11.4 机械能及其转化 讲义-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”核心知识点，系统梳理机械能的概念（动能与势能总和）、转化规律（动能与重力势能、弹性势能的相互转化）、守恒条件（仅动能和势能转化时总量不变）及实际应用（水能和风能利用），构建从基础概念到规律应用的完整学习支架。 资料以思维导图整合知识框架，通过“考点梳理+典例引领+对点提升”结构，结合无人机、蹦极、卫星发射等实例，培养学生的能量观念和科学思维。课中辅助教师系统授课，课后学生可通过辨析题和实验设计题（如弹弓弹性势能实验）查漏补缺，提升科学探究能力。

机械能及其转化 知识归纳与题型总结 思 维 导 图 培 优 讲 练 考点01 机械能的概念 考点梳理 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。 典例引领 考向01 机械能的概念 【例1】长白山天池的海拔高度为，静止在天池附近的中朝边界界碑相对山下地面（　　） A．有动能 B．有重力势能 C．有弹性势能 D．没有任何能量 【答案】B 【详解】静止在天池附近的中朝边界界碑，速度为0，具有一定高度，没有发生弹性形变，动能与弹性势能为0，有重力势能，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 考向02 辨析物体的机械能是否发生变化 【例2】如图所示，无人机需要将包裹（投放前将两者看作一个整体）从地面投放至B处。t0时刻无人机以速度v0经A处匀速上升；t1时刻到达B处时悬停，t2时刻投放包裹并立即以速度v0匀速下降；t3时刻回到A处。若t0时刻无人机的机械能为E0，忽略悬停前后速度变化的过程，请在答题卡的坐标中画出t0~t3时间内，无人机的机械能E随时间t变化关系的大致图像。 【答案】 【详解】：匀速上升阶段 无人机和包裹整体匀速上升，速度不变、总质量不变，因此动能不变；高度逐渐升高，重力势能逐渐增大，因此机械能随时间均匀增大。图像：从点出发，向右上方倾斜的直线，到处。 ：悬停阶段无人机悬停，高度不变、总质量不变，动能和重力势能都不变，因此机械能保持不变。图像：水平直线，从延伸到。 时刻：投放包裹瞬间投放包裹后，无人机质量突然减小，瞬间高度不变，因此无人机的机械能突然跳降（去掉了包裹的机械能部分），在处竖直向下突降到更低的机械能值。 ：匀速下降阶段 无人机匀速下降，速度不变、自身质量不变，因此动能不变；高度均匀降低，重力势能均匀减小，因此机械能随时间均匀减小。图像：从跳变后的点出发，向右下方倾斜的直线，到处，且最终时刻的机械能小于初始的（初始是无人机与包裹的总机械能，此时只有无人机，机械能更小）。 考向03 比较机械能的大小 【例3】如图所示，我国农药植保无人机可实现农药喷洒、种子播撒及肥料施用等精准作业，当植保无人机在空中匀速下降时，其机械能______（选填“增大”“减小”或“不变”）；无人机的螺旋桨机翼设计为上凸下平，目的是使机翼上方流速快，压强______（选填“大”或“小”）。 【答案】 减小 小 【详解】[1]机械能包括动能和重力势能。无人机匀速下降时，质量不变，速度不变，动能不变；高度降低，重力势能减小，因此机械能减小。 [2]根据流体压强与流速的关系：流速越大的位置，压强越小。 无人机机翼设计为“上凸下平”，空气流过机翼上方时流速快，因此压强小；下方流速慢，压强大，从而产生向上的升力。 对点提升 【对点1】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。 【对点2】“嫦娥五号”实现了我国首次月球无人采样返回。返回器使用类似“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。若只考虑空气阻力和重力的影响，在这个过程中，由A到B段返回器的动能逐渐________（选填“增大”“减小”或“不变”），返回器在B点时的速度________（选填“大于”“小于”或“等于”）到达C点时的速度，从A到D的全过程中返回器机械能________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 减小 等于 减小 【详解】[1]返回器在大气层内从A到B，克服空气阻力和重力做功，机械能在减小，所以动能逐渐减小。 [2]从B到C，返回器穿出大气层，太空中没有空气阻力，只有重力做功，机械能守恒，B，C两点距地面高度相同，重力势能相同，故动能也相同，所以B点的速度等于C点的速度。 [3]从A到D的全过程中，返回器多次经过大气层，一直都克服空气阻力做功，会消耗机械能，所以机械能减小。 【对点3】中国商飞919，是中国首款按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式中程干线客机。 (1)919起飞时乘客听到的轰鸣声是发动机____________产生的。机组人员通过广播向乘客实时传达飞机航行情况，这体现了声音能够传递____________。 (2)在飞机加速起飞上升时，飞机的动能____________，机械能____________。（均选填“增大”“减小”或“不变”） 【答案】(1) 振动 信息 (2) 增大 增大 【详解】（1）[1]声音是由物体振动产生的。乘客听到的轰鸣声是由于发动机振动产生的。 [2]声音可以传递信息和能量。机组人员通过广播向乘客实时传达飞机航行状况，乘客从中获取到信息，说明声音可以传递信息。 （2）[1][2]在飞机加速起飞上升时，质量不变，速度增大，高度增加，飞机的动能增大，重力势能增加，机械能为动能和重力势能的总称，所以机械能增大。 考点02 机械能的转化守恒 考点梳理 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。 典例引领 考向01 物体运动过程中各种机械能的变化情况 【例1】2026年2月18日，在米兰冬奥会上我国自由式滑雪名将徐梦桃成功卫冕女子空中技巧冠军，成为冬奥会历史上首位在该项目上实现卫冕的运动员。如图是她在空中下落的情景，（不计空气的阻力），此过程中她的（　　） A．重力势能增加，动能转化为重力势能 B．重力势能减小，重力势能转化为动能 C．动能增加，动能转化为重力势能 D．动能减小，重力势能转化为动能 【答案】B 【详解】A．下落过程高度降低，重力势能减小，重力势能转化为动能，故A不符合题意； B．下落过程高度降低，重力势能减小；速度增大，动能增加，因此该过程是重力势能转化为动能，故B符合题意； C．下落过程动能确实增加，但能量转化是重力势能转化为动能，不是动能转化为重力势能，故C不符合题意； D．下落过程速度增大，动能增加，不是减小，故D不符合题意。 故选B。 考向02 单摆和滚摆运动时的能量变化情况 【例2】如图，将偏离一定角度的摆球由静止释放，关于摆球运动过程，下列分析正确的是（　　） A．运动到最高点时，速度为零 B．运动到最低点时，动能为零 C．最终会停下来，说明能量凭空消失了 D．从最高点摆到最低点的过程中，动能转化为重力势能 【答案】A 【详解】A．摆球运动到最高点时，瞬间处于静止状态，速度为零，故A正确； B．摆球运动到最低点时速度最大，动能最大，动能不为零，故B错误； C．摆球最终停下来，是因为机械能克服空气阻力做功，能量不会凭空消失，故C错误； D．摆球从最高点摆到最低点的过程中，高度降低、重力势能减小，速度增大、动能增大，是重力势能转化为动能，故D错误。 故选A。 考向03 蹦极（蹦床）运动中的能量变化情况 【例3】如图所示，在蹦床运动中，B点是蹦床初始的位置，A点是运动员到达的最低点。运动员从B点运动到A点的过程中（不计空气阻力），下列判断正确的是（    ） A．运动员的重力势能最终转化为蹦床的弹性势能 B．运动员的重力势能转化为动能 C．运动员的动能逐渐增大 D．运动员的机械能逐渐增大 【答案】A 【详解】 运动员从B（蹦床初始位置）运动到A（最低点）的过程中，高度逐渐降低，蹦床弹性形变逐渐增大，最终在A点运动员速度减为0，且不计空气阻力。 A．到达最低点A时，运动员动能为0，运动员减少的重力势能（含动能）最终全部转化为蹦床的弹性势能，故A正确； B．该过程中，运动员的重力势能除了转化为动能，还不断转化为蹦床的弹性势能，最终动能也减小为0，故B错误； C．下落过程中，一开始重力大于弹力，速度增大、动能增大；当弹力大于重力后，速度减小、动能减小，动能是先增大后减小，故C错误； D．运动员对蹦床做功，自身机械能不断转化为蹦床的弹性势能，因此运动员的机械能逐渐减小，故D错误。 故选A。 考向04 人造卫星、天体运动等的能量转化 【例4】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7颗卫星准确送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。火箭在加速升空过程中，卫星的动能变大，重力势能_______，机械能_______。 【答案】 变大 变大 【详解】卫星在加速升空过程中质量不变，高度不断增加，因此重力势能变大、 机械能等于动能与重力势能的总和，已知卫星动能变大，重力势能也变大，故机械能变大。 考向05 机械能守恒的条件 【例5】如图展示了一个弹弓模型，忽略空气阻力，通过拉伸橡皮筋后，能够将模拟小鸟瞄准目标进行发射。 (1)用A点表示小鸟，请在方框中画出小鸟在位置B点的受力示意图； (2)弹弓的橡皮筋伸长过程中，弹性势能________；发射后离开橡皮筋的模拟小鸟上升到最高点的过程中机械能________（选填“变小”“变大”或“不变”）； (3)生活经验告诉我们水平飞出速度越大，飞行的水平距离越远，现有弹珠和弹弓一个、相同材质但粗细不同的橡皮筋若干条、剪刀、刻度尺等，为完成探究“橡皮筋的弹性势能与橡皮筋粗细的关系”这一实验的过程记录，请设计实验表格。 设计实验表格：________ 【答案】(1) (2) 变大 不变 (3) 实验序号 橡皮筋的粗细程度 弹射水平距离/m 1 细 2 较粗 3 最粗 【详解】（1）忽略空气阻力，小鸟离开橡皮筋后只受重力作用，方向竖直向下，过方框中的A点，沿竖直向下画一条带箭头的线段，标注符号G即可。 （2）弹性势能大小和弹性形变程度有关，橡皮筋伸长过程中，弹性形变增大，因此弹性势能变大；忽略空气阻力，小鸟离开橡皮筋上升过程中，只有动能和重力势能相互转化，因此机械能总量不变。 （3）本实验控制弹珠相同、橡皮筋拉伸长度相同，改变橡皮筋粗细，通过弹珠飞行的水平距离反映橡皮筋弹性势能大小，设计表格如下： 实验序号 橡皮筋的粗细程度 弹射水平距离/m 1 细 2 较粗 3 最粗 考向06 常见的机械能守恒及其辨析 【例6】我国的载人航天器与运载火箭首次实现海上同步回收。如图，运载火箭在空中减速降落的过程中（    ） A．动能增大 B．重力势能不变 C．机械能减少 D．机械能守恒 【答案】C 【详解】动能取决于物体的质量和速度，重力势能取决于物体的质量和高度，机械能等于动能和重力势能之和。运载火箭减速下降，质量不变，速度减小，高度降低，所以动能减小，重力势能减小，机械能减小。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 对点提升 【对点1】2026年米兰冬奥会上，中国选手苏翊鸣在单板滑雪男子坡面障碍技巧决赛中腾空跃起，完成高难度动作后平稳落地（如图）。下列说法正确的是（　　） A．从腾空跃起到落地的过程中，他的运动状态一直在发生改变 B．滑雪板相对于他是运动的 C．出发前他站在雪地上，他对雪板的压力与雪板对他的支持力是一对平衡力 D．从最高点到落地的过程中，他的动能减少、重力势能增大 【答案】A 【详解】A．从腾空跃起到落地的过程中，运动方向和速度大小都发生改变，他的运动状态一直在发生改变，故A正确； B．滑雪板相对于他的位置没有发生改变，滑雪板相对于他是静止的，故B错误； C．出发前他站在雪地上，他对雪板的压力与雪板对他的支持力作用 两个物体上，不是一对平衡力，故C错误； D．从最高点到落地的过程中，质量不变，速度增大，动能增大，高度减小，重力势能减小，故D错误。 故选A。 【对点2】如图，将铁锁用细绳悬挂起来，把铁锁拉近你的鼻子，头保持不动，由静止释放，铁锁来回摆动。关于铁锁，下列说法正确的是（　　） A．在最低点时动能为零 B．在最低点时重力势能最大 C．从最高点摆到最低点，重力势能转化为动能 D．回摆时会碰到鼻子 【答案】C 【详解】A．动能和物体的质量、速度有关，铁锁在最低点速度最大，动能最大，故A错误； B．重力势能和物体的质量、高度有关，铁锁在最低点高度最小，重力势能最小，故B错误； C．铁锁从最高点摆到最低点，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，此过程重力势能转化为动能，故C正确； D．铁锁摆动过程中，克服空气阻力做功，部分机械能转化为内能，机械能总量减小，回摆时能到达的最大高度低于初始释放位置，不会碰到鼻子，故D错误。 故选C。 【对点3】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。 【对点4】请你阅读下面的短文，回答问题： 2016年8月16日1时40分，中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，如图甲所示，为了保护发射塔，在塔下有个充满水的水池，火箭发射时可以看见冒出大量的“白烟”。 “墨子号”名字的来历：墨子最早提出光线沿直线传播，设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。以中国古代伟大科学家的名字命名量子卫星，将提升我们的文化自信。 “墨子号”卫星是我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。量子科学实验卫星作为以量子力学基本原理为基础的全新通信技术，量子通信被视为可以解决人们的担忧、无条件保障通信安全的最有效方式。“墨子号”卫星与地球同步卫星运行轨迹相似（如图乙所示），但比一般卫星运行的轨道较低，且绕地球运转快于地球自转。 (1)“墨子号”卫星在轨道上运行过程中，以地球为参照物，它是________（选填“运动”或“静止”）的；小孔成像实验中所成的像是________（选填“正立”或“倒立”）的________（选填“实像”或“虚像”）； (2)如图乙所示，“墨子号”卫星从近地点向远地点运行过程中，能量的转化情况是_____，整个运行过程中机械能的总量____（选填“变大”“变小”或“不变”）； (3)请解释塔下充满水的水池是如何保护发射塔的：______________。 【答案】(1) 运动 倒立 实像 (2) 动能转化为重力势能 不变 (3)温度很高的火焰喷到大水池中，能使大量的水瞬间汽化，水汽化时要从周围的物体吸热，使周围环境温度不会太高，从而保护了发射塔 【详解】（1）“墨子号”绕地球转动的速度快于地球自转，相对地球的位置不断变化，因此以地球为参照物它是运动的； 小孔成像由光的直线传播形成，成的是倒立的实像。 （2）卫星从近地点到远地点运行时质量不变，速度减小、高度增加，因此动能减小、重力势能增大，动能转化为重力势能。 太空中几乎无空气阻力，机械能不损耗，总量保持不变。 （3）略。 【对点5】如图所示是小玮同学在学校手工制作比赛上制作的一个过山车模型，他把铁球放在点，然后让它沿光滑轨道滚下，铁球先后经过、两点，最后到达水平点飞出。若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．铁球到达点时惯性消失 B．铁球到达点的瞬间，其动能为零 C．铁球从点下滑到点时，其机械能减小 D．铁球运动到点时受到的重力和支持力是一对平衡力 【答案】D 【详解】A．惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，任何物体在任何情况下都有惯性，所以到达点后仍然具有惯性，选项A错误； B．铁球到达点后将继续向左运动，所以其速度不为0，动能不为0，选项B错误； C．铁球从点下滑时，不计空气阻力，重力势能减小，动能增加，机械能不变，选项C错误； D．由于轨道光滑，铁球在点只受到竖直方向上的重力和支持力的作用，这两个力大小相等，方向相反，并且在一条直线上，是一对平衡力，选项D正确。 故选D。 【对点6】如图所示为科技馆展厅的球体上滚演示仪器。小球由图中较低的处静止释放，可以自己滚动到位置更高一些的处。小球由运动到的过程中，轨道逐渐变宽，表面看是在上升。这_________（选填“是”或“不”）违背物理规律；理由是___________。 【答案】 不 小球的重心在降低 【详解】[1][2]小球从较低的 �� 处静止释放能滚动到位置更高的 �� 处，看似违背了重力势能增加需要外力做功等常规认知，但实际上，虽然小球位置升高，然而同时轨道逐渐变宽，小球的重心其实是在降低的。因为重力势能的变化取决于重心的高度变化，重心降低意味着重力势能减小，符合能量的转化规律，所以这并不违背物理规律。 ‌ 考点03 水能和风能的利用 考点梳理 1、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。 2、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。 【归纳总结】机械能是动能与势能的总和，动能和势能可以相互转化，在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变（机械能守恒）。 典例引领 考向01 判断实际生活及应用中的能量转化或转移 【例1】为了保证车辆失控时的安全，交通部门在公路主干道相连地方修了一段分岔专用避险车道供速度失控的车辆安全减速。如图所示是某避险车道，路面上铺有疏松的石子、沙土层，车道侧面和尽头用废旧轮胎围起来，车辆速度失控时，动能较大，存在较大的安全隐患，可以驶入避险车道，通过较短的距离使车停下来，保障人员的安全．从能量角度分析，车辆驶入避险车道，通过较短的距离就可以停下来的原因。 【答案】避险车道为上坡路段，失控车辆驶入，动能会快速转化为重力势能；避险车道上的疏松石子、沙土层等会增大阻力，车辆前进过程中克服阻力做功，动能快速减小，由，摩擦越大时，车辆可以在较短距离内停下。 【详解】见答案 考向02 机械能与其他形式能的转化 【例2】2026年1月19日，神舟二十号返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱经历制动离轨、滑行、减速下降、点火缓冲等阶段。关于降落过程下列说法正确的是（   ） A．减速下降阶段质量不变，则返回舱的重力势能增大 B．点火缓冲阶段质量不变，则返回舱的动能减小 C．返回舱在大气层内滑行时，只受重力作用，机械能保持守恒 D．返回舱与空气摩擦时，内能转化为机械能，外壳温度升高 【答案】B 【详解】A.减速下降阶段，返回舱质量不变，高度降低，因此重力势能减小，故A错误； B.点火缓冲阶段返回舱减速，质量不变，速度减小，因此动能减小，故B正确； C.返回舱在大气层内滑行时，除重力外还受到空气阻力，需要克服空气阻力做功，因此机械能会不断减小，机械能不守恒，故C错误； D.返回舱与空气摩擦时，克服摩擦做功，机械能转化为内能，让外壳内能增加，从而温度升高，故D错误。 故选B。 对点提升 【对点1】四十六载冰雪路，辉映绚丽中国红。米兰冬奥会中国健儿再创历史。如图为单板滑雪运动员苏翊鸣在空中运动的轨迹，图中a、c两处等高，若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．运动员从a处到b处重力势能转化为动能 B．运动员在a处和c处的重力势能相等 C．运动员在b处时处于平衡状态 D．运动员从b处到d处动能逐渐减小 【答案】B 【详解】A．若不计空气阻力，运动员从a处到b处的过程中，机械能守恒，运动员位置升高，重力势能增加，速度减小，动能减小，此过程中动能转化为重力势能，故A错误； B．如图，a处和c处的高度相同，运动员的质量不变，因此运动员在a处和c处的重力势能相等，故B正确； C．不计空气阻力，运动员在b处时只受到重力作用，不是处于平衡状态。故C错误； D．不计空气阻力，运动员在空中运动过程中机械能守恒，从b处到d处高度减小，重力势能减小，减小的重力势能转化为动能，所以动能会增大，故D错误。 故选B。 【对点2】如图所示，运动员迎着飞来的足球奔跑，腾空跃起将足球顶出。考虑空气阻力的影响，下列说法正确的是（　　） A．运动员在跑步阶段运动状态不变，在腾空阶段运动状态改变 B．足球与运动员相互作用的过程中，足球的弹性势能逐渐增大 C．足球被顶出说明运动员对足球的弹力大于足球对运动员的弹力 D．足球从被顶出至刚落地的过程中，足球减小的重力势能大于足球增加的动能 【答案】D 【详解】A．运动员在跑步阶段，无论是加速、减速还是转弯，其速度的大小或方向都在发生变化，因此运动状态是改变的。在腾空阶段，运动员受到重力和空气阻力的作用，做曲线运动，速度的大小和方向都在不断改变，运动状态也是改变的，故A错误； B．足球与运动员相互作用（即顶球）的过程中，足球先发生弹性形变，形变程度逐渐增大，此时弹性势能逐渐增大；随后足球恢复形变被顶出，形变程度逐渐减小，弹性势能又逐渐减小。因此，足球的弹性势能是先增大后减小，故B错误； C．运动员对足球的弹力和足球对运动员的弹力是一对相互作用力（作用力与反作用力），这两个力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。足球被顶出是因为运动员对足球施加的力改变了足球的运动状态，故C错误； D．足球从被顶出至刚落地的过程中，高度降低，重力势能减小；同时速度发生变化，动能可能增加，另外足球在运动过程中需要克服空气阻力做功，导致一部分机械能转化为内能。即足球减小的重力势能一部分转化为增加的动能，另一部分用于克服空气阻力做功转化为内能。因此，足球减小的重力势能大于足球增加的动能，故D正确。 故选 D。 学科网（北京）股份有限公司 $ 机械能及其转化 知识归纳与题型总结 思 维 导 图 培 优 讲 练 考点01 机械能的概念 考点梳理 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。 典例引领 考向01 机械能的概念 【例1】长白山天池的海拔高度为，静止在天池附近的中朝边界界碑相对山下地面（　　） A．有动能 B．有重力势能 C．有弹性势能 D．没有任何能量 考向02 辨析物体的机械能是否发生变化 【例2】如图所示，无人机需要将包裹（投放前将两者看作一个整体）从地面投放至B处。t0时刻无人机以速度v0经A处匀速上升；t1时刻到达B处时悬停，t2时刻投放包裹并立即以速度v0匀速下降；t3时刻回到A处。若t0时刻无人机的机械能为E0，忽略悬停前后速度变化的过程，请在答题卡的坐标中画出t0~t3时间内，无人机的机械能E随时间t变化关系的大致图像。 考向03 比较机械能的大小 【例3】如图所示，我国农药植保无人机可实现农药喷洒、种子播撒及肥料施用等精准作业，当植保无人机在空中匀速下降时，其机械能______（选填“增大”“减小”或“不变”）；无人机的螺旋桨机翼设计为上凸下平，目的是使机翼上方流速快，压强______（选填“大”或“小”）。 对点提升 【对点1】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 【对点2】“嫦娥五号”实现了我国首次月球无人采样返回。返回器使用类似“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。若只考虑空气阻力和重力的影响，在这个过程中，由A到B段返回器的动能逐渐________（选填“增大”“减小”或“不变”），返回器在B点时的速度________（选填“大于”“小于”或“等于”）到达C点时的速度，从A到D的全过程中返回器机械能________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 【对点3】中国商飞919，是中国首款按照国际通行适航标准自行研制、具有自主知识产权的喷气式中程干线客机。 (1)919起飞时乘客听到的轰鸣声是发动机____________产生的。机组人员通过广播向乘客实时传达飞机航行情况，这体现了声音能够传递____________。 (2)在飞机加速起飞上升时，飞机的动能____________，机械能____________。（均选填“增大”“减小”或“不变”） 考点02 机械能的转化守恒 考点梳理 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。 典例引领 考向01 物体运动过程中各种机械能的变化情况 【例1】2026年2月18日，在米兰冬奥会上我国自由式滑雪名将徐梦桃成功卫冕女子空中技巧冠军，成为冬奥会历史上首位在该项目上实现卫冕的运动员。如图是她在空中下落的情景，（不计空气的阻力），此过程中她的（　　） A．重力势能增加，动能转化为重力势能 B．重力势能减小，重力势能转化为动能 C．动能增加，动能转化为重力势能 D．动能减小，重力势能转化为动能 考向02 单摆和滚摆运动时的能量变化情况 【例2】如图，将偏离一定角度的摆球由静止释放，关于摆球运动过程，下列分析正确的是（　　） A．运动到最高点时，速度为零 B．运动到最低点时，动能为零 C．最终会停下来，说明能量凭空消失了 D．从最高点摆到最低点的过程中，动能转化为重力势能 考向03 蹦极（蹦床）运动中的能量变化情况 【例3】如图所示，在蹦床运动中，B点是蹦床初始的位置，A点是运动员到达的最低点。运动员从B点运动到A点的过程中（不计空气阻力），下列判断正确的是（    ） A．运动员的重力势能最终转化为蹦床的弹性势能 B．运动员的重力势能转化为动能 C．运动员的动能逐渐增大 D．运动员的机械能逐渐增大 考向04 人造卫星、天体运动等的能量转化 【例4】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7颗卫星准确送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。火箭在加速升空过程中，卫星的动能变大，重力势能_______，机械能_______。 考向05 机械能守恒的条件 【例5】如图展示了一个弹弓模型，忽略空气阻力，通过拉伸橡皮筋后，能够将模拟小鸟瞄准目标进行发射。 (1)用A点表示小鸟，请在方框中画出小鸟在位置B点的受力示意图； (2)弹弓的橡皮筋伸长过程中，弹性势能________；发射后离开橡皮筋的模拟小鸟上升到最高点的过程中机械能________（选填“变小”“变大”或“不变”）； (3)生活经验告诉我们水平飞出速度越大，飞行的水平距离越远，现有弹珠和弹弓一个、相同材质但粗细不同的橡皮筋若干条、剪刀、刻度尺等，为完成探究“橡皮筋的弹性势能与橡皮筋粗细的关系”这一实验的过程记录，请设计实验表格。 设计实验表格：________ 考向06 常见的机械能守恒及其辨析 【例6】我国的载人航天器与运载火箭首次实现海上同步回收。如图，运载火箭在空中减速降落的过程中（    ） A．动能增大 B．重力势能不变 C．机械能减少 D．机械能守恒 对点提升 【对点1】2026年米兰冬奥会上，中国选手苏翊鸣在单板滑雪男子坡面障碍技巧决赛中腾空跃起，完成高难度动作后平稳落地（如图）。下列说法正确的是（　　） A．从腾空跃起到落地的过程中，他的运动状态一直在发生改变 B．滑雪板相对于他是运动的 C．出发前他站在雪地上，他对雪板的压力与雪板对他的支持力是一对平衡力 D．从最高点到落地的过程中，他的动能减少、重力势能增大 【对点2】如图，将铁锁用细绳悬挂起来，把铁锁拉近你的鼻子，头保持不动，由静止释放，铁锁来回摆动。关于铁锁，下列说法正确的是（　　） A．在最低点时动能为零 B．在最低点时重力势能最大 C．从最高点摆到最低点，重力势能转化为动能 D．回摆时会碰到鼻子 【对点3】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 【对点4】请你阅读下面的短文，回答问题： 2016年8月16日1时40分，中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，如图甲所示，为了保护发射塔，在塔下有个充满水的水池，火箭发射时可以看见冒出大量的“白烟”。 “墨子号”名字的来历：墨子最早提出光线沿直线传播，设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。以中国古代伟大科学家的名字命名量子卫星，将提升我们的文化自信。 “墨子号”卫星是我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。量子科学实验卫星作为以量子力学基本原理为基础的全新通信技术，量子通信被视为可以解决人们的担忧、无条件保障通信安全的最有效方式。“墨子号”卫星与地球同步卫星运行轨迹相似（如图乙所示），但比一般卫星运行的轨道较低，且绕地球运转快于地球自转。 (1)“墨子号”卫星在轨道上运行过程中，以地球为参照物，它是________（选填“运动”或“静止”）的；小孔成像实验中所成的像是________（选填“正立”或“倒立”）的________（选填“实像”或“虚像”）； (2)如图乙所示，“墨子号”卫星从近地点向远地点运行过程中，能量的转化情况是_____，整个运行过程中机械能的总量____（选填“变大”“变小”或“不变”）； (3)请解释塔下充满水的水池是如何保护发射塔的：______________。 【对点5】如图所示是小玮同学在学校手工制作比赛上制作的一个过山车模型，他把铁球放在点，然后让它沿光滑轨道滚下，铁球先后经过、两点，最后到达水平点飞出。若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．铁球到达点时惯性消失 B．铁球到达点的瞬间，其动能为零 C．铁球从点下滑到点时，其机械能减小 D．铁球运动到点时受到的重力和支持力是一对平衡力 【对点6】如图所示为科技馆展厅的球体上滚演示仪器。小球由图中较低的处静止释放，可以自己滚动到位置更高一些的处。小球由运动到的过程中，轨道逐渐变宽，表面看是在上升。这_________（选填“是”或“不”）违背物理规律；理由是___________。 考点03 水能和风能的利用 考点梳理 1、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。 2、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。 【归纳总结】机械能是动能与势能的总和，动能和势能可以相互转化，在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变（机械能守恒）。 典例引领 考向01 判断实际生活及应用中的能量转化或转移 【例1】为了保证车辆失控时的安全，交通部门在公路主干道相连地方修了一段分岔专用避险车道供速度失控的车辆安全减速。如图所示是某避险车道，路面上铺有疏松的石子、沙土层，车道侧面和尽头用废旧轮胎围起来，车辆速度失控时，动能较大，存在较大的安全隐患，可以驶入避险车道，通过较短的距离使车停下来，保障人员的安全．从能量角度分析，车辆驶入避险车道，通过较短的距离就可以停下来的原因。 考向02 机械能与其他形式能的转化 【例2】2026年1月19日，神舟二十号返回舱在东风着陆场成功着陆。返回舱经历制动离轨、滑行、减速下降、点火缓冲等阶段。关于降落过程下列说法正确的是（   ） A．减速下降阶段质量不变，则返回舱的重力势能增大 B．点火缓冲阶段质量不变，则返回舱的动能减小 C．返回舱在大气层内滑行时，只受重力作用，机械能保持守恒 D．返回舱与空气摩擦时，内能转化为机械能，外壳温度升高 对点提升 【对点1】四十六载冰雪路，辉映绚丽中国红。米兰冬奥会中国健儿再创历史。如图为单板滑雪运动员苏翊鸣在空中运动的轨迹，图中a、c两处等高，若不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．运动员从a处到b处重力势能转化为动能 B．运动员在a处和c处的重力势能相等 C．运动员在b处时处于平衡状态 D．运动员从b处到d处动能逐渐减小 【对点2】如图所示，运动员迎着飞来的足球奔跑，腾空跃起将足球顶出。考虑空气阻力的影响，下列说法正确的是（　　） A．运动员在跑步阶段运动状态不变，在腾空阶段运动状态改变 B．足球与运动员相互作用的过程中，足球的弹性势能逐渐增大 C．足球被顶出说明运动员对足球的弹力大于足球对运动员的弹力 D．足球从被顶出至刚落地的过程中，足球减小的重力势能大于足球增加的动能 学科网（北京）股份有限公司 $