第18讲 机械能及其转化-八年级下册物理解析

第18讲机械能及其转化第18讲机械能及其转化知识导航知识导航知识导入你会害怕吗？用绳子把一个铁锁悬挂起来。把铁锁拿近自己的鼻子，稳定后松手，头不要动。铁锁向前摆去又摆回来。铁锁摆回时会碰到你的鼻子吗？会距离你的鼻子很远吗？在这个实验里，铁锁的动能和势能在不断转化。在转化过程中，机械能的总量有什么变化吗？知识精讲知识精讲考点1：机械能及其转化1．机械能：动能和势能统称为机械能。机械能的单位是焦耳，简称焦，用字母J表示。【注意】一个物体可以只有动能，也可以只有势能，还可以既有动能又有势能，都称物体具有机械能。2．一定条件下，动能和弹性势能可以相互转化。思考与交流思考1：一个物体从高处下落，物体的重力势能减小，减小的重力势能去哪了？【典例分析】【例1】（2021·山西大同·八年级期末）如图所示，旅游景区的索道缆车载着游客匀速上山，下列关于缆车的说法正确的是（）A．动能增加，重力势能增加 B．动能减小，重力势能增大C．动能不变，重力势能不变 D．动能不变，重力势能增加【详解】缆车匀速上山，质量不变，速度不变，所以其动能不变；缆车在上山过程中高度不断增加，所以其重力势能增大。故选D。【例2】如图，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，弹簧左端固定。小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中（空气阻力忽略不计），下列说法正确的是（）A．在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能B．小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒 C．小木块P在斜面上向上运动时，动能减小，重力势能增加 D．小木块P运动到最高点时处于平衡状态【详解】A、在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小。木块的速度变大，动能变大，同时因为水平面AB粗糙，木块需要克服摩擦力做功，内能变大，故弹簧的弹性势能一部分转化为小木块P的动能，一部分转化为木块的内能。故A错误；B、小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以机械能减小。故B错误；C、小木块P在斜面上向上运动时，高度增加，重力势能变大，因为斜面BC光滑，且空气阻力忽略不计，所以机械能守恒，故动能减小，故C正确；D、因为斜面BC光滑，故木块不受摩擦力作用，若空气阻力忽略不计，小木块P运动到最高点时受到垂直于斜面向上的支持力和竖直向下的重力作用，这两个力不在一条直线上，不属于平衡力，所以木块处于非平衡状态，故D错误。故选：C方法技巧方法技巧物体动能和重力势能间的转化规律条件运动情况动能重力势能转化方向质量一定加速下降增大减小重力势能转化为动能减速上升减小增大动能转化为重力势能针对训练针对训练1．（2021·山西·八年级期末）2021年2月，受其他地区的降雨及对流天气的影响，山西局部地区出现冰雹。当冰雹匀速下落时（）A．冰雹的机械能减小 B．冰雹的重力势能增加C．重力对冰雹不做功 D．重力势能全部转化为动能【详解】AB．当冰雹匀速下落时，冰雹的质量不变，速度不变，高度减小，所以冰雹的动能不变，重力势能减小，机械能减小，故A符合题意，B不符合题意；C．当冰雹匀速下落时，冰雹在重力的方向上移动了距离，重力对冰雹做功，故C不符合题意；D．冰雹下落过程中，克服阻力做功，且动能不变，重力势能减小，重力势能全部转化为内能，故D不符合题意。故选A。2．（2021·山西交城·八年级期末）在探究“动能和重力势能相互转化”的实验中，采用如图所示的实验装置。用细线把一个质量为m的小球悬挂起来，将小球从位置B拉到位置A，由静止释放小球。观察小球从A→B→C的过程中高度和速度的变化，并测出了小球在A、B、C三个位置时动能和重力势能的值，从而分析这一过程中动能和重力势能之间的转化，数据如下表所示。运动过程或位置AA→BBB→CC动能Ek/J0增加4.98减少0重力势能Ep/J5.00减少0增加4.97（1）小球在图中的C位置，受到______个力的作用；（2）从实验中可以看出，小球从A→B的过程中速度不断增加，高度不断降低，这个过程中是重力势能逐渐转化为______，在能量的转化过程中，机械能在逐渐减少，这主要是由小球受到______造成的；（3）在实验中，如果换用质量为2m的小球，其他条件不变，那么，小球到达B位置时的机械能______（填“大于”“小于”或“等于”）质量为m的小球到达B位置时的机械能。【答案】2

动能

空气阻力

大于【详解】（1）[1]小球刚在图中的C位置时速度为零，不受空气阻力的作用，则只受到重力和拉力两个力的作用。（2）[2][3]小球从A→B的过程中速度不断增加，高度不断降低，则小球的动能增加，重力势能减小；所以这个过程中是重力势能逐渐转化为动能。在能量的转化过程中，机械能在逐渐减少，这主要是由小球受到空气阻力造成的。（3）[4]在实验中，如果换用质量为2m的小球，其他条件不变，此时小球在A位置时的重力势能大于原来质量为m的小球的重力势能；因此小球到达B位置时动能也大于质量为m的小球到达B位置时的动能，则小球到达B位置时机械能大于质量为m的小球到达B位置时的机械能。考点2：机械能守恒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。2．在动能和势能相互转化中，若受摩擦等阻力，则机械能的总和减少。3．“在光滑面上”、“不计空气阻力”等文字，表示没有摩擦等阻力,此时机械能总和可看作是不变的。【典例分析】【例3】（2021·北京丰台·八年级期末）某同学去超市购物，他在从一层到二层的过程中，站立在自动人行道上，并随自动人行道做匀速运动，如图所示。该同学上楼的过程中，下列说法中正确的是（）A．动能增加 B．重力势能增加 C．机械能守恒 D．重力势能转化为动能【详解】A．该同学匀速上楼时质量不变，速度不变，所以动能不变，故A错误；B．该同学匀速上楼时，质量不变，高度增大，所以重力势能增大，故B正确；C．因为动能不变，重力势能增大，所以机械能增大，即机械能不守恒，故C错误；D．如果重力势能转化为动能，重力势能减小，动能增大，但该同学上楼时动能不变，重力势能增大，因此不是重力势能转化为动能，故D错误。故选B。方法技巧方法技巧分析机械能是否守恒，运用要点条件分析法，当题目条件中有“不计能量损失”或“不计空气阻力”等要点提示时，表明此时物体的机械能守恒。针对训练针对训练1．（2021·北京昌平·八年级期末）竖直向上抛出一个小球，忽略空气阻力，小球到最高点后又落回的过程中，小球距抛出位置的高度h和运动时间t的关系图像如图所示。下列关于小球的判断正确的是（）A．t2时小球的动能最大B．t2和t3时小球的机械能相等C．t1时小球的机械能大于t3时小球的机械能D．小球从t1到t2这段时间内，重力势能转化为动能【详解】A．t2时小球的高度最大，重力势能最大，且此时在最高点，速度为零，动能最小，故A错误；BC．忽略空气阻力，说明机械能守恒，即每时每刻机械能都不变，都相等，故B正确；C错误；D．小球从t1到t2这段时间内，高度变大，重力势能增加，速度变小，动能减小，故是动能转化为重力势能，故D错误。故选B。2．（2021·河南洛宁·八年级期末）如图所示，在粗糙的轨道内，小球从a点静止释放，小球沿轨道运动到达c点时速度为0，b为轨道的最低点。下列正确的是（）A．小球从a点运动到b点的过程，重力势能逐渐减小B．小球从b点运动到c点的过程，动能逐渐增大C．小球从a点运动到c点的过程，机械能守恒D．小球运动到c点后，小球一定沿原路径返回到达a点【分析】(1)重力势能的影响因素是质量和高度，质量一定时，高度越高，重力势能越大。(2)动能的影响因素是质量和速度，质量一定时，速度越大，动能越大。(3)由于存在摩擦阻力，小球的机械能会转化为内能，其机械能会一直变小。【详解】A．小球从a点运动到b点的过程中，质量不变，高度降低，重力势能逐渐减小，故A项正确；B．小球从b点运动到c点的过程中，质量不变，速度逐渐减小，动能逐渐减小，故B项错误；CD．小球从a点运动到c点的过程，克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，机械能减小，不守恒，因此小球运动到c点后，沿原路径返回不会到达a点，故CD项错误。故选A。3．（2021·山东长清·八年级期末）如图所示，是小球下落后压弹簧的示意图，a点是小球下落的最高点，b点是弹簧自然伸长点，c点是弹力与重力相等的点，d点是弹簧压缩后的最低点。以下说法正确的是（）A．a点的动能最大 B．b点的重力势能最大C．c点为动能最大 D．d点为弹性势能为零【详解】A．a点处小球刚开始向下运动，速度很小，动能较小，故A错误；B．a点高度大于b点，a点重力势能大于b点重力势能，故B错误；C．c点是弹力与重力相等的点，此时小球所受合力为0，速度最大，动能最大，故C正确；D．d点是弹簧压缩后的最低点，形变程度最大，弹性势能最大，故D错误。故选C。4．（2021·山东台儿庄·八年级期末）一人造地球卫星沿椭圆轨道运行，我们把卫星运行过程中离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点（如图所示）。已知卫星在运行过程中机械能保持不变，那么A．卫星在远地点的势能最大、动能为零B．卫星在近地点的动能最大、势能为零C．卫星从近地点向远地点运动过程中，势能增大，动能减小D．卫星以近地点向远地点运动过程中，动能增大，势能减小【详解】A．人造地球卫星在远地点时，卫星和地球的相对距离最大，速度最小，故人造地球卫星在远地点时势能最大，动能最小但不是零。故A不符合题意；B．人造地球卫星在近地点时，卫星和地球的相对距离最小，速度最大，故人造地球卫星在近地点时动能最大，势能最小但不是零。故B不符合题意；CD．卫星从近地点到远地点运动过程中，高度增大，速度变小，重力势能增大，动能变小，动能转化为重力势能。故C符合题意，故D不符合题意。故选：C考点3：水能和风能的利用1．流动的水具有动能，高处的水具有势能，水所具有的机械能统称为水能。2．风是流动的空气，风所具有的机械能叫做风能。思考与交流思考1：你能举例出生活中风能和水能利用实例？【典例分析】【例4】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．【答案】重力势能，动．【解析】分析：（1）重力势能大小的影响因素：质量和高度．质量越大，高度越高，重力势能越大．（2）物体下落时，重力势能转化为动能，重力势能越多，转化为的动能越多．解答：解：（1）修拦河大坝是为了提高上游水位，水的质量不变时，增加水的高度，增大重力势能．（2）流下时重力势能转化为动能，重力势能越多，转化为的动能越多．故答案为：重力势能，动．针对训练针对训练1.下图是水电站的示意图。甲乙(1)我们知道水电站是利用水能的一项重大工程。那么,水电站到底是怎样“发电”的?其实它是利用能量的转化来“发电”的:把水库里的水蓄高后,打开水坝导管的闸门,水就会沿着导管泻下,推动水轮机把“电”发出来。请你根据以上的文字说明,试从能量转化的角度来说明水电站的工作原理。(2)建设水电站选址时,从能量的利用来看,你将选择图甲中的A址还是图乙中的B址?请说说你的看法。【答案】(1)从能量转化的角度来说,水电站的工作原理是将水的机械能转化为电能。(2)选择图乙中的B址。因为图乙中的B址处水的落差较大,水奔流下来具有的机械能较大,可以将更多的机械能转化为电能。所以,选择图乙中的B址建设水电站要好一些。【解析】(1)水力发电是让水库中的水从闸门中奔泻下来,冲击水轮机,水轮机带动发电机转动发电,将水的机械能转化为电能。(2)图乙中B址处水的落差较大,水奔流下来具有的机械能较大,可以将更多的机械能转化为电能,故选择图乙中的B址建设水电站要好一些。提分作业提分作业1．跳伞运动员在空中竖直下降到适当位置时打开降落伞，人和伞受到较大的空气阻力，开始做减速运动，空气阻力随速度的减小而减小，竖直下降一段高度后，开始匀速下降直到落地，匀速下降的高度与减速下降的高度相等。以人和伞为研究对象，下列说法正确的是（）A．减速下降中重力做功比匀速下降中多B．减速下降中重力做功的功率比匀速下降中大C．减速下降中减少的动能等于克服空气阻力做的功D．匀速下降中机械能总量保持不变【答案】B【解析】A、重力做的功与物体重力和下降高度有关物体的重力不变，减速下降与匀速下降的高度相同重力做的功相同，故A错误；B、运动员减速下降时的速度大于匀速下降时的速度，根据公式P=FV=GV可知，重力大小不变时，减速下降中重力做功的功率大于匀速下降中重力做功的功率，故B正确；C、减速下降的过程中，减少的动能和减少的重力势能的和等于克服空气阻力做的功，故C错误；D、运动员匀速下降的过程中，动能不变，重力势能减少，机械能总量减少，故D错误。2．如图，一个小球在地面上弹跳，下列分析错误是（）A．小球从A处到B处重力势能增大B．小球从B处到C处动能增大C．小球在B处比D处重力势能大D．小球在A、C、E三处机械能总量相等AACEDB【答案】D【解析】A．小球从A处到B处，小球的质量不变，高度增加，重力势能增大，故A说法正确。B．小球从B处到C处，小球的质量不变，速度增大，动能增大，故B说法正确。C．B处和D处相比，小球的质量不变，B处高度大，则B处重力势能大，故C说法正确。D．小球在运动过程中，小球和空气之间存在摩擦，机械能转化为内能，所以在A处机械能最大，E处机械能最小，故D说法错误。3.如图所示，网球拍击中飞过来的网球，网球发生了明显的形变。下列说法错误的是（）A.球拍击中网球，球拍和网球都发生了弹性形变B.球拍能将网球弹开，说明球拍对网球的弹力大于网球对球拍的弹力C.网球离开球拍后能在空中飞行一段距离，是由于网球具有惯性D.网球和球拍接触的过程中，弹性势能和动能相互转化【答案】B【解析】（1）力的作用效果有两个：①力可以改变物体的形状即使物体发生形变。②力可以改变物体的运动状态，包括物体的运动速度大小发生变化、运动方向发生变化。（2）物体间力的作用是相互的，物体受到力的同时，也对另一个物体施加了力；两个力大小相等。（3）任何物体都有惯性，即保持运动状态不变的性质。（4）动能和势能可相互转化；动能的大小与质量和速度有关；弹性势能与弹性形变大小有关。A、球拍击中网球，球拍和网球的形状都发生改变，即都发生了弹性形变，故A说法正确；B、球拍与网球发生相互作用，球拍对网球的弹力等于网球对球拍的弹力，故B说法错误；C、网球离开球拍后能在空中飞行一段距离，是由于网球具有惯性，故C说法正确。D、网球和球拍接触的过程中，先是动能转化为弹性势能，后来网球飞出时，弹性势能转化为动能，即体现了弹性势能和动能相互转化，故D说法正确。．如图所示，我国自主研发的彩虹-4无人机正在进行航空物探试验飞行，下列说法正确的是（）A．无人机在空中飞行时，始终受到平衡力的作用B．无人机匀速下降时，重力势能转化为动能C．地面操作人员通过超声波向无人机传递信息D．试验飞行中的无人机相对于地面是运动的【答案】D【解析】A、无人机在空中飞行时，不一定做匀速直线运动，其受到的力不一定是平衡力，故A错误。B、无人机匀速下降时，质量不变，速度不变，则动能不变；高度减小，重力势能减小，所以在该过程中，重力势能没有转化为动能，故B错误。C、地面操作人员通过电磁波向无人机传递信息，故C错误；D、试验飞行中的无人机与地面有位置的变化，所以无人机相对于地面是运动的，故D正确。5．专业蹦床运动逐渐进入大众生活，下列对蹦床运动的表述错误的是：（）A．下落到蹦床前运动员的重力势能转化为动能B．运动员下降到最低点时，蹦床的弹性势能最大C．运动员想弹得更高，就要在蹦床上发力，消耗体能D．若运动员不发力，会一直运动下去，因为能量是守恒的【答案】D【解析】A、下落到蹦床前运动员的质量不变，高度降低，速度变大，故重力势能减少，动能增加，是重力势能转化为动能。故A正确；B、运动员下降到最低点时，蹦床的形变程度最大，所以弹性势能最大。故B正确；C、运动员在运动过程中需要克服空气阻力做功，一部分机械能会转化为人的内能，所以越跳越低。想弹得更高，就要增加蹦床的弹性势能，而蹦床的弹性势能是通过消耗人体的能量来获得的。故C正确；D、从整个系统来说能力是守恒的。但运动员在运动过程中需要克服空气阻力做功，一部分机械能会转化为人的内能，所以若运动员不发力，不会一直运动下去。故D错误。6．2019年3月10日凌晨，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将“中星6C”卫星发射升空，在卫星加速升空的过程中，关于卫星的能量分析，下列说法正确的是（）A．动能增加，势能不变 B．动能不变，势能增加 C．机械能总量不变 D．机械能总量增加【答案】D【解析】在卫星加速升空的过程中，其质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，势能增大；卫星在升空过程中没有发生弹性形变，因机械能等于动能和势能之和，所以卫星的机械能总量增加。7．如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，下列关于过山车的机械能说法正确的是（）A．刚开始过山车匀速被拉升时，机械能不变 B．过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能 C．通过环形轨道最高点时，重力势能最大，动能为0 D．过山车在运行过程中机械能守恒【答案】B【解析】（1）重力势能的大小和物体的质量以及所处位置的高度有关，判断重力势能是否改变，看它的质量和高度是否变化就可以了；动能的大小和物体的质量以及运动的速度快慢有关，判断动能的大小看它的质量和运动快慢是否变化就可以了。（2）判断是哪种能量转化成了另一种能量的标准是：减小的转化为增多的。（3）不计空气阻力时，机械能没有转化为内能，机械能守恒。A、刚开始过山车匀速被拉升时，质量不变，速度不变，高度增加，故动能不变，重力势能变大，而机械能等于动能与重力势能之和，所以机械能变大，故A错误；B、过山车向下俯冲时，质量不变，高度降低、速度变大，所以重力势能变小，动能变大，重力势能转化为动能，故B正确；C、通过环形轨道最高点时，高度最大，重力势能最大，但此时其在水平方向上速度不为零，此时动能不为零，故C错误；D、过山车在运行过程中需要克服空气阻力和摩擦阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，所以机械能变小，即机械能不守恒，故D错误。8．如图所示，小球沿轨道由静止从A点向D点运动的过程中（小球和轨道间存在摩擦），下列说法错误的是（）A．小球在A点的重力势能最大 B．小球在B点的速度最大 C．小球在C点和B点的机械能相等 D．小球不能到达D点【答案】C【解析】（1）动能大小的影响因素：质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大。（2）重力势能大小的影响因素：质量和高度，质量越大，高度越高，重力势能越大。A、小球在A时，高度最高，重力势能最大，速度增大，动能增大，由于存在摩擦，减小的重力势能转化为动能和内能，故A正确。B、小球在B时，小球的质量不变，高度最小，势能最小，动能最大，速度最大，故B正确；C、小球和轨道间存在摩擦，小球需要克服摩擦做功，故小球从B点到C点的机械能减小，故C错误；D、因为小球需要克服摩擦做功，在运动过程中有一部分机械能转化为内能，故小球不能到达D点，故D正确。9．图所示的情景中,关于能量的说法正确的是（）A.水力发电，将电能转化为机械能B.在空中飞行的C919，只具有重力势能C.张弓待发,弓静止,所以没有能量

D.过山车冲上高处的过程中.重力势能增加【答案】D【解析】动能的大小与速度有关，且速度越大动能越大；重力势能与高度有关，高度越高重力势能越大；形变量越大弹性势能越大。水利发电是将水的机械能转化成电能。空中飞行的飞机不仅有重力势能还有动能。拉开的弓具有弹性势能。过山车高度增加，重力势能增加。10．小明乘坐如图所示的观光缆车欣赏峨眉山秀丽风景。在缆车匀速上升过程中，小明的机械能（填“变大”、“不变”或“变小”）。以小明为参照物，小明所乘坐的缆车是（填“运动”或“静止”）的。到达山顶后，小明感到呼吸困难，是因为山顶的大气压（填“高”或“低”）。【答案】变大；静止；低【解析】（1）在缆车匀速上升过程中，小明的质量不变，速度不变，所以小明的动能不变；小明的质量不变，高度增大，所以小明的重力势能变大，因此小明的机械能变大；（2）在缆车匀速上升过程中，以小明为参照物，小明与小明所乘坐的缆车的位置没有发生改变，所以缆车是静止的；（3）因为海拔越高大气压越小，所以到达山顶后，小明感到呼吸困难。11．如图所示，在一个金属罐的盖和底各开两个小洞。将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过盖和底的小洞并固定起来，使小铁块悬于罐体内。做好后将罐子从不太陡的斜面滚下，罐子和小铁块的动能会转化为橡皮筋的，滚动一段时间后罐子停下来，然后再沿斜面向上滚动，此时罐子的重力势能会（选填“增大”、“减小”或“不变”）。ab【答案】势能；增大。【解析】金属罐不太陡的斜面上滚下，是从最高处滚下时，金属罐先由慢到快、后由快到慢滚到最低点，上面一段滚动主要是重力势能减小，金属罐的动能和橡皮筋的弹性势能增加；下面一段滚动主要是重力势能和金属罐的动能减小，橡皮筋的弹性势能增加；金属罐在斜面上滚到最低处时，橡皮筋形变到最大程度，具有较大弹性势能。在橡皮筋恢复的过程中，金属罐会由斜面底部自动滚上去。从最低处滚上时，金属罐先由慢到快、后由快到慢滚到最高点，下面一段向上滚动主要是橡皮筋的弹性势能减小，金属罐的动能和重力势能增加；向上面一段滚动主要是橡皮筋的弹性势能和金属罐的动能减小，重力势能增加。12．如图所示，用细线系住小球悬挂在O点，将小球拉至A点释放，从A点经过B点运动到C点的过程中，小球的重力势能先变小后，动能先后。（选填“变大”、“变小”或“不变”）【答案】变大；变大；变小【解析】小球从A点经过B点运动的过程中，高度减小，重力势能减小，速度变大，动能变大；小球从B点经过C点运动的过程中，高度变大，重力势能变大，速度变小，动能变小，故重力势能先变小后变大，动能先变大后变小。13．（2021·山东崂山·八年级期末）天问一号对火星的探索火星是太阳系中与地球最相似的行星，有大气，温度适宜，自转周期和地球相近，物体在火星表面受到的重力约为在地球表面重力的二分之一，人类对火星的探测具