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总复习：机械能及其转化
【考纲要求】
　　1、知道动能、势能、重力势能及弹性势能；
　　2、理解动能及大小的决定因素，重力势能及大小的决定因素，弹性势能及有关的决定因素；机械能守恒；
　　3、掌握探究动能及大小的决定因素，重力势能及大小的决定因素，弹性势能及有关决定的因素；动能与势能可以相互转化。
【知识网络】

【考点梳理】
考点一 、动能、势能、机械能
1．动能
物体由于运动而具有的能，叫做动能；动能的大小与质量与速度有关。物体的速度越大，质量越大，那么它的动能越大。
　　要点诠释：
〔1〕一切运动的物体都有动能。
　　〔2〕动能是“由于运动〞这个原因而产生的，一定不要把它理解成“运动的物体具有的能量叫动能〞。例如在空中飞行的飞机，不但有动能而且还具有其它形式的能量。
　　2．重力势能
物体由于高度所决定的能，叫做重力势能；重力势能的大小与质量与高度有关。物体的质量越大，被举得越高，那么它的重力势能越大。
　　要点诠释：
〔1〕一切被举高的物体都有重力势能。
　　〔2〕重力势能是“被举高〞这个原因而产生的，一定不要把它理解成“被举高的物体具有的能量叫重力势能〞。例如在空中飞行的飞机，不但有重力势能而且还具有其它形式的能量。
　　3．弹性势能
物体由于发生弹性形变而具有的能量，叫做弹性势能；弹性势能的大小与弹性形变的程度有关。
　　要点诠释：
〔1〕一切发生弹性形变的物体都有弹性势能。
　　〔2〕弹性势能是“由于发生弹性形变〞这个原因而产生的，一定不要把它理解成“发生弹性形变的物体具有的能量叫弹性势能〞。
4．机械能
动能、重力势能与弹性势能统称为机械能。
考点二、动能与势能之间的相互转化
1、在一定的条件下，动能与重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块，从低处抛向高处，再从高处下落的过程中，先是动能转化为重力势能后，后来又是重力势转化为动能。
2、在一定的条件下，动能与弹性势能之间可以相互转化。如跳板跳水运发动，在起跳的过程中，压跳板是动能转化为弹性势能，跳板将运发动反弹起来是弹性势能转化为动能。
3、机械能守恒。如果一个过程中，只有动能与势能相互转化，机械能的总与就保持不变。这个规律叫做机械能守恒。
【典型例题】
类型一、根底知识
1、〔2021•济宁〕弹跳杆运动是一项广受欢送的运动。其构造如图甲所示．图乙是小希玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过程，针对此过裎。以下分析正确的选项是〔　　〕
A．在a状态时弹簧的弹性势能最大，小希的机械能为零
B．a→b的过程中，弹簧的弹力越来越大，在b状态时弹力最大
C．b→c的过程中，弹簧的弹性势能转化为小希的重力势能
D．a→c的过程中，小希先加速后减速，在b状态时速度最大
【思路点拨】〔1〕动能大小的影响因素：质量与速度，质量越大，速度越大，动能越大。〔2〕重力势能大小的影响因素：质量与高度，质量越大，高度越高，重力势能越大。〔3〕弹簧由于发生弹性形变而具有的能称为弹性势能，弹性势能的大小与物体发生弹性形变的程度有关。〔4〕机械能=动能+势能。
【答案】D
【解析】A、据图可知，a状态时弹簧的弹性势能最大，由于机械能等于动能加势能，所以机械能不是零，故A错误；B、a→b的过程中，弹簧的形变程度变小，所以具有的弹性势能变小，即到达b点时，弹簧恢复原状，所以弹性势能变为最小，故B错误；C、a→b的过程中，弹簧的形变程度变小，即弹性势能转化为动能，即到达b点动能最大，b→c的过程中，动能转化为小希的重力势能，故C错误；D、据上面的分析可知，a→b的过程中，弹簧的形变程度变小，即弹性势能转化为动能，即到达b点动能最大，b→c的过程中，动能转化为小希的重力势能，所以该过程中，小希先加速后减速，在b状态时速度最大，故D正确。
【总结升华】此题考察了动能、重力势能与弹性势能的相互转化。
2、为了研究动能的大小与哪些因素有关，教材中设计了“小钢球撞木块〞的实验〔如下图〕让静止的小钢球从斜面滚下，观察木块被推动的距离。关于该实验的说法中，不正确的选项是〔　　〕

A．该实验的设计思路是采用转换法，用木块移动的距离来表示动能的大小
B．该实验研究的根本方法是控制变量法，如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等
C．在实验器材的选择时，可以不考虑斜面的光滑程度，被撞木块的质量与软硬等因素
D．实验过程中，让同一小球从不同高度落下，目的是为了让小球获得不同的运动速度
【思路点拨】动能的决定因素有两个：质量与速度，在探究“物体动能的大小与哪些因素有关〞时，应该利用控制变量法的思路，去分析解决；钢球把木块推出的距离长，说明动能大这是一种转换的方法。
【答案】C
【解析】A、球的动能是从木块被推出的距离看出的，这里采用了转换法的思想，故该选项说法正确；
B、球的动能与质量与速度都有关系，根据控制变量法，如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等；故该选项说法正确；
C、斜面的光滑程度影响小球滚下的速度，木块的质量与软硬影响碰撞的程度，所以在实验器材的选择时，考虑斜面的光滑程度，木块的质量与软硬等因素，故该选项说法不正确；
D、让球滚到水平面上时获得的速度与球在斜面上的高度有关，同一小球从不同高度落下，目的是为了让小球获得不同的运动速度，故该选项说法正确。
【总结升华】此题全面地考察动能的大小与哪些因素有关，解答时注意多因素问题时需要运用控制变量法，反映动能多少时运用了转换法。
举一反三：
【变式】在探究“动能的大小与质量的关系〞的实验中，记录数据如下。以下说法正确的选项是：〔　　〕
小球质量m/g
10
20
30
木块移动距离s/cm

A．实验时，让小球从斜面的同一高度自由滚下
B．小球动能的大小通过木块移动的距离来判断
C．物体质量越大，动能一定越大
D．实验过程中运用了控制变量法与转换法
【答案】ABD
3、受高空落物伤人的启示，美军正在研制一种名为“上帝之杖〞的太空武器。“上帝之杖〞实质就是高密度、耐高温的金属棒，它要依托太空平台的搭载，借助小型火箭助推与高空下落产生的巨大动能，对地球战略目标实施打击，破坏力巨大。它攻击目标的巨大能量主要来源于〔　　〕
A．小型火箭助推动能 B．与大气摩擦产生的能量
C．“上帝之杖〞本身的内能 D．下落过程重力势能转化的动能
【思路点拨】解决该题需掌握以下知识：
〔1〕动能大小的影响因素：质量、速度．质量越大，速度越大，动能越大；
〔2〕重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度．质量越大，高度越高，重力势能越大；
〔3〕在发生能量转化时，减小的能转化为增大的能。
【答案】D
【解析】“上帝之杖〞在高空下落过程中，质量不变，而高度越来越小，因此其重力势能越来越小，
但它的速度越来越快，因此动能越来越大，在下落过程重力势能转化为动能，它获得的动能越大，破坏力就越强。
【总结升华】此题通过生活中发生的事件考察了影响动能与重力势能的影响因素，以及能量间的转化，要注意区分。
举一反三：
【变式】玩“过山车〞是一项非常惊险刺激的娱乐活动。如下图，过山车时而从轨道的最低点D上升到最高点A，时而从最高点A奔驰而下。过山车在运动过程中，假设不计能量损失，只有动能与势能的相互转化。以下说法正确的选项是〔　　〕
A．A点机械能小于B点机械能
B．D点动能最大，A点势能最大
C．D点动能最大，A点机械能最大
D．A点势能最大，机械能最大
【答案】B
4、如下图，一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，关于该洒水车，以下说法正确的选项是〔　　〕
A．机械能不变，重力势能不变 B．机械能变小，重力势能动能变小
C．机械能不变，动能变小 D．机械能变小，动能不变
【思路点拨】〔1〕动能大小的影响因素：质量与速度，质量越大，速度越大，动能越大；
〔2〕动能与势能统称为机械能。
【答案】B
【解析】〔1〕洒水车在不断的洒水工程中，虽然速度是不变的，但是由于质量减小，所以动能减小。
〔2〕虽然在水平街道上，但是由于质量减小，所以重力势能也会减小，所以洒水车的机械能减小。
【总结升华】掌握动能、重力势能、弹性势能大小的影响因素，根据影响因素能判断动能、重力势能与弹性势能的大小变化。
类型二、知识运用
5、 〔2021•徐州二模〕如图是一种神奇的“魔罐〞，其制作方法是：橡皮筋两头分别固定在罐子的顶部与底部，在橡皮筋的中间系一个钩码．当你将“魔罐〞在水平地面上滚出后，它能自动滚回来的原因是　 　能转化为 　能，“魔罐〞滚回来后不能回到原抛出点的位置，主要原因是　 　。
【思路点拨】〔1〕动能的影响因素：质量与速度；弹性势能的影响因素：物体的形变程度；〔2〕此题中，由于罐与地面之间存在着摩擦力，所以罐的机械能会减小，魔罐滚回来后不能回到原抛出点的位置。
【答案】弹性势；动；克制摩擦做功，机械能减小
【解析】魔罐在开场滚动的时候，具有动能，滚动的过程中，罐子动能转化为橡皮筋的弹性势能，当动能为0时，弹性势能最大，魔罐开场向回滚动，在魔罐滚回来的过程中橡皮筋弹性势能减小，罐子动能增大，弹性势能转化为动能；由于罐与地面之间存在着摩擦力，所以罐的机械能会减小，即一局部机械能会转化为内能，故魔罐滚回来后不能回到原抛出点的位置。
【总结升华】此题考察动能与弹性势能的影响因素及机械能与内能的转化关系。
举一反三：
【变式】如下图，小明从滑梯上下滑，在这一过程中，他的〔　　〕
A．动能转化为重力势能 B．重力势能全部转化为动能
C．机械能保持不变 D．机械能一定减少
【答案】D
6、如下图，小球从左端由静止释放，在左右摆动过程中，不计空气阻力，那么〔　　〕
A．从最高点运动到最低点的过程，一局部重力势能转化为动能
B．从最低点运动到最高点的过程，一局部动能转化为重力势能
C．左侧最高点的高度大于右侧最高点的高度
D．左侧最高点的高度等于右侧最高点的高度
【思路点拨】此题考察的知识点：
〔1〕物体由于被举高而具有的能，叫重力势能。即物体相对于参照物有相对高度而具有的能叫重力势能。
〔2〕物体的动能由质量与速度决定，重力势能由质量与高度决定，分析摆动过程中质量、速度、高度的变化，判断出动能与重力势能的转化。
〔3〕机械能守恒的条件：只有动能与势能的相互转化或者只有重力做功，机械能才守恒。
【答案】D
【解析】A、图中小球的重力势能是指小球相对最低点有相对高度差产生的，小球从最高点运动到最低点的过程，质量不变，高度降到最低，相对最低点来说，高度为0，重力势能为0，速度到达最大，动能最大，所以不计空气阻力时，减小的重力势能全部转化成了动能，即当小球到达最低点时重力势能全部转化为动能，故A错误。
B、小球从最低点运动到最高点的过程，质量不变，高度升高到最高，速度变为0，所以重力势能最大，动能最小为0，所以不计空气阻力时，是动能全部转化为重力势能；故B错误。
C、D、小球在摆动过程中，不计空气阻力，所以机械能守恒；左右两侧最高点的速度都为0，即动能为0，那么重力势能一样，所以两侧最高点的高度相等，故C错误，D正确。
【总结升华】此题考察能量转化的有关问题；机械能守恒在初中只是要求定性的会判断，不要求根据机械能守恒去定量计算。注意：我们说的重力势能一定是有相对高度的，此题的重力势能就是指小球与最低点的相对高度差产生的。
举一反三：
【变式】如下图为小球在地面弹跳的频闪照片。根据此图，以下分析正确的选项是〔　　〕
A．小球在下落时，它的重力势能减小，动能不变
B．小球在上升时，它的重力势能减小，动能减小
C．小球在弹跳过程中，它的高度下降，机械能减小
D．小球在弹跳过程中，它的高度下降，机械能不变
【答案】C
【稳固练习】
一、填空题
1、物体由于______________而具有的能叫做动能；物体由于_________所决定的能叫做重力势能；物体由于发生_________而具有的能叫做弹性势能。动能与势能统称为___________。
2、动能与势能是可以相互________的。如果只在二者之间发生转化，那么机械能的总与保持不变，即机械能_______________。
3、如下图的实验中，一个用线悬挂的小球，在A、C间摆动，小球从B摆向C的过程中，小球的动能______，重力势能______。〔填“增大〞“减小〞或“不变〞〕

4、自行车下坡时，不蹬踏板速度也会越来越快，在此过程中，自行车的动能逐渐___，自行车的重力势能逐渐____。
5、如下图为同一弓，比照图A、B、C可知，箭射出最远的是_______，箭射出最近的是_______，由此可见，对同一弓来说，决定弹性势能大小因素是_____________。

二、选择题
6、〔2021•淄博〕如下图，空中加油机正在给匀速水平飞行的战斗机加油，加油后战斗机仍以原来的高度与速度做匀速飞行，那么战斗机的〔　　〕
A．动能不变，势能不变，机械能不变
B．动能不变，势能减少，机械能减少
C．动能增加，势能不变，机械能增加
D．动能增加，势能增加，机械能增加
7、2021年9月29日，在酒泉卫星发射中心，长征二号火箭成功地将“天宫一号〞目标飞行器送入太空预定轨道。关于火箭加速上升时〔如下图〕的说法正确的选项是〔　　〕
A．机械能不变 B．动能越来越大 C．动能越来越小 D．势能越来越小
8、以下各种情况中，属于动能转化为势能的是〔　　〕
A．“无边落叶萧萧下，不尽长江滚滚来〞 B．空中匀速下降的跳伞运发动
C．拧紧的钟表发条带动指针走动 D．正在上升的滚摆
9、〔2021•安徽〕掷实心球是某市的中考体育加试工程之一。掷出去的实心球从a处出手后，在空中运动的轨迹如下图，球最终停在水平地面e点处〔不计空气阻力〕。那么实心球〔　　〕
A．在a处重力势能最小
B．在b处动能为零
C．在a、b、c三处的机械能相等
D．在d处动能为零
10、某同学骑自行车下一长坡时，在途中由于车速过快，于是捏紧刹车，降低车速，保持平安速度匀速行至坡底，下车检查，发现刹车片发烫。有关此过程的说法中，正确的选项是〔　　〕
A．刚下坡时，是动能转化为重力势能
B．匀速下行时，是重力势能转化为动能
C．匀速下行时，机械能保持不变
D．刹车片发烫，是做功改变了内能
11、跳远运动的几个阶段如下图，那么运发动〔　　〕
A．助跑阶段动能不变 B．起跳时机械能为零
C．起跳后由于惯性继续前进 D．惯性越大，跳得越远
12、〔多项选择题〕在2021年欧洲杯足球比赛过程中，涉及许多物理知识，以下说法中正确的选项是〔　　〕
A．足球从空中下落时，重力势能转化为动能
B．踢出去的足球在水平草地上滚动时机械能保持不变
C．足球在水平草地上滚动时，重力对它做了功
D．停在水平地面上的足球受到的重力与支持力是一对平衡力
13、〔多项选择题〕“神舟七号〞载人飞船的返回舱下落到地面附近时，由于受到空气阻力而做减速运动。在减速下降的过程中，返回舱的 ( )
A．动能减小 B．机械能保持不变
C．势能减小 D．动能不变，机械能减小
三、实验题
14、〔2021 •张家界〕某兴趣小组提出利用“研究动能的大小与哪些因素有关〞的实验装置〔如下图〕与所需器材〔斜面、木块、不同质量的小钢球〕来探究“影响重力势能大小的因素〞的设想。请你帮助完成如下实验方案：
〔1〕实验中通过观察　 　的大小，来判断小球重力势能的大小。
〔2〕本实验中假设水平面绝对光滑那么不能得出结论，原因是　 　。
〔3〕实验中为了要探究重力势能与物体的质量的关系要选用上述图　 　，具体的操作方法是让小球从　 　〔选填“一样〞或“不同〞〕的高度由静止滚下。
〔4〕要探究重力势能与物体的高度的关系要选用上述图　 　，具体的操作方法是让小球从　 　〔选填“一样〞或“不同〞〕的高度由静止滚下。
〔5〕通过比拟分析可以得出的结论是　 　。
15、小明在用单摆做动能与势能转化的实验中，感到小球往返摆动的时间很有规律。于是猜测，小球往返摆动一次的时间可能与小球的质量、摆长以及摆动的幅度s有关。小明用图所示的装置，对猜测进展探究。
(1)用一小球，使其摆动，记下小球往返摆动次数与所用的时间；在摆长不变的条件下，用质量不同的小球，重复实验。小明经计算分析得出结论:在摆长不变的条件下，小球往返摆动一次所用的时间与小球的质量无关。
针对猜测，小明在实验过程中可能无视的一个因素是:
________________________________________________________________。
(2)为了研究小球往返摆动一次所用时间与摆长的关系，请你写出实验方法。
________________________________________。
四、简答题
16、高空坠物伤人、毁物的事件时有发生，如下图是“新华网〞的一幅公益广告宣传画，请你分析高空坠落的花盆为什么被比作炸弹
【答案与解析】
1、【答案】运动；高度；弹性形变；机械能
2、【答案】转化 守恒
3、【答案】减小　 增大
4、【答案】变大 变小
5、【答案】C　 A　 弓弦的形变量大小
6、【答案】D
【解析】加油后战斗机仍以原来的高度与速度做匀速飞行，战斗机油量增加，质量增大，动能增大。战斗机的质量增大，高度不变，重力势能增大．机械能=动能+势能，战斗机没有发生弹性形变，不考虑弹性势能。动能增大，重力势能增大，机械能增大。故A、B、C错误。
7、【答案】B
【解析】A、火箭加速上升时，质量不变，速度增大，动能增大；高度增大，重力势能增大；火箭上升时没有发生弹性形变，不考虑弹性势能的变化，动能增大，重力势能增大，机械能增大。
B与C、火箭在加速上升时，质量不变，速度越来越大，所以动能越来越大。故B符合题意，C不符合题意。
D、火箭上升时，质量不变，高度越来越大，重力势能越来越大，火箭上升时没有发生弹性形变，不考虑弹性势能的变化，所以火箭上升时，势能越来越大 。
8、【答案】D
【解析】A、树叶落下、水向下流，高度减小，下落的过程中，速度越来越大，重力势能减小，动能变大，不符合题意；
B、跳伞运发动在匀速下降的过程中，速度不变，动能不变；高度降低，重力势能减小；不符合题意；
C、拧紧的钟表发条带动指针走动是弹性势能转化为动能；不符合题意；
D、滚摆下落的过程中，速度越来越大，动能越来越大，重力势能越来越小，重力势能转化为动能；上升的过程中，速度越来越小，动能越来越小，重力势能越来越大，动能转化为重力势能；符合题意。
9、【答案】C
【解析】A、重力势能的大小与物体的质量，高度有关，据图可知，d、e两点高度最小，重力势能最小，故A错误；B、据图可知，球再b点时，竖直方向是静止的，但在水平方向上仍有速度，所以此时的动能不是零，故B错误；C、不计空气阻力，即说明球在空中的机械能是守恒的，在a、b、c三处的机械能相等，故C正确；D、据图可知，球到达d点后没有静止，仍然向前滚动，所以动能不是零，故D错误。
10、【答案】D
【解析】A、刚下坡时，是重力势能转化为动能，故A错误；
B、匀速下行时，动能不变，所以不是重力势能转化为动能，故B错误；
C、匀速下行时，动能不变，重力势能转化为内能，故C错误；
D、刹车时，刹车片与轮胎互相克制摩擦做功，内能增加，这一过程中机械能转化成了内能，但能的总量不变，故D正确。
11、【答案】C
【解析】A、运发动在助跑阶段由于速度不断加快，所以动能不断增大，故A错误；
B、运发动起跳时仍向前运动，所以有动能，故机械能不为零，故B错误；
C、运发动起跳后由于惯性要保持原来的运动状态，所以还要继续向前运动，所以C正确；
D、因为惯性大小由质量决定，如果只是惯性大，速度不大，是跳不远的，只有起跳时的速度足够快才能跳的更远，故D错误。
12、【答案】AD
【解析】A、下落的足球，质量不变，高度减小，速度增大，因此重力势能转化为动能，故A正确；
B、在水平草地上滚动的足球，重力势能不变，动能越来越小，因此机械能减小，故B错误；
C、足球受到的重力竖直向下，而足球在水平方向滚动，因此重力没有做功，故C错误；
D、足球受到的重力方向竖直向下，地面对足球的支持力方向竖直向上，二者大小相等、方向相反，作用在同一直线上，符合二力平衡的条件，故D正确。
13、【答案】AC
【解析】返回舱减速说明速度减小，质量不变的情况下具有的动能减小；下降说明高度降低，质量不变，具有的重力势能减小，而动能与势能总与减小，故机械能减小。
14、【答案】1〕木块被推出的距离；〔2〕小球与木块将会做匀速直线运动；〔3〕乙；一样；
〔4〕甲；不同；〔5〕重力势能的大小与物体的质量与高度有关
【解析】〔1〕在该实验中我们用到了转换的方法，即将小球重力势能的大小转化为其对木块做功的多少来比拟，即小球推动木块越远，其对木块所做的功就越多，即具有的重力势能就越大；反之就越少；
〔2〕假设水平面绝对光滑，根据牛顿第一定律，小球与木块将永远一直运动下去，没有运动距离的远近之分，就不能到达比拟距离来比拟重力势能的目的了。〔3〕为了探究重力势能与质量的关系，实验中采用质量不同的小球，在探究过程中要注意保持物体从同一高度由静止滚下；所以应选择乙图进展实验；〔4〕假设要探究物体重力势能大小与物体高度的关系，那么需让同一小球从不同高度滚下，所以应选择甲图进展实验；〔5〕通过比拟分析可以得出的结论是：重力势能的大小与物体的质量与高度有关。
15、【答案】(1)小球摆动的幅度应保持不变(或摆动幅度)
(2)用同一小球，在保持摆动幅度不变的条件下，比拟摆长不同时，小球往返摆动。一次所用的时间。
　 【解析】此题中实验探究的关键是要采用“控制变量法〞进展实验，在探究小球往返一次所用时间与小球质量的关系时，那么应控制摆长与小球的摆动幅度都不变；在探究小球往返一次所用时间与摆长的关系时，那么应注意控制小球的质量与摆动幅度都不变。
16、【答案】高空的花盆具有重力势能，一旦它向地面坠落，重力势能转化为动能，会对下方的行人与物体做功，造成意外的损害!

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