11.4 机械能及其转化 知识解读-2025-2026学年人教版物理八年级下学期

本讲义聚焦初中物理“机械能及其转化”核心内容，系统梳理机械能的概念（动能与势能总和）、转化守恒（动能与重力势能、弹性势能的相互转化及守恒条件）、水能和风能的利用，构建从基础概念到规律应用的完整学习支架。 资料通过典例（如“嫦娥六号”加速上升分析机械能变化）和变式题强化理解，结合滚摆、皮球撞击等实例培养科学推理与能量观念，联系“深井拉铁”储能技术渗透社会责任，课中辅助教学，课后检测助力学生查漏补缺。

11.4 （知识解读）（解析版） •知识点1 机械能的概念 •知识点2 机械能的转化守恒 •知识点3 水能和风能的利用 •作业 随堂检测 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。 注意：（1）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。 （2）机械能=动能+势能，通过分析物体的质量、速度、高度及弹性形变是否变化判断机械能增减：质量或速度↑ → 动能↑；质量或高度↑ → 重力势能↑；弹性形变↑ → 弹性势能↑。 【典例1】关于机械能的说法正确的是（　　） A．机械能包含化学能和内能 B．动能和势能无法相互转化 C．在没有摩擦阻力时，物体的动能和势能在相互转化过程中，总量不变 D．一物体从高处自由下落，动能和势能都在变小 【答案】C 【详解】A．机械能包括动能和势能，故A错误； B．机械能可以相互转化，动能和势能可以相互转化，故B错误； C．在动能与势能的相互转化过程中，若没有摩擦阻力影响，动能全部转化为重力势能，物体的机械能将不变，故C正确； D．一物体从高处自由下落，质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，故D错误。 故选 C。 【变式1-1】流动着的水、风、张开的弓都可以对别的物体做功，说明它们都具有能。那么关于功和能下列说法不正确的是（　　） A．物体已经做的功越多，具有的能越多 B．物体做功的过程就是能量转化的过程 C．能的单位与功的单位相同，都是焦耳 D．物体有时既具有动能也具有重力势能 【答案】A 【详解】A．一个物体已经做的功越多，它具有的能量不一定越大，因为物体有能量不一定必须全部用来做功，故A错误，符合题意； B．做功的过程是能量转化的过程，功是能量转化的量度．故B正确，不符合题意； C．功的单位与能的单位相同，在国际单位制中都是焦耳，故C正确，不符合题意； D．一个物体具有机械能，可能它只具有动能或只具有势能或既具有动能又具有势能，故D正确，不符合题意。 故选A。 【变式1-2】______能、______能和______能统称为机械能。 【答案】 动 重力势 弹性势 【详解】[1][2][3]动能是物体由于运动而具有的能；重力势能是物体由于被举高而具有的能；弹性势能是物体由于发生弹性形变而具有的能。动能和势能统称为机械能，而势能又包括重力势能和弹性势能。所以动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。 【变式1-3】2024年6月，我国“嫦娥六号”探测器成功完成月球背面采样返回。探测器在加速上升过程中，其动能______，机械能______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】 增大 增大 【详解】[1]动能的影响因素是质量和速度，探测器加速上升时，质量不变，速度逐渐增大。则动能增大。 [2]重力势能与物体的质量和高度有关，探测器上升过程中，高度不断增加，因此重力势能增大。机械能等于动能与重力势能的总和，动能和重力势能都增大，因此机械能也增大。 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。 注意：（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。 【典例2】大课间，同学们正在操场踢毽子。若不考虑空气阻力，下列说法错误的是（　　） A．毽子在空中飞行时，其机械能一直在减小 B．毽子在最高点时，重力势能最大 C．毽子在下落过程中，动能增大 D．毽子在上升过程中，动能转化为重力势能 【答案】A 【详解】A．题目明确说明不考虑空气阻力，那么毽子在空中飞行时，只有重力做功，机械能守恒，不会一直减小，故A错误，符合题意； B．毽子在最高点时，高度最大，质量不变，因此重力势能最大，故B正确，不符合题意； C．毽子在下落过程中，速度越来越大，质量不变，因此动能增大，故C正确，不符合题意； D．毽子在上升过程中，速度减小、高度增加，是动能转化为重力势能，故D正确，不符合题意。 故选A。 【变式2-1】图甲是乒乓球训练时的发球机，图乙是发球机将乒乓球发出后的运动轨迹，其中1和3位置高度相同，2位置为最高点，下列说法正确的是（　　） A．球在2位置时速度为0 B．球从1位置运动到2位置时重力势能转化为动能 C．球在1、3两位置时动能相等 D．球在1位置时的机械能大于4位置时的机械能 【答案】D 【详解】A．球在2位置时，在水平方向上具有运动速度，速度不为零，故A错误； B．球从1位置运动到2位置时，质量不变，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，动能转化为重力势能，故B错误； C．乒乓球在整个运动过程中，乒乓球克服空气阻力做功，机械能逐渐减小，乒乓球在1位置的机械能大于在3位置的机械能，球在1、3两位置时，高度相同，重力势能相同，则乒乓球在1位置的动能大于在3位置的动能，故C错误； D．乒乓球在整个运动过程中，乒乓球克服空气阻力做功，机械能逐渐减小，球在1位置时的机械能大于4位置时的机械能，故D正确。 故选D。 【变式2-2】2026年冬奥会上我国运动健儿谷爱凌勇夺冠军，如图所示是她起跳后的轨迹图，其中D为落地点，A、B、C三点中，B为最高点，C为最低点。不计空气阻力，A到B的过程中，谷爱凌的___能转化成__能，A、B、C三点中动能最大的是____点。B点的机械能____C点的机械能（选填“大于”“等于”或“小于”）。 【答案】 动 重力势 C 等于 【详解】[1][2]在A到B的过程中，谷爱凌的质量不变，高度逐渐升高，速度逐渐减小。所以动能减小，重力势能增大，是动能转化为重力势能。 [3][4]因为不计空气阻力，此过程中机械能守恒，即A、B、C三点机械能相等，其中C点为最低点，高度最低，重力势能最小，此时动能最大。 【变式2-3】如图甲所示，篮球从A点抛出，飞过最高点C到达D点过程中，被频闪照相机以每隔0.02s曝光一次的形式记录下来，B点与D点的重力势能与动能的大小关系如图乙所示，篮球从B点到D点用时_____s，篮球的机械能______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 0.14 变小 【详解】[1]由图可知，球从点到点经历7个时间间隔，用时； [2]篮球从点抛出，飞过最高点到达点过程中，克服空气阻力做功，机械能变小，一部分机械能转化成其他形式能。 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。 注意：（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。 【典例3】近年来风能和太阳能发电逐渐增多，为增加供电稳定性，需要储能系统进行调节。研究发现可利用“深井拉铁”技术储存电能，如图所示，用电低峰时，电动机将重物提升至高处，将________能转化为________能；用电高峰时，重物下降带动发电机发电。 【答案】 电 机械/重力势 【详解】[1][2]用电低谷时，电动机工作，消耗电能，将重物提升至高处（重物的高度增加，重力势能增大），这个过程是将电能转化为机械能（或重力势能）。 【变式3-1】2024年11月4日，“神舟十八号”载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。如图所示，返回舱在落地前的某段时间内沿竖直方向匀速下落。下列说法正确的是（　　） A．返回舱的动能增大 B．返回舱的重力势能不变 C．在这段时间内返回舱的机械能减小 D．在这段时间内返回舱的重力势能转化为动能 【答案】C 【详解】A．返回舱匀速下落时速度不变，质量不变，因此动能保持不变，故A错误； B．返回舱匀速下落时，质量不变，高度不断降低，因此重力势能逐渐减小，故B错误； C．机械能是动能和势能的总和。动能不变而势能减小，因此机械能减小，故C正确； D．匀速下落过程中动能并未增加，重力势能的减小转化为其他形式的能量（主要是内能），故D错误。 故选C。 【变式3-2】如图所示的是小明在假期和父母一起去游乐园玩过山车时的情景，下列叙述正确的是（　　） A．过山车从最高处滑下时机械能保持不变 B．到达环形轨道最高点时过山车的重力方向仍然竖直向下 C．整个过程中过山车的重力势能和动能不断地相互转化且没有损耗 D．过山车快速运动时感觉呼吸困难是因为大气压变小了 【答案】B 【详解】A．过山车从最高处滑下时由于受到空气阻力和轨道阻力的影响，其机械能有一部分转化为内能，机械能逐渐减小，故A错误； B．重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，到达环形轨道最高点时过山车的重力依然存在，且重力的方向是竖直向下的，故B正确； C．过山车下降的过程中，重力势能转化为动能，过山车上升的过程中，过山车的动能转化为重力势能；由于过山车受到摩擦力作用，要克服摩擦做功，机械能减小，故C错误； D．过山车快速运动时，人受到的空气阻力较大，压迫胸腔，使人感觉呼吸困难，故D错误。 故选B。 【变式3-3】如图，小明用滑雪板滑雪，从点C处由静止滑下，经过B点到达最低点O，然后到达另一侧与B点等高的点A时刚好速度为零。则由C 到B点过程中，_____能转化为动能，从C到A点的过程中，机械能的总量_____（选填“变大”、“变小”或“不变”） 【答案】 重力势 变小 【详解】[1]由C 到B点过程中，高度变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，故重力势能转化为动能。 [2]从C点到A点的过程中，运动员需要克服阻力做功，机械能减小。 1．2025年4月24日，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发射升空，如图所示。在加速升空过程中，关于载人飞船的分析，下列说法正确的是（　　） A．动能增大，机械能不变 B．重力势能增大，机械能不变 C．动能不变，机械能增大 D．重力势能增大，机械能增大 【答案】D 【详解】载人飞船加速上升过程中，速度和高度都增大，火箭动能和重力势能增大，机械能为动能和势能的和，故机械能增大。 故选D。 2．在春晚舞台上，智能机器人进行了武术表演，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．机器人加速奔跑的过程中，动能逐渐增大 B．机器人跳起腾空的过程中，运动状态保持不变 C．机器人最终能落回地面，是因为受到惯性作用 D．机器人站立时，对舞台的压力和自身重力是一对平衡力 【答案】A 【详解】A．动能大小和物体质量、速度有关，机器人加速奔跑时，质量不变，速度增大，因此动能逐渐增大，故A正确； B．物体运动状态包含速度大小和运动方向，机器人跳起腾空时，受重力作用，速度大小和运动方向都会发生变化，运动状态改变，故B错误； C．机器人落回地面是因为受到重力的作用；惯性是物体本身的固有性质，不能说“受到惯性作用”，故C错误； D．机器人对舞台的压力受力物体是舞台，机器人自身重力的受力物体是机器人，两个力作用在不同物体上，且方向相同，不是一对平衡力，故D错误。 故选A。 3．荡秋千是中小学生喜欢的游戏，如图为荡秋千的简化模型。摆球从点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高。小球具有的动能最大的是在（    ） A．点 B．点 C．点 D．点 【答案】B 【详解】摆球在向下摆动的过程中，高度降低、速度变快，重力势能不断转化为动能；当摆球向上摆动的过程中，高度增加，速度变慢，动能不断转化为重力势能。当摆球到达最低点O时，其高度最低，重力势能最小，转化为动能最多，因此在该点动能最大，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 4．北京时间2026年2月20日凌晨，在米兰—科尔蒂纳冬奥会速度滑冰男子1500米比赛中，中国选手以1分41秒98的成绩夺得金牌，创造新的奥运会纪录。下列说法正确的是（　　） A．运动员用力向后蹬冰面身体就会向前运动，说明力是维持物体运动的原因 B．运动员冲过终点线后不能立即停下来，是由于运动员具有惯性 C．运动员匀速过弯道时，运动员的动能增大 D．运动员在直道上加速滑行时，以赛道旁的广告牌为参照物，运动员是静止的 【答案】B 【详解】A．运动员用力向后蹬冰面身体向前运动，说明力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因，故A错误； B．运动员冲过终点线后不能立即停下来，是由于运动员具有惯性，会保持原来的运动状态继续向前运动，故B正确； C．运动员匀速过弯道时，质量不变、速度大小不变，所以动能不变，故C错误； D．运动员在直道上加速滑行时，相对于赛道旁的广告牌，位置不断变化，所以以广告牌为参照物，运动员是运动的，故D错误。 故选B。 5．2026年央视春晚武术节目《武BOT》中，宇树科技的机器人与武校学员同台竞技。机器人完成腾空跳跃动作后稳稳落地，下列说法正确的是（　　） A．机器人腾空时不受重力作用 B．机器人落地时的重力势能比腾空最高点时大 C．机器人起跳时，地面对它的支持力大于它的重力 D．机器人在水平地面静止时，对地面的压力和地面对它的支持力是一对平衡力 【答案】C 【详解】A．地球附近所有物体都受到重力作用，机器人腾空时仍受重力，故A错误； B．重力势能大小与质量和高度有关，机器人质量不变，落地时高度小于腾空最高点的高度，因此落地时重力势能比腾空最高点小，故B错误； C．机器人起跳时向上做加速运动，合力方向向上，因此地面对它的支持力大于它自身的重力，故C正确； D．平衡力要求两个力作用在同一物体上，机器人对地面的压力受力物体是地面，地面对机器人的支持力受力物体是机器人，两个力作用在不同物体上，是一对相互作用力，不是平衡力，故D错误。 故选C。 6．小珈同学是一名蹦极爱好者，当他身着弹力绳索从悬崖跳向谷底，然后从最低点弹起上升。下列说法正确的是（     ） A．刚跳下时人的重力和空气的阻力是一对平衡力 B．弹起时他看到旁边的树木快速跌向谷底，是以悬崖为参照物 C．跳下悬崖到达最低点时弹力索的弹性势能最大 D．跳下悬崖到达最低点时人的动能最大 【答案】C 【详解】A．物体受平衡力时会保持静止或匀速直线运动状态，刚跳下时人加速下落，重力大于空气阻力，二者不是一对平衡力，故A错误； B．以悬崖为参照物，树木的位置不变，是静止的；小珈弹起上升时，看到树木向下运动，是以小珈同学自身为参照物，故B错误； C．弹性势能大小和弹性形变程度有关，跳下到达最低点时，弹力绳索的弹性形变程度最大，因此弹性势能最大，故C正确； D．动能大小和速度有关，到达最低点时人的速度为0，动能为0；人下落过程中，重力等于弹力时速度最大，动能才最大，故D错误。 故选C。 7．如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上（小球与地面不接触且不计空气阻力），a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置，则小球从a运动到c的过程中，下列说法正确的是（　　） A．小球在a点的弹性势能最大 B．小球在b点时的机械能最大 C．小球的速度一直发生变化，因为没有力维持小球的运动 D．小球在c点受到平衡力的作用 【答案】B 【详解】A．小球在a点，弹簧被压缩，弹簧具有弹性势能，而不是小球具有弹性势能，故A错误； B．小球从a点到b点，弹簧的弹性势能转化为小球的动能，故在b点小球的动能最大，重力势能不变，即机械能最大，故B正确； C．小球从a点到c点，速度先变大后变小，一直发生变化，因为小球始终受到力，故C错误； D．小球在c点水平方向受到弹簧的拉力，受非平衡力作用，故D错误。 故选B。 8．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。 9．如图所示，是水力发电的示意图。高处的水具有很大的______能；水流下的过程中，水的______能转化为______能，从而推动水轮机带动发电机发电。 【答案】 重力势 重力势 动 【详解】[1][2][3]高处的水由于其位置较高，具有较大的重力势能。水从高处流下的过程中，高度变小、重力势能变小，速度变大、动能变大，所以水的重力势能转化为动能。 10．11月25号，搭载神舟二十二号飞船火箭在发射加速升空的过程中，以火箭为参照物，神舟二十二号飞船是__________的，飞船的机械能会__________。 【答案】 静止 增大 【详解】[1]火箭与飞船加速升空过程中相对位置没有发生变化，因此以火箭为参照物，飞船是静止的。 [2]机械能由动能和重力势能组成。飞船加速升空时，质量不变，速度增大，则动能增大；高度升高，则重力势能增大，所以飞船的机械能也会增大。 11．2026年的“美伊战争”中，伊朗向以色列发射一枚弹道导弹，导弹升空后发动机关闭，进入无动力飞行阶段，穿越大气层外空间，最终再入大气层击中目标。在大气层外的“无动力滑行”阶段，导弹依靠________继续飞行，当导弹从最高点下落过程中，导弹的________转化为动能。 【答案】 惯性 重力势能 【详解】导弹升空后发动机关闭，进入“无动力滑行”阶段，由于导弹具有惯性，仍会保持原来的运动状态继续穿过大气层外空间飞行。 导弹从最高点下落的过程中，质量保持不变，高度逐渐降低导致重力势能减小，同时速度不断增大导致动能增加，该过程中导弹的重力势能转化为动能。 12．篮球从A点抛出，飞过最高点C到达D点过程中，被频闪照相机以每隔0.02s曝光一次的形式记录下来，如图所示，球从B点到D点用时________s，球的机械能________（选填“不变”“变小”或“变大”）。 【答案】 0.14 变小 【详解】[1]篮球从A点抛出，飞过最高点C到达D点过程中，B到D经过了7个时间间隔，被频闪照相机以每隔0.02s曝光一次的形式记录下来，如图所示，球从B点到D点用时 [2]由图可知，B点和D点球的重力势能相等，而在B点处球的动能大，机械能等于动能与势能之和，所以B点机械能大，因而球从B点到D点，球的机械能变小。 13．2025年4月24日，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发射成功，三名航天员顺利进入太空。在加速升空过程中，载人飞船相对于运载火箭是________（选填“运动”或“静止”）的，航天员的机械能________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】 静止 增大 【详解】[1]在加速升空过程中，载人飞船与运载火箭的相对位置未发生变化，因此载人飞船相对于运载火箭是静止的。 [2]航天员加速升空时，质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大，则航天员的机械能增大。 14．物体由于运动而具有的能叫动能，动能的大小与物体的质量和运动的速度有关，高处的物体由于受重力作用而具有的能叫重力势能，重力势能的大小与物体的位置高度和质量有关。一架飞机在同一高度上匀速飞行，喷洒农药。此过程中，飞机的动能______，重力势能______，飞机的机械能______。（选填“变大”“变小”或“不变”） 【答案】 变小 变小 变小 【详解】[1][2][3]一架飞机在同一高度上匀速飞行，喷洒农药。此过程中，飞机的质量减小，速度不变，则动能变小，高度不变，则重力势能变小，所以机械能变小。 15．福建舰是中国第一艘采用电磁弹射系统的航母，舰载量达到55至75架飞机，如图（a）所示。 (1)一只重为8牛的模型船漂浮在水面上，如图（b）所示。请用力的示意图画出模型船受到的浮力；（作图） (2)采用电磁弹射系统，这是为了增大起飞时飞机的______； A．动能 B．弹性势能 C．重力势能 (3)飞机起飞时，机翼下表面的空气流速比上表面的空气流速小，下表面受到的压强要______一些，机翼上下表面形成压力差，飞机获得上升的动力。 A．大 B．小 【答案】(1) (2)A (3)A 【详解】（1）模型船漂浮在水面上，浮力等于重力，则浮力的大小为8N，方向竖直向上，作图如下： （2）采用电磁弹射系统，这是为了增大起飞时飞机的速度，从而增大飞机的动能，故A符合题意，BC不符合题意。 故选A。 （3）流体中流速越快的位置压强越小。飞机起飞时，机翼下表面的空气流速比上表面的空气流速小，下表面受到的压强要大一些，机翼上下表面形成向上的压力差，飞机获得上升的动力。故A符合题意，B不符合题意。 故选A。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 11.4 （知识解读）（解析版） •知识点1 机械能的概念 •知识点2 机械能的转化守恒 •知识点3 水能和风能的利用 •作业 随堂检测 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。 注意：（1）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。 （2）机械能=动能+势能，通过分析物体的质量、速度、高度及弹性形变是否变化判断机械能增减：质量或速度↑ → 动能↑；质量或高度↑ → 重力势能↑；弹性形变↑ → 弹性势能↑。 【典例1】关于机械能的说法正确的是（　　） A．机械能包含化学能和内能 B．动能和势能无法相互转化 C．在没有摩擦阻力时，物体的动能和势能在相互转化过程中，总量不变 D．一物体从高处自由下落，动能和势能都在变小 【变式1-1】流动着的水、风、张开的弓都可以对别的物体做功，说明它们都具有能。那么关于功和能下列说法不正确的是（　　） A．物体已经做的功越多，具有的能越多 B．物体做功的过程就是能量转化的过程 C．能的单位与功的单位相同，都是焦耳 D．物体有时既具有动能也具有重力势能 【变式1-2】______能、______能和______能统称为机械能。 【变式1-3】2024年6月，我国“嫦娥六号”探测器成功完成月球背面采样返回。探测器在加速上升过程中，其动能______，机械能______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 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。 注意：（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。 【典例2】大课间，同学们正在操场踢毽子。若不考虑空气阻力，下列说法错误的是（　　） A．毽子在空中飞行时，其机械能一直在减小 B．毽子在最高点时，重力势能最大 C．毽子在下落过程中，动能增大 D．毽子在上升过程中，动能转化为重力势能 【变式2-1】图甲是乒乓球训练时的发球机，图乙是发球机将乒乓球发出后的运动轨迹，其中1和3位置高度相同，2位置为最高点，下列说法正确的是（　　） A．球在2位置时速度为0 B．球从1位置运动到2位置时重力势能转化为动能 C．球在1、3两位置时动能相等 D．球在1位置时的机械能大于4位置时的机械能 【变式2-2】2026年冬奥会上我国运动健儿谷爱凌勇夺冠军，如图所示是她起跳后的轨迹图，其中D为落地点，A、B、C三点中，B为最高点，C为最低点。不计空气阻力，A到B的过程中，谷爱凌的___能转化成__能，A、B、C三点中动能最大的是____点。B点的机械能____C点的机械能（选填“大于”“等于”或“小于”）。 【变式2-3】如图甲所示，篮球从A点抛出，飞过最高点C到达D点过程中，被频闪照相机以每隔0.02s曝光一次的形式记录下来，B点与D点的重力势能与动能的大小关系如图乙所示，篮球从B点到D点用时_____s，篮球的机械能______（选填“变大”“变小”或“不变”）。 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。 注意：（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。 【典例3】近年来风能和太阳能发电逐渐增多，为增加供电稳定性，需要储能系统进行调节。研究发现可利用“深井拉铁”技术储存电能，如图所示，用电低峰时，电动机将重物提升至高处，将________能转化为________能；用电高峰时，重物下降带动发电机发电。 【变式3-1】2024年11月4日，“神舟十八号”载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。如图所示，返回舱在落地前的某段时间内沿竖直方向匀速下落。下列说法正确的是（　　） A．返回舱的动能增大 B．返回舱的重力势能不变 C．在这段时间内返回舱的机械能减小 D．在这段时间内返回舱的重力势能转化为动能 【变式3-2】如图所示的是小明在假期和父母一起去游乐园玩过山车时的情景，下列叙述正确的是（　　） A．过山车从最高处滑下时机械能保持不变 B．到达环形轨道最高点时过山车的重力方向仍然竖直向下 C．整个过程中过山车的重力势能和动能不断地相互转化且没有损耗 D．过山车快速运动时感觉呼吸困难是因为大气压变小了 【变式3-3】如图，小明用滑雪板滑雪，从点C处由静止滑下，经过B点到达最低点O，然后到达另一侧与B点等高的点A时刚好速度为零。则由C 到B点过程中，_____能转化为动能，从C到A点的过程中，机械能的总量_____（选填“变大”、“变小”或“不变”） 1．2025年4月24日，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发射升空，如图所示。在加速升空过程中，关于载人飞船的分析，下列说法正确的是（　　） A．动能增大，机械能不变 B．重力势能增大，机械能不变 C．动能不变，机械能增大 D．重力势能增大，机械能增大 2．在春晚舞台上，智能机器人进行了武术表演，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．机器人加速奔跑的过程中，动能逐渐增大 B．机器人跳起腾空的过程中，运动状态保持不变 C．机器人最终能落回地面，是因为受到惯性作用 D．机器人站立时，对舞台的压力和自身重力是一对平衡力 3．荡秋千是中小学生喜欢的游戏，如图为荡秋千的简化模型。摆球从点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高。小球具有的动能最大的是在（    ） A．点 B．点 C．点 D．点 4．北京时间2026年2月20日凌晨，在米兰—科尔蒂纳冬奥会速度滑冰男子1500米比赛中，中国选手以1分41秒98的成绩夺得金牌，创造新的奥运会纪录。下列说法正确的是（　　） A．运动员用力向后蹬冰面身体就会向前运动，说明力是维持物体运动的原因 B．运动员冲过终点线后不能立即停下来，是由于运动员具有惯性 C．运动员匀速过弯道时，运动员的动能增大 D．运动员在直道上加速滑行时，以赛道旁的广告牌为参照物，运动员是静止的 5．2026年央视春晚武术节目《武BOT》中，宇树科技的机器人与武校学员同台竞技。机器人完成腾空跳跃动作后稳稳落地，下列说法正确的是（　　） A．机器人腾空时不受重力作用 B．机器人落地时的重力势能比腾空最高点时大 C．机器人起跳时，地面对它的支持力大于它的重力 D．机器人在水平地面静止时，对地面的压力和地面对它的支持力是一对平衡力 6．小珈同学是一名蹦极爱好者，当他身着弹力绳索从悬崖跳向谷底，然后从最低点弹起上升。下列说法正确的是（     ） A．刚跳下时人的重力和空气的阻力是一对平衡力 B．弹起时他看到旁边的树木快速跌向谷底，是以悬崖为参照物 C．跳下悬崖到达最低点时弹力索的弹性势能最大 D．跳下悬崖到达最低点时人的动能最大 7．如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上（小球与地面不接触且不计空气阻力），a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置，则小球从a运动到c的过程中，下列说法正确的是（　　） A．小球在a点的弹性势能最大 B．小球在b点时的机械能最大 C．小球的速度一直发生变化，因为没有力维持小球的运动 D．小球在c点受到平衡力的作用 8．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 9．如图所示，是水力发电的示意图。高处的水具有很大的______能；水流下的过程中，水的______能转化为______能，从而推动水轮机带动发电机发电。 10．11月25号，搭载神舟二十二号飞船火箭在发射加速升空的过程中，以火箭为参照物，神舟二十二号飞船是__________的，飞船的机械能会__________。 11．2026年的“美伊战争”中，伊朗向以色列发射一枚弹道导弹，导弹升空后发动机关闭，进入无动力飞行阶段，穿越大气层外空间，最终再入大气层击中目标。在大气层外的“无动力滑行”阶段，导弹依靠________继续飞行，当导弹从最高点下落过程中，导弹的________转化为动能。 12．篮球从A点抛出，飞过最高点C到达D点过程中，被频闪照相机以每隔0.02s曝光一次的形式记录下来，如图所示，球从B点到D点用时________s，球的机械能________（选填“不变”“变小”或“变大”）。 13．2025年4月24日，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发射成功，三名航天员顺利进入太空。在加速升空过程中，载人飞船相对于运载火箭是________（选填“运动”或“静止”）的，航天员的机械能________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 14．物体由于运动而具有的能叫动能，动能的大小与物体的质量和运动的速度有关，高处的物体由于受重力作用而具有的能叫重力势能，重力势能的大小与物体的位置高度和质量有关。一架飞机在同一高度上匀速飞行，喷洒农药。此过程中，飞机的动能______，重力势能______，飞机的机械能______。（选填“变大”“变小”或“不变”） 15．福建舰是中国第一艘采用电磁弹射系统的航母，舰载量达到55至75架飞机，如图（a）所示。 (1)一只重为8牛的模型船漂浮在水面上，如图（b）所示。请用力的示意图画出模型船受到的浮力；（作图） (2)采用电磁弹射系统，这是为了增大起飞时飞机的______； A．动能 B．弹性势能 C．重力势能 (3)飞机起飞时，机翼下表面的空气流速比上表面的空气流速小，下表面受到的压强要______一些，机翼上下表面形成压力差，飞机获得上升的动力。 A．大 B．小 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $