于阻力，纸锥加速下落，动能增大；当阻力增大到与重力相等时，纸锥匀速下落，动能保持不变。所以动能先增大后不变。 [2]下落过程中，纸锥需要克服空气阻力做功，一部分机械能会转化为内能，所以机械能一直减小。 5．如下图所示，质量为1kg的物体在倾角为30°的光滑斜面上，从a点由静止开始下滑，到b点开始压缩轻质弹簧，到c点时达到最大速度，接着到d点（图中未画出）开始弹回，返回b点后离开弹簧，最终恰能再回到a点。整个过程中，物体从a点到b点，物体的重力势能转化为____________能；物体从c点到d点，弹簧的__________________能变大。 【答案】 动 弹性势 【详解】[1]物体从a到b点，物体的高度减小，速度增大，它的重力势能减小，动能增大，所以物体的重力势能转化为动能。 [2]物体从c到d点，弹簧被压缩，到d点（图中未画出）开始弹回，故d点弹簧的弹性形变程度最大，故物体从c到d点，弹簧的弹性势能变大。 6．如图所示，钢珠沿竖直平面上的光滑轨道abcd从a点运动到d点，钢珠在____________点的动能最大。钢珠在a点的机械能____________（选填“>”“<”或“＝”）钢珠在c点的机械能。（不计空气阻力） 【答案】 b ＝ 【详解】[1][2]因为轨道光滑，不计阻力，钢珠在整个运动过程中机械能守恒，即机械能不变，所以钢球在a点的机械能等于钢珠在c点的机械能。由图可知，a点的位置最高，b点的位置最低，这两点间的高度差最大。钢珠由a点运动到b点的过程中，质量不变，高度变小，重力势能减小，速度变大，动能增大，重力势能转化为动能。由b点高度最低可知，该点重力势能最小，又因为钢珠的机械能守恒，所以钢珠在b点时的动能最大。 7．如图所示，光滑斜面PM与水平面MN平滑连接，弹簧左端固定。小物块在斜面上从P点由静止滑向M点的过程中（不计空气的阻力），动能______，重力势能______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。小物块在压缩弹簧的过程中，小物块的动能转化为弹簧的______能。 【答案】 变大 变小 弹性势 【详解】[1][2]小物块在斜面上从P点由静止滑向M点的过程中，不计空气的阻力，斜面PM光滑，则小物块机械能守恒。此过程中，小物块质量不变，高度降低，则重力势能变小，所以动能变大。 [3]小物块在压缩弹簧的过程中，小物块的速度降低，则动能减小，弹簧的形变程度变大，则弹性势能变大，所以小物块的动能转化为弹簧的弹性势能。 8．为了探究“弹性势能的大小与物体的弹性形变大小的关系”，小明用图示装置进行实验，处为弹簧的原长位置。在水平桌面上，压缩弹簧后由静止释放小球，使小球撞击同一纸盒，并与纸盒一起向右滑行。撞击前纸盒均位于点右侧同一位置； (1)小明每次应将弹簧压缩_______（选填“相同”或“不同”）的长度，再释放小球，通过比较各次实验中纸盒的_______，从而判断弹簧弹性势能的大小； (2)实验中，将小球自处由静止释放，最终小球和纸盒一起静止于处。此过程中小球动能最大的位置在_______（选填“AB之间”“点”或“BC之间”）。 (3)小明根据实验现象认为：小球推动木块移动一段距离后都要停下来，所以弹簧、小球和木块所具有的机械能最终都消失了。你认为小明的观点是_______（选填“正确”或“错误”）的，理由是_______。 【答案】(1) 不同 移动距离 (2)AB之间 (3) 错误 木块克服摩擦做功，机械能转化为其他形式的能 【详解】（1）[1]探究弹性势能与弹性形变大小的关系，需要控制其他变量不变，改变弹簧的弹性形变大小，所以每次应将弹簧压缩不同的长度。 [2]弹性势能的大小无法直接测量，通过比较纸盒滑行的距离来间接判断，滑行距离越远，说明弹簧的弹性势能越大。 （2）小球在AB之间运动时，水平方向受弹簧弹力和摩擦力作用，开始时弹力大于摩擦力，小球加速；随着弹簧伸长，弹力减小，当弹力与摩擦力相等时，小球速度达到最大，此时动能最大，故动能最大位置在AB之间。 （3）[1][2]小明的观点是错误的，因为小球推动木块停下，是因为木块克服摩擦做功，机械能转化为内能，而不是机械能消失了，能量不会凭空消失，只是发生了形式的转化。 9．小明为了探究动能大小与物体的质量和运动速度的关系，他设计出了如图所示的实验。 (1)在图（a）中，让不同质量的小车从同一高度滑下的目的是：使两小车到达斜面底端时具有相同的______。 (2)图（b）探究的是动能与______的关系，得出的结论是：______。 (3)本实验运用了两种研究方法：一是控制变量法，二是______法。实验中，通过观察______的大小来判断小车动能的大小。 (4)小明将上述实验装置中的小车换成小球来探究动能的大小与质量的关系。他将不同质量的小球从斜面上由静止自由滑下，实验记录数据如下表所示。 小球的质量 0.1 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 木块滑行距离 0.12 0.10 0.12 0.12 0.11 0.13 0.12 小明根据以上实验数据得出物体动能的大小与质量无关。你认为实验结论与物理事实是否相符？答：是：______（相符／不相符）。你认为出现此实验现象的主要原因是：______。 【答案】(1)速度 (2) 速度 质量一定时，速度越大，物体的动能越大 (3) 转换 木块被撞的远近 (4) 不相符 未控制球的速度相同 【详解】（1）要探究阻力对物体运动的影响，需要使小车进入平面时的速度保持相同，让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，就能使小车到达水平面时具有相同的速度。 （2）[1][2]由图可以看出，两小车的质量相同，下滑的高度不同，即只改变小车到斜面底端的速度，因此探究的是动能与速度的关系，根据动能与速度的关系，可得出的结论是：质量一定时，速度越大，物体的动能越大。 （3）[1][2]实验中，通过观察木块被撞的远近来判断小车动能的大小，木块被撞的越远，说明小车的动能越大，这是转换法。 （4）[1][2]根据控制变量法，应保证小球在同一高度滚下，使球滚到水平面时速度相同。所以实验结论与物理事实不相符，原因不同质量的球没有从斜面上同一高度释放，未控制球的速度相同。 10．在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，小吉同学设计了如图所示的三次实验。让小球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。 (1)实验中通过比较小球推动纸盒移动的距离可比较小球动能的大小，此探究方法是______。 (2)要探究动能大小与物体质量的关系，应完成______两次实验。 (3)选用甲、丙两次实验可以得出的结论是：物体质量相同时，物体的______越大，动能越大。 (4)小吉同学联想到“探究阻力对物体运动的影响”时，也用到了斜面，让小车从斜面顶端由静止滑下，比较在不同表面滑行的距离（如表），三次实验整个过程中小车机械能减少量______。若水平面绝对光滑，小车将做______运动。 表面 毛巾 棉布 木板 小车运动距离 最近 较远 最远 【答案】(1)转换法 (2)甲、乙 (3)速度 (4) 相等 匀速直线 【详解】（1）铁球的动能不便于测量，该实验是通过观察纸盒被撞击后移动的距离来比较铁球动能的大小的，这种方法是转换法。 （2）要探究动能大小与物体质量的关系，需要控制速度相同，质量不同，让质量不同的小球从同一斜面的相同高度滚下，根据图示可知，应完成甲、乙两次实验。 （3）选用甲、丙两次实验可知，小球的质量相同，滚下的高度不同，高度越高，速度越大，推动纸盒移动的距离越远，动能也大，故可以得出的结论是：物体质量相同时，物体的速度越大，动能越大。 （4）[1]小车在斜面顶端时小车的重力势能相同，让小车从斜面顶端由静止滑下到水平面时，小车的动能相同；小车在不同的材料表面上运动时，最终停下来后，动能全部转为内能，克服摩擦力做了多少功就有多少动能转化为内能，所以，在三个表面克服摩擦力做功相同，即机械能减少量相同。 [2]水平面是光滑的，则小车在水平方向上受力为0，竖直方向上受到平衡力作用，根据牛顿第一定律，运动的物体在没有受到力的作用时，将一直做匀速直线运动。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $