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第4节　机械能及其转化
【知识重点】
1．知道动能、重力势能和弹性势能统称为机械能．
2．能通过实验或实例认识物体的动能和势能可以相互转化．能解释与机械能转化有关的现象．
3．了解机械能守恒的含义．(重点)
【课程集训】
★知识点 机械能守恒及其转化
1．如图甲所示，小球从高处自由下落，小球的重力势能减小，动能增大(以上选填“增大”“不变”或“减小”)；该过程中重力势能转化为动能．
2．如图乙所示，射击运动员弯弓将箭射出时，弓的弹性势能减小，箭的动能增大(以上选填“增大”“不变”或“减小”)；该过程中弹性势能转化为动能．
3．如图丙所示，小朋友从高处落下，在与蹦床接触前，小朋友的重力势能减小，动能增大；与蹦床接触后，动能减小，蹦床的弹性势能增大(以上选填“增大”“不变”或“减小”)；该过程中重力势能转化为动能，再转化为弹性势能．
4.如图所示，将滚摆从A点由静止释放，向下运动到达最低点B，然后往上运动到达跟A点等高的C点，如此往复运动．不考虑空气阻力和绳子摩擦．
(1)重力势能最大的位置是A点和C点，动能最大的位置是B点.
(2)从A点到B点，滚摆的重力势能减小，动能增大，机械能守恒.
(3)从B点到C点，滚摆的动能转化为重力势能．
5.(物理观念)如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道绕地球运行，下列说法正确的是(B)
A．卫星从远地点向近地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能变小
B．卫星从近地点向远地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变
C．卫星在近地点时，动能最大，机械能最大
D．卫星在远地点时，势能最大，机械能最大
　★归纳总结
1．物体的动能、重力势能、弹性势能统称为机械能．即机械能＝动能＋势能．
2．动能和势能之间可以相互转化，减小的能量转化为增大的能量．
3．动能大小的变化通过质量、速度的变化来判断；重力势能大小的变化通过质量、高度的变化来判断；弹性势能大小的变化通过弹性形变的程度来判断．
4．当只有动能和势能相互转化时，机械能的总和不变，我们就说机械能守恒．
★知识点 机械能和其他能量的相互转化
1.如图所示，将小球在A点由静止释放，小球从A点摆动到B点的过程中，重力势能转化为动能．因为小球受到空气阻力，在摆动过程中，所能达到的最高点逐渐降低，最终停在了B点，说明小球的机械能不守恒.
2. (科学思维)如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定在水平面上，一个小球由A点以速度v沿轨道滚下(D)
A．整个过程中小球的机械能不变
B．小球在A、B两点具有的动能相同
C．小球在A点具有的机械能等于它在C点具有的重力势能
D．小球在A、B、C三点的速度大小关系是vA>vB>vC
　★归纳总结
1．当只有动能和势能相互转化时，物体机械能守恒；当物体受到其他外力的作用并且外力对物体做功时，机械能和其他形式的能量相互转化，则机械能不守恒．
2．机械能守恒的标志性条件：题目中出现“光滑”“不计阻力”等词时，说明没有摩擦，不会摩擦生热，也就是机械能不会转化为其他能量(内能)，此种情况下很有可能机械能守恒．
3．机械能不守恒的情况：
(1)机械能减少：有摩擦力时，机械能转化为其他能量(内能)，机械能减小．
(2)机械能增加：有外力对物体做功时，物体的机械能可能增加，如火箭发射时加速升空、在牵引力的作用下汽车加速爬上斜坡、杠铃被运动员举起时，物体的机械能均增加．
★知识点 水能和风能的利用
自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源．人们利用风力发电机和水能发电站将风能和水能转化为电能．
1.风能、太阳能、潮汐能的开发可以有效缓解我国能源供应紧张的局面，中科院专家认为：目前产业化条件最为成熟的为风力发电．风力发电过程中的能量转化是(C)
A．化学能转化为电能
B．太阳能转化为电能
C．机械能转化为电能
D．机械能转化为化学能
2.(物理学与工程实践)衢江抽水蓄能电站的工作原理如图所示，用电低谷时(如深夜)，电站利用电网多余的电能把水从下水库抽到上水库中储存起来(如图甲所示)；用电高峰时，再利用上水库中的水发电(如图乙所示)．
(1)蓄能时，水被抽到上水库，此过程是将电能转化为水的机械能．
(2)抽水蓄能电站选址衢江黄坛口，不仅因为当地水资源丰富，同时还考虑到当地地势较陡，这样建成的电站上、下水库的高度差比较大，有利于蓄能与发电.
【提能训练】
1．(物理学与社会发展)(2022 菏泽)2022年4月16日神舟十三号飞船返回舱在东风着陆场平安落地，标志着我国空间站关键技术验证阶段的最后一次飞行任务结束．在返回舱减速下落的过程中(D)
A．动能减少，重力势能不变
B．动能不变，重力势能减少
C．机械能不变
D．机械能减少
2．(科学思维)(2022 荆州)打篮球是很多同学喜爱的运动项目，某次打篮球过程中，篮球的部分运动轨迹如图所示，下列说法正确的是(C)
A．篮球经过相同高度的B、C两点时，机械能相等
B．篮球第一次反弹后到达最高点D时，动能为0
C．篮球经过B、E两点时，动能可能相等
D．篮球在整个过程中机械能守恒
3．(2022 天门)苏翊鸣在2022年北京冬奥会单板滑雪男子大跳台比赛中夺得金牌．如图所示为运动员在空中运动的轨迹，图中a、c两处等高，若不计空气阻力，下列说法正确的是(B)
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处时的机械能最大
D．运动员从b处到d处速度逐渐减小
4.(物理学与社会发展)(2022 河北)2022年5月14日，一架国产C919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C919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
5．(科学态度与责任)(2022 益阳)2021年7月30日，中国蹦床运动员朱雪莹和刘灵玲包揽了东京奥运会女子蹦床金银牌，为国争了光．比赛中朱雪莹先被蹦床弹起上升到最高点，之后从最高点下落直至将蹦床压缩到最低点．在此过程中，有关朱雪莹机械能变化的说法正确的是(A)
A．在空中上升过程中，她的动能转化为重力势能
B．在最高点她的动能最大
C．下落到将与床面接触时，她的动能为零
D．蹦床被压缩到最低点时，她的重力势能最大
6．(2022 济南)把常用的按钮式圆珠笔笔尖朝上用力按下后放手，它会弹起很高．把它拆开后发现，它能弹起的原因是内部装有一根弹簧，如图甲所示．小强仔细观察后发现，圆珠笔弹起的过程可以分为“A：按下后放手”到“B：获得一个向上的速度”再到“C：向上运动到达最高点”，如图乙所示．圆珠笔在“A→B”阶段，弹性势能转化为动能；圆珠笔在“B→C”阶段，动能转化为重力势能.

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