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模块四 力学
第十二单元 功和机械能
第2节 机械能及其转化
一阶 立足教材过基础
知识点1 动能与势能
1.能量
（1）定义：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，简称能。
（2）单位：①______,符号是 。
（3）功和能量的关系：一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的
能量越②____。
焦耳
大
2.动能和势能
类型 定义 影响因素
动能 物体由于 ③______ 而具有的能
运动
质量
速度
大
大
类型 定义 影响因素
势 能 重力 势能 物体由于受到 ⑧______并处在 ⑨___________时所 具有的能
重力
一定高度
质量
高度
大
大
续表
类型 定义 影响因素
势 能 弹性 势能 物体由于发生 __________而具 有的能 弹性势能的大小与物体的弹性形变大小
有关
同一物体的弹性形变越大，具有的弹性
势能就越 ____
弹性形变
大
（1）一切运动的物体都具有动能；（2）无特殊说明时，物
体所处的高度一般是相对地面而言的。
续表
知识点2 机械能及其转化
1.机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
2.动能和势能的相互转化（物体质量不变）
3.机械能守恒：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，但动能和势能的总和 __________，或者说，机械能是守恒的。
保持不变
4.水能和风能：水电站是利用水的重力势能来发电的；风力发电是利用风
的动能来发电的。
（1）机械能守恒是有条件的，只有重力或弹力做功时机械
能是守恒的，有其他外力（如摩擦力、空气阻力等）做功时机械能不守恒；
（2）若有其他形式的能参与转化，物体的机械能不守恒。如火箭发射时，
燃料燃烧产生的内能做功，使火箭的机械能增大；（3）现实生活中，由
于存在各种摩擦，机械能是不守恒的。
二阶 追本溯源练考点
考点1 机械能及其转化
1.下列过程中，重力势能转化为动能的是( )
A
A. 正在下落的篮球 B. 拉弯的弓把箭射出
C. 向上垫起的排球 D. 匀速下降的降落伞
2.如图所示，运动员从斜面顶端加速下滑的过程中，他的( )
A
第2题图
A. 重力势能减小，机械能减小
B. 动能减小，机械能增大
C. 动能增大，机械能不变
D. 重力势能不变，机械能减小
3.筒车是我国古代科学著作《天工开物》中描述的一种以水流为动力来取
水的机械。从能量转化的角度，筒车的工作原理是将水的____能转化为水
的______能。
动
机械
第3题图
第4题图
4.（改编自RJ八下P96图）如图所示是运动员进行蹦床比赛的情
景，运动员离开蹦床向上运动到一定高度又落在蹦床上，如此
往复。运动员在蹦床发生最大形变处到向上运动再到刚离开蹦
床的过程中，他的重力势能______（填变化情况），动能
_______________（填变化情况）；当上升到最高点时，他的速
增大
先增大后减小
非平衡
度为零，此时他处于________（选填“平衡”或“非平衡”）状态。
（不计空气阻力）
第5题图
5.（改编自RJ八下P96图）如图所示，用绳子把一个
铁锁悬挂起来，然后将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳
定后松手，头不动，铁锁向前摆去又摆回来，直到最
后停下。铁锁向前摆去又摆回来，铁锁摆回时______
（选填“会”或“不会”）碰到自己的鼻子；铁锁上升到
不会
最大
为零
重力势
动
不守恒
最高点时，重力势能______（选填“最大”或“为零”，下一空同），动能
______；铁锁下降过程中，________能转化为____能；铁锁在摆动过程中，
机械能是________（选填“守恒”或“不守恒”）的。
第6题图
6.（改编自RJ八下P102习题）撑竿跳高是一项技
术性很强的体育运动，完整的过程可以简化成如
图所示的三个阶段：持竿助跑、撑竿起跳上升、
越杆下落。用压弯的撑竿把自己送上高处，这是
弹性势
机械
重力势
动
因为压弯了的撑竿具有________能，最后主要转化为运动员的______能，
使运动员越过横杆；越过横杆后，运动员的________能转化为____能。
三阶 深研考法练实验
实验 探究物体的动能跟哪些因素有关
兴趣小组的同学用如图1所示的装置探究物体的动能跟哪些因素有关。
图1
过基础要点
（1）本实验探究的是______（选填“钢球”或“木块”）的动能与哪些因素有关。
（2）实验中斜面的作用是________________。
钢球
使钢球获得动能
（3）实验中通过观察____________________________来判断钢球的动能
大小，这种常用的实验方法称为______法。
钢球推动木块移动距离的远近
转换
（4）将钢球从高度为 的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一木块向前
移动一段距离 后停下。完成甲、乙、丙所示的三次实验，其中
， 。
图1
（5）三次实验中均需要保持钢球由______状态开始释放；甲、丙两次实验
中让不同钢球从斜面同一高度释放的目的是控制钢球到达斜面底端时的
______相同。该实验中物体的速度是指钢球从斜面上静止滚下与木块碰撞
时__________（选填“碰前钢球”“碰后钢球”“碰前木块”或“碰后木块”）的速
度。
静止
速度
碰前钢球
图1
（6）如图1甲、乙进行的实验是为了探究动能的大小与______的关系，通
过实验可得到结论：质量相同的物体，______越大，动能越大。
速度
速度
（7）如图1甲、丙进行的实验是为了探究动能的大小与______的关系，通
过实验可得到结论：速度相同的物体，______越大，动能越大。
质量
质量
（8）、、 三个钢球从斜面滚下时，速度越来越快，这是因为钢球的
________能转化为____能，___球重力做功最多；木块最终会停下来是因
为受到了______________力的作用，在此过程中木块通过______的方式把
动能转化为____能。
重力势
动
阻（或摩擦）
做功
内
图1
（9）实验中木块被撞击后移动的距离差异较小，实验现象不明显，为确
保实验有较明显的现象，可以改进的方法是__________________________
_______________________________________。实验中若钢球 释放高度一
定，为了防止木块滑出木板，可以采取的措施是______________________
_____________________。
可以增大钢球的质量
（或减小木块的质量或换用较光滑的木板）
增大木块的质量
（或降低斜面的倾角）
图1
图2
（10）实验后，有些同学对“质量不同的钢球从同一
斜面同一高度由静止开始滚下，刚到达底部时的速度
大小相等”有疑惑，小明设计了如图2所示的实验：让
质量不同的小球、 同时从同一高度由静止开始沿
静止
斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若球相对于 球______
（选填“运动”或“静止”），就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。
（11）另一实验小组利用如图3所示装置进行实验,摆线的长度 相同，小球
、的质量，悬线与竖直方向的夹角 。
图3
a.图3甲、乙中，同时由静止释放、 两小球，观察到它们并排摆动且始
终相对静止,同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中任一时刻速度
大小与小球的______无关；
质量
b.如图3丙，将小球移动到与竖直方向成角时放手，小球 撞击同一木
块，比较图3________两图可知，物体的速度越大，动能越大；
图3
乙、丙
c.该实验中小球的动能由小球的________能转化而来，该装置相对于图1中
装置的优点是________________________。
重力势
减小了摩擦对实验的影响
过河北特色考法
（12）同2025样卷17(5)考法|装置再利用 若想接着探究阻力对物体运动的
影响，在现有的实验器材的基础上，必须增加的器材是________________
_______（选填“倾斜程度不同的斜面”或“粗糙程度不同的水平面”）。
粗糙程度不同的
水平面
图4
（13）同2024.33(4)考法|迁移生活 近年来，为减少因
车辆刹车失灵造成的危害，许多高速公路设置了紧急
避险车道，如图4所示，该车道是在公路右侧设一个冲
向高处的大斜坡，路面是砂砾，车辆遇上紧急刹车失
汽车冲上斜坡时，将动能转化成重力势能和内
能，使汽车的速度减小
灵可以冲上去，避免惨剧的发生。请从能量转化的角度解释汽车驶入避险
车道后迅速减速的原因：__________________________________________
______________________。
（14）同2024.33(4)考法|迁移生活 由此实验联想到某段道路限速牌上标明
“100”和“80”字样，________（选填“大客车”或“小轿车”）的限速应该是
;高速路段交警严查超载、超员，这是因为车速一定时，整车的质
量越大，____能越大。
大客车
动
（15）实验结束后，同学们想知道汽车的“超载”与“超速”哪个对动能影响
更大，于是又进行了两组实验。将收集的数据记录在下面的表格中。分析
表中数据可知，______（填动能的影响因素）对物体的动能影响更大，即
汽车______（选填“超载”或“超速”）会造成更严重的危害。
表一 （小球撞击木块时的速度 ） 表二 （质量为 的小球）
序号
1 10 6
2 20 12
3 30 18
速度
超速
序号
1 5 6
2 10 24
3 15 54
一阶 基础巩固分点练
第1题图
1.如图所示为某次蹦极运动的精彩瞬间，若一游客绑上安全绳之
后从平台上由静止开始下落，则从开始下落至第一次到达最低点
的过程中，游客的( )
B
A. 动能一直增大 B. 重力势能一直减小
C. 机械能保持不变 D. 机械能一直增大
2.如图为跳远运动的几个阶段，则运动员( )
C
第2题图
A. 助跑阶段机械能不变
B. 起跳时机械能为零
C. 经过最高点时重力势能最大
D. 经过最高点时动能最大
3.无人驾驶扫地车在平直的路面上匀速前进，并将地面上的垃圾吸入车内，
在此过程中，扫地车整体的( )
C
A. 动能不变，机械能不变 B. 动能不变，机械能增大
C. 动能增大，机械能增大 D. 动能增大，机械能不变
4.如图所示是兴趣小组设计的火车站进站段铁路工程设计方案图，则火车
进站过程中( )
D
第4题图
A. 动能增大 B. 重力势能减小
C. 重力势能转化为动能 D. 动能转化为重力势能
5.李白在《望庐山瀑布》中这样描述瀑布：“飞流直下三千尺，疑是银河落
九天。”关于瀑布在下落过程中的能量转化，下列说法中正确的是( )
A
A. 重力势能转化为动能 B. 动能转化为重力势能
C. 弹性势能转化为动能 D. 动能转化为弹性势能
6.如图是某高速公路的避险车道，当高速行驶的汽车刹车失灵时，可进入路
面粗糙的上升斜坡（即避险车道）。在车辆冲入避险车道上升至停止的过
程中，车辆的重力势能______，机械能______。（均选填“增大”或“减小”）
增大
减小
第6题图
7.（2025新疆）我国正在研制的新一代具有全向隐身性能的战机已多次成
功试飞。新一代战机在转弯飞行的过程中，战机受力________（选填“平
衡”或“不平衡”）。加油机为战机加油时，两机保持相同速度匀速水平飞
行，则重力势能减小的是________（选填“加油机”或“战机”），战机的机
械能______（选填“增大”“减小”或“不变”）。
不平衡
加油机
增大
8.撑竿跳高是一项技术性很强的体育运动，完整的过程可以简化成如图所
示的三个阶段：持竿助跑、撑竿起跳上升、越竿下落。到达最高点的过程
中是动能和__________转化为__________；下落过程中____能逐渐增加，
________能逐渐减小。
弹性势能
重力势能
动
重力势
第8题图
二阶 情境·模型提升练
9.（2025德阳）荡秋千的过程可简化为一个球的摆动过程。如图所示，用
细线把一个小球悬挂起来，小球由点静止释放后，将在、 两点之间来
回摆动（不计空气阻力），下列说法正确的是( )
D
第9题图
A. 小球在 点时，动能最大
B. 小球在 点时，重力势能最大
C. 小球从点运动到 点的过程中，重力势能先增大后减小
D. 小球从点运动到 点的过程中，动能增大，重力势能减小
10. 如图所示为滑雪运动员比赛过程中的运动的轨迹
，点到 点过程中运动员始终腾空。若不计空气阻力，
则( )
C
第10题图
A. 从到 ，运动员减小的重力势能等于增加的动能
B. 从到 ，运动员的动能全部转化为重力势能
C. 从到 ，运动员减小的重力势能等于增加的动能
D. 运动员在点的机械能小于在 点的机械能
第11题图
11.（2020河北25题3分）蹦极是一种运动游戏。图中 点是弹
性绳自然下垂时绳下端的位置， 点是游戏者所能到达的最低
点。当游戏者离开跳台向 点运动的过程中（忽略空气阻力），
其重力势能逐渐转化为____能；游戏者从点到 点的过程中，
绳子具有的________能逐渐增加；到达 点时游戏者受到的弹
动
弹性势
不是
力大于重力，所以游戏者在 点时______（选填“是”或“不是”）处于平衡状态。
12.（2024河北19题3分）2024年5月7日，河北省首条低空无人机物流运输
航线试航成功。如图为正在运输货物的无人机，下列说法正确的是( )
B
第12题图
A. 无人机上升过程中，货物的重力势能可能减小
B. 无人机水平匀速飞行时，货物的机械能保持不变
C. 无人机在某一高度悬停时，货物的机械能一定为零
D. 无人机下降过程中，货物的动能一定增大
13.（2025河北9题2分）如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( )
D
第13题图
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
第14题图
14.（2022河北19题2分）2022年5月14日，一架国产 大
飞机（如图所示）从浦东机场起飞，经过3个多小时的飞行
后安全降落，这标志着即将交付的首架 大飞机首飞试
验成功。下列说法正确的是( )
A
A. 飞机在升空过程中，飞行员的重力势能逐渐增大
B. 飞机从起飞到安全降落的整个过程中，飞行员的动能一直保持不变
C. 飞机从起飞到安全降落的整个过程中，飞机的机械能一直保持不变
D. 飞机降落后，在水平跑道上滑行过程中，飞机的动能转化为重力势能
15.[航天科技模型——按阶段]
（1）『火箭发射升空』搭载飞船的火箭在加速上升的过程中，飞船的动
能______，重力势能______（以上两空均选填“增大”“减小”或“不变”），
机械能________（选填“守恒”或“不守恒”）。
增大
增大
不守恒
（2）『在轨运行丨2019河北25题』卫星是通过________传递信息的，它从
如图所示位置向近地点运动时势能______（选填“增大”“减小”或“不变”）；
站在地面上的人观察到同步卫星静止不动，选取的参照物是______。
电磁波
减小
地面
第15（2）题图
（3）『返回舱返回』返回舱在加速穿越稠密的大气层时，与空气剧烈摩
擦，温度能达到几千摄氏度，此时返回舱机械能的总量将______，内能
______。如图所示，打开降落伞后，若返回舱在一段时间内的运动可看作
是竖直向下的匀速直线运动，则返回舱在这段时间内动能______，重力势
能______，机械能______。（均选填“增大”“减小”或“不变”）
减小
增大
不变
减小
减小
第15（3）题图
第16题图
16.为减小骑行电动自行车对人体造成的伤害，有关部门
做出以下规定：成年人驾驶电动自行车只能搭载一名十六
周岁以下的未成年人；禁止超速行驶。小明为了验证上述
规定的缘由，对骑乘造成伤害程度的影响因素进行了如下
猜想。
猜想一：由限载猜想骑乘造成的伤害程度大小与车的总质量有关；
猜想二：由禁止超速猜想骑乘造成的伤害程度大小与车速有关。
为了验证上述猜想，小明用金属球模拟电动自行车，用木块模拟被撞物体，
进行了如图所示的实验探究，其中， 。
第16题图
（1）实验中通过观察__________________来比较伤害程
度的大小，这种研究方法是________（选填“控制变量法”
或“转换法”）。
木块被推动的距离
转换法
（2）由甲、乙两次实验可得结论：质量相同的电动自行
车，______越大，骑乘造成的伤害程度越大；由________
两次实验可得结论：速度相同的电动自行车，质量越大，
骑乘造成的伤害程度越大。
速度
乙、丙
（3）进行丙实验时，若发现金属球将木块撞出了木板，则________
（选填“需要”或“不需要”）将木板加长。若水平面是光滑的，则______
（选填“能”或“不能”）达到实验的目的。
不需要
不能
第16题图
（4）通过物理学习，小明发现骑乘的伤害程度与机械能
有关，比较甲、乙、丙三次实验，释放、、 球前，它
们的机械能、、 的大小关系是______________。
（5）若还想利用如图所示的器材探究“阻力对物体运动的
影响”的实验，须增加的器材是____。（填写序号）
②
①倾斜程度不同的斜面
②粗糙程度不同的水平面
③质量不同的小球

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