11.4 机械能及其转化 知识点归纳同步训练 2025-2026学年人教版物理八年级下册

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（动能与势能之和）、转化守恒规律（动能与重力势能、弹性势能的相互转化及守恒条件），并延伸至水能和风能的实际利用，构建从概念到规律再到应用的完整学习支架。 资料通过多样化题型设计（如转化探究实验、守恒条件辨析）和生活实例（火箭升空、蹦床运动），培养学生科学思维中的模型建构与科学推理能力，科学探究中的实验分析与证据获取能力。课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过典例解析和思维训练巩固知识，弥补薄弱环节。

11.4 机械能及其转化 一、【基础知识】 知识点 1 机械能的概念 1、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。 知识点 2 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。 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。 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。 ※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 3 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。 二、【典例解析】 题型 1：机械能及转化 【典例 1-1】机械能及其转化 （1）机械能： 能、 能和 能统称为机械能； （2）动能和势能可以相互 ； （3）质量不变时，物体的动能、势能转化如下图所示。 【典例 1-2】在体育课上，排球被小李向上垫起减速上升的过程中，下列说法正确的是( ) A．排球的重力势能增大 B．排球的动能增大 C．排球的机械能增大 D．排球的弹性势能增大 【变式 1-1】2026 年 2 月 12 日 14 时 37 分，捷龙三号运载火箭在广东阳江附近海域点火升空，随后以 “一箭七星 ”方式将巴基斯坦 PRSC-EO2 卫星、港中大一号卫星、电力红外卫星 A 星、数天宇星03~05 星、空间环境监测卫星共 7 颗卫星准确送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。 捷龙三号运载火箭在加速升空过程中，卫星的机械能的变化，下列说法正确的是( ) A．动能不变，重力势能增加，机械能增加 B．动能减少，重力势能减少，机械能减少 C．动能增加，重力势能增加，机械能增加 D．动能增加，重力势能减少，机械能不变 【变式 1-2】如图所示，将摆球从 A点静止释放，经过最低点 O到达 B点， A、B两点等高，摆球到达 B点时动能为 J；摆球从 A点到 O点的过程中，小球受到的重力对小球 （做功/不做功），细绳对小球拉力 （做功/不做功）， 能转化为动能。当小球运动到 O点 时，它受到的力是 （平衡/不平衡）的。整个过程中，摆球的机械能大小 （不变/减小）。 题型 2：机械能转化的探究 【典例 2-1】如图甲所示是小区里的秋千，在玩荡秋千时，小文感到秋千往返摆动的时间是有规律的，于是对“哪些因素影响秋千往返摆动一次的时间 ”提出下列猜想： 猜想一：可能与秋千的绳长有关； 猜想二：可能与人的质量有关； 猜想三：可能与秋千摆动时人距中心线的最大距离有关。 小文用细线系上一个小铁球，将细线一端固定在 O点，来模拟秋千，如图乙所示。每次让小铁球由静止释放，记录数据如下表所示。 实验序号 绳长L/cm 小球质量m/g 小球摆动时距中心线最大距 离 s/m 小球往返摆动一次的时间 t/s 1 70 20 0.05 1.7 2 100 20 0.08 2.0 3 100 30 0.05 2.0 4 100 30 0.08 2.0 5 130 20 0.05 2.3 (1)小球从最低点摆动到最高点的过程中，动能 ，重力势能 ；（均选填“增大 ”“不变 ”或“减小”） (2)实验中她们测出小球往返摆动 10 次所用的时间，再求出小球往返摆动 1 次所用的时间，其目的是： ; (3)分析实验序号为2、4 的两次实验数据，可以验证猜想 （填序号）是错误的； (4)从本次实验可以得到的结论是：小球往返摆动一次的时间与 有关； (5)摆钟的摆动类似于秋千的往返摆动。某一摆钟变快了，要调准它，应将摆钟的摆长调 （选填“长 ”或“短 ”）。 【典例 2-2】小明利用小球做了下面几个实验： (1)把小球抛向空中，忽略空气阻力，下图中哪一图线能正确反映球离手后至落回地面前机械能（E）与小球离地高度（h）的关系( ) ( B． C． D． ) ( A． ) (2)小明一次将小球竖直向上抛出，小球在运动到最高点时，动能 （选填“大于 ”、“等于 ”、 “小于”，下同）零；小明一次将小球斜向上抛出，小球在运动到最高点时，动能 零。 (3)小明将小球放置在弹簧上方一定高度处由静止开始下落，从 a处开始接触弹簧，压缩至 c处时弹簧最短，b处是 ac 中间的一位置，在小球在 点速度为零。（选填 a、b、c）。 【变式 2-1】科普活动中，老师表演了一个“ 自动爬坡 ”实验：将一个内部镶嵌小铁块的轻质泡沫圆环放在一个粗糙木板搭成的斜坡上由静止释放，圆环加速滚上斜坡。在圆环加速滚上斜坡的过程中，下列说法正确的是( ) A．圆环的重力势能减小，机械能减小 B．圆环的动能增大，重力势能增大C．圆环的重力势能减小，机械能增大 D．圆环的动能减小，重力势能减小 【变式 2-2】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，B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B 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A 处由静止释放，最终小球和纸盒一起静止于C 处。此过程中小球动能最大的位置在 （选填“ AB之间 ”“ B 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 。 题型 3：机械能守恒的条件及辨析 【典例 3-1】如图所示的小球从 A点由静止释放，在球向下摆动的过程中，它的速度越来越大，此过程中，小球的 能转化为动能。当小球运动到最高点 C时，它受到的力是 （平衡/非平衡）的，如果不计空气阻力，A点和 C点 （等高/不等高）。 【典例 3-2】光滑斜面甲与水平面 PQ平滑连接。从斜面甲高 H处静止释放小球，小球运动到 Q 点静止，如图甲。在 PQ上的 N 点平滑拼接另一光滑斜面乙，已知 PQ=4PN，如图乙。小球冲到乙斜面上的 h高处。则小球最终将停在( ) A．P处 B．N处 C．甲斜面上 D．乙斜面上 【变式 3-1】如图所示，光滑水平桌面上的弹性小球被弹出后，经过A 点和B 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A 点运动到B 点的过程中机械能不断减少 B．小球反弹经过D 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E 点的机械能大于经过G 点的机械能 【变式 3-2】将两个弹性、体积相同，质量分别为mA 和mB 的皮球 A 和 B 表面涂黑，让它们从相同高度由静止下落，在水平地面的纸上留下黑斑，如图甲，可推断mA mB （选填“ > ”、“ < ”或 “ = ”）。将一表面涂黑的皮球水平抛出后，皮球在水平地面的纸上留下了一串痕迹，如图乙，由此判断，皮球运动的方向是 （选填“ 由左向右 ”或“ 由右向左”）的，④处皮球的机械能 （选填“大于 ”、“小于 ”或“等于”）①处皮球的机械能。 【变式 3-3】人造地球卫星于大气层外环绕地球运行，不受空气阻力影响。如图所示，这是人造地球卫星的轨道示意图，其运行轨道呈椭圆形。轨道上离地球最近的点称作近地点，最远的点则称为远地点。请回答： (1)卫星在近地点时 在远地点时 （填序号） A．只具有动能 B．只具有势能 C．同时具有动能和势能 (2)当卫星从远地点向近地点运动时，势能 ，动能 ，机械能 。（以上均选填“增大 ”“减小 ”或“不变 ”） (3)卫星在绕地球做匀速圆周运动时，它受到 （选填“平衡力 ”或“非平衡力”）的作用。 题型 4：机械能转化的应用 【典例 4-1】如图所示，小红在家玩“套圈 ”游戏，套圈从 a点运动到 c点的过程中（不计空气阻力） ( ) A．在 a点的重力势能最大 B．在 b点时的动能为0 C．在 c点的机械能大于在 a点的机械能 D．由 b点到 c点的过程中，重力势能转化为动能 【典例 4-2】2026 年央视春晚《武BOT 》节目中， 宇树科技的人形机器人与塔沟武校演员联袂演出，机器人“从踏板起跳，跃至2.5 米高空完成三连翻 ”，随后平稳落在踏板前方。下列关于机器人的分析正确的是( ) A．上升过程中，相对于地面静止 B．在空中最高点时，重力势能最大，动能为零 C．落地会弯腿缓冲，是为了减小惯性带来的危害 D．从起跳离开踏板到落地前，机械能保持不变 ( 【变式 4-1】 如图所示是小益练习排球的一个场景，不考虑空气的阻力， 中，下列说法正确的是( ) A．人对排球做了功 B．排球向上运动时动能转化成了重力势能 C．排球运动过程中机械能不断减小 D．排球在最高点时，动能为零 ) ( 排球离开手在空中飞行的过程 ) 【变式 4-2】（双选）下列关于机械能及其转化的说法，正确的是( ) A．匀速上升的气球，动能不变，重力势能增大，机械能增大 B． 自由下落的苹果，动能减小，重力势能增大，机械能不变 C．蹦床运动员从高处落下，接触蹦床前，机械能减小 D．卫星绕地球匀速转动时，动能和重力势能都不变，机械能不变 【变式 4-3】如图是我国自主研发的朱雀三号火箭降落回收的过程，通过控制推力，沿竖直方向先从 A点减速运动到 B 点，再从 B点匀速运动到 C点，忽略火箭质量的变化。则( ) A．火箭在 A点动能最小 B．火箭的机械能在 BC段减少 C．火箭在 AB段推力等于 BC段推力 D．AB段火箭的重力势能转化为动能 题型 5：机械能与其他能量的转化 【典例 5-1】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。 【典例 5-2】唐诗中有“黄河远上白云间 ”“不尽长江滚滚来”的诗句，前一句生动形象地表明黄河水蕴藏着大量的 ，后一句表明长江水具有丰富的 。世界上最大的水利工程———三峡发电站有“照亮半个中 国 ”的美誉，其能量转化过程就是把江水的 转化为电能。（均选填“动能 ”“势能 ”或“机械能”） 【变式 5-1】下列说法中错误的是 ( ) A．潮汐能也像风能一样，取之不尽，用之不竭 B．用拦河坝提高水位，是为了增加水的重力势能 C．现代的大型水轮机，不但功率大，而且效率高 D．用水库的水发电，再把电送到工厂去，因此工厂一定要建在水库边 【变式 5-2】如图为我国某地抽水蓄能电站示意图。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．抽水时，水的重力势能减小 B．抽水时，消耗的电能全部转化为机械能 C．水从排水河流下时，重力势能转化为动能 D．放水发电时，水的机械能变大 三、【拓展延伸】 【拓展题 1】如图是一位运动员在蹦床比赛中的示意图，某时刻他从 A点自由下落，与水平床面在 B点接触，他能到达的最低点为 C。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 B点时的机械能最大 C．从 A到 B 的过程，运动员的重力势能全部转化为动能 D．从 A到 C 的过程，运动员减小的机械能大于蹦床增加的弹性势能 【拓展题 2】如图所示是“套圈 ”游戏。“ 圈 ”从抛出到落地的过程先后经历 a、b、c 三个位置（不计空气影响）。 a为“ 圈 ”抛出后运动的最高点，hab = hbc ，“ 圈 ”由 a点运动到 c点的过程中，受到 个力作用，动能 ；若“ 圈 ”在 ab段重力做功为 W1，平均功率为 P1，在 bc段重力做功为 W2，平均功率为 P2，则 W1 W2，P1 P2． 四、【思维训练】 1．跳伞是一项惊险刺激的运动，如图所示，运动员从高空中一跃而下，利用降落伞提供的巨大阻力安全抵达地面。在跳伞运动员匀速下落的过程中，运动员的( ) A．动能增大 B．重力势能不变 C．机械能增大 D．机械能减小 2．2026 年米兰冬奥会，徐梦桃在自由式滑雪空中技巧项目中成功卫冕，她从跳台助滑加速下落后，在空中划出美丽弧线后稳稳落地，以 112.90 分的高分书写传奇。她在加速下落过程中( ) A．动能不变 B．重力势能减小 C．机械能保持不变 D．动能转化为重力势能 3．跳台滑雪运动中，运动员从 A点由静止开始下滑，直到下落至着陆坡的运动过程中经过了不同的位置，如图所示（不考虑摩擦和空气阻力）。下列说法正确的是( ) A．运动员在 A点时，重力势能最大 B．运动员在 B点的动能大于在 D点的动能 C．运动员从 A点到 B 点过程中，速度增大，动能减小 D．运动员从 B点到 C点过程中，重力势能转化为动能 4．2026 年 1 月 5 日，一个长 60 米、宽 40 米、高 40 米，酷似“飞艇”的大家伙，划破长空，稳健爬升至 2000 米高度，累计发电 385 千瓦时，成功完成试飞和微网并网验证。这个空中“飞艇 ”正是全球首台适用于城市环境的兆瓦级S2000 浮空风力发电系统（如图）。下列有关说法正确的是( ) A．“飞艇 ”匀速上升过程中，若不计空气阻力，动能不变、重力势能增大，机械能守恒 B．飞艇匀速上升时，受到的浮力与重力是一对相互作用力 C．飞艇悬停时，若所有发动机突然停止工作，飞艇不会立即下落，是因为飞艇具有惯性 D．“飞艇 ”在空中受到的浮力一定等于它所排开空气的重力 5．如图所示，是小明掷实心球的示意图，图中虚线表示球的运动轨迹，球从 A点上升到最高点 B，然后下落到地面 C点，后又继续向前滚动到 D点静止。下列说法正确的是( ) A．球在 A点时处于平衡状态 B．球由 A点运动到 B 点重力势能转化为动能 C．球运动到 B点突然不受力，它将保持静止 D．球在 D点时受到的重力和支持力是一对平衡力 6．小朱课外模拟蛙跳工作情景，用手将一重为 G 的铁球缓慢放在一自然伸长的弹簧上，放手后，铁球从A位置开始向下运动，到达 C位置铁球的速度为零。不计空气阻力，下列说法正确的是( ) A．从 A点到 C点，铁球的动能一直减小 B．从 A点到 C点，铁球的动能一直增大 C．从 A点到 C点，铁球的机械能不变 D．从 A点到 C点，铁球的机械能在减少 7．如图所示，跳远运动员在比赛过程中要先助跑，再起跳至最高点，最终落地。在这一过程中，若不考虑空气阻力，则下列说法中正确的是( ) ( A．助跑过程中，运动员的机械能增大 ) B．起跳后运动员能继续向上运动，是因为运动员受到向上的力大于自身的重力 C．当运动员跳至最高点时，他处于静止状态 D．运动员在空中运动的过程中，重力对他不做功 8．如图所示，李超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。则篮球与地面碰撞过程中，篮球的动能和重力势能 （选填“是 ”或“不是 ”）全部转化成了篮球的弹性势能。 9．如图是玩弹弓的情景，可以将弹弓的 能转化为“子弹 ”的 能。若橡皮筋被拉的 长度相同，而所用“子弹”的质量不同，则质量大的“子弹 ”射出的距离较小，原因是质量大的“子弹 ”射出时的 小。 10．小华用橡皮筋和钩码制作了如图所示的“魔罐”。在水平地面上用手将它推出，滚动一段时间后，它 （选填“能 ”或“不能 ”）自动折回。“魔罐 ”被推出后向前滚动过程中 能转化为 能。 11．如图为游乐园过山车的轨道，小明坐过山车从高处滑下的过程中，依次经过 A、B、C、D 四处位置，小明在 （选填“A”“ B”“ C”或“ D”）处动能最大。 12．中国女篮获世界杯亚军，振奋全国人民。如图 1 所示，离手后的篮球在空中依次从 A点运动到 D点，其在 点动能最大，在 点重力势能最大。图 2 为它在等高点 B和 D 的能量柱状图，则篮球在 D点的机械能 （选填“大于”、“等于 ”或“小于”）在 B点的机械能。 13．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”）。 14．篮球从空中下落，撞击地面的过程中，与地面的接触面会不断增大，最大接触面积与下落高度之间有怎样的关系？学校兴趣小组利用器材进行探究。 (1)在球场地面上铺一张白纸，白纸上用复写纸覆盖，篮球从一定高度处自由下落，撞击复写纸，在白纸上留下蓝色圆斑，如图甲所示是蓝色圆斑的照片，用毫米刻度尺测量出照片中圆斑的直径为 cm。篮球在空中自由下落过程中， 能转化为 能； (2)小明让篮球从不同高度处自由下落，将下落的高度与蓝色圆斑的面积记录在表中，在图乙中描点并用平滑的曲线作出“ S 一 h ”图像 。说出蓝色圆斑的面积与下落高度之间的变化关系： ； 次数 1 2 3 4 5 下落高度 h/cm 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0 蓝色圆斑面积：S/cm2 45.3 66.4 84.9 98.5 107.5 (3)压力传感器能记录瞬间的压力大小，并将数据呈现在计算机上。小明想测量篮球从 30cm 处下落时撞击地面的最大压强。如图丙所示，他将压力传感器放置在球场上，篮球从相应高度处自由下落撞击压力传感器，从电脑上读取最大压力 F 的大小，并在表格中查找对应的面积，进行计算，你认为小明的做法是否正确？ 。理由是： 。 15．某个周末，小明在公园里看到小朋友们荡秋千时不停地往复摆动。他想：哪些因素会影响秋千往返摆动的时间？他提出了三种猜想： ①可能与秋千的摆长工有关； ②可能与人和秋千坐垫的总质量有关； ③可能与秋千的摆幅（摆动时人离开中心点的最大距离）有关； (1)为了验证猜想是否正确，他设计了如图甲所示的装置，用系有细线（线长 L 可调）的小球来模拟秋千的运动进行了如下探究（摆动角度均较小）： ①如图乙所示，用细线系住一铁球，保持细线的长度一定，使小球从 A点由静止释放，改变 OA（O为固定悬点）的连线与竖直方向的夹角 d 以改变小球摆动的幅度，测出小球在 AC 间往复运动一次所用的时间t与 θ 的关系如下表所示，由此可得出的结论是：当其他条件一定时，秋千往返摆动的时间与 无关； θ /度 4 6 8 10 t/秒 2.0 2.0 2.0 2.0 ②实验过程中小明发现铁球从 A点到 B 点越来越快，是将重力势能转化为 能； (2)请设计实验来探究秋千往复摆动一次的时间与小朋友的质量之间的关系，简述你的实验方案。简要做法： ；判断方法： ； (3)如图丙所示，是实验结束后小明把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。想想看，铁锁摆回时会打到小明的鼻子吗？ ，请你从能量角度简要帮小明分析其原因： 。 答案解析 一、【基础知识】 知识点 1 机械能的概念 1、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。 知识点 2 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。 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。 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。 ※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 3 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。 二、【典例解析】 题型 1：机械能及转化 【典例 1-1】机械能及其转化 （1）机械能： 能、 能和 能统称为机械能； （2）动能和势能可以相互 ； （3）质量不变时，物体的动能、势能转化如下图所示。 【答案】 动 重力势 弹性势 转化 弹性势能 【详解】（1）[1][2][3]物体由于运动而具有的能量被称作动能，物体由于高度而具有的能量被称作重力 势能，物体由于弹性形变而具有的能量被称作弹性势能，动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 （2） [4]物体的动能和势能之间可以相互转化，如果只有动能和势能之间的相互转化，则机械能是守恒 的。 （3） [5]由于重力势能、动能和弹性势能之间可以相互转化，物体的速度减小，弹性形变增大，所以物 体的动能减小，弹性势能增大，将动能转化为弹性势能。 【典例 1-2】在体育课上，排球被小李向上垫起减速上升的过程中，下列说法正确的是( ) A．排球的重力势能增大 B．排球的动能增大 C．排球的机械能增大 D．排球的弹性势能增大 【答案】A 【详解】A．排球上升过程中质量不变，高度增加，因此重力势能增大，故 A 正确； B．排球减速上升，质量不变，速度减小，因此动能减小，故 B 错误； C．排球上升过程中需要克服空气阻力做功，部分机械能转化为内能，因此机械能减小，故 C 错误； D．弹性势能是物体发生弹性形变时才具有的能量，排球上升过程中离开人手后没有持续发生弹性形变， 不存在弹性势能增大，故 D 错误。 故选 A。 【变式 1-1】2026 年 2 月 12 日 14 时 37 分，捷龙三号运载火箭在广东阳江附近海域点火升空，随后以 “一箭七星 ”方式将巴基斯坦 PRSC-EO2 卫星、港中大一号卫星、电力红外卫星 A 星、数天宇星03~05 星、空间环境监测卫星共 7 颗卫星准确送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。 捷龙三号运载火箭在加速升空过程中，卫星的机械能的变化，下列说法正确的是( ) A．动能不变，重力势能增加，机械能增加 B．动能减少，重力势能减少，机械能减少 C．动能增加，重力势能增加，机械能增加 D．动能增加，重力势能减少，机械能不变 【答案】C 【详解】动能的大小与物体的质量和速度有关，重力势能的大小与物体的质量和高度有关，捷龙三号乙 运载火箭在加速升空，质量不变（忽略燃料质量变化），速度增大，所以动能增加，升空过程中高度增 大，所以重力势能增加，机械能等于动能和重力势能的和，所以机械能增加。故 C 符合题意，ABD 不符合 题意。 故选 C。 【变式 1-2】如图所示，将摆球从 A点静止释放，经过最低点 O到达 B点， A、B两点等高，摆球到达 B点时动能为 J；摆球从 A点到 O点的过程中，小球受到的重力对小球 （做功/不做功），细绳对小球拉力 （做功/不做功）， 能转化为动能。当小球运动到 O点 时，它受到的力是 （平衡/不平衡）的。整个过程中，摆球的机械能大小 （不变/减小）。 ( 【答案】 0 做功 不做功 重力势 不平衡 不变 【详解】 [ 1 ]摆球在 A 点静止，动能为0； B 点与 A 点等高，摆球在 B 点速度为 0，故动能为 0。 [ 2 ]从 A 到 O 的过程中，摆球在重力方向有位移，因此重力对小球做功。 [ 3 ]细绳拉力方向始终与运动方向垂直， 拉力方向无位移，因此细绳对小球不做功。 [ 4 ]从 A 到 O 的过程中，摆球高度降低、速度增大，重力 势能转化为动能。 [ 5 ]摆球在 O 点做圆周运动，需要向心力，合力不为零，故受力不平衡。 [ 6 ]如图所示，摆球由 A 点静止释放，经过最低点 O 到达 B 点， A 、 B 两点等高。说明摆球在运动过程中没 有能量损失，整个过程中，动能和势能相互转化，机械能守恒，因此摆球的机械能不 变。 ) 题型 2：机械能转化的探究 【典例 2-1】如图甲所示是小区里的秋千，在玩荡秋千时，小文感到秋千往返摆动的时间是有规律的，于是对“哪些因素影响秋千往返摆动一次的时间 ”提出下列猜想： 猜想一：可能与秋千的绳长有关； 猜想二：可能与人的质量有关； 猜想三：可能与秋千摆动时人距中心线的最大距离有关。 小文用细线系上一个小铁球，将细线一端固定在 O点，来模拟秋千，如图乙所示。每次让小铁球由静止释放，记录数据如下表所示。 实验序号 绳长L/cm 小球质量m/g 小球摆动时距中心线最大距 离 s/m 小球往返摆动一次的时间 t/s 1 70 20 0.05 1.7 2 100 20 0.08 2.0 3 100 30 0.05 2.0 4 100 30 0.08 2.0 5 130 20 0.05 2.3 (1)小球从最低点摆动到最高点的过程中，动能 ，重力势能 ；（均选填“增大 ”“不变 ”或“减小”） (2)实验中她们测出小球往返摆动 10 次所用的时间，再求出小球往返摆动 1 次所用的时间，其目的是： ; (3)分析实验序号为2、4 的两次实验数据，可以验证猜想 （填序号）是错误的； (4)从本次实验可以得到的结论是：小球往返摆动一次的时间与 有关； (5)摆钟的摆动类似于秋千的往返摆动。某一摆钟变快了，要调准它，应将摆钟的摆长调 （选填“长 ”或“短 ”）。 【答案】 (1) 减小 增大 (2)减小误差(3)二 (4)绳长(5)长 【详解】（1）[1][2]小球从最低点摆动到最高点的过程中，质量不变，速度减小，则动能减小，高度增加，则重力势能增大。 （2）实验中测出小球往返摆动 10 次所用的时间，再求出小球往返摆动 1 次所用的时间，其目的是减小误差，使得测得的小球往返摆动 1 次所用的时间更准确。 （3）分析实验序号为 2、4 的两次实验数据，只有小球质量不同，但是小球往返摆动一次的时间相同，说明小球往返摆动 1 次所用的时间与小球的质量无关，可以验证猜想二是错误的。 （4）比较实验序号为 1、5 的两次实验数据，只有绳长不同，小球往返摆动一次的时间不同，说明小球往返摆动 1 次所用的时间与绳长有关。比较实验序号为 3、4 的两次实验数据，只有小球摆动时距中心线最大距离不同，但是小球往返摆动一次的时间相同，说明小球往返摆动 1 次所用的时间与小球摆动时距中心线最大距离无关。结合（3）中分析可知，小球往返摆动一次的时间与绳长有关。 （5）比较实验序号为 1、5 的两次实验数据，只有绳长不同，实验 5 中绳长较大，小球往返摆动一次的时间较长，说明绳长越长，小球往返摆动一次的时间越长。摆钟的摆动类似于秋千的往返摆动。某一摆钟变快了，要调准它，应将摆钟的摆长调长。 【典例 2-2】小明利用小球做了下面几个实验： (1)把小球抛向空中，忽略空气阻力，下图中哪一图线能正确反映球离手后至落回地面前机械能（E）与小球离地高度（h）的关系( ) ( D． ) ( A ) ( B． C． ) ( . ) (2)小明一次将小球竖直向上抛出，小球在运动到最高点时，动能 （选填“大于 ”、“等于 ”、 “小于”，下同）零；小明一次将小球斜向上抛出，小球在运动到最高点时，动能 零。 (3)小明将小球放置在弹簧上方一定高度处由静止开始下落，从 a处开始接触弹簧，压缩至 c处时弹簧最短，b处是 ac 中间的一位置，在小球在 点速度为零。（选填 a、b、c）。 ( 【答案】 (1)A (2) 等于 大于 (3) c 【详解】（1）忽略空气阻力时，小球的机械能守恒，即机械能 （动能与势能之和）保持不变，与小球离 地高度无关。 ) 结论：所以机械能 E随高度 h 的变化是一条水平直线，故选 A。 （2） [1]小球竖直向上抛出，运动到最高点时，速度为 0，速度为 0 时，动能为 0，所以动能等于零。 [2]小球斜向上抛出，运动到最高点时，在水平方向上仍有速度，速度不为 0，所以动能大于零。 （3）球在下落过程中，接触弹簧后，弹簧的弹力逐渐增大，当弹力大于重力时，小球做减速运动，直到 速度为 0。 小球从 a处开始接触弹簧，压缩至 c处时弹簧最短，此时小球的速度为 0，所以在 c点速度为零。 【变式 2-1】科普活动中，老师表演了一个“ 自动爬坡 ”实验：将一个内部镶嵌小铁块的轻质泡沫圆环放在一个粗糙木板搭成的斜坡上由静止释放，圆环加速滚上斜坡。在圆环加速滚上斜坡的过程中，下列说法正确的是( ) A．圆环的重力势能减小，机械能减小 B．圆环的动能增大，重力势能增大 C．圆环的重力势能减小，机械能增大 D．圆环的动能减小，重力势能减小 【答案】A 【详解】圆环加速滚上斜坡，速度增大，质量不变，因此动能增大；该圆环是轻质泡沫镶嵌小铁块，总 重心几乎和小铁块位置重合；虽然圆环整体向上运动，但滚动过程中，整个系统的总重心高度是降低 的，因此重力势能减小；斜坡是粗糙的，圆环滚动过程中需要克服摩擦力做功，部分机械能转化为内 能，因此总机械能减小。故 A 正确，BCD 错误。 故选 A。 【变式 2-2】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，B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B 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A 处由静止释放，最终小球和纸盒一起静止于C 处。此过程中小球动能最大的位置在 （选填“ AB之间 ”“ B 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。 题型 3：机械能守恒的条件及辨析 【典例 3-1】如图所示的小球从 A点由静止释放，在球向下摆动的过程中，它的速度越来越大，此过程中，小球的 能转化为动能。当小球运动到最高点 C时，它受到的力是 （平衡/非平衡）的，如果不计空气阻力，A点和 C点 （等高/不等高）。 【答案】 重力势 非平衡 等高 【详解】 [1]在球向下摆动的过程中，质量不变，它的速度越来越大，此过程中，小球的高度减小，重力 势能减小，速度变大，动能变大，重力势能转化为动能。 [2][3]当小球运动到最高点 C时，由于受到的重力和绳子对其的拉力不在同一条直线上，它受到的力是 非平衡的，如果不计空气阻力，则机械能守恒，A点和 C点的重力势能相同，故 A点和 C点等高。 【典例 3-2】光滑斜面甲与水平面 PQ平滑连接。从斜面甲高 H处静止释放小球，小球运动到 Q 点静止，如图甲。在 PQ上的 N 点平滑拼接另一光滑斜面乙，已知 PQ=4PN，如图乙。小球冲到乙斜面上的 h高处。则小球最终将停在( ) A．P处 B．N处 C．甲斜面上 D．乙斜面上 ( 【答案】A 【详解】滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和压力的大小有关，所以小球在水平面上受到的滑动摩 擦力不变。因两次小球开始下滑的高度 H 相同， 故两次具有的机械能相同，所以，小球最终静止时损失的机械能相同。因小球在光滑的斜面上运动时没有机械能的损失，且 PQ =4 PN ，所以，小球从 P 到 N 损失 的机械能是 PQ 上的 1 ，再从 N 到 P 损失 1 ， P 到 N 损失 1 ， N 到 P 损失 1 ，最终在 P 处静止。故 A 符合题 4 4 4 4 意，BCD 不符合题意。 故选 A。 ) 【变式 3-1】如图所示，光滑水平桌面上的弹性小球被弹出后，经过A 点和B 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A 点运动到B 点的过程中机械能不断减少 B．小球反弹经过D 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E 点的机械能大于经过G 点的机械能 【答案】D 【详解】A．小球从A 点运动到B 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D 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D 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C 点与在F 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C 点的机械能大于在 F 点的机械能，故小球在C 点的弹性势能大于在F 点的弹性势能，小球在C 点的圆斑要比在F 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E 点在G 点之前，故小球在E 点的机械能大于在G 点的机械能，D 正确。 故选 D。 【变式 3-2】将两个弹性、体积相同，质量分别为mA 和mB 的皮球 A 和 B 表面涂黑，让它们从相同高度由静止下落，在水平地面的纸上留下黑斑，如图甲，可推断mA mB （选填“ > ”、“ < ”或 “ = ”）。将一表面涂黑的皮球水平抛出后，皮球在水平地面的纸上留下了一串痕迹，如图乙，由此判断，皮球运动的方向是 （选填“ 由左向右 ”或“ 由右向左”）的，④处皮球的机械能 （选填“大于 ”、“小于 ”或“等于”）①处皮球的机械能。 ( 【答案】 < 由右向左 大于 【详解】 [ 1 ]根据转换法，可以通过黑斑的大小反映释放 时两个皮球的重力势能大小。如图甲，皮球 B 留下的黑斑较大，说明释放时皮球 B 的重力势能较大，释放的高度相同，则皮球 B 的质量较大。 [ 2 ][ 3 ]将一表面涂黑的皮球水平抛出后，皮球在水平地面的纸上弹跳时，由于要克服空气阻力做功等原 因，皮球的机械能不断减小，所以皮球跳起的高度逐渐降低，则落地时的形变程度逐渐减小，则在水平地面的纸上留下的痕迹逐渐减小，所以皮球运动的方向是由右向左，④处皮球的机械能大于①处皮球的 机械能。 ) 【变式 3-3】人造地球卫星于大气层外环绕地球运行，不受空气阻力影响。如图所示，这是人造地球卫星的轨道示意图，其运行轨道呈椭圆形。轨道上离地球最近的点称作近地点，最远的点则称为远地点。请回答： (1)卫星在近地点时 在远地点时 （填序号） A．只具有动能 B．只具有势能 C．同时具有动能和势能 (2)当卫星从远地点向近地点运动时，势能 ，动能 ，机械能 。（以上均选填“增大 ”“减小 ”或“不变 ”） (3)卫星在绕地球做匀速圆周运动时，它受到 （选填“平衡力 ”或“非平衡力”）的作用。 【答案】 (1) C C (2) 减小 增大 不变 (3)非平衡力 【详解】（1）[1][2]卫星在近地点和远地点时都处于运动状态且相对地球有一定高度，所以都同时具有 动能和势能。 （2） [1][2]卫星从远地点向近地点运动时，质量不变，高度减小，速度增大，所以势能减小，动能增 ( 大。 [ 3 ]卫星在大气层外运行时，不受空气阻力作用，没有克服摩擦做功，只有动能和势能的转化，所以机械 能守恒。 （3）卫星绕地球做匀速圆周运动，运动方向不断改变，即运动 状态改变，根据力与运动的关系，物体运 动状态改变时受非平衡力作用。 题型 4：机械能转化的应用 ) 【典例 4-1】如图所示，小红在家玩“套圈 ”游戏，套圈从 a点运动到 c点的过程中（不计空气阻力） ( ) A．在 a点的重力势能最大 B．在 b点时的动能为0 C．在 c点的机械能大于在 a点的机械能 D．由 b点到 c点的过程中，重力势能转化为动能 【答案】D 【详解】A．重力势能的大小与物体的质量和高度有关，套圈的质量不变，由图可知，套圈在 b点时的高 度最高，故此时套圈的重力势能最大，故 A 不符合题意； B．由于套圈在 b点时在水平方向仍有一定的速度，此时套圈的动能不为零，故 B 不符合题意； C．由于不计空气阻力，在整个过程中，套圈的机械能不变，故套圈在 c点的机械能等于在 a点的机械 能，故 C 不符合题意； D．由 b点到 c点的过程中，套圈的质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，此过程 中将重力势能转化为动能，故 D 符合题意。 故选 D。 【典例 4-2】2026 年央视春晚《武BOT 》节目中， 宇树科技的人形机器人与塔沟武校演员联袂演出，机器人“从踏板起跳，跃至2.5 米高空完成三连翻 ”，随后平稳落在踏板前方。下列关于机器人的分析正确的是( ) A．上升过程中，相对于地面静止 B．在空中最高点时，重力势能最大，动能为零 C．落地会弯腿缓冲，是为了减小惯性带来的危害 D．从起跳离开踏板到落地前，机械能保持不变 【答案】C 【详解】A．上升过程中，机器人相对地面的高度变大，所以机器人上升过程中位置相对于地面不断改 变，是运动的，故 A 错误； B．重力势能与质量和高度有关，机器人在最高点高度最大，重力势能最大，但机器人在最高点还做翻转 运动，有水平方向的速度，动能不为零，故 B 错误； C．机器人落地时弯腿，是为了延长减速时间，减小冲击力，避免因为惯性保持运动状态摔倒，目的是减 小惯性带来的危害，故 C 正确； D．从起跳离开踏板到落地前，机器人需要克服空气阻力做功，机械能会转化为内能，机械能减小，故 D 错误。 故选 C。 【变式 4-1】如图所示是小益练习排球的一个场景，不考虑空气的阻力，排球离开手在空中飞行的过程中，下列说法正确的是( ) A．人对排球做了功 B．排球向上运动时动能转化成了重力势能 C．排球运动过程中机械能不断减小 D．排球在最高点时，动能为零 【答案】B 【详解】A．排球离开手后，人不再对其施加力，不做功，故 A 错误； B．不考虑空气的阻力，排球向上运动时，质量不变，速度减小、高度升高，动能转化为重力势能，故 B 正确； C．不考虑空气的阻力，排球离开手在空中飞行的过程中，只有重力势能和动能相互转化，机械能守恒， 故 C 错误； D．排球在最高点时，水平方向仍有速度，动能不为零，故 D 错误。 故选 B。 【变式 4-2】下列关于机械能及其转化的说法，正确的是( ) A．匀速上升的气球，动能不变，重力势能增大，机械能增大 B． 自由下落的苹果，动能减小，重力势能增大，机械能不变 C．蹦床运动员从高处落下，接触蹦床前，机械能减小 D．卫星绕地球匀速转动时，动能和重力势能都不变，机械能不变 【答案】AD 【详解】A．匀速上升的气球，质量不变、速度不变，因此动能不变；上升过程中高度增加，重力势能增 大；机械能=动能+重力势能，因此机械能增大，故 A 正确； B． 自由下落的苹果，速度变大、高度降低，因此动能增大、重力势能减小，忽略空气阻力时机械能不 变，故 B 错误； C．蹦床运动员接触蹦床前，忽略空气阻力，只有重力做功，机械能守恒，大小不变，故 C 错误； D．卫星绕地球匀速转动时，做的是匀速圆周运动，其速度大小和轨道高度均不变，因此动能和重力势能 也都不变，机械能不变。故 D 正确。 故选 AD。 【变式 4-3】如图是我国自主研发的朱雀三号火箭降落回收的过程，通过控制推力，沿竖直方向先从 A点减速运动到 B 点，再从 B点匀速运动到 C点，忽略火箭质量的变化。则( ) A．火箭在 A点动能最小 B．火箭的机械能在 BC段减少 C．火箭在 AB段推力等于 BC段推力 D．AB段火箭的重力势能转化为动能 ( 【答案】B 【详解】A．依题意火箭在 AB 段做减速下降，动能减小，在 BC 段匀速下降，动能不变 ，由此可知，火箭 在 A 点动能最大，故 A 不符合题意； B． BC 段火箭匀速向下运动，忽略质量变化，动能不变，重力势能减小，机械能 总量减少，故 B 符合题 意； C．火箭在 AB 段做减速运动，说明推力大于重力， BC 段匀速运动，推力等于 重力，因此火箭在 AB 段推力 大于 BC 段推力，故 C 不符合题 意； D． AB 段火箭减速下降，动能减小、重力势能减小，是推力和阻力做功消耗机械能，并非重力势能转化为 动能，故 D 不符合题意。 故选 B。 ) 题型 5：机械能与其他能量的转化 【典例 5-1】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。 【典例 5-2】唐诗中有“黄河远上白云间 ”“不尽长江滚滚来”的诗句，前一句生动形象地表明黄河水蕴藏着大量的 ，后一句表明长江水具有丰富的 。世界上最大的水利工程——— 三峡发电站有“照亮半个中 国 ”的美誉，其能量转化过程就是把江水的 转化为电能。（均选填“动能 ”“势能 ”或“机械能”） 【答案】 势能 动能 机械能 【详解】 [1][2]“黄河远上白云间 ”表明黄河之水高高在上，具有一定的高度，从而表明黄河水蕴藏着 大量的重力势能；“不尽长江滚滚来 ”说明长江之水在快速流动，具有较大的速度，从而表明长江水具 有丰富的动能。 [3]三峡大坝提高上游水位，质量一定，高度越高，水的重力势能越大，水下落时转化为的动能越大，带 动水轮机转动，机械能转化为的电能越多，所以其能量转化过程就是把江水的机械能转化为电能。 【变式 5-1】下列说法中错误的是 ( ) A．潮汐能也像风能一样，取之不尽，用之不竭 B．用拦河坝提高水位，是为了增加水的重力势能 C．现代的大型水轮机，不但功率大，而且效率高 D．用水库的水发电，再把电送到工厂去，因此工厂一定要建在水库边 【答案】D 【详解】A、潮汐能是利用海洋有规律的涨潮和落潮时，海水所蕴含的能量来发电供人类使用的，可以像风能一样，取之不尽用之不竭，故说法正确，不合题意；B、用拦河坝提高水位，是为了增加水的重力势能，使水在流动时能转化为更多的动能，用来推动水轮机发电，故说法正确，不合题意；C、现代的大型水轮机，不但功率大，而且效率高，这符合实际情况，故说法正确，不合题意；D、用水库的水发电，再把电送进工厂去，水电站一般是在河流的中上游，具体就是在河流落差大的地方，说法错误，符合题 意．故选 D． 点睛：水力发电的原理是将水的重力势能转化为发电机的机械能，最终转化为电能，所以重力势能越 大，发电就越多；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，重力势能就越大；潮汐能、风能、水能、太阳能等都是人类正在大力开发和利用和能源形式，它们大都环保无污染，且可重复利用，属可再生能源，是化石能源的有效替代和补充，结合每一种能源的特点和选项中的描述可做出判断；水电站一般是在河流的中上游，据此解答． 【变式 5-2】如图为我国某地抽水蓄能电站示意图。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．抽水时，水的重力势能减小 B．抽水时，消耗的电能全部转化为机械能 C．水从排水河流下时，重力势能转化为动能 D．放水发电时，水的机械能变大 【答案】C 【详解】A．水被抽到上水库，质量不变、高度升高，重力势能增大，故 A 错误； B．抽水过程需要消耗电能，电力对水做功，消耗的电能大部分转化为机械能，少部分转化为内能。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，动能增大，重力势能 转化为动能，故 C 正确； D．由于水流动过程中存在摩擦，一部分机械能会转化为内能，所以水的机械能会减小，故 D 错误。 故选 C。 三、【拓展延伸】 【拓展题 1】如图是一位运动员在蹦床比赛中的示意图，某时刻他从 A点自由下落，与水平床面在 B点接触，他能到达的最低点为 C。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 B点时的机械能最大 C．从 A到 B 的过程，运动员的重力势能全部转化为动能 D．从 A到 C 的过程，运动员减小的机械能大于蹦床增加的弹性势能 ( 【答案】D 【详解】A．运动员从 B 到 C 的过程中，一开始重力大于蹦床的弹力，速度还在增大，当重力等于弹 力时 速度达到最大，之后弹力大于重力，速度减小，到 C 点时速度为 0，动能为 0，所以 C 点动能不是最大， 故 A 错误； B．从 A 到 B 的过程中，克服阻力做功，机械能转化为内能，在 A 点的机械能最大，故 B 错误； C．从 A 到 B 的过程中，运动员下落时会受到空气阻力的作用，重力势能除了转化为动能，还有一 小部分会因为克服空气阻力做功转化为其它形式的能，不是全部转化 为动能，故 C 错误； D．从 A 到 C 的过程中，运动员减小的机械能一部分转化为蹦床的弹性势能，另一部分因为克服 空气阻力 做功转化为其它形式的能，所以运动员减小的机械能等于蹦床增加的弹性势能加上转化的其它形式的 能，也就是运动员减小的机械能大于蹦床增加的弹性势能，故 D 正确。 故选 D。 【拓展题 2】 如图所示是“套圈 ”游戏。“ 圈 ”从抛出到落地的过程先后经历 a、b、 c 三个位置（不计空 ) 气影响）。 a为“ 圈 ”抛出后运动的最高点，hab = hbc ，“ 圈 ”由 a点运动到 c点的过程中，受到 个力作用，动能 ；若“ 圈 ”在 ab段重力做功为 W1，平均功率为 P1，在 bc段重力做功为 W2，平均功率为 P2，则 W1 W2，P1 P2． ( 【答案】 1 增大 = < 【详解】 [ 1 ]圈在空中运动过程中，如果不计空气阻力的影响。圈受到的力只有 1 个重力。 [ 2 ] 圈由 a 点运动到 c 点过程中，高度逐渐降低，重力势能逐渐减小，重力势能转化为动能，动能增 大。 [ 3 ] 圈由位置 a 运动到位置 c ，高度逐渐降低，此过程重力做功。 ab 段重力做功为 W 1 = Gh ab ； bc 段重力 做功为 W 2 = Gh bc ，已知 h ab = h bc ，所以 W 1 = W 2 。 [ 4 ] 圈由 a 到 c 过程中做加速运动，速度越来越快， v ab < v bc 。已知， h ab = h bc ，所以在 ab 段和 bc 段所 用的时间 t ab > t bc 。根据 P 可知， ab 段和 bc 段的功率 P 1 < P 2 ) 四、【思维训练】 1．跳伞是一项惊险刺激的运动，如图所示，运动员从高空中一跃而下，利用降落伞提供的巨大阻力安全抵达地面。在跳伞运动员匀速下落的过程中，运动员的( ) A．动能增大 B．重力势能不变 C．机械能增大 D．机械能减小 【答案】D 【详解】A.运动员匀速下落的过程中，质量不变，速度不变，因而动能不变，故 A 不符合题意； B.运动员的质量不变，高度降低，因而重力势能减小，故 B 不符合题意； CD.机械能是动能和重力势能的和，因此运动员的机械能减小，故 C 不符合题意、D 符合题意。 故选 D。 2．2026 年米兰冬奥会，徐梦桃在自由式滑雪空中技巧项目中成功卫冕，她从跳台助滑加速下落后，在空中划出美丽弧线后稳稳落地，以 112.90 分的高分书写传奇。她在加速下落过程中( ) A．动能不变 B．重力势能减小 C．机械能保持不变 D．动能转化为重力势能 ( 【答案】B 【详解】A．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。徐梦桃加速下落过 程中，质量不变，速度增大，因此动能增大，故 A 不符合题意； B．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。下落过程中，质量 不变，高度降低，因此重力势能减小，故 B 符合题意； C．机械能是动能与势能的总和。由于下落过程中存在空气阻力，部分机械能会转化为内能，导致机 械能 总量减小，故 C 不符合题意； D．下落过程中，重力势能减小，动能增大，能量转化方向为重力势能转化为动能，故 D 不符合题意。 故选 B。 3．跳台滑雪运动中，运动员从 A 点由静止开始下滑，直到下落至着陆坡的运动过程中经过了不同的位 置，如图所示（不考虑摩擦和空气阻力）。下列说法正 确的是( ) ) A．运动员在 A点时，重力势能最大 B．运动员在 B点的动能大于在 D点的动能 C．运动员从 A点到 B 点过程中，速度增大，动能减小 D．运动员从 B点到 C点过程中，重力势能转化为动能 【答案】A 【详解】A．重力势能的大小与质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大。A点是最高点， 运动员重力势能最大，故 A 正确； B．在不考虑摩擦和空气阻力的情况下，从 B 点到 D点过程中，B 点高于 D 点，即 B点重力势能较大，根 据机械能守恒，运动员在 B 点的动能小于 D 点的动能，故 B 错误； C．运动员从 A点到 B 点过程中，重力势能转化为动能，速度增大，动能增大，故 C 错误； D．运动员从 B点到 C点过程中，速度减小，高度增加，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势 能，故 D 错误。 故选 A。 4．2026 年 1 月 5 日，一个长 60 米、宽 40 米、高 40 米，酷似“飞艇”的大家伙，划破长空，稳健爬升至 2000 米高度，累计发电 385 千瓦时，成功完成试飞和微网并网验证。这个空中“飞艇 ”正是全球首台适用于城市环境的兆瓦级S2000 浮空风力发电系统（如图）。下列有关说法正确的是( ) A．“飞艇 ”匀速上升过程中，若不计空气阻力，动能不变、重力势能增大，机械能守恒 B．飞艇匀速上升时，受到的浮力与重力是一对相互作用力 C．飞艇悬停时，若所有发动机突然停止工作，飞艇不会立即下落，是因为飞艇具有惯性 D．“飞艇 ”在空中受到的浮力一定等于它所排开空气的重力 ( 【答案】D 【详解】A．飞艇匀速上升过程中，质量和速度不变，因此动能不变；高度升高，因此重力势能增大；浮 力对飞艇做功，机械能增加，因此机械能不守恒，故 A 错误； B．飞艇匀速上升时，浮力和重力大小相等、方向相反、作用在同一物体同一直线上，是一对平衡力，相 互作用力需要作用在不同物体上，而浮力与重力均作 用于飞艇，故 B 错误； C．飞艇悬停时，浮力与总重力平衡，发动机停止工作后，浮力和重力仍然平衡，飞艇会保持静止， 不会 下落，因此该说法错误，故 C 错误； D．根据阿基米德原理，物体在气体中受到的浮力大小等于它排开气体的重力，因此飞艇在空气中受到的 浮力一定等于它所排开空气的重力，故 D 正确。 故选 D。 5．如图所示，是小明掷实心球的示意图，图中虚线表示球的运动轨迹，球从 A 点上升到最高点 B ，然后 下落到地面 C 点，后又继续向前滚动到 D 点静止。下列说法正确的是( ) ) A．球在 A点时处于平衡状态 B．球由 A点运动到 B 点重力势能转化为动能 C．球运动到 B点突然不受力，它将保持静止 D．球在 D点时受到的重力和支持力是一对平衡力 【答案】D 【详解】A．物体处于平衡状态时，合力为零，保持静止或匀速直线运动。球在 A点受重力和空气阻力， 合力不为零，运动状态不断改变，不是平衡状态，故 A 错误； B．球从 A到 B是上升过程，速度减小、高度增加，是动能转化为重力势能，故 B 错误； C．球运动到最高点 B时，竖直方向速度为零，但水平方向仍有向前的速度；根据牛顿第一定律，若此时突然不受力，球将保持水平方向的匀速直线运动，不会静止，故 C 错误； D．球在 D点静止，竖直方向受到的重力和地面的支持力，满足“ 同体、等大、反向、共线”，是一对平衡力，故 D 正确。 6．小朱课外模拟蛙跳工作情景，用手将一重为 G 的铁球缓慢放在一自然伸长的弹簧上，放手后，铁球从A位置开始向下运动，到达 C位置铁球的速度为零。不计空气阻力，下列说法正确的是( ) A．从 A点到 C点，铁球的动能一直减小 B．从 A点到 C点，铁球的动能一直增大 C．从 A点到 C点，铁球的机械能不变 D．从 A点到 C点，铁球的机械能在减少 【答案】D 【详解】AB．铁球从 A点到 C 点的过程中，开始时重力大于弹簧的弹力，合力向下，铁球做加速运动， 动能增大；当重力等于弹簧的弹力时，速度达到最大；之后重力小于弹簧的弹力，合力向上，铁球做减 速运动，动能减小，所以动能是先增大后减小，故 AB 错误； CD．因为铁球从 A点到 C点的过程中，要克服弹簧弹力做功，铁球的机械能转化为弹簧的弹性势能，所 以铁球的机械能在减少，故 C 错误，D 正确。 故选 D。 7．如图所示，跳远运动员在比赛过程中要先助跑，再起跳至最高点，最终落地。在这一过程中，若不考虑空气阻力，则下列说法中正确的是( ) A．助跑过程中，运动员的机械能增大 B．起跳后运动员能继续向上运动，是因为运动员受到向上的力大于自身的重力 C．当运动员跳至最高点时，他处于静止状态 D．运动员在空中运动的过程中，重力对他不做功 【答案】A 【详解】A．助跑过程中，运动员质量不变，速度逐渐增大，动能增大；高度不变，重力势能不变。又因 为机械能＝动能+重力势能，所以机械能增大，故 A 正确； B．起跳后运动员能继续向上运动，是因为运动员具有惯性，要保持原来的运动状态，而不是受到向上的 力大于自身重力，此时运动员只受重力，故 B 错误； C．当运动员跳至最高点时，其在竖直方向速度为 0，但在水平方向仍有速度，所以不是处于静止状态， 故 C 错误； D．运动员在空中运动过程中，在重力方向上有移动距离，根据做功的条件，力和在力的方向上移动的距 离都存在，所以重力对他做功，上升过程克服重力做功，下落过程重力做功，故 D 错误。 故选 A。 8．如图所示，李超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。则篮球与地面碰撞过程中，篮球的动能和重力势能 （选填“是 ”或“不是 ”）全部转化成了篮球的弹性势能。 ( 【答案】不是 【详解】在篮球与地面碰撞过程中，篮球会发生形变，篮球的动能和重力势能，一部分会转化为篮球的弹性势能，但同时也会有一部分机械能转化为内能等其他形式的能量，因为碰撞过程中会产生热量 等。 所以篮球的动能和重力势能不是全部转化成了篮球的弹性 势能。 ) 9．如图是玩弹弓的情景，可以将弹弓的 能转化为“子弹 ”的 能。若橡皮筋被拉的 长度相同，而所用“子弹”的质量不同，则质量大的“子弹 ”射出的距离较小，原因是质量大的“子弹 ”射出时的 小。 【答案】 弹性势 动 速度 【详解】 [1][2]拉开弹弓，弹弓的弹性势能转化增大，放手后，弹性势能转化为动能。 [3]若橡皮筋被拉的长度相同，相同的弹性势能转化为相同的动能，质量大的子弹，射出时速度小。 10．小华用橡皮筋和钩码制作了如图所示的“魔罐”。在水平地面上用手将它推出，滚动一段时间后，它 （选填“能 ”或“不能 ”）自动折回。“魔罐 ”被推出后向前滚动过程中 能转化为 能。 【答案】 能 动 弹性势 【详解】 [1][2][3]“魔罐 ”在水平地面上向前滚动时，滚动速度越来越慢，动能越来越小，橡皮筋不断 拉伸发生弹性形变，具有的弹性势能逐渐增大，故在滚动过程中，将动能转化为弹性势能。当“魔罐” 静止时，橡皮筋的弹性形变最大，弹性势能最大，此时橡皮筋要恢复形变，将弹性势能转化为动能，故 能带动“魔罐 ”自动折回，由于在滚动过程中，要不断克服与地面的摩擦，消耗一部分机械能，“魔 罐 ”不能返回到最初的位置。 11．如图为游乐园过山车的轨道，小明坐过山车从高处滑下的过程中，依次经过 A、B、C、D 四处位置，小明在 （选填“A”“ B”“ C”或“ D”）处动能最大。 ( 【答案】 B 【详解】在过山车下滑过程中，重力势能不断转化为动能，因此高度越低，速度越大，动能也越大。 从 图中可以看出， B 点是四处位置中高度最低的点，所以小明在 B 点的速度最大，动能也最大。 ) 12．中国女篮获世界杯亚军，振奋全国人民。如图 1 所示，离手后的篮球在空中依次从 A点运动到 D点，其在 点动能最大，在 点重力势能最大。图 2 为它在等高点 B和 D 的能量柱状图，则篮球在 D点的机械能 （选填“大于”、“等于 ”或“小于”）在 B点的机械能。 ( 【答案】 A C 小于 【详解】 [ 1 ]离手后的篮球在空中依次从 A 点运动到 D 点，篮球主要受到重力作用，由于空气阻力的影 响，机械能会减小，向上做减速运动，故在 A 点时速度最快，则在 A 点动能最大。 [ 2 ]重力势能的大小与质量和高度有关，篮球质量不变，在 C 点时高度最 高，则在 C 点重力势能最大。 [ 3 ]根据篮球在等高点 B 和 D 的能量柱状图可知，篮球在 B 点和 D 点重力势能相等，由于空气阻力的存 ) 在，D点的动能小于在 B点的动能，动能和势能统称为机械能，则篮球在 D点的机械能小于在 B点的机械能。 13．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。 ) 14．篮球从空中下落，撞击地面的过程中，与地面的接触面会不断增大，最大接触面积与下落高度之间有怎样的关系？学校兴趣小组利用器材进行探究。 (1)在球场地面上铺一张白纸，白纸上用复写纸覆盖，篮球从一定高度处自由下落，撞击复写纸，在白纸上留下蓝色圆斑，如图甲所示是蓝色圆斑的照片，用毫米刻度尺测量出照片中圆斑的直径为 cm。篮球在空中自由下落过程中， 能转化为 能； (2)小明让篮球从不同高度处自由下落，将下落的高度与蓝色圆斑的面积记录在表中，在图乙中描点并用平滑的曲线作出“ S 一 h ”图像 。说出蓝色圆斑的面积与下落高度之间的变化关系： ； 次数 1 2 3 4 5 下落高度 h/cm 30.0 60.0 90.0 120.0 150.0 蓝色圆斑面积：S/cm2 45.3 66.4 84.9 98.5 107.5 (3)压力传感器能记录瞬间的压力大小，并将数据呈现在计算机上。小明想测量篮球从 30cm 处下落时撞击地面的最大压强。如图丙所示，他将压力传感器放置在球场上，篮球从相应高度处自由下落撞击压力传感器，从电脑上读取最大压力 F 的大小，并在表格中查找对应的面积，进行计算，你认为小明的做法是否正确？ 。理由是： 。 【答案】 (1) 2.60 重力势 动 (2) 圆斑的面积 S 随下落高度 h 的增大而增大，且增 大幅度逐渐变慢 (3) 不正确 压强是压力与受力面积之比，压力最大时压强不一定最大 【详解】（1）[1]长度测量时要估读到分度值下一位，使用毫米刻度尺测量图甲中蓝色圆斑，直径为2.60cm。 [2][3] 篮球在空中自由下落过程中，高度降低，重力势能减少，速度增加，动能增加，重力势能转化为动能。 （2） [1]根据表格中的数据，在图上分别描出各点，并以平滑曲线连接各点。 [2] 分析“ S 一 h ”图像可知，蓝色圆斑的面积 S 随下落高度 h 的增大而增大，且增大幅度逐渐变慢。 （3） [1][2]压强是压力与受力面积之比，由于面积在改变，压力最大时压强不一定最大。故小明的做法不正确。 15．某个周末，小明在公园里看到小朋友们荡秋千时不停地往复摆动。他想：哪些因素会影响秋千往返摆动的时间？他提出了三种猜想： ①可能与秋千的摆长工有关； ②可能与人和秋千坐垫的总质量有关； ③可能与秋千的摆幅（摆动时人离开中心点的最大距离）有关； (1)为了验证猜想是否正确，他设计了如图甲所示的装置，用系有细线（线长 L 可调）的小球来模拟秋千的运动进行了如下探究（摆动角度均较小）： ①如图乙所示，用细线系住一铁球，保持细线的长度一定，使小球从 A点由静止释放，改变 OA（O为固定悬点）的连线与竖直方向的夹角 d 以改变小球摆动的幅度，测出小球在 AC 间往复运动一次所用的时间t与 θ 的关系如下表所示，由此可得出的结论是：当其他条件一定时，秋千往返摆动的时间与 无关； θ /度 4 6 8 10 t/秒 2.0 2.0 2.0 2.0 ②实验过程中小明发现铁球从 A点到 B 点越来越快，是将重力势能转化为 能； (2)请设计实验来探究秋千往复摆动一次的时间与小朋友的质量之间的关系，简述你的实验方案。简要做法： ；判断方法： ； (3)如图丙所示，是实验结束后小明把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去。想想看，铁锁摆回时会打到小明的鼻子吗？ ，请你从能量角度简要帮小明分析其原因： 。 【答案】 (1) 摆幅 动 (2) 让质量不同的小球从同一位置静止释放 比较往复摆动一次的时间 t，若有差异，则有关， 反之则无关 ( (3) 不会 见解析 【详解】（1）[ 1 ]由表中实验数据可知，在摆长不变的情况下，小球摆动的幅度不同，秋千往复摆 动一次 的时间相等，由此可知：秋千小角度往复摆动一次的时间与摆动的幅度无关。 [ 2 ]铁球从 A 点到 B 点，质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，该过程将重力势能 转化为动能。 （2） [ 1 ][ 2 ]探究秋千往复摆动一次的时间与小朋友的质量之间的关系，根据控制变量法可知，要 控制摆 长和摆动幅度相同，改变摆球的质量，即让质量不同的小球从同一位置静止释放，比较秋千往复摆 动一 次的时间。实验的做法是：用细线系住一小球，使小球以较小的幅度在竖直面内摆动，用频闪相机 （或 计时器）测算出小球往复摆动一次的时间 t 1 ； 让线摆动的幅度与绳长保持不变，改变小球的质量，再做两次，测出对应时间 t 2 、 t 3 ； 判断方法是：若 t 1 、 t 2 、 t 3 相等，则与质量无关；若 t 1 、 t 2 、 t 3 不相等，则与质量有关。 （3） [ 1 ][ 2 ]铁锁摆回时不会打到小明的鼻子；铁锁在摆动的过程中，是动能和重力势能之间的转 化，由 于和空气之间存在摩擦，需要克服摩擦做功，机械能总量减少，所以铁锁摆回时高度不会超过 一开始， 因此不会打到鼻子。 ) 学科网（北京）股份有限公司 $