资源简介

第4节　机械能及其转化
机械能与机械能守恒
1．机械能：动能、重力势能和弹性势能统称为机械能．
2．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不变，或者说，机械能是守恒的．
3．动能和重力势能的转化
滚摆在最高点时重力势能最大，在最低点时动能最大．滚摆在下降的过程中，高度逐渐降低，重力势能逐渐减小，而滚摆的转速逐渐增大，动能逐渐增大，滚摆的重力势能转化为动能；滚摆在上升的过程中，其高度逐渐升高，重力势能逐渐增大，其转速逐渐减小，动能逐渐减小，动能转化为重力势能．
4．动能和弹性势能的转化
孩子们喜欢跳蹦床，当孩子们从高处落下与蹦床相互作用而发生弹性形变的过程中，孩子下落的速度减小，动能减小，同时蹦床形变增大，弹性势能增大，动能转化为弹性势能．蹦床要恢复形变，因而形变减小，弹性势能减小，速度逐渐增大，动能增大，在这一过程中弹性势能转化为动能．
　能量转化过程中总是一种能量减少，另一种能量增加，能量的转化可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间，如高空落下的物体，能量的转化发生在物体本身，而弓把箭射出去，能量转化则发生在弓和箭两物体之间，故而分析具体问题时，要注意这种区别．
水能和风能的利用
1．自然界的流水和风都是具有大量机械能的天然资源．
2．修拦河大坝是为了提高上游水位，增加水的重力势能，水流下时才能转化为更多的动能，从而带动发电机发电．
机械能及其转化
典例1
[2024·广安]如图所示是一款用于某校“五四”汇演航拍的新型智能无人机，在它竖直向上匀速运动的过程中( C )
典例1图
A．动能增大，重力势能增大，机械能增大
B．动能减小，重力势能增大，机械能不变
C．动能不变，重力势能增大，机械能增大
D．动能减小，重力势能增大，机械能减小
影响动能大小因素是质量和速度，影响重力势能大小的因素是质量和高度；机械能＝动能＋重力势能．
变式1 [2023·荆州]2023年5月30日，景海鹏、朱杨柱、桂海潮三名航天员乘坐神舟十六号载人飞船，成功进入中国空间站，与神舟十五号航天员乘组会师天宫，如图所示．下列说法正确的是( C )
变式1图
A．飞船在升空过程中，只存在动能和势能的相互转化
B．漂浮在空间站中的宇航员重力势能为零
C．空间站组合体在轨稳定运行过程中机械能守恒
D．空间站组合体在太空中沿椭圆轨道绕地球运行，在近地点时动能最小
变式2 [2023·泰州]如图所示，小明沿滑道从顶端匀速下滑的过程中，小明的( A )
变式2图
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
机械能守恒的判断和应用
典例2 [潍坊中考]体育课上小明同学进行传接篮球训练，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，则篮球在( A )
典例2图
A．a、c两点的动能相等
B．a点的机械能比d点机械能大
C．a点动能比d点动能大
D．b点的动能最大
不计空气阻力，机械能守恒，机械能＝动能＋重力势能．
变式1 [2022·辽宁]在北京冬奥会自由式滑雪空中技巧女子个人项目决赛中，辽宁运动员徐梦桃勇夺冠军．如图所示，在她滑行过程中，下列说法正确的是( D )
变式1图
A．A点时不具有机械能
B．从A点滑行到C点的过程中重力不断变大
C．滑雪板底面比较光滑是为了增大滑行时与雪面的摩擦
D．在B点的速度大于与它高度相同的D点的速度
变式2 [2024·武汉]如图所示，将一个小球用细线悬挂起来，让小球从A点静止释放，小球会在A、C两点之间来回摆动，最终静止．下列说法正确的是( C )
变式2图
A．小球从A点摆动到B点，动能转化为重力势能
B．小球能从B点摆动到C点是由于受到惯性
C．小球每次经过B点，其动能都比上一次小
D．小球最终静止在A点
变式3 [2024·西安模拟]嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球(动力装置关闭)，其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示．AB段返回器的动能变小；CD段返回器的机械能变小(均填“变大”“不变”或“变小”)，着陆过程中返回器受到非平衡力(填“平衡力”或“非平衡力”)作用．
变式3图
机械能和图像的综合问题
典例3 如图所示，彬彬把篮球以一定的初速度抛向空中，忽略空气阻力，下列哪一个图像能正确反映篮球离手后至落回地面前机械能(E)与篮球离地面的高度(h)的关系( A )
典例3图
把篮球抛向空中，忽略空气阻力，只有动能和势能的相互转化，机械能守恒．
变式 低空跳伞是一种危险性极高的极限运动．一名跳伞运动员背着伞包从某高层建筑顶层跳下，且一直沿竖直方向下落，其整个运动过程的v t图像如图所示，其中10秒末时打开了降落伞．下列说法正确的是( C )
变式图
A．前2秒内，运动员的运动状态保持不变
B．前10秒内，运动员减少的重力势能全部转化成动能
C．10秒末～12秒末，运动员和伞受到的空气阻力大于其总重力
D．14秒末～16秒末，运动员和伞的机械能总量保持不变
1．[2024·临沂]2024年春晚舞蹈诗剧《锦鲤》的演员们，既是一群活泼的少女，又是一群嬉戏的“锦鲤”，“灵性相通”的意象直击观众心底的柔软和纯真．如图所示，在威亚的拉力作用下，整齐划一地匀速上升的演员们( B )
第1题图
A．是相对运动的
B．机械能不断增大
C．所受合力竖直向上
D．所受拉力不做功
2．[2024·烟台]原地纵跳摸高是同学们经常玩的游戏，如图所示，下列关于游戏过程的分析正确的是( C )
第2题图
A．在离地前的起跳过程中，地面对人的支持力大于人对地面的压力
B．在离地前的起跳过程中，地面对人的支持力小于人对地面的压力
C．在离地后的上升过程中，人的动能转化为重力势能
D．在落地前的下降过程中，人的动能减少，重力势能增加
3．[2024·广州一模]蹦床是集艺术性和竞技性于一身的运动，是2023年杭州亚运会的比赛项目之一，也是深受广大青少年喜爱的健身运动．如图所示为蹦床运动照片及其简化示意图，O点是运动员由最高点开始自由落下的起始位置，A点是蹦床不发生形变时的原位置，B点是运动员受到的重力与蹦床对运动员的弹力相等处，C点是运动员到达的最低点．若整个过程忽略空气阻力，则( C )
第3题图
A．从O点到A点的过程中，运动员的机械能增大
B．从A点到C点的过程中，蹦床的弹性势能一直减小
C．从A点到C点的过程中，运动员的动能先增大后减小
D．从O点到C点的过程中，在C点处运动员的动能最大
4．[2024·鸡西]2024年6月2日，嫦娥6号在月背南极艾特肯盆地成功着陆，是我国探月工程又一里程碑事件．关于嫦娥6号说法正确的是( A )
A．在下落过程中，机械能减小
B．着陆后，质量变小，惯性变小
C．在下落过程中，相对于月球表面是静止的
D．四只宽大的脚，是为了增大压强
5．[2024·达州]如图所示，小明同学在体育课上进行竖直爬杆训练，双脚离地静止时，手握得越紧，小明与杆之间的摩擦力不变(填“增大”“减小”或“不变”)；匀速上爬过程中小明受到竖直的摩擦力向上(填“向上”或“向下”)；匀速下滑时小明的机械能减小(填“增大”“减小”或“不变”)．
第5题图第4节　机械能及其转化
机械能与机械能守恒
1．机械能： 、 和 统称为机械能．
2．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 的．
3．动能和重力势能的转化
滚摆在最高点时 最大，在最低点时 最大．滚摆在下降的过程中，高度逐渐降低，重力势能逐渐 ，而滚摆的转速逐渐增大，动能逐渐 ，滚摆的 能转化为 能；滚摆在上升的过程中，其高度逐渐升高，重力势能逐渐 ，其转速逐渐减小，动能逐渐 ， 能转化为 能．
4．动能和弹性势能的转化
孩子们喜欢跳蹦床，当孩子们从高处落下与蹦床相互作用而发生弹性形变的过程中，孩子下落的速度减小，动能 ，同时蹦床形变增大，弹性势能 ， 转化为 ．蹦床要恢复形变，因而形变减小，弹性势能 ，速度逐渐增大，动能 ，在这一过程中 转化为 ．
　能量转化过程中总是一种能量减少，另一种能量增加，能量的转化可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间，如高空落下的物体，能量的转化发生在物体本身，而弓把箭射出去，能量转化则发生在弓和箭两物体之间，故而分析具体问题时，要注意这种区别．
水能和风能的利用
1．自然界的 和 都是具有大量机械能的天然资源．
2．修拦河大坝是为了提高上游水位，增加水的 能，水流下时才能转化为更多的 能，从而带动发电机发电．
机械能及其转化
典例1
[2024·广安]如图所示是一款用于某校“五四”汇演航拍的新型智能无人机，在它竖直向上匀速运动的过程中( )
典例1图
A．动能增大，重力势能增大，机械能增大
B．动能减小，重力势能增大，机械能不变
C．动能不变，重力势能增大，机械能增大
D．动能减小，重力势能增大，机械能减小
影响动能大小因素是质量和速度，影响重力势能大小的因素是质量和高度；机械能＝动能＋重力势能．
变式1 [2023·荆州]2023年5月30日，景海鹏、朱杨柱、桂海潮三名航天员乘坐神舟十六号载人飞船，成功进入中国空间站，与神舟十五号航天员乘组会师天宫，如图所示．下列说法正确的是( )
变式1图
A．飞船在升空过程中，只存在动能和势能的相互转化
B．漂浮在空间站中的宇航员重力势能为零
C．空间站组合体在轨稳定运行过程中机械能守恒
D．空间站组合体在太空中沿椭圆轨道绕地球运行，在近地点时动能最小
变式2 [2023·泰州]如图所示，小明沿滑道从顶端匀速下滑的过程中，小明的( )
变式2图
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
机械能守恒的判断和应用
典例2 [潍坊中考]体育课上小明同学进行传接篮球训练，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，则篮球在( )
典例2图
A．a、c两点的动能相等
B．a点的机械能比d点机械能大
C．a点动能比d点动能大
D．b点的动能最大
不计空气阻力，机械能守恒，机械能＝动能＋重力势能．
变式1 [2022·辽宁]在北京冬奥会自由式滑雪空中技巧女子个人项目决赛中，辽宁运动员徐梦桃勇夺冠军．如图所示，在她滑行过程中，下列说法正确的是( )
变式1图
A．A点时不具有机械能
B．从A点滑行到C点的过程中重力不断变大
C．滑雪板底面比较光滑是为了增大滑行时与雪面的摩擦
D．在B点的速度大于与它高度相同的D点的速度
变式2 [2024·武汉]如图所示，将一个小球用细线悬挂起来，让小球从A点静止释放，小球会在A、C两点之间来回摆动，最终静止．下列说法正确的是( )
变式2图
A．小球从A点摆动到B点，动能转化为重力势能
B．小球能从B点摆动到C点是由于受到惯性
C．小球每次经过B点，其动能都比上一次小
D．小球最终静止在A点
变式3 [2024·西安模拟]嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球(动力装置关闭)，其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示．AB段返回器的动能 ；CD段返回器的机械能 (均填“变大”“不变”或“变小”)，着陆过程中返回器受到 (填“平衡力”或“非平衡力”)作用．
变式3图
机械能和图像的综合问题
典例3 如图所示，彬彬把篮球以一定的初速度抛向空中，忽略空气阻力，下列哪一个图像能正确反映篮球离手后至落回地面前机械能(E)与篮球离地面的高度(h)的关系( )
典例3图
把篮球抛向空中，忽略空气阻力，只有动能和势能的相互转化，机械能守恒．
变式 低空跳伞是一种危险性极高的极限运动．一名跳伞运动员背着伞包从某高层建筑顶层跳下，且一直沿竖直方向下落，其整个运动过程的v t图像如图所示，其中10秒末时打开了降落伞．下列说法正确的是( )
变式图
A．前2秒内，运动员的运动状态保持不变
B．前10秒内，运动员减少的重力势能全部转化成动能
C．10秒末～12秒末，运动员和伞受到的空气阻力大于其总重力
D．14秒末～16秒末，运动员和伞的机械能总量保持不变
1．[2024·临沂]2024年春晚舞蹈诗剧《锦鲤》的演员们，既是一群活泼的少女，又是一群嬉戏的“锦鲤”，“灵性相通”的意象直击观众心底的柔软和纯真．如图所示，在威亚的拉力作用下，整齐划一地匀速上升的演员们( )
第1题图
A．是相对运动的
B．机械能不断增大
C．所受合力竖直向上
D．所受拉力不做功
2．[2024·烟台]原地纵跳摸高是同学们经常玩的游戏，如图所示，下列关于游戏过程的分析正确的是( )
第2题图
A．在离地前的起跳过程中，地面对人的支持力大于人对地面的压力
B．在离地前的起跳过程中，地面对人的支持力小于人对地面的压力
C．在离地后的上升过程中，人的动能转化为重力势能
D．在落地前的下降过程中，人的动能减少，重力势能增加
3．[2024·广州一模]蹦床是集艺术性和竞技性于一身的运动，是2023年杭州亚运会的比赛项目之一，也是深受广大青少年喜爱的健身运动．如图所示为蹦床运动照片及其简化示意图，O点是运动员由最高点开始自由落下的起始位置，A点是蹦床不发生形变时的原位置，B点是运动员受到的重力与蹦床对运动员的弹力相等处，C点是运动员到达的最低点．若整个过程忽略空气阻力，则( )
第3题图
A．从O点到A点的过程中，运动员的机械能增大
B．从A点到C点的过程中，蹦床的弹性势能一直减小
C．从A点到C点的过程中，运动员的动能先增大后减小
D．从O点到C点的过程中，在C点处运动员的动能最大
4．[2024·鸡西]2024年6月2日，嫦娥6号在月背南极艾特肯盆地成功着陆，是我国探月工程又一里程碑事件．关于嫦娥6号说法正确的是( )
A．在下落过程中，机械能减小
B．着陆后，质量变小，惯性变小
C．在下落过程中，相对于月球表面是静止的
D．四只宽大的脚，是为了增大压强
5．[2024·达州]如图所示，小明同学在体育课上进行竖直爬杆训练，双脚离地静止时，手握得越紧，小明与杆之间的摩擦力 (填“增大”“减小”或“不变”)；匀速上爬过程中小明受到竖直的摩擦力 (填“向上”或“向下”)；匀速下滑时小明的机械能 (填“增大”“减小”或“不变”)．
第5题图

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