机械能及其转化 知识讲解 含答案

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；动能和势能可以相互转化。

【知识网络】【考点梳理】考点一、动能、势能、机械能（高清课堂《力学6：功和能》机械能概述）1．动能物体由于运动而具有的能，叫做动能；动能的大小与质量和速度有关。

物体的速度越大，质量越大，则它的动能越大。

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和高度有关。

物体的质量越大，被举得越高，则它的重力势能越大。

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、重力势能和弹性势能统称为机械能。

考点二、动能和势能之间的相互转化（高清课堂《力学6：功和能》动能和势能的转化）1、在一定的条件下，动能和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，动能和弹性势能之间可以相互转化。

如跳板跳水运动员，在起跳的过程中，压跳板是动能转化为弹性势能，跳板将运动员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，只有动能和势能相互转化，机械能的总和就保持不变。

这个规律叫做机械能守恒。

【典型例题】类型一、基础知识1、（2016•济宁）弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。

其结构如图甲所示．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。

下列分析正确的是（）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。

（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】此题考查了动能、重力势能和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（如图所示）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．该实验研究的基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，被撞木块的质量和软硬等因素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：质量和速度，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、球的动能与质量和速度都有关系，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，木块的质量和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，木块的质量和软硬等因素，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】本题全面地考查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。

下列说法正确的是：（）小球质量m/g 10 20 30木块移动距离s/cm 8.3 16.8 25.2A．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和转换法【答案】ABD3、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，借助小型火箭助推和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查了影响动能和重力势能的影响因素，以及能量间的转化，要注意辨别。

举一反三：【变式】玩“过山车”是一项非常惊险刺激的娱乐活动。

如图所示，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飞驰而下。

过山车在运动过程中，若不计能量损失，只有动能和势能的相互转化。

下列说法正确的是（）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】B4、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，关于该洒水车，下列说法正确的是（）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：质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大；（2）动能和势能统称为机械能。

【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、重力势能和弹性势能的大小变化。

类型二、知识运用5、（2016•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和底部，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：质量和速度；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；克服摩擦做功，机械能减小【解析】魔罐在开始滚动的时候，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，魔罐开始向回滚动，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，即一部分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】本题考查动能和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】如图所示，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】D6、如图所示，小球从左端由静止释放，在左右摆动过程中，不计空气阻力，则（）A．从最高点运动到最低点的过程，一部分重力势能转化为动能B．从最低点运动到最高点的过程，一部分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】本题考查的知识点：（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）物体的动能由质量和速度决定，重力势能由质量和高度决定，分析摆动过程中质量、速度、高度的变化，判断出动能和重力势能的转化。

（3）机械能守恒的条件：只有动能和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，速度达到最大，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，则重力势能相同，所以两侧最高点的高度相等，故C错误，D正确。