2026年暑假培优讲义 第18讲 机械能（预习）苏科版物理九年级上册

第18讲 机械能 本讲定位： 力学能量核心章节，中考高频考点；包含动能、重力势能、弹性势能三大部分，探究实验、能量转化、生活应用为必考题型，是内能、机械功学习的基础。 核心重点：能量的判断标准；动能、重力势能、弹性势能影响因素及探究实验；动能与势能相互转化；机械能定义；海浪、潮汐、海流等海洋机械能利用。 高频易错点：混淆速度、质量对动能的影响；忽略高度、质量共同影响重力势能；无法完整分析多阶段能量转化；忽略空气阻力造成机械能损。 学习建议：牢记 “能做功即具有能”；动能看质量、速度，重力势能看质量、高度，弹性势能看弹性形变大小；分析转化先判断速度、高度、形变变化；实验掌握控制变量法。 本讲内容导航 一、课标要求・素养目标 二、思维导图 三、知识梳理・核心考点 四、重点难点・易错警示 五、典例精讲・思路分析 六、基础过关精练 七、拔高培优专练 一、课标要求・素养目标 课程标准 核心素养维度 学习目标 2.2.4 通过实验认识动能、重力势能、弹性势能；知道动能、势能大小的影响因素；能分析生活中动能与势能相互转化实例；了解海洋潮汐、海浪等机械能的开发利用 物理观念 建立机械能体系，区分动能、两种势能，理解能量可以相互转化，建立能量守恒初步认知（不计阻力） 科学思维 运用控制变量法分析动能、重力势能探究实验；根据速度、高度、形变变化判断能量增减与转化方向 科学探究 掌握小车撞木块探究动能、模拟打桩探究重力势能两组实验操作、变量控制、转换法思想 科学态度与责任 认识海洋清洁能源（潮汐、海浪能），了解我国江厦潮汐电站，树立绿色能源开发意识；理解高空坠物、高速限速的安全原理 二、思维导图 三、知识梳理・核心考点 1．能量基础概念 判断物体是否具有能量：一个物体能够对别的物体做功，就说这个物体具有能量。能做功越多，物体具有的能量越大；具有能量不代表正在做功，只是具备做功的本领。 2．动能 （1）定义：物体由于运动而具有的能，一切运动的物体都有动能。 （2）探究实验：斜面小车撞击木块 ①控制变量 1：同一小车、不同高度下滑→改变速度，高度越高速度越大，木块滑行更远→速度越大，动能越大； ②控制变量 2：不同质量小车、同一高度下滑→速度相同，质量大的小车推动木块更远→质量越大，动能越大； ③实验方法：控制变量法；转换法（用木块滑行距离反映动能大小）。 （3）结论：物体动能与质量、速度有关；同等条件下，速度对动能影响更明显。 （4）生活应用：高速公路限速，大型车辆限速更低 —— 质量大，相同速度下动能更大，刹车距离更长，易发生事故。 3．势能（重力势能+弹性势能） （1）弹性势能 ①定义：物体由于发生弹性形变而具有的能； ②影响因素：在弹性限度内，弹性形变越大，弹性势能越大； ③实例：拉满的弓、上紧的发条、压缩或拉伸的弹簧、弹跳卡片。 （2）重力势能 ①定义：物体由于被举高而具有的能； ②探究实验：模拟打桩，重锤下落砸入沙坑，沙坑越深代表重力势能越大；同一重锤，高度越高，桩陷越深；同一高度，重锤质量越大，桩陷越深； ③结论：重力势能与质量、所处高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大； ④安全常识：高空坠物危害极大，高处物体重力势能大，落地做功破坏力强。 4．机械能及动能势能相互转化 （1）机械能定义：动能和势能的总和统称为机械能；一个物体可同时具备动能和势能（高空飞行的飞机、荡秋千的人）。 （2）转化规律（摆球、荡秋千模型） ①高处到最低点：高度下降→重力势能减小；速度变大→动能增大；重力势能转化为动能； ②最低点到另一侧高处：速度减小→动能减小；高度上升→重力势能增大；动能转化为重力势能。 （3）常见转化实例 ①过山车：高处重力势能→下坡动能；上坡动能→重力势能； ②落地皮球：下落重力势能转动能；触地动能转弹性势能；反弹弹性势能转动能，再转重力势能； ③魔罐滚动：向前滚动动能转化为橡皮筋弹性势能；回弹时弹性势能转化动能； ④弹跳卡片：松手后弹性势能转化为动能、重力势能。 （4）机械能损耗：存在空气阻力、摩擦时，部分机械能转化为内能，机械能总量不断减小；无阻力摩擦时，机械能总量保持不变。 5．生活・物理・社会：海洋机械能 海洋蕴藏大量可再生机械能，分为三类：（1）海浪能：海浪冲击具备巨大动能，可开发发电；（2）海流能：定向流动海水推动水轮机发电；（3）潮汐能：日月引力造成海水周期性涨落，修建堤坝利用水位差带动发电机； 代表工程：浙江温岭江厦潮汐电站，国内规模最大潮汐电站。 6．实践应用拓展 （1）轻轨站台坡道设计：车辆进站上坡，动能转化为重力势能减速；出站下坡，重力势能转化动能，减少电能消耗，达到节能效果； （2）皮球落地黑斑：下落高度越高，落地时动能越大，皮球形变越大，纸上黑色圆斑更大。 重点难点・易错警示 误区：静止的物体没有能量；纠正：静止在高处的物体有重力势能，发生形变的弹簧静止也有弹性势能。 误区：速度和质量对动能影响程度相同；纠正：速度对动能影响更大，高速车辆危险性远大于低速重载车辆。 误区：物体高度越高重力势能一定越大；纠正：重力势能同时和质量、高度有关，必须控制质量不变才能比较高度的影响。 误区：能量转化过程机械能总量一定不变；纠正：存在摩擦、空气阻力时，机械能转化为内能，机械能减小。 误区：“弹性形变” 等同于物体形状改变；纠正：塑性形变（泥巴、橡皮泥）不能恢复原状，不产生弹性势能。 五、典例精讲・思路分析 典例01．图为河北丰宁抽水蓄能电站（目前世界装机容量最大）的示意图。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．水从下水库被抽到上水库，重力势能减小 B．物料运输车沿盘山路行驶，速度增大时，动能减小 C．放水发电时，水由上水库至下水库，水的机械能变大 D．水沿自流排水洞自动向下流动时，重力势能转化为动能 【答案】D 【解析】A．水从下水库被抽到上水库，质量不变，高度增大，重力势能增大，故A错误； B．物料运输车沿盘山路行驶，质量不变，速度增大时，动能增大，故B错误； C．放水发电时，水由上水库至下水库，由于水的重力势能转化为动能和内能（克服摩擦做功产生内能），然后动能转化为电能，所以水的机械能变小，故C错误； D．水沿自流排水洞自动向下流动时，质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为为动能，故D正确。 故选D。 思路分析：考点：动能、重力势能影响因素；机械能转化；机械能损耗（摩擦生热）。 本题核心：动能、重力势能影响因素；机械能转化；机械能损耗（摩擦生热）。 关键思路：A：水下抽到上水库，高度升高，重力势能增大，A 错；B：运输车质量不变，速度变大，动能增大，B 错；C：放水下落时，水克服摩擦做功，部分机械能转化为内能，机械能减小，C 错；D：水向下流动，高度降低、速度变大，重力势能转化为动能，D 正确。 做题技巧：高度↑→重力势能↑；速度↑→动能↑；有摩擦 / 阻力时机械能减少；无阻力下落：重力势能→动能。 典例02．如图所示，将弹簧、小车置于水平木板面上，被压缩后的弹簧将小车弹出，这一过程中，弹簧的弹性势能转化为小车的___________能。实验表明，弹簧被压缩得越短，小车被弹开的距离越远，这说明，弹簧的弹性形变越大，弹性势能越___________。小车在水平木板上运动时，所受重力对小车___________（选填“做功”或“不做功”）。 【答案】 动 大 不做功 【解析】[1]压缩弹簧松手后，被压缩后的弹簧将小车弹出，弹簧的弹性势能减少，小车的机械能增大，所以将弹簧的弹性势能转化为小车的动能。 [2]弹簧被压缩得越短，小车被弹开的距离越远，这说明，弹簧的弹性形变越大，弹性势能越大。 [3]小车在水平木板上运动，小车受到的重力向下，小车没有在重力的方向上移动距离，故重力没有对小车做功。 思路分析：考点：弹性势能与动能转化；弹性势能影响因素；做功两个必要条件。 本题核心：弹性形变越大，弹性势能越大；做功需要同时满足：有力、沿力方向移动距离。 关键思路：弹簧恢复原状，弹性势能释放，转化为小车动能；弹簧压缩量越大（弹性形变越大），弹开小车越远，弹性势能越大；重力竖直向下，小车水平运动，无竖直方向位移，重力不做功。 做题技巧：判断做功两步：①是否受力；②物体是否在该力方向移动距离，缺一则不做功。 典例03．为探究物体动能的大小与哪些因素有关，某实验小组利用斜面、质量不同的小钢球、木块等器材进行了如图所示的实验： （1）实验中小钢球的动能的大小是通过___________来判断的； （2）实验中通过甲、乙两图可以得出结论：___________； （3）若在进行甲、丙两图实验时，两次实验中木块被推动的距离相近，为了改进实验，下列方法可行的是___________； A．换用一个质量较大的木板 B．换用表面更粗糙的木板 C．丙图中换用质量更大（如4m）的钢球 D．降低钢球滚下时的高度 （4）若用A、B两个质量不同的小球（）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，同一木块受到撞击后相应移动距离___________（选填“”、“”或“”）。 （5）如图戊所示，2个相同的小球以同样的速度v沿着与水平方向均成角斜向上抛出，a图中斜面光滑且足够长，b图中小球被直接抛向空中，不计空气阻力。在a、b两图中，小球能到达的最高点离地高度分别为和（图中未画出）。则___________（//）。 【答案】（1）木块被推动距离的长短；（2）在质量相同时，物体的速度越大，动能越大；（3）C；（4）=；（5）> 【解析】（1）根据功和能的关系可知，小钢球对木块做功的多少反映小钢球的动能的多少，而做功的多少可由木块被推动距离的长短来确定，因此实验中小钢球的动能的大小是通过木块被推动距离的长短来判断的，用到了转换法。 （2）通过甲、乙两图可以看出，两图中小钢球的质量相等，甲图中小钢球的高度更高，到达水平面时的速度更大，木块被推动的距离更长，说明小钢球的动能更大，因此可得出在质量相同时，物体的速度越大，动能越大。 （3）通过甲、丙两图可以看出，两图中小钢球的高度相等，即到达水平面时的速度相同，丙图中小钢球的质量更大，因此两图探究的是动能大小与质量的关系。两次实验中木块被推动的距离相近，说明两个小钢球的动能大小相差不大，为了改进实验，使两次实验中木块被推动的距离相差较大，可以使两次小钢球的动能相差较大。 A．换用一个质量较大的木板，木板的粗糙程度不变，两次小钢球的质量和滚下时的高度不变，两次小钢球的动能大小不变，木块被推动的距离不变，没有改进实验效果，故A不符合题意； B．换用表面更粗糙的木板，水平面的摩擦阻力增大，两次木块被推动的距离都减小，达不到改进目的，故B不符合题意； C．因为动能的大小与质量有关，丙图中换用质量更大（如4m）的钢球，可增大小钢球的动能，从而增大丙图中木块被推动的距离，使两次实验中木块被推动的距离相差较大，改进实验效果，故C符合题意； D．降低钢球滚下时的高度，两次小钢球到达水平面的速度都减小，动能都减小，使两次实验中木块被推动的距离都减小，没有使两次实验中木块被推动的距离相差较大，没有改进实验效果，故D不符合题意。 故选C。 （4）弹簧的弹性势能与弹簧的形变程度有关，将同一弹簧压缩相同程度后，弹簧的弹性势能相等，而两个质量不同的小球的动能都是由弹性势能转化而来，所以两个小球的动能相等，撞击同一木块时，木块克服摩擦力所做的功相等，同一木块在同一水平面上受到的摩擦阻力相等，根据可知，两次木块受撞击后移动的距离相等，即。 （5）因为不计空气阻力且斜面光滑，所以两个小球运动过程中机械能守恒，a图中斜面光滑且足够长，小球运动到最高点时速度为0，动能为0，动能全部转化为重力势能，b图中小球被直接抛向空中，在最高点时竖直方向上速度为0，但水平方向上还有速度，所以动能不为0，动能没有全部转化为重力势能，因为2个相同的小球以同样的速度抛出，初始的动能相等，所以a图中小球在最高点的重力势能大于b图中小球在最高点的重力势能，又因为小球相同，质量相等，所以。 思路分析：考点：动能影响因素实验（控制变量 + 转换法）；弹性势能转化动能；机械能守恒、抛体最高点动能分析。 本题核心：转换法：木块滑行距离反映钢球动能；控制变量：同一高度下滑速度相同，同一钢球质量相同；弹簧压缩量相同→弹性势能相同，转化后小球总动能相等；机械能守恒：斜抛空中最高点仍有水平动能，斜面最高点动能完全转为重力势能。 关键思路：（1） 动能看不见，通过木块被推动距离长短判断，转换法； （2） 甲乙钢球质量相同，下滑高度不同（速度不同），高度高速度大，木块推得远，结论：质量一定，速度越大动能越大； （3） 甲丙速度相同、质量不同，木块移动距离接近，需拉大动能差距；增大丙钢球质量，动能差值变大，选 C； （4） 同一弹簧压缩程度相同，弹性势能相等，全部转化为小球动能，撞击木块做功相同，滑行距离相等，； （5） 机械能总量相等；a 斜面最高点速度为 0，全部动能变重力势能；b 空中最高点保留水平动能，重力势能更小，故。 做题技巧：动能实验固定逻辑：距离远近代表动能大小；弹簧形变相同，释放物体获得总动能相等，与小球质量无关；斜抛物体最高点不会完全静止，仍有水平动能，重力势能偏小。 六、基础过关精练 1．2025年，“盐城号”卫星为农业生产提供遥感服务。在发射加速上升的过程中，关于卫星的能量变化，下列说法正确的是（　　） A．动能减小，重力势能增大 B．动能增大，重力势能减小 C．机械能总量不变 D．机械能总量增大 【答案】D 【解析】“盐城号”卫星在加速升空过程中，质量不变，速度增大，高度增大，所以动能和重力势能都增大，机械能为动能和重力势能之和，所以机械能也增大。故选D。 2．如图所示，苹果从树上自由下落的过程中，苹果的（    ） A．动能增大 B．重力势能不变 C．重力势能增大 D．机械能增大 【答案】A 【解析】ABC．苹果从树上自由下落的过程中，苹果的质量不变，速度变大，则动能变大，高度降低，则重力势能减小，故A符合题意，BC不符合题意； D．苹果从树上自由下落的过程中，要克服空气阻力做功，会损失一部分机械能，所以机械能减小，故D不符合题意。 故选A。 3．为探究动能大小的影响因素，利用如图的器材在同一水平面上开展了探究，下列分析正确的是（　　） A．该实验探究的是钢球的动能 B．甲、丙探究的是物体动能与速度的关系 C．若水平面光滑，实验效果更明显 D．甲、乙探究的是物体动能与质量的关系 【答案】A 【解析】A．该实验的探究对象是滚下后运动的钢球的动能，通过木块移动的距离体现动能的大小，故A正确； B．甲、丙两图，让不同质量的钢球从同一斜面的同一高度由静止滚下，两球滑到斜面底端的速度相同，由图知丙球的质量大，木块移动的距离大，钢球的动能大，所以甲、丙两图探究的是物体动能与质量的关系，故B错误； C．实验通过木块移动的距离反映钢球动能的大小，若水平面光滑，木块将做匀速直线运动，不能通过木块移动的距离来比较动能的大小，故C错误； D．甲、乙两图，钢球的质量相同，甲图钢球所处位置高，滑到斜面底端的速度大，木块移动的距离大，钢球的动能大。所以甲、乙两图探究的是物体动能与速度的关系，故D错误。 故选A。 4．下列过程中的能量转化，属于势能转化为动能的是（　　） A．加速上升的火箭 B．卫星向近地点运动 C．秋千向上摆动 D．水平推动魔罐 【答案】B 【解析】A．火箭加速上升：高度升高，重力势能增大，速度增大，动能增大；同时燃料燃烧的内能转化为机械能，并非势能转化为动能，故A不符合题意； B．卫星向近地点运动：卫星从远地点到近地点，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大；该过程是重力势能转化为动能，故B符合题意； C．秋千向上摆动：高度升高，重力势能增大，速度减小，动能减小；是动能转化为重力势能，故C不符合题意； D．水平推动魔罐：魔罐水平运动，高度不变，重力势能不变；推动过程中手的机械能转化为魔罐的动能和橡皮筋的弹性势能，并非势能转化为动能，故D不符合题意。 故选B。 5．某地因战乱导致难民流离失所，物资紧缺。我国派出军用运输机空投军用物资，整个空投过程中，运输机始终保持水平匀速飞行。物资空投出舱后，运输机的动能___________，重力势能___________，机械能___________（均选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 变小 变小 变小 【解析】飞机在水平匀速空投过程中，速度、高度不变但质量减小，因此动能变小、重力势能变小；机械能为动能和势能的总和，因此机械能变小。 6．如图（a）所示，展示了太行山脉某座山峰的立体图。图中的环状线是由海拔相同的相邻点所构成的闭合曲线，我们称之为“等高线”。将这些等高线投影到平面图上，如图（b）所示。 （1）若山坡表面光滑，某物体从山顶沿射线方向向下运动时，动能会_____（选填“变大”“变小”或“不变”）。 （2）若质量相等的两个物体分别处在山峰上的3号等高线的两处，则此时两物体的重力势能_____（选填“不相等”或“相等”）。 【答案】（1）变大；（2）相等 【解析】（1）若山坡表面光滑，某物体从山顶沿射线方向向下运动时，质量不变，速度变快，动能变大。 （2）若质量相等的两个物体分别处在山峰上的3号等高线的两处，此时两物体的质量与高度相同，则此时两物体的重力势能相等。 7．如图是小球在地面弹跳的频闪照片，A、B两点高度相同且距地面40cm，小球在A点的重力势能__________（选填“大于”、“小于”或“等于”）B点的重力势能，小球在A点的动能____（选填“大于”、“小于”或“等于”）B点的动能；小球与地面相撞时，小球的动能转化为小球的______能。 【答案】 等于 大于 弹性 【解析】[1]影响重力势能大小的因素是物体的质量和高度。由题可知，小球在A点和B点的质量不变，而小球在A点和B点高度相等，故小球在A点的重力势能等于B点的重力势能。 [2]影响动能的大小的因素是物体的质量和速度。观察频闪照片，小球能达到的最高点的高度在变小，说明机械能不守恒，即B点的机械能小于A点的机械能，由于A、B两点小球的重力势能相等，所以A点的动能大于B点的动能。 [3]小球与地面相撞时，动能减小，同时发生弹性形变，所以将小球的动能转化为小球的弹性势能。 8．如图为“会跳的卡片”，实验时应把图中卡片（A/B）面朝下紧贴桌面，压平后迅速松手，卡片就会跳起来，由此说明了发生弹性形变的橡皮筋具有___________能。若把卡片上的豁口再剪深一些，重复刚才的实验，卡片跳起的高度会更___________（选填“高”或“低”）一些。 【答案】 弹性势 低 【解析】[1]压平卡片时，橡皮筋发生弹性形变，松手后恢复原状，将卡片弹起，说明橡皮筋具有弹性势能。 [2]把豁口剪深一些，卡片被压平时，橡皮筋的形变程度变小，储存的弹性势能更小，因此卡片跳起的高度会更低。 9．如图所示是某小组“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，其中mA=mB<mC，hA=hC>hB。 （1）实验中，探究的动能是指__________（填序号）； A．小球在斜面上的动能 B．木块被小球撞击时的动能 C．小球撞击木块时的动能乙 （2）实验中，通过观察木块被小球撞击后________来判断小球的动能大小； （3）甲、丙两次实验，让质量不同的小球从斜面的同一高丙度滚下，目的是使两球到达水平面时有相同的_______； （4）对比________两次实验，可以研究物体的动能与速度的关系； （5）分析图甲和图丙，得到的实验结论：________相同时，物体_________越大，动能越大。 【答案】（1）C；（2）运动的距离；（3）速度；（4）甲、乙；（5）速度 质量 【解析】（1）根据转换法，通过比较木块在同一水平面上被撞击的距离来比较小球到达水平面时动能的大小，所以探究的动能是小球撞击木块时的动能，故C符合题意，AB不符合题意。 故选C。 （2）实验中通过观察木块滑动的距离来反映小球动能的大小，这是转换法的应用，木块被撞后运动的距离越远，小球的动能越大。 （3）小球到达斜面底端的速度与下滑时的高度有关，高度越高，小球下滑到斜底端的速度越大，因此实验中让质量不同的小球从斜面的同一高丙度滚下，目的是使两球到达水平面时有相同的速度。 （4）研究物体的动能与速度的关系，要控制质量相同，小球从斜面下滑时的高度不同，由， 可知，应选择甲、乙两次实验。 （5）[1][2]图甲和图丙中，小球的质量不同，且丙中小球的质量大于甲中小球的质量，从斜面的同一高度滚下，小球到达水平面时速度相等，丙图中木块移动的距离远，所以丙图中小球撞击木块时的动能大，可以得到的结论是速度相同时，物体的质量越大，动能越大。 10．小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想： 猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关 猜想二：物体的重力势能与物体的下落高度有关 猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关 为此小夏设计了如图所示的实验： 用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验数据如下表： 实验序号 铅球代号 铅球质量/g 下落高度/m 陷入沙中的深度/m ① A 200 0.5 0.1 ② B 400 0.5 0.25 ③ C 200 1 0.2 ④ D 200 1 0.2 （1）本实验是通过观察________来判断重力势能大小的，这种研究问题的物理方法叫________（控制变量法/转换法/类比法）； （2）为验证猜想二，应比较________两球，得到的结论是：当物体质量相同时，________； （3）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙中深度相同，由此可以得出结论：物体的重力势能与物体的运动路径________（有关/无关）。 【答案】（1）铅球陷入沙中的深度 转换法；（2）A、C 高度越高，重力势能越大；（3）无关 【解析】（1）[1][2]本实验是通过观察铅球陷入沙中的深度来判断重力势能大小的，铅球陷入沙中的深度越大，表明铅球的重力势能越大，把不便于测量的重力势能大小转换成便于测量的铅球陷入沙中的深度，这种研究问题的物理方法叫转换法。 （2）[1][2]为验证猜想二，即物体的重力势能与物体的下落高度有关，应控制铅球的质量相同，改变其下落高度，观察铅球陷入沙中的深度，所以，应比较A、C两球，由图知，C球下落高度较大，陷入沙中的深度也较大，即C球的重力势能较大，所以，得到的结论是：当物体质量相同时，物体的高度越大，重力势能越大。 （3）根据控制变量法，比较C、D两球，发现两球的质量和下落高度均相同，两球运动的路径不同，但陷入沙中深度相同，则两球的重力势能相同，由此可以得出结论：物体的重力势能与物体的运动路径无关。 11．如图是投铅球时，铅球在空中运动的示意图，不计空气阻力，铅球的机械能E与时间t的大致关系图像。 【答案】 【解析】铅球在空中运动过程中（不计空气阻力），只有动能和重力势能相互转化，机械能不变，所以铅球的机械能E与时间t的关系图像为一条平行于时间抽的直线。据此作图。 12．如图所示，摆球从a位置由静止释放，先后经过b、c两个位置，请在摆球动能最大位置的圆圈内标上数字1，重力势能最大位置的圆圈内标上数字2。 【答案】 【解析】由图知，摆球从a位置由静止释放，先后经过b、c两个位置；摆球的质量不变，在a点时高度最高，重力势能最大；在b点时，速度最大，动能最大，据此作图。 13．阅读短文，回答问题： 小明在老师的指导下用小球和弹簧等器材进行了如下实验与探究（不考虑空气阻力）。让小球从某高度处由静止开始下落到竖直放置的轻弹簧上（如图甲），在刚接触轻弹簧的瞬间（如图乙），小球速度为5m/s。从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短（如图丙）的整个过程中，得到小球的速度v和弹簧缩短的长度Δx之间的关系如图丁所示，其中A为曲线的最高点，已知该轻弹簧每受到0.1N的压力就缩短1cm，并且轻弹簧在全过程中始终发生弹性形变。 （1）从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，小球下落速度的变化情况是______； A．一直变大 B．一直变小 C．不变 D．先变大后变小 （2）当弹簧的压缩量最大时，小球的速度为______，此时，小球处于______（平衡/非平衡）状态； （3）弹簧弹性势能的变化量______（大于/等于/小于）小球重力势能的变化量。 【答案】（1）D；（2）0m/s 非平衡；（3）大于 【解析】（1）由图丁可知，从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，小球下落速度的变化情况是先变大后变小。 故选D。 （2）[1][2]当弹簧的压缩量最大时，小球的速度减小为0m/s，此时，弹簧形变量最大，小球受到竖直向上的弹力最大，还受到重力的作用，弹力大于重力，小球处于非平衡状态。 （3）不计空气阻力，小球压缩弹簧至最低过程中，整个装置的机械能是守恒的；让小球从某高度处由静止开始下落到竖直放置的轻弹簧上时，小球有一定的速度，具有动能和重力势能，到最低点时，小球的重力势能和动能全部转化为弹性势能，故弹簧的弹性势能变化量大于小球重力势能的变化量。 七、拔高培优专练 1．如图所示，小球从A点由静止释放，沿轨道先后经过B、C、D三点，到达右侧最高点E。已知B、D两点的高度相等，下列说法正确的是（　　） A．从A点运动到B点的过程中，小球的重力势能全部转化为动能 B．小球在B点的动能大于其在D点的动能 C．在C点时，小球动能为0 D．从A点运动到E点的过程中，小球机械能保持不变 【答案】B 【解析】A.小球从A点由静止释放，沿轨道先后经过B、C、D三点，到达右侧最高点E，E点低于A点，说明存在摩擦力；因此从A到B过程中，高度变小，重力势能一部分转化为动能，一部分会转化为其他形式的能，故A错误； B.由于小球从B到D要克服摩擦力做功，部分机械能会转化为其他形式的能，故小球在B点的机械能大于在D点的机械能，由于小球在B、D点的高度相等，重力势能相等，故小球在B点的动能大于其在D点的动能，故B正确； C.在C点时，小球有向右的速度，动能不为0，故C错误； D.由于小球滚动的过程中受摩擦力的作用，部分机械能会转化为其他形式的能，机械能减少，故D错误。 故选B。 2．如图甲所示是某球员传球后足球在空中飞行的一段运动轨迹，图乙是该足球落地后弹跳的过程。关于以上两过程下列说法正确的是（　　） A．图甲中足球从点移动至点的过程中，球员对球做了功 B．图甲中足球在点的动能大于点的动能 C．图乙中、两点为同一高度，点的机械能等于点的机械能 D．图乙中足球在从点移动至点过程中，足球的动能转化为重力势能 【答案】B 【解析】A．图甲中足球从P点移动到Q点的过程中，球员没有对球施加力，所以对球不做功，故A错误； B．图甲中足球从P点运动到Q点的过程中，质量不变，高度增大，重力势能增大，速度减小，动能减小，所以图甲中足球在P点的动能大于Q点的动能，故B正确； C．由图可知，足球跳起的高度逐渐变小，这说明足球的机械能是逐渐变小的，该足球在A点的机械能大于C点的机械能，故C错误； D．图乙中足球在从B点移动至D点过程中，足球的速度越来越快，动能增大，高度越来越低，重力势能减小，所以足球的重力势能转化为动能，故D错误。 故选B 。 3．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 【解析】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。 4．如图甲所示是被球拍击打的羽毛球在空中飞行的轨迹。下列说法正确的是（　　） A．上升过程羽毛球动能主要转化为重力势能 B．球在最高点时的速度为零 C．飞行过程中空气阻力可以忽略不计 D．羽毛球下落时姿态和图乙相同 【答案】A 【解析】A．羽毛球在上升过程中，速度不断减小，其动能减小；同时高度不断增加，其重力势能增加。此过程是将动能转化为重力势能。虽然由于空气阻力的存在，会有一部分机械能转化为内能，但在能量转化中，动能转化为重力势能是主要的转化形式，故A正确。 B．羽毛球在最高点时，只是竖直方向的速度为零，但它仍然在水平方向运动，所以其速度不为零，动能不为零，故B错误。 C．羽毛球的质量很小，其羽毛部分的表面积较大，在飞行过程中受到的空气阻力很大，对它的运动状态影响显著，因此不能忽略不计，故C错误。 D．由于羽毛球的重心在球头，空气阻力的作用点在羽毛部分，这种结构使其在飞行中能自动调整姿态，保持球头在前，即羽毛球下落时应该是头朝下，故D错误。 故选A。 5．蹦极运动简化后与下列情景相似：如图甲所示，弹性细绳的一端固定在O点，另一端系着一个小球，小球从O点释放后上下往复运动。由于空气阻力作用，最终会停在O点下方的某个位置。已知小球速度v与下落高度h的关系如图乙所示，细绳拉力F与下落高度h的关系如图丙所示。请根据图像解答下列问题。小球重力大小为________N，若不计空气阻力，求弹性细绳的最大弹性势能为________J。 【答案】 3 7.2 【解析】小球下落时，弹性细绳拉力从0开始逐渐增大：拉力小于重力时小球加速，拉力等于重力时小球合力为0，速度达到最大，之后拉力大于重力小球减速；从图乙可知，速度最大时对应下落高度为；再从图丙可得，时拉力，此时二力平衡，因此小球重力为 不计空气阻力时，小球的重力势能全部转化为弹性绳的弹性势能；小球从O点由静止释放，下落到最低点时速度为0，此时弹性势能最大；从图乙可知，最低点对应下落高度为，根据能量守恒，最大弹性势能等于重力势能的减少量，即 6．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 【解析】[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。 7．体育课上，质量为60kg的小华在1min内完成了15个标准“引体向上”，每次“引体向上”上升的高度均为40cm。小华做“引体向上”加速上升过程中，其机械能______（选填“增大”“不变”或“减小”）。小华做一次“引体向上”克服重力做的功为______J，1min内克服重力做功的功率为______W。（） 【答案】 增大 240 60 【解析】[1]小华加速上升过程中，质量不变，速度和高度增大，根据动能和重力势能的影响因素可知小华的动能增大、重力势能增大，则其机械能增大。 [2]小华做一次“引体向上”克服重力做的功 [3]小华在1min内完成了15个“引体向上”，1min内克服重力做功的功率 8．体育课上小明做引体向上，匀速向上拉升身体的过程中，小明的重力势能_________（填“变大”“变小”或“不变”）。小明体重为60kg，每次重心上升0.5m，则完成一次引体向上，拉力做功_________J。如果小明1min内完成10个引体向上，则他做功的功率是_________W（g取10N/kg）。 【答案】 变大 300 50 【解析】[1]小明匀速向上拉升身体的过程中，重心上升，重力势能与高度成正比，因此重力势能变大。 [2]拉力做功等于克服重力所做的功。完成一次引体向上小明的重心上升0.5m，他的重力为 故拉力做功为 [3]如果小明1min内完成10个引体向上，则他此段时间内做的总功为 功率为 9．小伟猜想动能的大小可能与物体质量和运动速度有关，于是设计了如图所示的实验，让小球沿光滑斜面向下运动，木块在水平面上移动一段距离后静止。 （1）图甲是探究的动能与________的关系，得出的结论是：________； （2）小华发现，这个实验装置和研究“阻力对物体运动的影响”的实验装置很相似，只要去掉木块，实验表明小车受到的阻力越小，小车的速度减小得越________（选填“快”或“慢”）。实验中，小车在毛巾、木板表面整个滑行过程中克服阻力做功的功率分别是、，则________（选填“大于”“小于”或“等于”）； （3）小丽利用如图丙所示装置探究物体动能大小和哪些因素有关，小车刚开始处于B处（与弹簧接触但此时弹簧无形变）。用手推动小车压缩弹簧至A点后释放，小车在水平面上向右运动一段距离后停下，记录小车在木板上的运动距离，小车速度最大时位于________（选填“B点”，“B点左侧”或“B点右侧”），若第一次使小车压缩弹簧至A点后迅速松手，记录小车运动距离为；第二次在小车上放置两个钩码同样压缩弹簧至A点后撤去外力，记录小车运动的距离为。通过本实验，小丽________（选填“能”或“不能”）探究“动能大小与质量的关系”。 【答案】（1）速度 质量一定时，速度越大，动能越大；（2）慢 大于；（3）点左侧 不能 【解析】（1）由图甲可知，小球的质量相同，由静止下滑的高度越高，到达水平面的速度越大，木块移动的距离越大，说明小球的动能越大，图甲探究的是动能与速度的关系，得出的结论是：质量一定时，速度越大，动能越大。 （2）研究阻力对物体运动的影响时，接触面越光滑，受到的阻力越小，速度减小的越慢； 小车的动能全部克服摩擦力做功，即克服摩擦力做功一样，小车在毛巾面上运动的时间最短，根据可知，小车在毛巾表面滑行过程中克服阻力做功的功率更大，即大于。 （3）小车从A到B的过程中，弹簧处于压缩状态，小车受到向右的弹力和向左的摩擦力，当弹力大于摩擦力时，小车做加速运动，当弹力小于摩擦力时，小车做减速运动，当弹力等于摩擦力时，小车速度达到最大值；在B点时小车在水平方向只受到摩擦力，所以弹力等于摩擦力时在A点和B点之间，故小车速度最大时在B点左侧； 由实验过程可知，小车的动能是由弹簧的弹性势能转化而来，所以其弹性势能相同，并未控制小车速度相同，因此不能探究“动能大小与质量的关系”。 10．小亮在探究“物体的重力势能与哪些因素有关”时，选用下列实验器材：一块厚泡沫，三个相同的铁钉；三个质量分别为、、的铝块，且。他做了如下实验：首先控制铁钉插入泡沫的深度相同，分别将三个金属块由空中静止释放撞击铁钉，撞击后铁钉进入泡沫的深度如图所示。 （1）比较______两次实验的情况，说明高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大； （2）由于实验室器材数量有限，有一小组同学没有领到质量为的金属块，他们是否可以完成对（1）中结论的探究？______（选填“能”或“不能”）；若能，请说明操作；若不能，请说明理由：______； （3）本实验中，的质量比小，但初始高度比高，小亮认为没有做到控制变量，所以无法比较和的重力势能大小，你是否同意？______（选填“是”或“否”），请写出你的依据______。 【答案】（1）甲、丙；（2）不能 不能控制高度相同时，质量不同；（3）否 见解析 【解析】（1）由题可知，甲、丙中铝块的质量不同，高度相同，铁钉进入泡沫深度不同，因此比较甲、丙两次实验的情况，说明铝块高度相同时，质量越大，铝块的重力势能越大。 （2）[1][2]由于甲、乙中金属块的质量相同，高度不同，铁钉进入泡沫深度不同，故能得到的结论：在质量相同时，物体被举得越高，重力势能越大。由于实验室器材数量有限，有一小组同学没有领到质量为的金属块，可知领到的金属块的质量相同，由于不能控制高度相同时，质量不同，所以不能完成（1）中结论的探究。 （3）[1][2]由图可知，甲、乙中金属块的质量相同，高度不同，铁钉进入泡沫的深度不同，故可探究重力势能的大小与高度的关系，得到的结论为：在质量相同时，物体被举得越高，重力势能越大；所以，我们是通过观察比较铁钉进入泡沫的深度来间接比较金属块重力势能的大小，比较乙、丙实验，的质量比小，初始高度比高，对应的铁钉进入泡沫的深度较大，则的重力势能较大，可比较和的重力势能大小。 11．如图是某同学参加学校组织的体育模拟测试中的一些场景。 （1）甲图是立定跳远分解图，同学在最高点时________（选填“有”或“没有”）动能； （2）在练习实心球时，投出的实心球在空中划出的弧线如图乙所示。以下过程中，同学对实心球做功的是（　　） A．用力将实心球抛出 B．实心球在空中飞行 C．实心球在地上滚动 D．实心球停在地上 （3）如图丙所示，同学1分钟内完成40个仰卧起坐，假设她的质量为40kg，每次身体的重心抬升45cm，则她在1分钟内仰卧起坐过程中的功率为________W。（g取10N/kg） 【答案】（1）有；（2）A；（3）120 【解析】（1）在立定跳远的最高点，同学水平方向仍有速度，故具有动能。 （2）A．用力将实心球抛出，在抛出过程中，手对实心球施加了力，并且实心球在力的方向上移动了一段距离。因此，同学对实心球做了功，故A符合题意； B．实心球在空中飞行时实心球已经离开手，手不再对球施加力，因此同学没有对球做功，故B不符合题意； C．球在地面上滚动时，同学没有对球施加力，因此没有做功，故C不符合题意； D．实心球停在地上时，球静止不动，同学没有对球施加力，也没有做功，故D不符合题意。 故选A。 （3）该同学的重力 每次仰卧起坐克服重力做的功为 她1分钟内总共做的功为 她在1分钟内仰卧起坐过程中的功率 12．阅读短文，回答问题。 如图甲为水火箭制作项目化活动，在可乐瓶中装入适量的水，再用带有打气管的瓶塞将瓶口塞住，最后配置上火箭顶端的整流罩，将水火箭竖立于地面，利用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强足够大时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭向上飞起，水火箭整流罩是用来改善火箭飞行稳定性和减少空气阻力的装置。制作整流罩时，可以使用轻质材料如聚乙烯板或泡沫塑料，根据火箭形状设计合适的罩子形状，确保与火箭外形贴合。然后将整流罩固定在火箭顶部，使用胶水或胶带进行固定。整流罩的前端可以设计成锥形或圆锥形，以减少空气阻力。最后进行必要的测试和调整，确保整流罩能够提供良好的飞行稳定性和减少阻力的效果。 （1）瓶内的水向下喷出的同时火箭向上运动，这是因为____： （2）用打气筒向瓶内打足气，打开阀门，水从尾部的金属管向下排出，火箭竖直向上飞向空中。下列分析正确的是（　　） A．发射时，瓶内高压气体对水没有做功 B．下降过程中，火箭的机械能一直减小 C．上升过程中火箭的重力势能转化为动能 D．下降过程中，火箭的重力势能逐渐增大 （3）图乙是水火箭发射后的速度-时间图像， t1、t2、t3时刻中，火箭受到平衡力的时刻是____，最高点时刻是________。（速度负数表示运动方向相反） 【答案】（1）力的作用是相互的；（2）B；（3）t1 t2 【解析】（1）瓶内的水向下喷出时，火箭受到反向作用力而向上运动，说明物体间力的作用是相互的。 （2）A．高压气体推动水喷出，对水做功，故A错误； B．下降过程中，火箭克服阻力做功，机械能转化为内能，机械能一直减小，故B正确； C．上升过程中，火箭的重力势能增加，则不是重力势能转化为动能，故C错误； D．下降过程中，火箭高度降低，重力势能逐渐减小，故D错误。 故选B。 （3）[1]如图所示，火箭上升过程中，速度不断增大，达到最大时，处于平衡状态，即t1时刻。 [2]速度达到最大后，火箭继续向上做减速运动，速度为零时，达到最高点，即t2时刻。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第18讲 机械能 本讲定位： 力学能量核心章节，中考高频考点；包含动能、重力势能、弹性势能三大部分，探究实验、能量转化、生活应用为必考题型，是内能、机械功学习的基础。 核心重点：能量的判断标准；动能、重力势能、弹性势能影响因素及探究实验；动能与势能相互转化；机械能定义；海浪、潮汐、海流等海洋机械能利用。 高频易错点：混淆速度、质量对动能的影响；忽略高度、质量共同影响重力势能；无法完整分析多阶段能量转化；忽略空气阻力造成机械能损。 学习建议：牢记 “能做功即具有能”；动能看质量、速度，重力势能看质量、高度，弹性势能看弹性形变大小；分析转化先判断速度、高度、形变变化；实验掌握控制变量法。 本讲内容导航 一、课标要求・素养目标 二、思维导图 三、知识梳理・核心考点 四、重点难点・易错警示 五、典例精讲・思路分析 六、基础过关精练 七、拔高培优专练 一、课标要求・素养目标 课程标准 核心素养维度 学习目标 2.2.4 通过实验认识动能、重力势能、弹性势能；知道动能、势能大小的影响因素；能分析生活中动能与势能相互转化实例；了解海洋潮汐、海浪等机械能的开发利用 物理观念 建立机械能体系，区分动能、两种势能，理解能量可以相互转化，建立能量守恒初步认知（不计阻力） 科学思维 运用控制变量法分析动能、重力势能探究实验；根据速度、高度、形变变化判断能量增减与转化方向 科学探究 掌握小车撞木块探究动能、模拟打桩探究重力势能两组实验操作、变量控制、转换法思想 科学态度与责任 认识海洋清洁能源（潮汐、海浪能），了解我国江厦潮汐电站，树立绿色能源开发意识；理解高空坠物、高速限速的安全原理 二、思维导图 三、知识梳理・核心考点 1．能量基础概念 判断物体是否具有能量：一个物体能够对别的物体做功，就说这个物体具有能量。能做功越多，物体具有的能量越大；具有能量不代表正在做功，只是具备做功的本领。 2．动能 （1）定义：物体由于运动而具有的能，一切运动的物体都有动能。 （2）探究实验：斜面小车撞击木块 ①控制变量 1：同一小车、不同高度下滑→改变速度，高度越高速度越大，木块滑行更远→速度越大，动能越大； ②控制变量 2：不同质量小车、同一高度下滑→速度相同，质量大的小车推动木块更远→质量越大，动能越大； ③实验方法：控制变量法；转换法（用木块滑行距离反映动能大小）。 （3）结论：物体动能与质量、速度有关；同等条件下，速度对动能影响更明显。 （4）生活应用：高速公路限速，大型车辆限速更低 —— 质量大，相同速度下动能更大，刹车距离更长，易发生事故。 3．势能（重力势能+弹性势能） （1）弹性势能 ①定义：物体由于发生弹性形变而具有的能； ②影响因素：在弹性限度内，弹性形变越大，弹性势能越大； ③实例：拉满的弓、上紧的发条、压缩或拉伸的弹簧、弹跳卡片。 （2）重力势能 ①定义：物体由于被举高而具有的能； ②探究实验：模拟打桩，重锤下落砸入沙坑，沙坑越深代表重力势能越大；同一重锤，高度越高，桩陷越深；同一高度，重锤质量越大，桩陷越深； ③结论：重力势能与质量、所处高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大； ④安全常识：高空坠物危害极大，高处物体重力势能大，落地做功破坏力强。 4．机械能及动能势能相互转化 （1）机械能定义：动能和势能的总和统称为机械能；一个物体可同时具备动能和势能（高空飞行的飞机、荡秋千的人）。 （2）转化规律（摆球、荡秋千模型） ①高处到最低点：高度下降→重力势能减小；速度变大→动能增大；重力势能转化为动能； ②最低点到另一侧高处：速度减小→动能减小；高度上升→重力势能增大；动能转化为重力势能。 （3）常见转化实例 ①过山车：高处重力势能→下坡动能；上坡动能→重力势能； ②落地皮球：下落重力势能转动能；触地动能转弹性势能；反弹弹性势能转动能，再转重力势能； ③魔罐滚动：向前滚动动能转化为橡皮筋弹性势能；回弹时弹性势能转化动能； ④弹跳卡片：松手后弹性势能转化为动能、重力势能。 （4）机械能损耗：存在空气阻力、摩擦时，部分机械能转化为内能，机械能总量不断减小；无阻力摩擦时，机械能总量保持不变。 5．生活・物理・社会：海洋机械能 海洋蕴藏大量可再生机械能，分为三类：（1）海浪能：海浪冲击具备巨大动能，可开发发电；（2）海流能：定向流动海水推动水轮机发电；（3）潮汐能：日月引力造成海水周期性涨落，修建堤坝利用水位差带动发电机； 代表工程：浙江温岭江厦潮汐电站，国内规模最大潮汐电站。 6．实践应用拓展 （1）轻轨站台坡道设计：车辆进站上坡，动能转化为重力势能减速；出站下坡，重力势能转化动能，减少电能消耗，达到节能效果； （2）皮球落地黑斑：下落高度越高，落地时动能越大，皮球形变越大，纸上黑色圆斑更大。 重点难点・易错警示 误区：静止的物体没有能量；纠正：静止在高处的物体有重力势能，发生形变的弹簧静止也有弹性势能。 误区：速度和质量对动能影响程度相同；纠正：速度对动能影响更大，高速车辆危险性远大于低速重载车辆。 误区：物体高度越高重力势能一定越大；纠正：重力势能同时和质量、高度有关，必须控制质量不变才能比较高度的影响。 误区：能量转化过程机械能总量一定不变；纠正：存在摩擦、空气阻力时，机械能转化为内能，机械能减小。 误区：“弹性形变” 等同于物体形状改变；纠正：塑性形变（泥巴、橡皮泥）不能恢复原状，不产生弹性势能。 五、典例精讲・思路分析 典例01．图为河北丰宁抽水蓄能电站（目前世界装机容量最大）的示意图。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．水从下水库被抽到上水库，重力势能减小 B．物料运输车沿盘山路行驶，速度增大时，动能减小 C．放水发电时，水由上水库至下水库，水的机械能变大 D．水沿自流排水洞自动向下流动时，重力势能转化为动能 思路分析：考点：动能、重力势能影响因素；机械能转化；机械能损耗（摩擦生热）。 本题核心：动能、重力势能影响因素；机械能转化；机械能损耗（摩擦生热）。 关键思路：A：水下抽到上水库，高度升高，重力势能增大，A 错；B：运输车质量不变，速度变大，动能增大，B 错；C：放水下落时，水克服摩擦做功，部分机械能转化为内能，机械能减小，C 错；D：水向下流动，高度降低、速度变大，重力势能转化为动能，D 正确。 做题技巧：高度↑→重力势能↑；速度↑→动能↑；有摩擦 / 阻力时机械能减少；无阻力下落：重力势能→动能。 典例02．如图所示，将弹簧、小车置于水平木板面上，被压缩后的弹簧将小车弹出，这一过程中，弹簧的弹性势能转化为小车的___________能。实验表明，弹簧被压缩得越短，小车被弹开的距离越远，这说明，弹簧的弹性形变越大，弹性势能越___________。小车在水平木板上运动时，所受重力对小车___________（选填“做功”或“不做功”）。 思路分析：考点：弹性势能与动能转化；弹性势能影响因素；做功两个必要条件。 本题核心：弹性形变越大，弹性势能越大；做功需要同时满足：有力、沿力方向移动距离。 关键思路：弹簧恢复原状，弹性势能释放，转化为小车动能；弹簧压缩量越大（弹性形变越大），弹开小车越远，弹性势能越大；重力竖直向下，小车水平运动，无竖直方向位移，重力不做功。 做题技巧：判断做功两步：①是否受力；②物体是否在该力方向移动距离，缺一则不做功。 典例03．为探究物体动能的大小与哪些因素有关，某实验小组利用斜面、质量不同的小钢球、木块等器材进行了如图所示的实验： （1）实验中小钢球的动能的大小是通过___________来判断的； （2）实验中通过甲、乙两图可以得出结论：___________； （3）若在进行甲、丙两图实验时，两次实验中木块被推动的距离相近，为了改进实验，下列方法可行的是___________； A．换用一个质量较大的木板 B．换用表面更粗糙的木板 C．丙图中换用质量更大（如4m）的钢球 D．降低钢球滚下时的高度 （4）若用A、B两个质量不同的小球（）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，同一木块受到撞击后相应移动距离___________（选填“”、“”或“”）。 （5）如图戊所示，2个相同的小球以同样的速度v沿着与水平方向均成角斜向上抛出，a图中斜面光滑且足够长，b图中小球被直接抛向空中，不计空气阻力。在a、b两图中，小球能到达的最高点离地高度分别为和（图中未画出）。则___________（//）。 思路分析：考点：动能影响因素实验（控制变量 + 转换法）；弹性势能转化动能；机械能守恒、抛体最高点动能分析。 本题核心：转换法：木块滑行距离反映钢球动能；控制变量：同一高度下滑速度相同，同一钢球质量相同；弹簧压缩量相同→弹性势能相同，转化后小球总动能相等；机械能守恒：斜抛空中最高点仍有水平动能，斜面最高点动能完全转为重力势能。 关键思路：（1） 动能看不见，通过木块被推动距离长短判断，转换法； （2） 甲乙钢球质量相同，下滑高度不同（速度不同），高度高速度大，木块推得远，结论：质量一定，速度越大动能越大； （3） 甲丙速度相同、质量不同，木块移动距离接近，需拉大动能差距；增大丙钢球质量，动能差值变大，选 C； （4） 同一弹簧压缩程度相同，弹性势能相等，全部转化为小球动能，撞击木块做功相同，滑行距离相等，； （5） 机械能总量相等；a 斜面最高点速度为 0，全部动能变重力势能；b 空中最高点保留水平动能，重力势能更小，故。 做题技巧：动能实验固定逻辑：距离远近代表动能大小；弹簧形变相同，释放物体获得总动能相等，与小球质量无关；斜抛物体最高点不会完全静止，仍有水平动能，重力势能偏小。 六、基础过关精练 1．2025年，“盐城号”卫星为农业生产提供遥感服务。在发射加速上升的过程中，关于卫星的能量变化，下列说法正确的是（　　） A．动能减小，重力势能增大 B．动能增大，重力势能减小 C．机械能总量不变 D．机械能总量增大 2．如图所示，苹果从树上自由下落的过程中，苹果的（    ） A．动能增大 B．重力势能不变 C．重力势能增大 D．机械能增大 3．为探究动能大小的影响因素，利用如图的器材在同一水平面上开展了探究，下列分析正确的是（　　） A．该实验探究的是钢球的动能 B．甲、丙探究的是物体动能与速度的关系 C．若水平面光滑，实验效果更明显 D．甲、乙探究的是物体动能与质量的关系 4．下列过程中的能量转化，属于势能转化为动能的是（　　） A．加速上升的火箭 B．卫星向近地点运动 C．秋千向上摆动 D．水平推动魔罐 5．某地因战乱导致难民流离失所，物资紧缺。我国派出军用运输机空投军用物资，整个空投过程中，运输机始终保持水平匀速飞行。物资空投出舱后，运输机的动能___________，重力势能___________，机械能___________（均选填“变大”、“变小”或“不变”）。 6．如图（a）所示，展示了太行山脉某座山峰的立体图。图中的环状线是由海拔相同的相邻点所构成的闭合曲线，我们称之为“等高线”。将这些等高线投影到平面图上，如图（b）所示。 （1）若山坡表面光滑，某物体从山顶沿射线方向向下运动时，动能会_____（选填“变大”“变小”或“不变”）。 （2）若质量相等的两个物体分别处在山峰上的3号等高线的两处，则此时两物体的重力势能_____（选填“不相等”或“相等”）。 7．如图是小球在地面弹跳的频闪照片，A、B两点高度相同且距地面40cm，小球在A点的重力势能__________（选填“大于”、“小于”或“等于”）B点的重力势能，小球在A点的动能____（选填“大于”、“小于”或“等于”）B点的动能；小球与地面相撞时，小球的动能转化为小球的______能。 8．如图为“会跳的卡片”，实验时应把图中卡片（A/B）面朝下紧贴桌面，压平后迅速松手，卡片就会跳起来，由此说明了发生弹性形变的橡皮筋具有___________能。若把卡片上的豁口再剪深一些，重复刚才的实验，卡片跳起的高度会更___________（选填“高”或“低”）一些。 9．如图所示是某小组“探究物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，其中mA=mB<mC，hA=hC>hB。 （1）实验中，探究的动能是指__________（填序号）； A．小球在斜面上的动能 B．木块被小球撞击时的动能 C．小球撞击木块时的动能乙 （2）实验中，通过观察木块被小球撞击后________来判断小球的动能大小； （3）甲、丙两次实验，让质量不同的小球从斜面的同一高丙度滚下，目的是使两球到达水平面时有相同的_______； （4）对比________两次实验，可以研究物体的动能与速度的关系； （5）分析图甲和图丙，得到的实验结论：________相同时，物体_________越大，动能越大。 10．小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想： 猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关 猜想二：物体的重力势能与物体的下落高度有关 猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关 为此小夏设计了如图所示的实验： 用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验数据如下表： 实验序号 铅球代号 铅球质量/g 下落高度/m 陷入沙中的深度/m ① A 200 0.5 0.1 ② B 400 0.5 0.25 ③ C 200 1 0.2 ④ D 200 1 0.2 （1）本实验是通过观察________来判断重力势能大小的，这种研究问题的物理方法叫________（控制变量法/转换法/类比法）； （2）为验证猜想二，应比较________两球，得到的结论是：当物体质量相同时，________； （3）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙中深度相同，由此可以得出结论：物体的重力势能与物体的运动路径________（有关/无关）。 11．如图是投铅球时，铅球在空中运动的示意图，不计空气阻力，铅球的机械能E与时间t的大致关系图像。 12．如图所示，摆球从a位置由静止释放，先后经过b、c两个位置，请在摆球动能最大位置的圆圈内标上数字1，重力势能最大位置的圆圈内标上数字2。 13．阅读短文，回答问题： 小明在老师的指导下用小球和弹簧等器材进行了如下实验与探究（不考虑空气阻力）。让小球从某高度处由静止开始下落到竖直放置的轻弹簧上（如图甲），在刚接触轻弹簧的瞬间（如图乙），小球速度为5m/s。从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短（如图丙）的整个过程中，得到小球的速度v和弹簧缩短的长度Δx之间的关系如图丁所示，其中A为曲线的最高点，已知该轻弹簧每受到0.1N的压力就缩短1cm，并且轻弹簧在全过程中始终发生弹性形变。 （1）从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，小球下落速度的变化情况是______； A．一直变大 B．一直变小 C．不变 D．先变大后变小 （2）当弹簧的压缩量最大时，小球的速度为______，此时，小球处于______（平衡/非平衡）状态； （3）弹簧弹性势能的变化量______（大于/等于/小于）小球重力势能的变化量。 七、拔高培优专练 1．如图所示，小球从A点由静止释放，沿轨道先后经过B、C、D三点，到达右侧最高点E。已知B、D两点的高度相等，下列说法正确的是（　　） A．从A点运动到B点的过程中，小球的重力势能全部转化为动能 B．小球在B点的动能大于其在D点的动能 C．在C点时，小球动能为0 D．从A点运动到E点的过程中，小球机械能保持不变 2．如图甲所示是某球员传球后足球在空中飞行的一段运动轨迹，图乙是该足球落地后弹跳的过程。关于以上两过程下列说法正确的是（　　） A．图甲中足球从点移动至点的过程中，球员对球做了功 B．图甲中足球在点的动能大于点的动能 C．图乙中、两点为同一高度，点的机械能等于点的机械能 D．图乙中足球在从点移动至点过程中，足球的动能转化为重力势能 3．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 4．如图甲所示是被球拍击打的羽毛球在空中飞行的轨迹。下列说法正确的是（　　） A．上升过程羽毛球动能主要转化为重力势能 B．球在最高点时的速度为零 C．飞行过程中空气阻力可以忽略不计 D．羽毛球下落时姿态和图乙相同 5．蹦极运动简化后与下列情景相似：如图甲所示，弹性细绳的一端固定在O点，另一端系着一个小球，小球从O点释放后上下往复运动。由于空气阻力作用，最终会停在O点下方的某个位置。已知小球速度v与下落高度h的关系如图乙所示，细绳拉力F与下落高度h的关系如图丙所示。请根据图像解答下列问题。小球重力大小为________N，若不计空气阻力，求弹性细绳的最大弹性势能为________J。 6．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。 7．体育课上，质量为60kg的小华在1min内完成了15个标准“引体向上”，每次“引体向上”上升的高度均为40cm。小华做“引体向上”加速上升过程中，其机械能______（选填“增大”“不变”或“减小”）。小华做一次“引体向上”克服重力做的功为______J，1min内克服重力做功的功率为______W。（） 8．体育课上小明做引体向上，匀速向上拉升身体的过程中，小明的重力势能_________（填“变大”“变小”或“不变”）。小明体重为60kg，每次重心上升0.5m，则完成一次引体向上，拉力做功_________J。如果小明1min内完成10个引体向上，则他做功的功率是_________W（g取10N/kg）。 9．小伟猜想动能的大小可能与物体质量和运动速度有关，于是设计了如图所示的实验，让小球沿光滑斜面向下运动，木块在水平面上移动一段距离后静止。 （1）图甲是探究的动能与________的关系，得出的结论是：________； （2）小华发现，这个实验装置和研究“阻力对物体运动的影响”的实验装置很相似，只要去掉木块，实验表明小车受到的阻力越小，小车的速度减小得越________（选填“快”或“慢”）。实验中，小车在毛巾、木板表面整个滑行过程中克服阻力做功的功率分别是、，则________（选填“大于”“小于”或“等于”）； （3）小丽利用如图丙所示装置探究物体动能大小和哪些因素有关，小车刚开始处于B处（与弹簧接触但此时弹簧无形变）。用手推动小车压缩弹簧至A点后释放，小车在水平面上向右运动一段距离后停下，记录小车在木板上的运动距离，小车速度最大时位于________（选填“B点”，“B点左侧”或“B点右侧”），若第一次使小车压缩弹簧至A点后迅速松手，记录小车运动距离为；第二次在小车上放置两个钩码同样压缩弹簧至A点后撤去外力，记录小车运动的距离为。通过本实验，小丽________（选填“能”或“不能”）探究“动能大小与质量的关系”。 10．小亮在探究“物体的重力势能与哪些因素有关”时，选用下列实验器材：一块厚泡沫，三个相同的铁钉；三个质量分别为、、的铝块，且。他做了如下实验：首先控制铁钉插入泡沫的深度相同，分别将三个金属块由空中静止释放撞击铁钉，撞击后铁钉进入泡沫的深度如图所示。 （1）比较______两次实验的情况，说明高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大； （2）由于实验室器材数量有限，有一小组同学没有领到质量为的金属块，他们是否可以完成对（1）中结论的探究？______（选填“能”或“不能”）；若能，请说明操作；若不能，请说明理由：______； （3）本实验中，的质量比小，但初始高度比高，小亮认为没有做到控制变量，所以无法比较和的重力势能大小，你是否同意？______（选填“是”或“否”），请写出你的依据______。 11．如图是某同学参加学校组织的体育模拟测试中的一些场景。 （1）甲图是立定跳远分解图，同学在最高点时________（选填“有”或“没有”）动能； （2）在练习实心球时，投出的实心球在空中划出的弧线如图乙所示。以下过程中，同学对实心球做功的是（　　） A．用力将实心球抛出 B．实心球在空中飞行 C．实心球在地上滚动 D．实心球停在地上 （3）如图丙所示，同学1分钟内完成40个仰卧起坐，假设她的质量为40kg，每次身体的重心抬升45cm，则她在1分钟内仰卧起坐过程中的功率为________W。（g取10N/kg） 12．阅读短文，回答问题。 如图甲为水火箭制作项目化活动，在可乐瓶中装入适量的水，再用带有打气管的瓶塞将瓶口塞住，最后配置上火箭顶端的整流罩，将水火箭竖立于地面，利用打气筒通过打气管向瓶内打气，当瓶内压强足够大时，瓶塞脱落，瓶内的水向下喷出，水火箭向上飞起，水火箭整流罩是用来改善火箭飞行稳定性和减少空气阻力的装置。制作整流罩时，可以使用轻质材料如聚乙烯板或泡沫塑料，根据火箭形状设计合适的罩子形状，确保与火箭外形贴合。然后将整流罩固定在火箭顶部，使用胶水或胶带进行固定。整流罩的前端可以设计成锥形或圆锥形，以减少空气阻力。最后进行必要的测试和调整，确保整流罩能够提供良好的飞行稳定性和减少阻力的效果。 （1）瓶内的水向下喷出的同时火箭向上运动，这是因为____： （2）用打气筒向瓶内打足气，打开阀门，水从尾部的金属管向下排出，火箭竖直向上飞向空中。下列分析正确的是（　　） A．发射时，瓶内高压气体对水没有做功 B．下降过程中，火箭的机械能一直减小 C．上升过程中火箭的重力势能转化为动能 D．下降过程中，火箭的重力势能逐渐增大 （3）图乙是水火箭发射后的速度-时间图像， t1、t2、t3时刻中，火箭受到平衡力的时刻是____，最高点时刻是________。（速度负数表示运动方向相反） / 学科网（北京）股份有限公司 $