10.4 机械能转化及其应用 （举一反三·讲义）物理新教材沪科版八年级全一册

10.4 机械能转化及其应用 【新教材沪科版】 【知识框架+知识精讲（2个知识归纳+2个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 情景导入 你喜欢荡秋千吗？当秋千荡到最高点 时，即使你坐在秋千上不动，秋千也会从最高点荡到最低点，然后从最低点向上荡。荡 秋千过程中，动能和势能是如何转化的？动能和势能在生产生活中有哪些应用？本节我们学习相关内容。 知识归纳 【知识点1 机械能的相互转化】 物体有时既具有动能又具有势能。例如，空中飞行的飞机具有动能，还具有重力势能。这时把飞机的动能与重力势能统称为飞机的机械能，或者说飞机的动能与重力势能之和，就是飞机的机械能。 1. 机械能的定义：动能和势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能 （mechanical energy）。 （1）机械能的单位：焦耳（J） （2）说明：一个物体可以既有动能，又有势能，也可以只具有动能或只具有势能。 （3）对机械能的理解： 1）机械能是与物体机械运动紧密相关的能量。 2）一个物体可以既有动能，又有势能。 3）一个物体具有机械能时，可以表现为只有动能，没有势能；也可以表现为只有势能，没有动能。 4）物体的机械能等于它的动能和势能（重力势能和弹性势能）之和。 2. 探究动能和势能是怎样转化的。【做中学】 实验一：单摆摆动实验 如图所示，将偏离了一定角度的摆球由静止释放，观察摆球速度随高度的变化情况，你可得出什么结论？ 从实验可知，摆球下降的过程中，重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。摆球上升的过程中，动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能。我们还发现，摆球每次上升的高度都比前一次要低一些，这说明摆球的机械能减少了一些，这是由于受到空气阻力等因素影响，摆球的部分机械能转化为其他形式的能量了。 实验二： 滚摆实验 滚摆在上升过程中，它的动能和势能如何变化？减小的能去哪里了？增加的能又从哪来？能量是否能从一种形式转化为另一种形式呢？ 分析：滚摆在上升阶段，高度升高，重力势能增大，速度减小，动能减小，动能转化为重力势能； 滚摆在下降阶段，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。 滚摆为什么不能回到原来的高度？ 是因为受到空气的阻力作用。 实验三： 钢球撞击弹簧实验 如图，当钢球从高处滚下来，撞到弹簧上后会发生什么现象？这些过程中弹簧的能量是如何转化的？ 表明：动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。 结论：物体的动能和势能是可以相互转化的。如果只有动能和势能相互转化，则机械能的总和不变，即机械能是守恒的。 【重要诠释1】分析能量变化思路 ①判断动能如何变化：找题干关键词——“匀速”、“加速”或“减速” ②判断重力势能如何变化：找题干关键词——“上升”、“水平运动”或“下落” ③判断机械能如何变化： 机械能=动能+势能，当动能和重力势能一增一减时，机械能无法判断，看下列两种情况而定。 a.看题干中是否有“光滑”（地面上）、“不计空气阻力”（空中）等字眼，若有，则机械能不变。 b.若没有，则机械能变小，有一部分机械能转化为内能。 【重要诠释2】对机械能守恒的理解 （1）机械能守恒定律∶如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 （2）机械能守恒的条件∶机械能守恒是有条件的，只有动能和势能相互转化时，或者说只有重力和弹力做功时，机械能才守恒。 （3）机械能不守恒的情况 ①受到阻力作用的物体机械能不守恒。如果运动的物体受到摩擦或空气阻力，机械能就会转化为其他形式的能，从而使机械能逐渐减小，不再守恒。如落地的篮球越跳越低，最终静止在地面上，机械能逐渐减小。 ②有重力或弹力以外的力对物体做功时，机械能不守恒。 【例1】（2026湖北武汉）一小球从点被水平抛出，若小球每次与地面碰撞都会损失一部分机械能，不计空气阻力，则小球经过多次弹跳后停在水平地面，部分运动轨迹如图所示，下列说法正确的是（ ） A. 小球在点的机械能大于在点的机械能 B. 小球在点的动能可能等于在点的动能 C. 从点到点，小球的动能先减小后增大，机械能不变 D. 从点到点，小球的动能和重力势能均先减小后增大 【答案】C 【解析】A．小球从点到点，不计空气阻力，只有重力做功，机械能守恒，两点机械能相等，故A错误； B．小球与地面碰撞损失机械能，且点在第一次碰撞前，点在第一次碰撞后，点机械能大于点机械能；由图可知，点重力势能小于点重力势能，故小球在点的动能一定大于在点的动能，故B错误； C．从点到点，小球先上升后下降，速度先减小后增大，动能先减小后增大；此过程不计空气阻力，机械能守恒，故C正确； D．从点到点，小球先下落后上升，高度先减小后增大，重力势能先减小后增大；下落过程速度增大，动能增大，碰撞后上升过程速度减小，动能减小，故动能先增大后减小，故D错误。 故选C。 【变式1-1】如图所示，从A点沿水平桌面自由滚落的小球运动轨迹如虚线所示，C、F两处等高，D为球与水平地面的接触点，不计空气阻力，下列说法不正确的是（　　） A. 小球在C点的机械能等于在F点的机械能 B. 小球在C点的动能大于在F点的动能 C. 小球从E点到F点的过程中，机械能不变 D. 小球从D点离开地面到达E点的过程中，动能转化为重力势能 【变式1-2】如图所示，运动员在进行蹦床比赛，他离开蹦床向上运动到最高点又落回蹦床直到最低点的过程，不计空气阻力，下列说法中正确的是（　　） A. 离开蹦床上升过程中，运动员的重力势能转化为动能 B. 上升到最高点时，运动员所受合力为零，动能为零 C. 下降过程中，运动员减小的重力势能全部转化为他增加的动能 D. 下降过程中，运动员所受重力做功快慢先增大后减小 【变式1-3】人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，如图所示，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。已知卫星在运行过程中机械能保持不变，当卫星从远地点向近地点运动过程中，势能___________，速度___________。（均选填“增大”或“减小”） 【知识点2 机械能的应用】 1.水能 （1）概述：水能属于自然界中具有大量机械能的天然资源，自然界中的瀑布、潮汐、河流都具有大量的水能。 （2）特点：无污染、蕴藏量大、可循环利用。 （3）利用： ①早期：人们利用水车来汲水，磨粉、碾谷等。 ②到18世纪，人们利用大功率水车来带动纺织机械、冶金、鼓风机工作。 ③近代，利用水力带动水能发动机发电。 水的重力势能转化成动能，通过水轮机带动发电机发电，可以将水的机械能转化为电能，再通过输电线送到用电地区。 2.风能 （1）概述：风是流动的空气，由于不同地区、不同时刻、不同高度的空气温度不同，压强也不同，空气就会流动起来，形成风。 （2）特点：资源丰富、无污染、不稳定、不便于储存。 （3）应用 ①利用风能来驱动帆船航行； ②利用风能来推动风车做功； ③利用风能来发电。 【警示】杜绝高空抛物，倡导文明生活。 从 2021 年 3 月 1 日起最新刑法修正案生效，规定了高空抛物罪及量刑条款。 根据重力势能等相关物理知识，结合人体结构等医学知识和相关法律法规，请你论述“杜绝高空抛物”的重要性。 【例2】（2026河北二模）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，克服摩擦做功，机械能减小，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。 【变式2-1】 （2025江苏扬州） 如图是《天工开物》记载的我国古人磨面的场景。水从高处流下来，______能转化为______能，冲击水轮机带动石磨转动。石磨接触面粗糙，是为了增大______。 【变式2-2】新疆的达坂城号称“百里风区”，当地的民谣说：“达坂城，老风口，大风小风天天有，小风刮歪树，大风飞石头。”这首民谣通俗地表达了风具有______。为了实现中国2030年前“碳达峰”，新疆的风力发电站可以将风能转化为______，从而减少二氧化碳排放。风将石头从地面吹飞起来的过程中石头的重力势能______。 【变式2-3】如图所示是一个小型智能水电站的工作原理。用电低谷时（如深夜），电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电。 （1）蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的___________； （2）发电时，若该电站上水库可用于发电的库容量为7×106米3，上下水库平均水位差600米。上水库中可用于发电的水流到下水库，水的重力做功为___________J。（） 模块三 课后作业 一、选择题(共9题) 1. 某块砖在一对平衡力作用下运动，则该砖（ ） A. 机械能一定不变，动能一定不变 B. 机械能可能改变，动能一定不变 C. 机械能可能改变，动能可能改变 D. 机械能一定不变，动能可能改变 2.如图所示，滚摆在最高点由静止释放，旋转着下降到最低点后又上升，每次上升的最大高度逐渐降低。下列说法错误的是（ ） A.下降时滚摆的重力势能在减少 B.实验现象表明滚摆动能和势能可以相互转化 C.下降时减少的重力势能等于增加的动能 D.上升的最大高度逐渐降低，说明机械能不守恒 3.如图，小明用绳子把一块橡皮悬挂起来，把橡皮贴住自己的鼻子，稳定后松手，头保持不动，橡皮向前摆去又摆回来，发现不会再碰到鼻子。下列分析正确的是（    ） A．刚开始释放时橡皮的动能最大 B．橡皮在下降过程中，重力势能转化为动能 C．橡皮在上升过程中，重力势能转化为动能 D．橡皮在摆动的过程中机械能逐渐减小 4. 如图所示，小明沿滑道从顶端匀速下滑的过程中，小明的（　　） A. 重力势能减小，机械能减小 B. 动能不变，机械能不变 C. 重力势能减小，动能增大 D. 重力势能不变，机械能减小 5．如图所示。将一弹性小球沿一定角度斜地出去，小球落地后被弹出、依次经过A点、B点、C点和D点后又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。则该弹性小球在运动过程中，下列说法正确的是（　　） A．小球经过相同高度的A、D两点时动能相等 B．小球在C点时的机械能大于在D点时的机械能 C．小球在B点时机械能为零 D．小球第一次反弹后到达最高点C时动能为零 6.如图所示，是正在加速下降的载人航天器，在此过程中，对其机械能的变化情况，下列分析正确的 是（　　） A. 动能增大，重力势能减小，机械能不变 B. 动能减小，重力势能增大，机械能不变 C. 动能增大，重力势能增大，机械能增大 D. 动能增大，重力势能减小，机械能减小 7. 电动叉车托着质量为100kg的货物，在5s内沿着水平方向行驶10m，如图甲所示；接着在10s内把货物匀速竖直提升1m，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A. 叉车水平行驶过程中，货物的重力做功为1×104J B. 叉车提升货物过程中，克服货物的重力做功为1×103J C. 叉车水平行驶过程中，叉车的重力势能转化为货物的动能 D. 叉车提升货物过程中，货物的动能转化为货物的重力势能 8. 中国女足姑娘们在亚洲杯决赛中顽强拼搏，最终夺得亚洲杯冠军。如图所示，中国女足队员正在传球，踢出去的足球在空中飞行的过程中，会受到空气阻力的作用。则下列说法正确的是（　　） A. 踢出去的足球在空中上升过程中，它的机械能逐渐减小 B. 踢出去的足球在空中上升到最高点时，它的机械能为0 C. 踢出去的足球在空中下降过程中，它的机械能逐渐增大 D. 空中运动的足球，若所受力都消失，它将做匀速直线运动 9．如图甲所示是卫星在随火箭加速上升的情景，图乙是人造地球卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地运行的示意图。下列说法正确的是（　　） A．图甲：卫星随火箭加速上升过程中，动能转化为势能 B．图甲：卫星随火箭加速上升过程中，势能转化为动能 C．图乙：卫星从近地点运动到远地点，势能转化为动能 D．图乙：卫星在绕地球运行过程中，动能和势能相互转化 二、填空题(共6题) 10.如图，在射箭比赛中，运动员释放弓弦将箭射出，弓弦的弹性势能转化为箭的________能。 11. 小朋友从滑梯匀速下滑的过程中，他的动能_________，重力势能_________，机械能总量__________。（以上三空选填“变大”、“不变”或“变小”） 12. 如图是小华同学在科学实践课上所制作的“神奇的滚筒”。“神奇的滚筒”是由硬塑料筒、橡皮套、螺栓、螺母组成。制作完毕，用手将滚筒向前推出去，滚筒向前滚动一段距离停止后，又神奇地滚了回来。小华思考了其中的奥秘：在滚筒滚动回来过程中，是将滚筒中橡皮套的________能转化为滚筒的_______能。 13. 体育课上小唐同学进行传接排球训练，他将球斜向上抛出，球的运动轨迹如图所示，a、b、c、d为轨迹上的点，其中a、c两点高度相同，不计空气阻力，则球在a点的机械能________d点机械能（选填“大于”、“小于”、“等于”）；球在a、b、c、d四点中______点的重力势能最大。 14．请你研究表中小资料“一些物体的动能”提供的数据，质量与速度相比，______对物体的动能影响更大；跑百米的运动员在冲刺阶段机械能______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 一些物体的动能 物体 动能/J 物体 动能/J 抛出去的篮球 约30 跑百米的运动员 约3×103 行走的牛 约60 飞行的步枪子弹 约5×103 从10m的高处落下的砖块 约2.5×102 行驶的小汽车 12×105 15.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，________能转化为动能。整个过程中，摆球的机械能大小________（选填“不变”或“减小”）。 三、简答题(共4题) 16. 如图甲所示是一款没有脚蹬子的“自行车”——儿童平衡车。在骑行时，靠双脚蹬地或从斜坡上向下滑行。如图乙所示是彬彬从斜坡上加速向下滑行时（脚离地）的情景，彬彬从斜坡上加速向下滑行时，请分析说明彬彬的重力势能和动能是如何变化的，及彬彬的重力势能和动能之间是如何转化的。 17. 请从物理学的角度说明为什么要禁止高空抛物？ 18. 骑自行车下坡，不踩脚踏板，速度会越来越快，从能量的转化观点分析，这是什么道理？ 19. 如图所示是射箭时手拉弓弦时的情景，为了防止手指受伤，射箭者要使用手指皮垫。请根据你所学过的物理知识，回答下面的问题： (1)手指皮垫的作用是什么？ (2)箭被射出时具有的动能是由哪种形式的能量转化而来的？ (3)箭射出后为什么还能继续向前运动？ 四、综合应用题（难度大）(共1题) 20．阅读短文 小明想研究物体从高空抛下落地速度，则查阅资料：动能的大小和速度与质量有关，翻阅资料后得到动能大小与速度质量公式为，重力势能大小与质量与高度有关，重力势能与质量高度的公式为，机械能是动能与势能之和，在机械能守恒时，弹性势能不变的情况下，动能和重力势能的总和不变.例如一个质量为m小球在h的高度落下，落到地面上（忽略空气阻力），它的重力势能全部转化为动能，所以落地时就有，得落地时速度为：，所以高度越高落地时候的速度就越大. （1）小球的质量为2kg，速度为2m/s，求小车的动能 . （2）小球落地时候的速度与质量有没有关系： （选填“有”/“没有”） （3） 如图一个质量为m的小球在轨道上运动，从如图所示位置释放，此时距离地面高度为h,圆形轨道半径为r，若物体从释放可以运动到圆形轨道的最高点A点时，此过由于摩擦机械能损耗为W，请用以上条件来表示小球到达圆形轨道最高点A点的速度 . （4）高空抛物是城市上空的痛，请为杜绝高空抛物写一句标语： . 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 10.4 机械能转化及其应用 【新教材沪科版】 【知识框架+知识精讲（2个知识归纳+2个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 情景导入 你喜欢荡秋千吗？当秋千荡到最高点 时，即使你坐在秋千上不动，秋千也会从最高点荡到最低点，然后从最低点向上荡。荡 秋千过程中，动能和势能是如何转化的？动能和势能在生产生活中有哪些应用？本节我们学习相关内容。 知识归纳 【知识点1 机械能的相互转化】 物体有时既具有动能又具有势能。例如，空中飞行的飞机具有动能，还具有重力势能。这时把飞机的动能与重力势能统称为飞机的机械能，或者说飞机的动能与重力势能之和，就是飞机的机械能。 1. 机械能的定义：动能和势能（包括重力势能和弹性势能）统称为机械能 （mechanical energy）。 （1）机械能的单位：焦耳（J） （2）说明：一个物体可以既有动能，又有势能，也可以只具有动能或只具有势能。 （3）对机械能的理解： 1）机械能是与物体机械运动紧密相关的能量。 2）一个物体可以既有动能，又有势能。 3）一个物体具有机械能时，可以表现为只有动能，没有势能；也可以表现为只有势能，没有动能。 4）物体的机械能等于它的动能和势能（重力势能和弹性势能）之和。 2. 探究动能和势能是怎样转化的。【做中学】 实验一：单摆摆动实验 如图所示，将偏离了一定角度的摆球由静止释放，观察摆球速度随高度的变化情况，你可得出什么结论？ 从实验可知，摆球下降的过程中，重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。摆球上升的过程中，动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能。我们还发现，摆球每次上升的高度都比前一次要低一些，这说明摆球的机械能减少了一些，这是由于受到空气阻力等因素影响，摆球的部分机械能转化为其他形式的能量了。 实验二： 滚摆实验 滚摆在上升过程中，它的动能和势能如何变化？减小的能去哪里了？增加的能又从哪来？能量是否能从一种形式转化为另一种形式呢？ 分析：滚摆在上升阶段，高度升高，重力势能增大，速度减小，动能减小，动能转化为重力势能； 滚摆在下降阶段，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。 滚摆为什么不能回到原来的高度？ 是因为受到空气的阻力作用。 实验三： 钢球撞击弹簧实验 如图，当钢球从高处滚下来，撞到弹簧上后会发生什么现象？这些过程中弹簧的能量是如何转化的？ 表明：动能和弹性势能在一定条件下可以相互转化。 结论：物体的动能和势能是可以相互转化的。如果只有动能和势能相互转化，则机械能的总和不变，即机械能是守恒的。 【重要诠释1】分析能量变化思路 ①判断动能如何变化：找题干关键词——“匀速”、“加速”或“减速” ②判断重力势能如何变化：找题干关键词——“上升”、“水平运动”或“下落” ③判断机械能如何变化： 机械能=动能+势能，当动能和重力势能一增一减时，机械能无法判断，看下列两种情况而定。 a.看题干中是否有“光滑”（地面上）、“不计空气阻力”（空中）等字眼，若有，则机械能不变。 b.若没有，则机械能变小，有一部分机械能转化为内能。 【重要诠释2】对机械能守恒的理解 （1）机械能守恒定律∶如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 （2）机械能守恒的条件∶机械能守恒是有条件的，只有动能和势能相互转化时，或者说只有重力和弹力做功时，机械能才守恒。 （3）机械能不守恒的情况 ①受到阻力作用的物体机械能不守恒。如果运动的物体受到摩擦或空气阻力，机械能就会转化为其他形式的能，从而使机械能逐渐减小，不再守恒。如落地的篮球越跳越低，最终静止在地面上，机械能逐渐减小。 ②有重力或弹力以外的力对物体做功时，机械能不守恒。 【例1】（2026湖北武汉）一小球从点被水平抛出，若小球每次与地面碰撞都会损失一部分机械能，不计空气阻力，则小球经过多次弹跳后停在水平地面，部分运动轨迹如图所示，下列说法正确的是（ ） A. 小球在点的机械能大于在点的机械能 B. 小球在点的动能可能等于在点的动能 C. 从点到点，小球的动能先减小后增大，机械能不变 D. 从点到点，小球的动能和重力势能均先减小后增大 【答案】C 【解析】A．小球从点到点，不计空气阻力，只有重力做功，机械能守恒，两点机械能相等，故A错误； B．小球与地面碰撞损失机械能，且点在第一次碰撞前，点在第一次碰撞后，点机械能大于点机械能；由图可知，点重力势能小于点重力势能，故小球在点的动能一定大于在点的动能，故B错误； C．从点到点，小球先上升后下降，速度先减小后增大，动能先减小后增大；此过程不计空气阻力，机械能守恒，故C正确； D．从点到点，小球先下落后上升，高度先减小后增大，重力势能先减小后增大；下落过程速度增大，动能增大，碰撞后上升过程速度减小，动能减小，故动能先增大后减小，故D错误。 故选C。 【变式1-1】如图所示，从A点沿水平桌面自由滚落的小球运动轨迹如虚线所示，C、F两处等高，D为球与水平地面的接触点，不计空气阻力，下列说法不正确的是（　　） A. 小球在C点的机械能等于在F点的机械能 B. 小球在C点的动能大于在F点的动能 C. 小球从E点到F点的过程中，机械能不变 D. 小球从D点离开地面到达E点的过程中，动能转化为重力势能 【答案】A 【解析】A BC点运动到F点的过程，由于物体与地面发生碰撞，且上升的高度E点低于B点，故机械能有损失，小球在C点的机械能大于在F点的机械能；由图知C、F两处等高，小球的重力势能相同，但小球在 C点动能大于F点的不同，A错误，符合题意，B正确，不符合题意； C．小球从E点到F点过程中，不计空气阻力，只有重力做功，故机械能守恒，C正确，不符合题意； D．小球从D点离开地面时，弹性势能转化为动能；小球从D点离开地面到达E点的过程中，动能转化为重力势能，D正确，不符合题意。故选A。 【变式1-2】如图所示，运动员在进行蹦床比赛，他离开蹦床向上运动到最高点又落回蹦床直到最低点的过程，不计空气阻力，下列说法中正确的是（　　） A. 离开蹦床上升过程中，运动员的重力势能转化为动能 B. 上升到最高点时，运动员所受合力为零，动能为零 C. 下降过程中，运动员减小的重力势能全部转化为他增加的动能 D. 下降过程中，运动员所受重力做功快慢先增大后减小 【答案】D 【解析】A．离开蹦床上升过程中，动能减小，重力势能增大，所以是动能转化为重力势能，故A错误； B．上升到最高点时，只受到重力，合力不为零，但此时速度为0，所以动能为零，故B错误； C．下降过程中，压缩蹦床时，一部分重力势能转化为了弹性势能，且压缩一定程度后，重力势能和弹性势能都会转化为弹性势能，在最低点，重力势能和动能全部转化为了弹性势能，故C错误； D．下降过程中，在重力等于蹦床对运动员支持力之前，速度一直增大，在两个力大小相等之后，速度减小，根据P＝Gv可知，下降过程中，运动员所受重力做功快慢，即中立的功率先增大后减小，故D正确。故选D。 【变式1-3】人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，如图所示，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。已知卫星在运行过程中机械能保持不变，当卫星从远地点向近地点运动过程中，势能___________，速度___________。（均选填“增大”或“减小”） 【答案】 减小 增大 【解析】卫星从远地点向近地点运动过程中，高度减小，质量不变，重力势能减小，由于卫星在运行过程中机械能保持不变，则动能增大，速度增大。 【知识点2 机械能的应用】 1.水能 （1）概述：水能属于自然界中具有大量机械能的天然资源，自然界中的瀑布、潮汐、河流都具有大量的水能。 （2）特点：无污染、蕴藏量大、可循环利用。 （3）利用： ①早期：人们利用水车来汲水，磨粉、碾谷等。 ②到18世纪，人们利用大功率水车来带动纺织机械、冶金、鼓风机工作。 ③近代，利用水力带动水能发动机发电。 水的重力势能转化成动能，通过水轮机带动发电机发电，可以将水的机械能转化为电能，再通过输电线送到用电地区。 2.风能 （1）概述：风是流动的空气，由于不同地区、不同时刻、不同高度的空气温度不同，压强也不同，空气就会流动起来，形成风。 （2）特点：资源丰富、无污染、不稳定、不便于储存。 （3）应用 ①利用风能来驱动帆船航行； ②利用风能来推动风车做功； ③利用风能来发电。 【警示】杜绝高空抛物，倡导文明生活。 从 2021 年 3 月 1 日起最新刑法修正案生效，规定了高空抛物罪及量刑条款。 根据重力势能等相关物理知识，结合人体结构等医学知识和相关法律法规，请你论述“杜绝高空抛物”的重要性。 【例2】（2026河北二模）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，克服摩擦做功，机械能减小，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。 【变式2-1】 （2025江苏扬州） 如图是《天工开物》记载的我国古人磨面的场景。水从高处流下来，______能转化为______能，冲击水轮机带动石磨转动。石磨接触面粗糙，是为了增大______。 【答案】 重力势 动 摩擦力 【解析】水从高处流下，质量不变，高度变小，重力势能变小；速度增大，动能变大，重力势能转化为动能。 石磨接触面粗糙，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。 【变式2-2】新疆的达坂城号称“百里风区”，当地的民谣说：“达坂城，老风口，大风小风天天有，小风刮歪树，大风飞石头。”这首民谣通俗地表达了风具有______。为了实现中国2030年前“碳达峰”，新疆的风力发电站可以将风能转化为______，从而减少二氧化碳排放。风将石头从地面吹飞起来的过程中石头的重力势能______。 【答案】能量 电能 增大 【解析】根据民谣知道，风做功使树发生弹性形变，具有弹性势能，使石头机械能增大，说明风具有能量。 风能资源不同于化石燃料，风能是可再生无污染的清洁能源。风力发电站可以将风能转化为电能，从而减少二氧化碳排放。 风将石头从地面吹飞起来的过程中，石头的质量不变，高度增大，重力势能增大。 【变式2-3】如图所示是一个小型智能水电站的工作原理。用电低谷时（如深夜），电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电。 （1）蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的___________； （2）发电时，若该电站上水库可用于发电的库容量为7×106米3，上下水库平均水位差600米。上水库中可用于发电的水流到下水库，水的重力做功为___________J。（） 【答案】 （1）重力势能（2） 4.2×1013 【解析】（1）蓄能时，水被抽到上水库中，消耗了电能，得到了（水的）重力势能，因此电能转化为水的重力势能。 （2）上水库中水的质量为 水的重力为 水的重力做功为 模块三 课后作业 一、选择题(共9题) 1. 某块砖在一对平衡力作用下运动，则该砖（ ） A. 机械能一定不变，动能一定不变 B. 机械能可能改变，动能一定不变 C. 机械能可能改变，动能可能改变 D. 机械能一定不变，动能可能改变 【答案】B 【解析】要解决此题需要掌握物体在受平衡力的时候总保持静止状态或匀速直线运动状态；要了解机械能包括动能和势能，动能和物体的质量以及速度有关，重力势能与物体的质量和被举的高度有关。 物体在平衡力的作用下，即一定处于平衡状态，即或是静止状态或是匀速直线运动状态，由于其动能的大小与质量及运动的速度有关，所以对于同一砖块来说，质量不变，其不管是保持静止还是匀速直线运动，其速度都是不变的，故其动能一定不变；但其重力势能却有可能改变，如将砖匀速提高，在该过程中，动能不变，但其重力势能变大，即机械能变大；同理若将砖匀速降低，其机械能会变小，综上所述可知，B符合题意。故选B。 2.如图所示，滚摆在最高点由静止释放，旋转着下降到最低点后又上升，每次上升的最大高度逐渐降低。下列说法错误的是（ ） A.下降时滚摆的重力势能在减少 B.实验现象表明滚摆动能和势能可以相互转化 C.下降时减少的重力势能等于增加的动能 D.上升的最大高度逐渐降低，说明机械能不守恒 【答案】C 【解析】滚摆下降过程时，高度降低，则其重力势能减少，选项A不符合题意；实验中滚摆“旋转着下降到最低点后又上升”，滚摆上、下来回运动着，下降时重力势能减少、动能增加，上升时重力势能增大，动能减少，重复着这样的过程若干次，直至最后停止运动，则选项B不符合题意；因为滚摆“每次上升的最大高度逐渐降低”，所以系统有机械能损失，即系统机械能不守恒，则选项D不符合题意要求，而下降过程中减少的重力势有部分转化为内能、一些转化为动能，即滚摆下降过程中，减少的重力势能大于其增加的动能，故选项C是错误的，满足题设要求，所以选择C。 3.如图，小明用绳子把一块橡皮悬挂起来，把橡皮贴住自己的鼻子，稳定后松手，头保持不动，橡皮向前摆去又摆回来，发现不会再碰到鼻子。下列分析正确的是（    ） A．刚开始释放时橡皮的动能最大 B．橡皮在下降过程中，重力势能转化为动能 C．橡皮在上升过程中，重力势能转化为动能 D．橡皮在摆动的过程中机械能逐渐减小 【答案】D 【解析】A．刚开始释放时，橡皮的速度为0，其动能最小，故A错误； B．橡皮在下降过程中，橡皮所处的高度降低，则其重力势能减小，橡皮的速度变大，则其动能增大，又橡皮向前摆去又摆回来，发现不会再碰到鼻子，说明橡皮运动过程中受到阻力，所以，重力势能转化为动能和克服阻力做的功，故B错误； C．橡皮在上升的过程中，橡皮所处的高度升高，则其重力势能增大，橡皮的速度减小，则其动能减小，则动能转化为重力势能，故C错误； D．根据题意，橡皮向前摆去又摆回来，发现不会再碰到鼻子，说明橡皮运动过程中受到阻力作用，阻力会做负功，则橡皮在摆动的过程中机械能逐渐减小，故D正确。故选D。 4. 如图所示，小明沿滑道从顶端匀速下滑的过程中，小明的（　　） A. 重力势能减小，机械能减小 B. 动能不变，机械能不变 C. 重力势能减小，动能增大 D. 重力势能不变，机械能减小 【答案】A 【解析】小明沿滑道从顶端匀速下滑的过程中，质量不变，速度不变，则动能不变；高度降低，则重力势能减小；机械能是动能与势能的总和，且下滑过程中克服阻力做功，机械能减小。故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。 5．如图所示。将一弹性小球沿一定角度斜地出去，小球落地后被弹出、依次经过A点、B点、C点和D点后又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。则该弹性小球在运动过程中，下列说法正确的是（　　） A．小球经过相同高度的A、D两点时动能相等 B．小球在C点时的机械能大于在D点时的机械能 C．小球在B点时机械能为零 D．小球第一次反弹后到达最高点C时动能为零 【答案】B 【解析】B．小球运动过程中受到阻力，小球运动过程中，机械能不断减小，则小球在C点时的机械能大于在D点时的机械能，故B正确； A．小球运动过程中，质量不变，D点的机械能小于A点的机械能，AD两点高度相同，AD两点的重力势能相等，机械能为动能与势能的总和，则D点的动能小于A点的动能，故A错误； C．C点的小球的机械能大于0，B点的机械能大于C点的机械能，则小球在B点的机械能大于零，故C错误； D．小球第一次反弹后到达最高点C时竖直方向的速度为0，水平方向的速度大于0，则C点的动能大于零，故D错误。故选B。 6.如图所示，是正在加速下降的载人航天器，在此过程中，对其机械能的变化情况，下列分析正确的 是（　　） A. 动能增大，重力势能减小，机械能不变 B. 动能减小，重力势能增大，机械能不变 C. 动能增大，重力势能增大，机械能增大 D. 动能增大，重力势能减小，机械能减小 【答案】D 【解析】载人航天器加速下降，速度变大，高度降低，质量不变，动能增大，重力势能减小，由于要克服空气阻力做功，将部分机械能转化为内能，所以机械能减小，故ABC错误，D正确。故选D。 7. 电动叉车托着质量为100kg的货物，在5s内沿着水平方向行驶10m，如图甲所示；接着在10s内把货物匀速竖直提升1m，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A. 叉车水平行驶过程中，货物的重力做功为1×104J B. 叉车提升货物过程中，克服货物的重力做功为1×103J C. 叉车水平行驶过程中，叉车的重力势能转化为货物的动能 D. 叉车提升货物过程中，货物的动能转化为货物的重力势能 【答案】B 【解析】A．功是力和力的方向上移动的距离的乘积，叉车水平行驶过程中，货物在重力方向没有移动距离，因此货物重力对货物做功为零，故A错误； B．叉车提升货物的过程中，克服货物重力做功为 故B正确； C．叉车水平行驶过程中，货物的质量不变，高度不变，故重力势能不变，所以货物的重力势能没有转化为它的动能，故C错误； D．叉车提升货物匀速上升的过程中，货物的质量不变，高度升高，速度不变，故重力势能增大，动能不变，所以货物的动能没有转化为它的重力势能，故D错误。故选B。 8. 中国女足姑娘们在亚洲杯决赛中顽强拼搏，最终夺得亚洲杯冠军。如图所示，中国女足队员正在传球，踢出去的足球在空中飞行的过程中，会受到空气阻力的作用。则下列说法正确的是（　　） A. 踢出去的足球在空中上升过程中，它的机械能逐渐减小 B. 踢出去的足球在空中上升到最高点时，它的机械能为0 C. 踢出去的足球在空中下降过程中，它的机械能逐渐增大 D. 空中运动的足球，若所受力都消失，它将做匀速直线运动 【答案】AD 【解析】A．足球在空中上升过程中，受到空气阻力向下，空气阻力做功，足球机械能逐渐减小，故A正确； B．踢出去的足球在空中上升到最高点时，它的动能为0，机械能不为零，故B错误； C．踢出去的足球在空中下降过程中，受到空气阻力向上，空气阻力做功，足球机械能逐渐减小，故C错误； D．空中运动的足球，若所受力都消失，由于惯性，它将继续保持之前的运动状态不变，即做匀速直线运动，故D正确。 故选AD。 9．如图甲所示是卫星在随火箭加速上升的情景，图乙是人造地球卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地运行的示意图。下列说法正确的是（　　） A．图甲：卫星随火箭加速上升过程中，动能转化为势能 B．图甲：卫星随火箭加速上升过程中，势能转化为动能 C．图乙：卫星从近地点运动到远地点，势能转化为动能 D．图乙：卫星在绕地球运行过程中，动能和势能相互转化 【答案】D 【解析】AB．图甲中卫星随火箭加速上升过程中，卫星质量不变，速度增大，则动能增大；同时高度增大，重力势能增大，所以不是动能和势能之间转化，故AB错误； CD．图乙中人造地球卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地运行，不受空气阻力，卫星的机械能守恒，只有动能和势能相互转化。卫星从近地点运动到远地点，卫星质量不变，高度增大，势能增大，速度减小，动能减小，由于只有动能和势能相互转化，所以是卫星的动能转化为势能，故C错误，D正确。故选D。 二、填空题(共6题) 10.如图，在射箭比赛中，运动员释放弓弦将箭射出，弓弦的弹性势能转化为箭的________能。 【答案】动 【解析】射箭运动中，箭被拉开的弓弦射出去，是由于拉开的弓弦发生了弹性形变，具有弹性势能，将箭射出去时，将弓弦的弹性势能转化为箭的动能。 11. 小朋友从滑梯匀速下滑的过程中，他的动能_________，重力势能_________，机械能总量__________。（以上三空选填“变大”、“不变”或“变小”） 【答案】 不变 变小 变小 【解析】小朋友在匀速滑下的过程中，质量不变，速度不变。动能的决定因素是质量和速度，这两个物理量都不变，所以动能不变；滑下说明高度下降，重力势能变小。机械能等于动能加势能的总和，动能不变，重力势能减小，所以机械能变小。 12. 如图是小华同学在科学实践课上所制作的“神奇的滚筒”。“神奇的滚筒”是由硬塑料筒、橡皮套、螺栓、螺母组成。制作完毕，用手将滚筒向前推出去，滚筒向前滚动一段距离停止后，又神奇地滚了回来。小华思考了其中的奥秘：在滚筒滚动回来过程中，是将滚筒中橡皮套的________能转化为滚筒的_______能。 【答案】弹性势；动。 【解析】了解滚筒的结构，根据动能和势能之间的相互转化，进行分析判断。 根据滚筒的结构特点可知，滚筒中橡皮套可以发生弹性形变，产生弹性势能，在滚筒滚动回来过程中，是将滚筒中橡皮套的弹性势能转化为滚筒的动能。 13. 体育课上小唐同学进行传接排球训练，他将球斜向上抛出，球的运动轨迹如图所示，a、b、c、d为轨迹上的点，其中a、c两点高度相同，不计空气阻力，则球在a点的机械能________d点机械能（选填“大于”、“小于”、“等于”）；球在a、b、c、d四点中______点的重力势能最大。 【答案】 等于 b 【解析】因为不计空气阻力，所以小球整个运动过程机械能守恒。因此小球在a点的机械能等于d点机械能。 重力势能与物体的质量和高度有关，在质量一定时，高度越大，重力势能越大，所以b点的重力势能最大。 14．请你研究表中小资料“一些物体的动能”提供的数据，质量与速度相比，______对物体的动能影响更大；跑百米的运动员在冲刺阶段机械能______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。 一些物体的动能 物体 动能/J 物体 动能/J 抛出去的篮球 约30 跑百米的运动员 约3×103 行走的牛 约60 飞行的步枪子弹 约5×103 从10m的高处落下的砖块 约2.5×102 行驶的小汽车 12×105 【答案】速度 增大 【解析】由资料可知，行走的牛的动能约为60J，飞行的步枪子弹约为5×103J；牛的质量远远大于子弹的质量，由于子弹的速度大于牛的运动速度，使得子弹的动能大于牛的动能，这表明速度对动能的影响较大。 跑百米的运动员在冲刺阶段质量不变，速度增大，动能增大，重力势能不变，故机械能增大。 15.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，________能转化为动能。整个过程中，摆球的机械能大小________（选填“不变”或“减小”）。 【答案】0；重力势；不变 【解析】小球在A点时静止，动能为零，从A点由静止释放，能达到与A点等高的B点，说明没有能量损失，即机械能守恒。由于B点与A点等高，重力势能相等，所以B点动能与A点相同也为0。 摆球从A点运动到O点的过程中，摆球的质量不变，高度减小，重力势能逐渐减小，速度变大，动能逐渐变大。此过程中，重力势能转化为动能。 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。 三、简答题(共4题) 16. 如图甲所示是一款没有脚蹬子的“自行车”——儿童平衡车。在骑行时，靠双脚蹬地或从斜坡上向下滑行。如图乙所示是彬彬从斜坡上加速向下滑行时（脚离地）的情景，彬彬从斜坡上加速向下滑行时，请分析说明彬彬的重力势能和动能是如何变化的，及彬彬的重力势能和动能之间是如何转化的。 【答案】见解析 【解析】彬彬从斜坡上加速向下滑行时，彬彬的质量不变，彬彬的高度减小，彬彬的重力势能减小；彬彬的速度增大，彬彬的动能增大，彬彬的重力势能转化为彬彬的动能。 17. 请从物理学的角度说明为什么要禁止高空抛物？ 【答案】见解析 【解析】物体所处的高度越高，所具有的重力势能越大，向下运动的过程中，转化成的动能越大，对外做功能力越强，破坏性就越大。 18. 骑自行车下坡，不踩脚踏板，速度会越来越快，从能量的转化观点分析，这是什么道理？ 【答案】见解析 【解析】当人骑自行车下坡时，总质量不变，高度变小，故其重力势能变小；同时其速度变快，即动能变大，故人骑自行车下坡时重力势能逐渐转化为动能，使人和自行车的重力势能减小，动能增加，所以车速度越来越快。 19. 如图所示是射箭时手拉弓弦时的情景，为了防止手指受伤，射箭者要使用手指皮垫。请根据你所学过的物理知识，回答下面的问题： (1)手指皮垫的作用是什么？ (2)箭被射出时具有的动能是由哪种形式的能量转化而来的？ (3)箭射出后为什么还能继续向前运动？ 【答案】(1)减小压强；(2)弹性势能；(3)具有惯性 【解析】(1)手指皮垫是通过增大受力面积来减小压强的。 (2)箭被射出时，弹性势能减小，动能增大，弹性势能转化为动能。 (3)箭射出后，由于具有惯性，还能继续向前运动。 四、综合应用题（难度大）(共1题) 20．阅读短文 小明想研究物体从高空抛下落地速度，则查阅资料：动能的大小和速度与质量有关，翻阅资料后得到动能大小与速度质量公式为，重力势能大小与质量与高度有关，重力势能与质量高度的公式为，机械能是动能与势能之和，在机械能守恒时，弹性势能不变的情况下，动能和重力势能的总和不变.例如一个质量为m小球在h的高度落下，落到地面上（忽略空气阻力），它的重力势能全部转化为动能，所以落地时就有，得落地时速度为：，所以高度越高落地时候的速度就越大. （1）小球的质量为2kg，速度为2m/s，求小车的动能 . （2）小球落地时候的速度与质量有没有关系： （选填“有”/“没有”） （3） 如图一个质量为m的小球在轨道上运动，从如图所示位置释放，此时距离地面高度为h,圆形轨道半径为r，若物体从释放可以运动到圆形轨道的最高点A点时，此过由于摩擦机械能损耗为W，请用以上条件来表示小球到达圆形轨道最高点A点的速度 . （4）高空抛物是城市上空的痛，请为杜绝高空抛物写一句标语： . 【答案】（1） 4 （2）没有（3） （4） 详见解析 【解析】(1)由动能大小与速度质量公式，可知 (2)由题中材料可知，速度的大小和质量没有关系，只与g值和高度h有关； (3)从高度为h的位置下落，然后到达2r的高度，这过程重力势能的减少量为mg（h-2r），由于摩擦机械能损耗为W，到达A点时的动能为，满足关系式 ， 变换可得A点的速度为 (4)严禁高空抛物． 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $