1、 11.4 机械能及其转化机械能及其转化 1机械能包括：_和_。 2动能和势能可以相互转化。如果只有动能势能相互转化，机械能的总和保持_，或者说 机械能是_的。 动能 势能 不变 守恒 动能与势能转化问题的分析：动能与势能转化问题的分析： （1）首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素看动能和重力势能 （或弹性势能）如何变化。 （2）还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大如果除重力和弹力外没有其他外力做 功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失） ，则动能势能转化过程中机械能不变。 （3）题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失机械能守恒；“
2、斜面上匀速下滑” 表示有能量损失机械能不守恒。学科&网 【例题】【例题】如图所示，跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，他的 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动能不变，重力势能减小，机械能不变 D动能不变，重力势能减小，机械能减小 参考答案参考答案：D 1下列现象中，由动能转化为重力势能的是 A动车匀速上坡 B脚踩滑板从高处滑下 C滚摆自下而上运动 D火箭加速升空 2如图所示，人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行它从远地点向近地点运动过程中 A动能增大，势能减小，机械能不变 B动能减小，势能增大，机械能不变 C动能不变，势能增大，机械能变大 D动能减小，势能不
3、变，机械能变小 3如图所示的滚摆实验中，关于滚摆的能量转化情况，下列说法正确的是 A滚摆上升时动能转化为重力势能 B滚摆下降时动能转化为重力势能 C滚摆上升、下降交替运动过程中机械能不断增加 D滚摆运动时，其他形式的能转化为滚摆的机械能 4下列现象中机械能没有发生变化的是 A物体沿斜面匀速下滑 B物体从高处自由下落，不计空气阻力 C火箭加速升空 D降落伞运动员跳伞后匀速下降阶段 5不计空气阻力，下列运动过程中机械能守恒的是 A苹果自由下落 B树叶匀速飘落 C汽车匀速上坡 D足球在草地上越滚越慢 6下列过程中，属于物体的重力势能转化为动能的是 A拉弯的弓把箭射出去 B钟表里发条带动齿轮转动 C火
4、箭发射升天 D小孩荡秋千从高处向低处落下 7下列过程中，动能转化为重力势能的是 A直升飞机匀速上升 B人骑车匀速下桥 C火车徐徐进站 D将小球向上抛出，小球在上升阶段 82017 年 5 月 4 日 14 时许，我国自主研制的新一代喷气式大型客机 C919 在上海浦东机场首飞成功，这标 志着中国的“大飞机梦”得以实现， C919 在高空中加速爬升时， 机械能_ （“增大”、 “减小”或“不 变”），大飞机刚着陆瞬间，机场地面上留下了一道道黑色的机轮印迹，这是通过增大_（“压 强”、“压力”、“摩擦力”）而造成的。 9蹦床运动被喻为“空中芭蕾”。运动员从高点静止下落至再次回到高点，会经历几个过程
5、：高点下落至 接触床面，接触床面到下落至最低点，最低点反弹至离开床面，离开床面至再次回到高点。若不 计空气阻力，整个过程中运动员的机械能_（选填“守恒”或“不守恒”）。整个过程中，运动员 动能最大在_过程中。 10如图所示，弹簧将小球弹起，说明力的作用效果是_；小球离开弹簧继续上升 过程中的能量转化是_。（不计空气阻力） 11如图所示的是拉弓射箭的情景，弓弦被拉弯时，将_能转化为_能。 12 在空中水平匀速飞行的救灾飞机不停地往灾区丢救灾物资， 在此过程中， 飞机的机械能_ （选 填“变大”“变小”“不变”）。 13下列情况中，机械能发生变化的是 A跳伞运动员匀速降落 B物体从光滑斜面上自由滑
6、下 C物体在光滑的水平面上匀速运动 D物体在真空中自由下落 14如图所示，小球从光滑斜面上 A 处由静止滚下，经过 B 处，最终停在粗糙水平面上的 C 处。下列说法 正确的是 A小球由 A 处运动到 C 处，机械能不变 B小球由 B 处运动到 C 处，重力对小球做了功 C小球由 A 处运动到 B 处，速度先变大后变小 D小球停在 C 处，球受到的支持力和球对水平面的压力是一对相互作用力 15物体在平衡力作用下运动，则物体的机械能 A一定增加 B一定不变 C一定减小 D增加、不变、减小均有可能 16跳伞运动员跳出飞机后，立即打开降落伞，下降过程中所受空气阻力随运动速度增大，直至与重力等 大，在整
7、个下落过程中，运动员和降落伞的 A势能不断减少，动能不断增加，机械能不变 B势能不断减少，动能不断增加，机械能减少 C势能不断减少，动能先增加然后保持不变，机械能减少 D势能不断减少，动能先增加后减少，机械能减少 17如图所示，小球在一个光滑没有摩擦的轨道上从 O 点由静止释放，小球始终没有离开轨道，你认为小 球最远可以滚到 Aa 点 Bb 点 Cc 点 Dd 点 18如图所示，单摆（图 1）在竖直平面内左右摆动，滚摆（图 2）在竖直平面内上下往复运动。请回答： （1）这两个实验可以说明的同一个物理问题是：_； （2）滚摆从最低点摆到最高点的过程中，是_能转化为_能。 （3）在单摆左右摆动和滚
8、摆上下往复运动的过程中，你将会看到它们上升的高度逐渐降低。产生此现 象的原因是：_，使_逐渐减少。 19小资料： 车型 机动车道与非机动车道分隔设施的道路 其他道路 小型客车 70 km/h 60 km/h 大型客车、载货车 60 km/h 50 km/h 用物理学的术语解释，为什么要对机动车的行驶速度进行限制？为什么在同样的道路上，不同车型的 限制车速不一样？ 20立定跳远是体育测试项目之一，如图所示是某个同学立定跳远的情景图。 （1）请你说明该同学在腾起和下落过程中动能和重力势能是如何转化的？ （2）由于存在空气阻力，该同学在空中运动过程中，机械能大小有何变化？ （3）此项运动中涉及许多物
9、理知识，示例：运动员腾起后最终会落地，原因是受到重力作用。请你根 据示例，再列举一条此项运动中涉及到的其他相关物理知识。 21（2017 乐山卷）如甲图所示，小球从竖直放置的弹簧上方一定高度处由静止开始下落，从 a 处开始接 触弹簧，压缩至 c 处时弹簧最短。从 a 至 c 处的过程中，小球在 b 处速度最大。小球的速度 v 和弹簧被 压缩的长度L 之间的关系如乙图所示。不计空气阻力，则从 a 至 c 处的过程中，下列说法中正确的是 A小球所受重力始终大于弹簧的弹力 B小球的重力势能先减小后增大 C小球减少的机械能转化为弹簧的弹性势能 D小球的动能一直减小 22（2017 酒泉卷）在中考体育考
10、试中，小刚投出的实心球在空中的运动轨迹如图所示。若不考虑空气阻 力，则实心球从离开手后到达最高点的过程中，球受_个力的作用，球的机械能_（填 “增大”“减小”或“不变”），在最高点时，球的动能_（填“大于”或“等于”）零。 23（2017 北部湾卷）如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，将小钢球从高度为 h 的 同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离 s 后停下。完成甲、乙、丙所示的三次 实验，其中 h1h3h2，mAmBmC。 （1）小钢球在滚下斜面的过程中，它的_能转化为动能，其动能大小是通过_（填“高 度 h”或“距离 s”）大小来反映的； （2）小钢球
11、在水平面上不能立即停下，是因为小钢球具有_，小木块最终会停下来是因为受 到_力的作用； （3）分析比较甲和乙两组实验可得，物体质量相同时，速度越大，动能越_； （4）分析比较_两组实验可得出物体的动能与质量的关系； （5）综合上述可知，如图所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高_。 2A【解析】人造卫星沿椭圆形的轨道绕地球运行时，没有克服摩擦做功，机械能守恒所以它由远地点 向近地点运动过程中，质量不变，相对地面的高度减小，势能减小；速度增大，动能增大，总机械能不 变。故选 A。 4B【解析】A、物体沿斜面匀速下滑，速度不变，动能不变，高度降低，重力势能减小，所以机械能减小， 故 A
12、 不合题意；B、物体从高处自由下落，不计空气阻力，重力势能全部转化为动能，机械能的总量不 变，故 B 符合题意；C、火箭加速升空，速度和高度都增大，动能和重力势能都变大，所以机械能变大， 故 C 不合题意；D、降落伞运动员跳伞后匀速下降阶段，速度不变，动能不变，高度降低，重力势能减 小，所以机械能减小，故 D 不合题意。故选 B。 5A【解析】A苹果自由下落时，只有重力做功，苹果的机械能守恒，故 A 正确；B树叶匀速飘落时， 不止重力做功，树叶受到的阻力也要做功，则树叶的机械能不守恒，故 B 错误；C汽车匀速上坡时， 不止重力做功，受到的牵引力和摩擦力均做功，则汽车的机械能不守恒，故 C 错误
13、；D足球在草地上 越滚越慢，重力不做功，受到的阻力做功，则足球的机械能不守恒，故 D 错误。故选 A。 6D【解析】A、拉弯的弓把箭射出去，弓恢复原状，弓的弹性势能减小，箭的质量不变，速度变大，弓 的弹性势能转化为动能，不符合题意；B、钟表里发条带动齿轮转动，发条的弹性势能转化为齿轮的动 能，不符合题意；C、火箭发射升天，燃料燃烧转化为火箭的动能与重力势能，不符合题意；D、小孩荡 秋千从高处向低处落下，小孩的质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增加，动能增加，重力只能 转化为动能，符合题意；故选 D。 7D【解析】动能转化为重力势能必然是动能减少而重力势能增加。A、直升飞机匀速上升：飞机速度
14、不 变，所以动能不变；高度增加，所以重力势能增大不符合题意；B、人骑车匀速下桥：速度不变，动 能不变；高度减小，重力势能减小不符合题意；C、火车徐徐进站：速度是不变的，动能不变；站台 一般较高，重力势能增大不符合题意；D、将小球向上抛出，小球在上升阶段：小球上升时，速度在 减小，动能减小；高度在增加，重力势能增大。故选 D。 8增大 摩擦力 【解析】C919 在高空中加速爬升的过程中，客机的质量不变，速度变大，动能变大；同时其质量不变， 高度增加，重力势能变大，故机械能变大；机场地面上留下了一道黑色的机轮印迹，这是通过增大接触 面的粗糙程度来增大摩擦的。 9守恒 10改变物体的运动状态 动能转
15、化为重力势能 【解析】原来小球是静止的，小球被弹起的过程中，速度不断增大，弹簧的弹力改变了小球的运动状 态；小球离开弹簧由于惯性继续上升过程中，小球的速度减小，高度增大，动能减小，重力势能增大， 动能转化为重力势能。 11动 弹性势 【解析】将弓拉弯时，人对弓做功，弓形状发生改变，产生了弹性势能，是动能转化成了弹性势能。 12变小 【解析】飞机在空中沿水平方向匀速飞行，同时往地面投放救灾物资，飞行过程中，质量不断减小， 速度不变，高度不变，动能减小，重力势能减小，机械能的总量变小。 13A【解析】A、跳伞运动员匀速降落时，其质量不变，速度不变，动能不变；但所处高度降低，重力势 能减小， 所以其
16、机械能减小， 故 A 符合题意； B、 物体从光滑斜面上自由滑下时， 重力势能转化为动能， 没有摩擦生热现象，机械能守恒，机械能大小不变，故 B 不符合题意；C、物体在光滑的水平面上匀速 运动时，其质量、速度、所处高度都不变，所以其机械能不变，故 C 不符合题意；D、物体在真空中自 由下落时，也不会有能量的消耗，机械能守恒，机械能大小不变，故 D 不符合题意。故选 A。 14D【解析】A、小球由 A 处运动到 C 处，高度降低、速度变大，重力势能转化为动能，由于水平面粗糙， 克服摩擦力，所以机械能减小，故 A 错误；B、小球由 B 处运动到 C 处，小球在水平面上运动过程中 受到重力的作用，但
17、沿重力的方向没有距离，所以重力没有做功，故 B 错误；C、小球由 A 处运动到 B 处的过程中，速度增大，故 C 错误；D、小球停在 C 处时，球受到的支持力和球对水平面的压力，大 小相等、方向相反、在同一直线上，是一对相互作用力的关系，故 D 正确。故选 D。 15D【解析】在平衡力作用下，在水平面上匀速运动的物体，它的机械能和动能相等，都不变；物体 匀速上升时，物体的动能不变，但是重力势能增加，所以机械能增加；物体匀速下降时，物体的动 能不变，但是重力势能减小，所以机械能减小。因此，在平衡力的作用下，物体的机械能可能增加、 可能减小，也可能不变。故选 D。学科*网 16C【解析】由于运动员
18、在空中飞速下落，质量没发生变化，速度先逐渐增大后保持不变，故动能先增大 后保持不变；在下落过程中，高度降低，所以重力势能减小，机械能等于动能和重力势能之和，所以 机械能也是减小。故选 C。 17C【解析】本实验中，由于轨道是光滑的，没有摩擦力，所以小球的机械能守恒，故小球从 O 点由静止 释放，始终没有离开轨道，最远可以滚到与 O 点等高的 c 点。故选 C。 18（1）动能和势能可以相互转化 （2）动 重力势 （3）克服摩擦阻力做功 机械能 19物体的动能越大，它能做的功就越多，发生交通事故时造成的损失就越大，所以对机动车的行驶速度 要进行限制，也就是限制它动能的大小。对质量较小的车，其允许
19、的速度可大些。 【解析】对机动车的行驶速度进行限制，可用影响动能的因素分析，由于动能与质量和速度有关，对 于质量较大的车，允许的速度就比质量较小的车的速度低。 20（1）该同学在腾起的过程中，动能转化为重力势能；他在下落过程中，重力势能转化为动能； （2）该 同学在空中运动过程中，机械能会减小； （3）物理知识：同学在空中做曲线运动，原因是力可以改变 物体的运动状态。 【解析】 （1）该同学在腾起的过程中，质量不变，速度减小，高度增加，所以是动能转化为重力势能； 他在下落过程中，质量不变，高度减小，速度增大，所以是重力势能转化为动能； （2）该同学在空中运动过程中，克服空气阻力做功，消耗一部分
20、机械能，所以机械能会减小； （3）物理知识：同学在空中做曲线运动，原因是力可以改变物体的运动状态；物理知识：同学腾空后 继续向前，原因是具有惯性。 21C【解析】在小球向下压缩弹簧的过程中，小球受竖直向上的弹簧的弹力、竖直向下的重力；在 ab 段， 重力大于弹力，合力向下，小球速度越来越大；随着弹簧压缩量的增大，弹力逐渐增大，在 b 处弹力 与重力相等，小球的速度达到最大；小球再向下运动（bc 段），弹力大于重力，合力向上，小球速度 减小；故 A 错误；小球从 a 至 c 的过程中，高度一直减小，小球的重力势能一直在减小，故 B 错误； 小球下落压缩弹簧的过程中，不计空气阻力，机械能守恒，则小
21、球减少的机械能转化为弹簧的弹性势 能，故 C 正确；由图乙可知，小球的速度先增大后减小，则小球的动能先增大后减小，故 D 错误；故 应选 C。 22一 不变 大于 【解析】若不考虑空气阻力，则实心球从离开手后到达最高点的过程中，球只受重力的作用；由于没 有能量损失，所以球的机械能不变，在最高点时，球有一个水平速度，动能要大于零。 23（1）重力势 距离 s （2）惯性 阻 （3）大 （4）甲丙 （5）车速 （3）分析比较甲和乙两组实验可得，探究动能与速度的关系时，应控制质量不变，改变速度；速度越 大，动能越大； （4） 通过控制质量不变， 分析比较甲丙两组实验可得出： 不同质量的钢球从同一高度由静止开始滚下， 速度相同；可探究动能与质量的关系； （5）依照上述实验可知，机动车质量一定，速度越快，动能越大，刹车时制动距离越大，容易出现交 通事故，所以要限速行驶；在相同的道路上，不同车型的机动车质量不同，速度相同时，质量大的动 能大，制动距离大，质量小的动能小，制动距离小，当制动距离相同时，不同车型限速就不同；如图 所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高车速。