2.1-4功和机械能-动能和势能的相互转化-2026-2027学年九年级科学上册同步精讲精练（新教材，浙教版）

本讲义聚焦初中科学“动能和势能的相互转化”核心知识点，通过单摆、滚摆、小球轨道等实验探究重力势能与动能、弹性势能与动能的转化过程，归纳机械能守恒条件，结合撑杆跳高、水力发电等应用实例，构建从实验到理论再到应用的学习支架。 该资料以实验探究为特色，通过分析木球撞弹簧片等实验现象培养科学思维中的推理论证能力，结合“反向蹦极”“人造卫星”等实例强化科学观念应用。包含基础与强化训练，课中辅助教师引导学生构建知识体系，课后帮助学生通过题型训练和错题分析查漏补缺，提升自主学习能力。

第2章 能的转化与能量守恒 第1节 功和机械能 课时4 动能和势能的相互转化 ◆网络构建 ◆课本导学 动能和势能的相互转化 ◆解题突破 题型1 机械能及其转化 题型2 探究动能、势能大小的影响因素 ◆基础训练 考点1 动能和势能的转化及应用 考点2 机械能守恒 易错点 不能正确判断机械能是否守恒 ◆强化训练 动能和势能的转化 1.探究动能和重力势能的相互转化（教材第50页探索活动-常考） 单摆实验 滚摆实验 高处滚下的小球在轨道上运动实验 图示 现象 将小球拉至A点释放，小球加速摆向O点，然后摆向B点，速度越来越小，到B点速度为零，之后再经过O点回到A点，不断往复 因空气阻力，实际上不能回到A点 捻动滚摆的轴，使滚摆上升至一定高度后松开，滚摆开始旋转下降，转速越来越大，到最低点后，开始缠绕悬线上升，转速逐渐变小，最终再次上升到原来的高度，之后再次下降，不断重复 因空气阻力，滚摆实际上也不能回到原高度 将小球从A点释放，小球先加速滚动到B点，然后减速滚动到C点，再加速滚动到B点，最后减速滚动到D点 能量转化分析 下降阶段(、)：小球高度降低，重力势能减小，速度变大，动能增大，重力势能转化为动能； 上升阶段(、)：小球高度升高，重力势能增大，速度变小，动能减小，动能转化为重力势能 下降阶段：滚摆高度降低，重力势能减小，速度变大，动能增大，重力势能转化为动能； 上升阶段：滚摆高度升高，重力势能增大，速度变小，动能减小，动能转化为重力势能 下降阶段(、)：小球高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能； 上升阶段(、)：小球高度升高，重力势能增大，速度变小，动能减小，动能转化为重力势能 探究归纳 实验表明：物体的动能和重力势能可以相互转化 2.实验探究：动能和弹性势能的相互转化 ◆进行实验◆ 一个木球以一定速度撞到弹簧片上，分三步： ◆分析论证◆ 研究的过程 球的速度 球的动能 弹簧片的形变程度 弹簧片的弹性势能 能的转化 木球压弯弹簧片 不断减小，直至为零 不断减小，直至为零 由小变大 不断增大 动能转化为弹性势能 弹簧片把木球弹回 由零不断增大 由零不断增大 由大变小 不断减小，直至为零 弹性势能转化为动能 ◆探究归纳◆ 物体的动能和弹性势能可以相互转化 ◆教材<探索活动>见教材第51页 1.木块不会运动。 2.木块会向右运动。 3.木块会向右运动且运动距离比第2问中更远。 探索思考：探究动能、重力势能和弹性势能的相互转化 (1)B到O的过程中，弹性势能_____，重力势能和动能_____，_______能转化为_______ 能和_____能； (2)O到A的过程中，动能_____，重力势能和弹性势能_____，____能转化为_______ 能和_______能； (3)A到O的过程中，重力势能和弹性势能_____，动能_____，______能和_________能转化为____能。 (4) O到B过程中，弹性势能_____，球的重力势能和动能_____，_________能和 ____能转化为________能。 结论：(1)动能和势能的转化是相互的；(2)被转化的能量减少，转化成的能量增加；(3)能量还可以一个物体转移到另一个物体。 【例1】 (2026・杭州期中)“反向蹦极”(如图甲)是一项比蹦极更刺激的运动。如图乙所示，弹性轻绳的上端固定在点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连，打开扣环，人在点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经点上升到最高位置点，在点时速度最大。对此过程，下列说法正确的是（ ） 甲 乙 A.弹性绳的弹性势能在点时最大 B.到达点时，弹性绳处于原长位置 C.人从点到点的过程中，动能增加，重力势能增加 D.人从点到点的过程中，重力势能增加，动能一直减少 3.机械能守恒（重点） 飞行的飞机，因运动而具有动能，又处在一定高度，又具有重力势能。那么这两个能量加起来就是机械能。 (1)概念：动能和势能统称为机械能。物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量就保持不变，即机械能守恒。 若机械能转化成除动能和势能以外的能，机械能的总量会减少。 ◆教材<思考与讨论>见教材第50页 摆锤和滚摆在上升和下降时克服空气阻力都要消耗机械能，实际减少的机械能转化为其他形式的能，此时机械能不守恒。 (2)判断机械能如何变化（常考） ①当物体的机械能守恒时，动能和势能中一种形式的能减少，另一种形式的能必然增加。 示例(忽略空气阻力和摩擦导致的机械能损失，质量不变) 判断依据 能的转化 速度 高度 形变 滚摆上升时 减小 增大 动能转化为重力势能 过山车下降时 增大 减小 重力势能转化为动能 运动的小球压缩弹簧时 减小 增大 动能转化为弹性势能 弯弓射箭时 增大 减小 弹性势能转化为动能 ②物体受外力作用，机械能不守恒时，可先分析动能和势能的变化情况，再结合“机械能=动能+势能”来判断。 示例(质量不变) 动能变化 势能变化 机械能变化 水平路面上加速运动的小车 增大 不变 增大 水平路面上减速运动的小车 减小 不变 减小 匀速上升的热气球 不变 增大 增大 匀速下降的热气球 不变 减小 减小 斜面上减速下滑的滑块 减小 减小 减小 汽车加速冲上斜坡 增大 增大 增大 汽车匀速冲上斜坡 不变 增大 增大 【例2】如图所示，小球沿轨道从处运动到处的过程中，忽略空气阻力和摩擦，仅有动能和重力势能相互转化，则（ ） A.小球在处的动能等于在处的动能 B.小球在处的动能大于在处的动能 C.小球在处的机械能小于在处的机械能 D.小球在处的机械能等于在处的机械能 4.动能和势能转化的应用（常考） 名称 图示 过程解释 撑杆跳高 撑杆跳高运动员在起跳前进行一段助跑，获得大量的动能。 起跳后，他的身体不断上升，撑杆剧烈弯曲，动能转化为运动员的重力势能和撑杆的弹性势能。 当上升到一定高度时，撑杆的形变最大。 此后，弹性势能不断释放，促使运动员不断上升，同时重力势能不断增加。 当运动员越过横杆下落的过程中，他的重力势能又转化为动能。 水力发电 在水力发电站，被大坝拦住的上游水积蓄了大量的势能。 当这些水通过坝中的水管向低处流动时，势能转化为动能。 而流动的水冲击水轮机的叶轮，又将动能传递给水轮机，进而带动发电机发电，转化为电能。 ◆教材<思考与讨论>见教材第52页 如图所示，人造地球卫星围绕地球沿椭圆轨道运行的过程中，不受空气阻力，只有动能与势能相互转化，故卫星的机械能守恒。 近地点：离地球中心最近的一点，动能最大，势能最小（速度变大，高度降低，动能增大，势能减小） 远地点：离地球中心最远的一点，动能最小，势能最大（速度变小，高度增加，动能减小，势能增大） 【归纳总结】动能和势能可以相互转化，在转化或转移的过程中，系统内机械能总量不变。 （1）没有其它的能参与机械能的转化。 （2）转化过程中往往要克服摩擦做功使机械能减小并转化为内能(热能)。 （3）功是能量的转化和转移的量度，能量的转化和转移的过程实质就是做功的过程。【例3】如图所示，小球在A点由静止开始释放，向右侧摆动，B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆动到右侧的最高点，且A、C两点到B点的竖直距离hA＞hC。在小球从B点摆动到C点的过程中，下列说法正确的是（　 ） A．小球的运动状态保持不变 B．小球的机械能总量逐渐减小 C．绳的拉力对小球做了功 D．小球的动能全部转化为重力势能 【例4】如图所示是利用水能发电的示意图，请你思考并回答： (1)修建拦河大坝是为了增加水的________能。 (2)从水能利用的角度考虑，水轮机安装的位置应该靠近下游的原因是_______________。 (3)水力发电将_________能转化为________能。 解题突破 ◆题型1 机械能及其转化 【例1】（绍兴中考）如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在一压力传感器上，压力传感器是电阻阻值随所受压力的增大而减小的变阻器（压力不超过最大值），压力传感器、电流表、定值电阻和电源组成一电路。压力传感器不受力时电流表示数是。时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。整个过程中，不计能量损失，电流表示数随时间变化的图像如图乙所示，则（ ） A.时刻，小球的动能最小 B.时刻，弹簧的弹性势能最小 C.~这段时间内，弹簧的弹性势能先增加后减少 D.~这段时间内，小球增加的动能小于弹簧减少的弹性势能 【读图指导】0~：电流大小不变→电阻大小不变→弹簧未受力→小球还未接触弹簧→小球仍处于加速下降状态→小球动能仍在增大。 ~：电流不断增大→电阻不断减小→弹簧所受压力不断增大→小球接触弹簧后仍不断下降→小球动能先增大后减小，重力势能不断减小，弹簧弹性势能不断增大；时刻，小球动能与重力势能均最小，弹簧弹性势能最大。 ~：电流不断减小→电阻不断增大→弹簧所受压力不断减小→小球不断上升→小球动能先增大后减小，重力势能不断增大，弹簧弹性势能不断减小，即弹簧减少的弹性势能转化为小球的动能和重力势能。 ◆题型2 探究动能、势能大小的影响因素 考查1 探究动能大小的影响因素（高频） 【例2】如图为探究“物体动能的大小跟哪些因素有关”的实验装置。实验步骤如下： Ⅰ.让同一钢球从斜面上不同的高度处由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离。 Ⅱ.让不同质量的钢球从斜面上相同的高度处由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离。 回答下列问题： (1)步骤Ⅰ是为了研究动能大小与________的关系。 (2)步骤Ⅱ是为了研究动能大小与________的关系。 (3)该实验中斜面的作用是控制钢球_________的大小，木块的作用是比较钢球________的大小。 考查2 探究重力势能大小的影响因素 【例3】（舟山期末）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高度有关。 猜想三：物体的重力势能与物体运动的路径有关。 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四个铅球分别从距离水平沙面某高度处由静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端滑下，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动时的能量损失不计）。 实验数据如下表： 实验序号 铅球代号 铅球质量/kg 下落高度/m 陷入沙中的深度/m ① A 0.2 0.5 0.01 ② B 0.4 0.5 0.02 ③ C 0.2 1 0.02 ④ D 0.2 1 0.02 (1)本实验中，采用的研究问题的方法是____________。（写出一种方法即可） (2)本实验中，铅球的重力势能大小是通过___________来反映的。 (3)为验证猜想二，应比较____________（填实验序号），得到的结论是当物体的质量相同时，______________________________。 (4)比较③④，得到的结论是__________________________________________。 【审题技巧】分析表格中的数据，找出不同量和相同量，从而结合控制变量法分析归纳，得出影响重力势能大小的因素。 【方法点拨】在本探究实验中，需要探究可能影响重力势能的三个因素，应用到了控制变量法。 (1)当研究物体的重力势能与物体的质量的关系时，需要保持高度和运动路径相同，改变物体的质量； (2)当研究物体的重力势能与高度的关系时，需要保持物体的质量和运动路径相同，改变高度； (3)当研究物体的重力势能与运动路径的关系时，需要保持物体的质量和高度相同，改变运动路径。 考查3 探究弹性势能大小的影响因素 【例4】小科拿如图甲所示的装有弹簧的笔玩弹笔游戏，结果发现不同的笔弹起的高度不一样，他认为：笔弹起的高度与笔内弹簧的弹性势能的大小有关，那么弹簧弹性势能的大小又跟什么因素有关呢？ 猜想①：弹簧弹性势能的大小可能跟它的材料有关。 猜想②：弹簧弹性势能的大小可能跟它弹性形变的程度有关。 为了验证猜想，小科设计了如图乙所示的实验。 (1)在上面的实验中，他将用到____________和___________两种科学思想方法。 (2)为了验证猜想①，在操作时除了控制小球、木块、水平面等相同外，还需要控制_______________________相同。 (3)实验中可以用_______________________反映弹簧弹性势能的大小。 (4)在完成实验后，小科又用不同质量的小球在同一水平面上分别压缩同一根弹簧至相同位置后释放撞击位于水平面上同一位置的同一木块，得到木块移动的距离分别为和，忽略小球自身摩擦对实验的影响，则____________（选填“>”“<”或“=”）。 【方法点拨】探究弹性势能的大小与材料的关系时，应控制弹簧形变程度相同，即使用了控制变量法。将弹簧弹性势能的大小转化为木块被小球推开距离的远近，即使用了转换法。 考点1 动能和势能的转化及应用 1.（2025江苏常州期中）如图所示，将一支内有弹簧的圆珠笔尾向下按压，放手后笔会向上弹起一定高度。下列关于该过程中能量变化的叙述正确的是（ ） A.向下按的过程中，弹簧的弹性势能减小 B.向下按的过程中，笔的重力势能增大 C.笔向上弹起的过程中，笔的重力势能增大 D.笔向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能增大 2.（2026浙江温州质检）如图所示的情景中，重力势能转化为动能的是（ ） 考点2 机械能守恒 3.（2026浙江杭州质检）如图所示，将乒乓球置于装有适量水的杯子中，一起从甲处由静止释放，杯子落地后乒乓球弹起经过乙，继续向上运动，最后到达丙。乒乓球在乙点与在甲点时相比，说法正确的是（ ） A.动能减小，机械能不变 B.动能不变，机械能不变 C.动能增加，机械能增加 D.动能增加，机械能不变 【归纳总结】(1)动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大。 (2)重力势能大小的影响因素：质量、高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。 (3)机械能为动能和势能的总和。 4.（2025浙江宁波调研）运动员在奥运会跳水项目的完美表现引起国人关注。如图甲所示，①是运动员站在跳板上下压跳板至最低点时的情景，随后该运动员完成图乙中B过程中机械能变化的大致图像是（ ）的②③④动作。不考虑空气阻力，下列选项中能表示运动员从起跳到即将入水的 易错点 不能正确判断机械能是否守恒 5.（2026浙江杭州期中）2025年4月24日，神舟二十号载人飞船成功发射，三名航天员顺利进驻天和核心舱。关于神舟二十号飞船加速升空的过程中，下列说法正确的是（ ） A.动能增加，重力势能不变，机械能增加 B.动能增加，重力势能增加，机械能增加 C.动能不变，重力势能减小，机械能减小 D.动能减小，重力势能增加，机械能不变 1.（2026浙江绍兴模拟）图甲是同学们训练乒乓球用的发球机，乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，如图乙。若不计空气阻力，则下列说法正确的是a、b、c三个球的质量相等)（ ） 甲 乙 A.a球上升过程中，动能增大，重力势能减小 B.b球到达最高点时，重力势能最大，动能为0 C.a、b两球在最高点时机械能相等 D.三个球到达球案时速度的大小关系为 【关键点拨】现实生活中，由于存在各种摩擦，机械能通常是不守恒的。如果只有动能和势能的相互转化，则机械能守恒。 2.（2026浙江杭州期中）《清明上河图》生动描绘了北宋都城汴京(今河南开封)的城市面貌和当时社会各阶层人民的生活状况。《清明上河图》中荡秋千的场景如图所示，人在荡秋千时越荡越低，下列判断中正确的是（ ） A.运动到最高点时，人受到平衡力的作用 B.运动到最低点时，人的动能最大，惯性变大 C.运动到最高点时，绳突然断了，人将竖直下落 D.荡秋千的整个过程中，人的机械能保持不变 3.（2026浙江杭州期中）中间有孔的一木块套在光滑杆上，用手将该木块按压至距桌面处，如图甲。松手后，木块将竖直上升到最大高度H，如图乙。若忽略空气阻力，则下列说法不正确的是（ ） 甲 乙 A.木块接触弹簧后的下降过程中，木块的重力势能一直减小 B.木块接触弹簧后的下降过程中，弹簧的弹性势能增大 C.松手后木块上升的过程中，木块的重力势能一直增大 D.松手后木块上升的过程中，木块的动能先增大后减小，刚离开弹簧时动能最大 【关键点拨】从动能、重力势能、弹性势能的影响因素进行分析。动能的大小跟质量和速度有关；重力势能的大小跟质量和高度有关；弹性势能的大小跟弹性形变程度有关。 4.（2025浙江杭州期中）如图所示的“反向蹦极”运动，弹性绳的上端固定在O点，绳子自然下垂的位置在B、C之间的某点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连。打开扣环，人从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经B点时人受到的重力和弹力相等，最高能到达C点。不计绳重与空气阻力，下列说法正确的是（ ） A.由A到B，绳子弹性势能的减小量等于人动能的增加量 B.由A到C，在B点时人的动能最大 C.由B到C，人的动能转化为重力势能，人的机械能保持不变 D.由B到C，人的机械能一直在增加 5.（2025浙江温州模拟）滑板是深受青少年喜欢的一项体育运动。如图是U池和运动员姿势的简化示意图。运动员在A处由静止自由下滑，不计摩擦和空气阻力，仅依靠滑行过程中运动员姿势的自然(不用力)变化，最有可能滑到𝐶处的是(𝐴、𝐵等高)（ ） A. B. C. D. 15 / 15 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2章 能的转化与能量守恒 第1节 功和机械能 课时4 动能和势能的相互转化 ◆网络构建 ◆课本导学 动能和势能的相互转化 ◆解题突破 题型1 机械能及其转化 题型2 探究动能、势能大小的影响因素 ◆基础训练 考点1 动能和势能的转化及应用 考点2 机械能守恒 易错点 不能正确判断机械能是否守恒 ◆强化训练 动能和势能的转化 1.探究动能和重力势能的相互转化（教材第50页探索活动-常考） 单摆实验 滚摆实验 高处滚下的小球在轨道上运动实验 图示 现象 将小球拉至A点释放，小球加速摆向O点，然后摆向B点，速度越来越小，到B点速度为零，之后再经过O点回到A点，不断往复 因空气阻力，实际上不能回到A点 捻动滚摆的轴，使滚摆上升至一定高度后松开，滚摆开始旋转下降，转速越来越大，到最低点后，开始缠绕悬线上升，转速逐渐变小，最终再次上升到原来的高度，之后再次下降，不断重复 因空气阻力，滚摆实际上也不能回到原高度 将小球从A点释放，小球先加速滚动到B点，然后减速滚动到C点，再加速滚动到B点，最后减速滚动到D点 能量转化分析 下降阶段(、)：小球高度降低，重力势能减小，速度变大，动能增大，重力势能转化为动能； 上升阶段(、)：小球高度升高，重力势能增大，速度变小，动能减小，动能转化为重力势能 下降阶段：滚摆高度降低，重力势能减小，速度变大，动能增大，重力势能转化为动能； 上升阶段：滚摆高度升高，重力势能增大，速度变小，动能减小，动能转化为重力势能 下降阶段(、)：小球高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能； 上升阶段(、)：小球高度升高，重力势能增大，速度变小，动能减小，动能转化为重力势能 探究归纳 实验表明：物体的动能和重力势能可以相互转化 2.实验探究：动能和弹性势能的相互转化 ◆进行实验◆ 一个木球以一定速度撞到弹簧片上，分三步： ◆分析论证◆ 研究的过程 球的速度 球的动能 弹簧片的形变程度 弹簧片的弹性势能 能的转化 木球压弯弹簧片 不断减小，直至为零 不断减小，直至为零 由小变大 不断增大 动能转化为弹性势能 弹簧片把木球弹回 由零不断增大 由零不断增大 由大变小 不断减小，直至为零 弹性势能转化为动能 ◆探究归纳◆ 物体的动能和弹性势能可以相互转化 ◆教材<探索活动>见教材第51页 1.木块不会运动。 2.木块会向右运动。 3.木块会向右运动且运动距离比第2问中更远。 探索思考：探究动能、重力势能和弹性势能的相互转化 (1)B到O的过程中，弹性势能_____，重力势能和动能_____，_______能转化为_______ 能和_____能； (2)O到A的过程中，动能_____，重力势能和弹性势能_____，____能转化为_______ 能和_______能； (3)A到O的过程中，重力势能和弹性势能_____，动能_____，______能和_________能转化为____能。 (4) O到B过程中，弹性势能_____，球的重力势能和动能_____，_________能和 ____能转化为________能。 提示：（1）减小 增大 弹性势 重力势 动 （2）减小 增大 动 重力势 弹性势 （3）减小 增大 重力势 弹性势 动 （4）增大 减小 重力势 动 弹性势 结论：(1)动能和势能的转化是相互的；(2)被转化的能量减少，转化成的能量增加；(3)能量还可以一个物体转移到另一个物体。 【例1】 (2026・杭州期中)“反向蹦极”(如图甲)是一项比蹦极更刺激的运动。如图乙所示，弹性轻绳的上端固定在点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连，打开扣环，人在点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经点上升到最高位置点，在点时速度最大。对此过程，下列说法正确的是（ ） 甲 乙 A.弹性绳的弹性势能在点时最大 B.到达点时，弹性绳处于原长位置 C.人从点到点的过程中，动能增加，重力势能增加 D.人从点到点的过程中，重力势能增加，动能一直减少 【答案】C 【解析】A(×)弹性绳在点时弹性形变最大，故弹性绳的弹性势能在点时最大；B(×)人在点时速度最大，此时弹力和重力相等，说明点时弹性绳有形变，不是原长位置；C(√)从点到点的过程中，人的质量不变，高度增大，速度逐渐变大，故重力势能增加，动能增加；D(×)人从点到点的过程中，人的质量不变，高度增大，重力势能增加，段速度逐渐变大，动能逐渐增加，段速度逐渐变小，动能逐渐减少。 3.机械能守恒（重点） 飞行的飞机，因运动而具有动能，又处在一定高度，又具有重力势能。那么这两个能量加起来就是机械能。 (1)概念：动能和势能统称为机械能。物体的动能和势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量就保持不变，即机械能守恒。 若机械能转化成除动能和势能以外的能，机械能的总量会减少。 ◆教材<思考与讨论>见教材第50页 摆锤和滚摆在上升和下降时克服空气阻力都要消耗机械能，实际减少的机械能转化为其他形式的能，此时机械能不守恒。 (2)判断机械能如何变化（常考） ①当物体的机械能守恒时，动能和势能中一种形式的能减少，另一种形式的能必然增加。 示例(忽略空气阻力和摩擦导致的机械能损失，质量不变) 判断依据 能的转化 速度 高度 形变 滚摆上升时 减小 增大 动能转化为重力势能 过山车下降时 增大 减小 重力势能转化为动能 运动的小球压缩弹簧时 减小 增大 动能转化为弹性势能 弯弓射箭时 增大 减小 弹性势能转化为动能 ②物体受外力作用，机械能不守恒时，可先分析动能和势能的变化情况，再结合“机械能=动能+势能”来判断。 示例(质量不变) 动能变化 势能变化 机械能变化 水平路面上加速运动的小车 增大 不变 增大 水平路面上减速运动的小车 减小 不变 减小 匀速上升的热气球 不变 增大 增大 匀速下降的热气球 不变 减小 减小 斜面上减速下滑的滑块 减小 减小 减小 汽车加速冲上斜坡 增大 增大 增大 汽车匀速冲上斜坡 不变 增大 增大 【例2】如图所示，小球沿轨道从处运动到处的过程中，忽略空气阻力和摩擦，仅有动能和重力势能相互转化，则（ ） A.小球在处的动能等于在处的动能 B.小球在处的动能大于在处的动能 C.小球在处的机械能小于在处的机械能 D.小球在处的机械能等于在处的机械能 【答案】D 【解析】忽略空气阻力和摩擦，小球运动过程中仅有动能和重力势能相互转化，机械能守恒，故C错误，D正确。通过比较小球所处的高度可以分析重力势能和动能的大小。小球在处时高度最高，重力势能最大，动能最小，小球在处时高度最低，重力势能最小，动能最大，故A、B错误。 4.动能和势能转化的应用（常考） 名称 图示 过程解释 撑杆跳高 撑杆跳高运动员在起跳前进行一段助跑，获得大量的动能。 起跳后，他的身体不断上升，撑杆剧烈弯曲，动能转化为运动员的重力势能和撑杆的弹性势能。 当上升到一定高度时，撑杆的形变最大。 此后，弹性势能不断释放，促使运动员不断上升，同时重力势能不断增加。 当运动员越过横杆下落的过程中，他的重力势能又转化为动能。 水力发电 在水力发电站，被大坝拦住的上游水积蓄了大量的势能。 当这些水通过坝中的水管向低处流动时，势能转化为动能。 而流动的水冲击水轮机的叶轮，又将动能传递给水轮机，进而带动发电机发电，转化为电能。 ◆教材<思考与讨论>见教材第52页 如图所示，人造地球卫星围绕地球沿椭圆轨道运行的过程中，不受空气阻力，只有动能与势能相互转化，故卫星的机械能守恒。 近地点：离地球中心最近的一点，动能最大，势能最小（速度变大，高度降低，动能增大，势能减小） 远地点：离地球中心最远的一点，动能最小，势能最大（速度变小，高度增加，动能减小，势能增大） 【归纳总结】动能和势能可以相互转化，在转化或转移的过程中，系统内机械能总量不变。 （1）没有其它的能参与机械能的转化。 （2）转化过程中往往要克服摩擦做功使机械能减小并转化为内能(热能)。 （3）功是能量的转化和转移的量度，能量的转化和转移的过程实质就是做功的过程。 【例3】如图所示，小球在A点由静止开始释放，向右侧摆动，B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆动到右侧的最高点，且A、C两点到B点的竖直距离hA＞hC。在小球从B点摆动到C点的过程中，下列说法正确的是（　 ） A．小球的运动状态保持不变 B．小球的机械能总量逐渐减小 C．绳的拉力对小球做了功 D．小球的动能全部转化为重力势能 【答案】B 【解析】小球在整个运动过程中，运动状态在改变，故A错；机械能包括小球的动能和重力势能，因为受到空气阻力作用，小球的机械能总量逐渐减小，故B正确；绳子的拉力和小球运动方向垂直，拉力不做功，故C错误；小球运动过程中，动能有一部分转化为重力势能，有一部分克服空气阻力做功，故D错。 【例4】如图所示是利用水能发电的示意图，请你思考并回答： (1)修建拦河大坝是为了增加水的________能。 (2)从水能利用的角度考虑，水轮机安装的位置应该靠近下游的原因是_______________。 (3)水力发电将_________能转化为________能。 【答案】(1)重力势 (2)水位差较大，转化成的电能更多 (3)机械 电 【解析】(1)修建拦河大坝，是为了提高水位，这样水的高度增大，水的重力势能增大。(2)从水能利用的角度考虑，水位差越大，水的重力势能越大，能推动水轮机做的功越多，转化成的电能就越多。 解题突破 ◆题型1 机械能及其转化 【例1】（绍兴中考）如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在一压力传感器上，压力传感器是电阻阻值随所受压力的增大而减小的变阻器（压力不超过最大值），压力传感器、电流表、定值电阻和电源组成一电路。压力传感器不受力时电流表示数是。时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。整个过程中，不计能量损失，电流表示数随时间变化的图像如图乙所示，则（ ） A.时刻，小球的动能最小 B.时刻，弹簧的弹性势能最小 C.~这段时间内，弹簧的弹性势能先增加后减少 D.~这段时间内，小球增加的动能小于弹簧减少的弹性势能 【读图指导】0~：电流大小不变→电阻大小不变→弹簧未受力→小球还未接触弹簧→小球仍处于加速下降状态→小球动能仍在增大。 ~：电流不断增大→电阻不断减小→弹簧所受压力不断增大→小球接触弹簧后仍不断下降→小球动能先增大后减小，重力势能不断减小，弹簧弹性势能不断增大；时刻，小球动能与重力势能均最小，弹簧弹性势能最大。 ~：电流不断减小→电阻不断增大→弹簧所受压力不断减小→小球不断上升→小球动能先增大后减小，重力势能不断增大，弹簧弹性势能不断减小，即弹簧减少的弹性势能转化为小球的动能和重力势能。 【答案】D 【解析】时刻，电流表示数恰好为，表示压力传感器不受力，小球刚落到弹簧上，小球只受到重力，阶段速度先增大后减小，因此动能先增大后减小，A错误；时刻，电流表示数最大，表示压力传感器的电阻阻值最小，表明压力传感器受到的压力最大，说明此时小球把弹簧压缩到最低点，弹簧的弹性形变程度最大，弹性势能最大，B错误；这段时间内，电流表示数变小，表示压力传感器的电阻阻值增大，表明压力传感器受到的压力减小，说明此段时间内弹簧把小球弹起，弹簧的弹性势能一直减小，弹性势能转化成小球的动能和重力势能，因此小球增加的动能小于弹簧减少的弹性势能，C错误，D正确。 ◆题型2 探究动能、势能大小的影响因素 考查1 探究动能大小的影响因素（高频） 【例2】如图为探究“物体动能的大小跟哪些因素有关”的实验装置。实验步骤如下： Ⅰ.让同一钢球从斜面上不同的高度处由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离。 Ⅱ.让不同质量的钢球从斜面上相同的高度处由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离。 回答下列问题： (1)步骤Ⅰ是为了研究动能大小与________的关系。 (2)步骤Ⅱ是为了研究动能大小与________的关系。 (3)该实验中斜面的作用是控制钢球_________的大小，木块的作用是比较钢球________的大小。 【答案】(1)速度 (2)质量 (3)速度 动能 【解析】(1)让同一钢球从斜面不同的高度处由静止滚下，控制了钢球的质量不变，改变了钢球到达水平面的速度，因此探究的是动能大小与速度的关系。(2)让不同质量的钢球从斜面相同的高度处由静止滚下，控制了钢球到达水平面的速度不变，改变了钢球的质量，因此探究的是动能大小与质量的关系。(3)该实验中斜面的作用是控制钢球滚到水平面的速度大小，通过钢球推动木块运动的距离来比较钢球动能的大小，这里采用了转换法的思想。 考查2 探究重力势能大小的影响因素 【例3】（舟山期末）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高度有关。 猜想三：物体的重力势能与物体运动的路径有关。 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四个铅球分别从距离水平沙面某高度处由静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端滑下，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动时的能量损失不计）。 实验数据如下表： 实验序号 铅球代号 铅球质量/kg 下落高度/m 陷入沙中的深度/m ① A 0.2 0.5 0.01 ② B 0.4 0.5 0.02 ③ C 0.2 1 0.02 ④ D 0.2 1 0.02 (1)本实验中，采用的研究问题的方法是____________。（写出一种方法即可） (2)本实验中，铅球的重力势能大小是通过___________来反映的。 (3)为验证猜想二，应比较____________（填实验序号），得到的结论是当物体的质量相同时，______________________________。 (4)比较③④，得到的结论是__________________________________________。 【审题技巧】分析表格中的数据，找出不同量和相同量，从而结合控制变量法分析归纳，得出影响重力势能大小的因素。 【答案】(1)控制变量法（或转换法）(2)铅球陷入沙中的深度(3)①③物体所处的高度越高，重力势能越大(4)物体的重力势能与物体运动的路径无关 【解析】(1)该实验中用到了控制变量法，分别研究重力势能与高度、质量、运动路径的关系，另外通过铅球陷入沙中的深度来反映重力势能的大小，利用了转换法。(4)③④两实验中C、D两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，发现两球陷入沙中的深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。 【方法点拨】在本探究实验中，需要探究可能影响重力势能的三个因素，应用到了控制变量法。 (1)当研究物体的重力势能与物体的质量的关系时，需要保持高度和运动路径相同，改变物体的质量； (2)当研究物体的重力势能与高度的关系时，需要保持物体的质量和运动路径相同，改变高度； (3)当研究物体的重力势能与运动路径的关系时，需要保持物体的质量和高度相同，改变运动路径。 考查3 探究弹性势能大小的影响因素 【例4】小科拿如图甲所示的装有弹簧的笔玩弹笔游戏，结果发现不同的笔弹起的高度不一样，他认为：笔弹起的高度与笔内弹簧的弹性势能的大小有关，那么弹簧弹性势能的大小又跟什么因素有关呢？ 猜想①：弹簧弹性势能的大小可能跟它的材料有关。 猜想②：弹簧弹性势能的大小可能跟它弹性形变的程度有关。 为了验证猜想，小科设计了如图乙所示的实验。 (1)在上面的实验中，他将用到____________和___________两种科学思想方法。 (2)为了验证猜想①，在操作时除了控制小球、木块、水平面等相同外，还需要控制_______________________相同。 (3)实验中可以用_______________________反映弹簧弹性势能的大小。 (4)在完成实验后，小科又用不同质量的小球在同一水平面上分别压缩同一根弹簧至相同位置后释放撞击位于水平面上同一位置的同一木块，得到木块移动的距离分别为和，忽略小球自身摩擦对实验的影响，则____________（选填“>”“<”或“=”）。 【答案】(1)控制变量法 转换法 (2)弹簧形变程度 (3)木块被小球推开的距离远近 (4) 【方法点拨】探究弹性势能的大小与材料的关系时，应控制弹簧形变程度相同，即使用了控制变量法。将弹簧弹性势能的大小转化为木块被小球推开距离的远近，即使用了转换法。 考点1 动能和势能的转化及应用 1.（2025江苏常州期中）如图所示，将一支内有弹簧的圆珠笔尾向下按压，放手后笔会向上弹起一定高度。下列关于该过程中能量变化的叙述正确的是（ ） A.向下按的过程中，弹簧的弹性势能减小 B.向下按的过程中，笔的重力势能增大 C.笔向上弹起的过程中，笔的重力势能增大 D.笔向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能增大 【答案】C 【解析】向下按的过程中，弹簧的弹性形变程度变大，弹簧具有的弹性势能变大，故A错误；由于重力势能与质量、高度有关，向下按的过程中，笔的高度减小，质量不变，所以其重力势能减小，故B错误；笔向上弹起的过程中，笔的质量不变，高度增加，笔的重力势能增大，故C正确；笔向上弹起的过程中，弹簧的弹性形变程度变小，所以弹簧的弹性势能变小，故D错误。故选C。 2.（2026浙江温州质检）如图所示的情景中，重力势能转化为动能的是（ ） 【答案】D 【解析】将弓拉弯时，弓形状发生改变，具有弹性势能，松手后，箭射出，弓的弹性势能转化为箭的动能，A不符合题意；蹦床运动员离开蹦床后上升的过程中，质量不变，速度减小，动能减小，同时高度增加，重力势能增加，动能转化为重力势能，B不符合题意；杠铃被举起的过程中，杠铃的高度增加，重力势能增大，所以不是重力势能转化为动能，C不符合题意；撑竿跳高运动员越过横杆下落过程中，高度降低，速度增加，质量不变，重力势能变小，动能变大，重力势能转化为动能，D符合题意。故选D。 考点2 机械能守恒 3.（2026浙江杭州质检）如图所示，将乒乓球置于装有适量水的杯子中，一起从甲处由静止释放，杯子落地后乒乓球弹起经过乙，继续向上运动，最后到达丙。乒乓球在乙点与在甲点时相比，说法正确的是（ ） A.动能减小，机械能不变 B.动能不变，机械能不变 C.动能增加，机械能增加 D.动能增加，机械能不变 【答案】C 【解析】乒乓球在甲点时速度为0，在乙点时速度不为0，乒乓球在乙点时与在甲点时相比，质量不变，速度变大，高度不变，动能变大，重力势能不变；机械能=动能+势能，故乒乓球的机械能变大。故选C。 【归纳总结】(1)动能大小的影响因素：质量、速度。质量越大，速度越大，动能越大。 (2)重力势能大小的影响因素：质量、高度。质量越大，高度越高，重力势能越大。 (3)机械能为动能和势能的总和。 4.（2025浙江宁波调研）运动员在奥运会跳水项目的完美表现引起国人关注。如图甲所示，①是运动员站在跳板上下压跳板至最低点时的情景，随后该运动员完成图乙中B过程中机械能变化的大致图像是（ ）的②③④动作。不考虑空气阻力，下列选项中能表示运动员从起跳到即将入水的 【答案】B 【解析】题图甲是运动员站在跳板上下压跳板至最低点时的情景，此时运动员的机械能最小，从①到②的过程中，跳板的弹性势能会转化为运动员的动能和重力势能，所以此过程中运动员的机械能增大。从②一直到④的过程中，不计空气阻力，运动员的机械能守恒，也就是运动员的机械能保持不变，故B符合题意，A、C、D不符合题意。 易错点 不能正确判断机械能是否守恒 5.（2026浙江杭州期中）2025年4月24日，神舟二十号载人飞船成功发射，三名航天员顺利进驻天和核心舱。关于神舟二十号飞船加速升空的过程中，下列说法正确的是（ ） A.动能增加，重力势能不变，机械能增加 B.动能增加，重力势能增加，机械能增加 C.动能不变，重力势能减小，机械能减小 D.动能减小，重力势能增加，机械能不变 【答案】B 【解析】飞船加速升空时，质量不变，速度增大，所以动能增加；高度升高，所以重力势能增加。机械能等于动能与势能之和，因此机械能增加，故B正确。故选B。 1.（2026浙江绍兴模拟）图甲是同学们训练乒乓球用的发球机，乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，如图乙。若不计空气阻力，则下列说法正确的是a、b、c三个球的质量相等)（ ） 甲 乙 A.a球上升过程中，动能增大，重力势能减小 B.b球到达最高点时，重力势能最大，动能为0 C.a、b两球在最高点时机械能相等 D.三个球到达球案时速度的大小关系为 【答案】C 【解析】a球上升过程中，质量不变，速度变小，高度增加，动能减小，重力势能增大，A错误；b球到达最高点时，速度不为0，动能也不为0，B错误；乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、C三个球，刚发出时三个球的机械能是相同的，不计空气阻力，三个球的机械能守恒，a、b两球在最高点时的机械能相等，三个球到达球案时的机械能也相同，由于此时高度相同，重力势能相同，机械能=动能+势能，故三个球的动能也相同，三个球质量相等，则到达球案时的速度也相同，C正确，D错误。 【关键点拨】现实生活中，由于存在各种摩擦，机械能通常是不守恒的。如果只有动能和势能的相互转化，则机械能守恒。 2.（2026浙江杭州期中）《清明上河图》生动描绘了北宋都城汴京(今河南开封)的城市面貌和当时社会各阶层人民的生活状况。《清明上河图》中荡秋千的场景如图所示，人在荡秋千时越荡越低，下列判断中正确的是（ ） A.运动到最高点时，人受到平衡力的作用 B.运动到最低点时，人的动能最大，惯性变大 C.运动到最高点时，绳突然断了，人将竖直下落 D.荡秋千的整个过程中，人的机械能保持不变 【答案】C 【解析】运动到最高点时，人受重力和支持力作用，这两个力不在同一直线上，所以人受到的不是平衡力，故A错误；运动到最低点时，人的质量不变，高度最低，速度最大，动能最大，此时人的质量不变，惯性大小不变，故B错误；运动到最高点时，人的速度为零，如果绳突然断裂，人在重力的作用下，将竖直下落，故C正确；在荡秋千的整个过程中，由于存在阻力，人的机械能变小，故D错误。故选C。 3.（2026浙江杭州期中）中间有孔的一木块套在光滑杆上，用手将该木块按压至距桌面处，如图甲。松手后，木块将竖直上升到最大高度H，如图乙。若忽略空气阻力，则下列说法不正确的是（ ） 甲 乙 A.木块接触弹簧后的下降过程中，木块的重力势能一直减小 B.木块接触弹簧后的下降过程中，弹簧的弹性势能增大 C.松手后木块上升的过程中，木块的重力势能一直增大 D.松手后木块上升的过程中，木块的动能先增大后减小，刚离开弹簧时动能最大 【答案】D 【解析】下降过程中，木块的质量保持不变，高度不断减小，重力势能不断减小，故A正确；木块在下降过程中，由于木块压缩弹簧，使弹簧的弹性形变程度越来越大，所以弹簧的弹性势能不断增大，故B正确；上升过程中，木块的质量保持不变，高度不断增加，重力势能不断增加，故C正确；上升过程中，木块的重力小于弹力时，木块向上做加速运动，弹簧对木块的弹力逐渐变小，木块在上升到某一位置时(在木块离开弹簧前)，木块受到的弹力等于重力，此时木块的速度最大，动能最大，过这一位置后，弹簧弹力小于重力，木块向上做减速运动，离开弹簧后，木块向上做减速运动，动能减小，所以木块的速度先增大后减小，动能先增大后减小，故D错误。故选D。 【关键点拨】从动能、重力势能、弹性势能的影响因素进行分析。动能的大小跟质量和速度有关；重力势能的大小跟质量和高度有关；弹性势能的大小跟弹性形变程度有关。 4.（2025浙江杭州期中）如图所示的“反向蹦极”运动，弹性绳的上端固定在O点，绳子自然下垂的位置在B、C之间的某点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连。打开扣环，人从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经B点时人受到的重力和弹力相等，最高能到达C点。不计绳重与空气阻力，下列说法正确的是（ ） A.由A到B，绳子弹性势能的减小量等于人动能的增加量 B.由A到C，在B点时人的动能最大 C.由B到C，人的动能转化为重力势能，人的机械能保持不变 D.由B到C，人的机械能一直在增加 【答案】B 【解析】由A到B，绳子的弹性势能转化为人的动能和重力势能，所以弹性势能的减小量大于人动能的增加量，故A错误。打开扣环后，人在A点受弹力和重力的作用，此时弹性绳的弹性形变最大，对人的弹力最大，人受到的弹力大于重力，合力方向竖直向上，人向上加速；在A到B的过程中，弹性绳的弹性形变逐渐减小，对人的弹力逐渐减小，在B点时弹性绳对人的弹力与人受到的重力大小相等，合力为零，则B点时人的动能最大，故B正确。不计绳重与空气阻力，则人和弹性绳整体的机械能守恒，由题知，绳子自然下垂的位置在B、C之间的某点，设绳子自然下垂的位置为B、C之间的D点，由B到D，绳子的弹性形变程度减小，其弹性势能减小，则此过程中人的机械能增大；由D到C，绳子没有发生弹性形变，绳子对人没有弹力的作用，则此过程中人的机械能不变，所以由B到C，人的机械能先增加后不变，故C、D错误。故选B。 5.（2025浙江温州模拟）滑板是深受青少年喜欢的一项体育运动。如图是U池和运动员姿势的简化示意图。运动员在A处由静止自由下滑，不计摩擦和空气阻力，仅依靠滑行过程中运动员姿势的自然(不用力)变化，最有可能滑到𝐶处的是(𝐴、𝐵等高)（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】不计摩擦和空气阻力，则运动员在整个过程中机械能守恒，如果运动员站立着从A由静止开始滑行，到达U池另一侧相同高度位置B处时，若在B处站立着，因为运动员在B处的重力势能等于在A处的重力势能，所以在B处，运动员的动能为零，所以运动员不会继续向前滑行，就不能到达C处；若在B处全蹲着，因为运动员在B处的重力势能小于在A处的重力势能，所以在B处，运动员的动能不为零，所以运动员会继续向前滑行，可能会到达C处，故A错误，B正确。若运动员全蹲着从A处由静止开始滑行，到达U池另一侧相同高度B处时，如果是站着或者半蹲着，则运动员在B处的重力势能大于在A处的重力势能，不符合机械能守恒定律，故C、D错误。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $