11.4机械能及其转化（原卷版）-2022-2023学年八年级物理下册教学综合资源（人教版）

第4节机械能及其转化知识点1：机械能及其转化1.机械能（1）定义∶动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。（2）单位∶焦耳，简称焦，符号是J。（3）大小∶机械能=动能+势能。（势能包括重力势能和弹性势能）①对机械能的理解一个物体可以同时具有动能和势能，如天空中飞行的飞机、跳水过程中的运动员等;也可以只具有动能或只具有势能，如在水平地面上行驶的汽车只具有动能，吊在天花板上的灯只具有重力势能。②机械能的决定因素机械能由动能和势能（包括重力势能和弹性势能）共同决定。由于动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，弹性势能与弹簧的弹性形变程度有关，因此机械能的决定因素有质量、速度、高度、弹性形变程度等。2.动能和势能的相互转化（1）动能和重力势能的相互转化单摆实验：如图所示，将摆球从A点静止释放，摆球从A点摆向最低点B的过程中，位置越来越低，速度越来越快，所以重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，重力势能转化为动能;从B点摆向C点的过程中，位置越来越高，速度越来越慢直至为零，所以重力势能逐渐增大，动能逐渐减小，动能转化为重力势能。除此之外，常见的动能和重力势能相互转化的例子还有滚摆、过山车等。（2）动能和弹性势能的相互转化小球碰撞弹簧实验：如图所示，从斜面上滚下的小球从接触弹簧到把弹簧压缩到最短的过程中（图甲→乙），小球速度越来越小，弹簧的形变越来越大，即小球的动能减小，弹簧的弹性势能增大，小球的动能转化为弹簧的弹性势能;弹簧从最短到恢复原状的过程中（图乙→丙），弹簧的弹性形变越来越小，小球的速度越来越大，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。另外，篮球落地反弹的过程、撑竿跳高的过程中也发生了动能和弹性势能的相互转化。对动能和势能相互转化过程的理解（1）在动能和势能相互转化的过程中，只要其中一种能量在减少，另一种能量就在增加;（2）动能和势能的转化可以发生在同一物体之间，比如单摆实验中摆球的动能和重力势能的相互转化;也可以发生在不同物体之间，比如小球碰撞弹簧实验中小球的动能与弹簧的弹性势能的相互转化。3.机械能守恒（1）机械能守恒∶大量研究结果表明，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，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。（2）机械能守恒的条件∶机械能守恒是有条件的，只有动能和势能相互转化时，或者说只有重力和弹力做功时，机械能才守恒。机械能不守恒的情况①受到阻力作用的物体机械能不守恒。如果运动的物体受到摩擦或空气阻力，机械能就会转化为其他形式的能，从而使机械能逐渐减小，不再守恒。如落地的篮球越跳越低，最终静止在地面上，机械能逐渐减小。②有重力或弹力以外的力对物体做功时，机械能不守恒。应用1：机械能的大小【典例1】一个在空中下落的物体，在某一时刻具有50J的机械能，若它具有的动能为35J，则它具有的重力势能大小为J。应用2：动能和重力势能的相互转化
【典例2】下列过程中，重力势能转化为动能的是（）A．热气球匀速下落 B．滚摆减速上升 C．雨滴加速下落 D．用弓将箭射出应用3：动能和弹性势能的相互转化【典例3】下列事例中，弹性势能转化为动能的是（）A．苹果从树上落下来 B．秋千从低处荡到高处 C．拉弯的弓把箭射出 D．商场中扶梯匀速上升应用4：机械能变化的判断【典例4】用细线将小球系好后，固定在天花板上，做成一个摆。如图所示，小球从A点静止释放经过最低点B，再摆至C点的过程中，下列说法正确的是（）A．在C点小球的动能最大 B．在B点小球的重力势能最大 C．从B点摆至C点的过程，小球的动能转化为重力势能 D．从A点摆至B点的过程，小球的动能转化为重力势能知识点2水能和风能的利用1.水能的利用（1）水能：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）水能的利用———水力发电如图所示，修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机，发电机装在水轮机的上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。能量传递和转化过程∶水的机械能→水轮机的机械能→发电机的机械能→电能。2.风能的利用（1）风能：空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。（2）风能的利用——风力发电如图所示，风吹动风车，风车转动带动发电机发电。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成"风车田"，联在一起供电。能量传递和转化过程：风的机械能→风车叶片的机械能→发电机的机械能→电能。应用5：风能的利用【典例5】（多选）12．风能可以用来发电，风吹动风车，可以带动发电机发电。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”，联在一起供电。关于风车发电，下列说法正确的是（）A．机械能转化成电能 B．风能转化成机械能 C．风能是一种可再生能源 D．获得的电能成本比较低应用6：水能的利用【典例6】下列关于水能的说法，正确的是（）A．自然界的流水是具有大量机械能的天然资源 B．利用水能发电不会破坏生态环境，所以要尽可能多地修建水力发电站 C．江河湖海中流动的水只具有动能 D．水量大的地方水能一定大易错题型：分析机械能变化时遗漏某个影响因素【易错1】国庆70周年阅兵式上，加受油机梯队接受检阅。如图所示，轰油﹣6加油机正在给歼﹣10B战斗机加油，若在此过程中歼﹣10B战斗机高度、速度不变，则它的（）A．动能增加，势能减小，机械能不变 B．动能不变，势能不变，机械能不变 C．动能减小，势能不变，机械能减小 D．动能增加，势能增加，机械能增加人造地球卫星的机械能转化（1）人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点，离地球最远的一点叫远地点。（2）人造地球卫星在大气层外环绕地球运行，卫星在运行过程中不受空气阻力，只有动能和势能的相互转化，所以机械能守恒。（3）人造地球卫星在近地点（高度最低）时重力势能最小，在远地点时（高度最高）重力势能最大，从近地点向远地点运行的过程中，由于高度增大，故重力势能增大，根据机械能守恒可知，卫星的动能会减小，动能转化为重力势能;从远地点向近地点运行的过程中，由于高度减小，故重力势能减小，根据机械能守恒可知，卫星的动能会增大，重力势能转化为动能。【典例1】如图甲所示的是人造地球卫星随火箭加速上升的情景；如图乙所示的是人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行的情景，离地球最近的点叫近地点，最远的点叫远地点。下列说法中正确的是（）A．图甲：在加速上升的过程中，人造地球卫星的动能转化为重力势能 B．图乙：在运行过程中，当人造地球卫星从远地点向近地点运行时，其机械能减小 C．图乙：在运行过程中，当人造地球卫星从近地点向远地点运行时，其重力势能增大，速度减小 D．在甲、乙两图中，人造地球卫星的机械能都不变【典例2】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【典例1】请说明下列物体具有哪种形式的机械能：（1）在水平轨道上行驶的火车具有；（2）悬挂在天花板上的电灯具有；（3）拉紧的弓具有；（4）“神舟五号”飞船升空过程中具有和。【针对训练1】说明下列物体各具有哪种形式的机械能：（1）屋顶上的太阳能热水器；（2）上紧发条的钟表；（3）正在爬坡的登山运动员。【典例2】（多选）13．如图所示，小球沿光滑轨道由静止从A点向D点运动的过程中（不计空气阻力），下列说法中正确的是（）A．小球从A点到C点运动过程中，重力势能一直减小 B．小球在B点的动能最大 C．小球在B点和C点的机械能相等 D．小球不能到达D点【针对训练2】为了提高全校师生的身体素质，学校买回了乒乓球发球机，如图甲所示。如果乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个质量相同的球，如图乙，若不计空气阻力，则下列说法正确的是（）A．整个过程中，c球的运动状态不变 B．三个球在运动过程中机械能不守恒 C．使球落向桌面的力的施力物体是发球机 D．下落的乒乓球碰到桌面后被弹起，是由于桌面发生了弹性形变【典例3】如图所示，物块在光滑斜面上由静止开始下滑，依次经过a、b两个点，不计空气阻力，比较物块在a、b两点的能量，下列说法正确的是（）A．物块在a点重力势能大 B．物块在b点重力势能大 C．物块在a、b两点的重力势能一样大 D．物块在a点动能大【针对训练3】（多选）14．如图所示，小球由静止开始沿着粗糙的路面从A点向D点自由运动，其中B和D两点在同一水平高度，则下列说法错误的是（）A．小球从A到C加速下滑，重力势能转化为动能 B．小球从C到D减速上坡，动能转化为重力势能 C．小球在B和D时重力势能和动能都相等 D．小球从A到D的过程中机械能守恒【典例4】如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t＝0时刻，将一重为G＝50N的金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示，则以下说法正确的是（）A．t2时刻小球的动能最大 B．t1到t2时间内，小球的动能先增加后减小 C．t2到t3时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能 D．t3时刻小球处于平衡状态【针对训练4】如图所示，某同学在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小球，另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置，C点是小球从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小球从A点到C点的运动过程，下列说法中正确的是（）A．小球在B点时的动能最大 B．从B点下落到C点的过程中，小球的动能先增大后减小 C．从A点下落到C点的过程中，橡皮筋对小球的拉力不断增大 D．小球在C点时，橡皮筋的弹性势能最小1.如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目。在刚开始时，过山车依靠弹射器的推力或链条爬上最高点，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。下列关于过山车运动过程中，机械能的转化，说法正确的是（）A．刚开始过山车被匀速拉升时，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，动能为零 D．过山车在运行过程中，机械能守恒2．如图所示是弹性小球落地并反弹的频闪照片，其中甲、丙两位置距离水平地面等高，乙位置为小球弹跳的最高点，关于该过程，下列说法正确的是（）A．小球在甲位置时的机械能等于丙位置时的机械能 B．小球在甲位置时的重力势能等于丙位置时的重力势能 C．小球在甲位置时速度大小等于丙位置时速度大小 D．小球从甲位置到乙位置过程中，重力势能全部转化为动能3．如图所示，用手托着两个鸡蛋匀速升高1m。下列说法正确的是（）A．鸡蛋的重力势能不变 B．鸡蛋的机械能守恒 C．鸡蛋处于非平衡状态 D．手对鸡蛋做了功4．2022年11月21日世界杯正式开赛，世界优秀的足球运动员齐聚卡塔尔，他们顽强拼搏，展现出了足球运动独特的魅力。如图所示为决赛中梅西的一脚劲射，踢出去的足球在空中飞行的过程中，会受到空气阻力的作用，则下列分析中正确的是（）A．踢出去的足球在空中上升过程中，它的机械能保持不变 B．踢出去的足球在空中下降过程中，它的机械能逐渐增大 C．踢出去的足球在空中上升到最高点时，动能为0 D．踢出去的足球落到草地上滚动的过程中，机械能减小5．如图所示，完全相同的两个小球A、B分别与轻质棉线和轻质弹簧连接，将两球拉高使棉线与弹簧在同一水平方向上，此时弹簧处于原长状态，且弹簧原长长度（O'B）小于棉线长度（OA），由静止释放后，两球运动到最低点时在同一水平面上（不计空气阻力），关于小球A、B在这一段运动过程能量变化的描述，下面说法正确的是（）A．两个小球A、B的机械能保持不变，最低点时两球的动能相等 B．两个小球A、B的机械能保持不变，最低点时A球的动能大于B球的动能C．两个小球A、B的机械能保持不变，最低点时A球的动能小于B球的动能D．A球的机械能不变，B球的机械能减少，最低点时A球的动能大于B球的动能6．如图所示，将铁锁用绳子悬挂起来，拉到自己的鼻子附近，松手后铁锁来回摆动。在摆动过程中，下列说法正确的是（）A．绳子对铁锁的拉力一直做功，且做功的功率发生变化 B．铁锁在来回摆动过程中，其运动状态一直在发生变化 C．铁锁从最高处向下摆动时，重力势能增大，动能减小 D．铁锁上升最大高度逐渐降低，说明机械能守恒7．如图所示的滚摆，上下往复运动幅度越来越小，最终停在最低点。则下列说法中错误的是（）A．滚摆的动能与重力势能可以相互转化 B．滚摆下降时重力势能减小、动能增大 C．滚摆在最高点时，处于平衡状态 D．滚摆上下往复的过程中，其机械能不断减小8．如图所示，是小球在地面弹跳的情景。小球在A点的机械能为120J，当小球由A点运动到B点时，机械能变为100J，则小球由B点运动到C点时，其机械能可能为（）A．80J B．90J C．100J D．120J9．中国女篮获世界杯亚军，振奋全国人民。如图1所示，离手后的篮球在空中依次从A点运动到D点，在点动能最大。图2为它在等高点B和D的能量柱状图，则篮球在B点的机械能（选填“大于”“等于”或“小于”）在D点的机械能。整个过程能量的总量（选填“守恒”或“不守恒”）。10．如甲图AOB是光滑轨道，A点的高度为H，B点的高度为h，h小于H，A、B两点水平距离为s，让一个小球由A点静止开始自由滑下，沿轨道AOB到达B点后离开轨道，不计空气阻力。则小球从A点运动到B点时，它经O点的动能是由能转化而来。小球离开B点后的运动轨迹a、b、c、d，最符合题意的是轨迹（选填“a”或“b”或“c”或“d”）。如图乙所示，若右侧的光滑轨道也足够高，则小球（选填“能”或“不能”）达到与A等高的A′位置。如图丙所示，在竖直平面内用轻质细线悬挂一个小球，将小球拉至A点，使细线处于拉直状态，由静止开始释放小球，不计摩擦，小球可在A、B两点间来回摆动。当小球摆到B点时，细线恰好断开，则小球将沿（选填“BE”“BD”或“BC”）方向运动。11．如图为中国03式远火弹道导弹发射时的情景。发射后导弹加速升空，机械能（“变小”、“不变”或“变大”）。导弹引爆后会产生极大的破坏力，引爆时能被释放出来，转化为内能、光能等，这一过程能量的总量（填“变小”、“不变”或“变大”）。12．如图所示，撑杆跳高运动员提杆加速助跑过程中，是为了增大自身的，然后用压弯的撑杆把自己送上高处，这是因为压弯了的撑杆具有，最后转化为运动员的，使他越过横杆（以上均选填“动能”、“重力势能”或“弹性势能”）。13．在北京冬奥会上我国选手徐梦桃获得自由式滑雪女子空中技巧金牌。如图是她滑雪时的情景，当徐梦桃沿雪道向坡顶滑时，能转化为重力势能，滑雪板受到地面的摩擦方向是（填“沿斜坡向下”或“沿斜坡向上”）。当她下落时，以地面为参照物，她是的。14．修栏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。跳伞运动员在空中匀速下降过程中，动能，重力势能，机械能（后三空进填“增大”“减小”、“不变”）。15．在街道上，常看到洒水车边播放着优美的乐曲边向道路上洒水。如图所示，一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，一段时间后该洒水车的动能将，重力势能将；机械能将（以上三空均选填“增大”、“减小”或“不变”）。16．如图甲所示，一小球从高处落到竖直固定的弹簧上后又被弹起到原高度。小球从高处开始下落