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11.4 机械能及其转化
一、机械能及其转化
1. 如图1所示，是2022年冬奥会中“高山滑雪”的比赛项目，运动员在斜向上飞跃的过程中，速
度_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。运动员的________能转化成________能。
【答案】减小，动，重力势。
【解析】运动员斜向上飞跃的过程中，高度增大，重力势能增大，动能减小，速度减小；运动员
的动能转化成重力势能。
图1 图2
2．甲站在 匀速上行的自动扶梯上，乙站在 匀速下行的自动扶梯上。两人质量相等，
甲上行中 能不变。某时刻的位置如图2所示，此时，甲的重力势能 乙的重力势能，甲
的机械能 乙的机械能。
【答案】动，等于/=，大于/>。
【详解】动能和物体的质量及物体的速度有关系，二者没有变化，所以甲在上行过程中动能大小
不变。
重力势能由质量和高度决定，两人的质量和高度相同，所以重力势能也相同。
甲的速度大于乙的速度，故甲的动能大于乙的动能，而机械能是动能和势能的总和，所以甲的机
械能大于乙的机械能。
3. 如图所示单摆，小球由A点自由摆动到C点。
（1）小球从A点下落到B点的过程中， 能转化为 能；
（2）生活中利用机械能及其转化的事例有 （列举一个即可）；
（3）画出小球在C点的受力示意图。【答案】（1）重力势，动；（2）蹦极（或蹦床、秋千）；（3）见右图。
【详解】（1）小球从A到B的过程中，高度降低，速度增大，质量不变，所以重力势能转化为动
能。
（2）生活中利用机械能及其转化的事例有很多，如蹦极、荡秋千、蹦床等。
（3）小球在C点受到两个力的作用，一是竖直向下的重力，二是沿绳子向上的拉力，拉力大于重
力，如图所示。
4. 如图4所示，捻动滚摆的轴使它升高后释放，可以观察到滚摆沿着悬线上下运动。当滚摆向下
运动时，它的动能 （增加/不变/减小），重力势能 （增加/不变/减小），动能的变化量
（大于/等于/小于）重力势能的变化量。
【答案】增加，减小，小于。
【详解】动能大小的影响因素是物体的质量和速度，质量越大、速度越大，物体的动能越大。重
力势能大小的影响因素是物体的质量和高度，质量越大、位置越高，物体的重力势能越大。机械能是
动能和势能之和。当滚摆向下运动时，滚摆的质量不变，越滚越快，即速度增大，动能变大；高度减
小，重力势能减小；滚摆下降过程中，由于空气阻力和摩擦，所以滚摆的机械能不断减小，则滚摆动
能的增加量小于其重力势能的减小量。
图4 图5
5．如图5所示，某气象卫星沿椭圆轨道绕地球运行，当它从远地点向近地点运动时， 增
大， 减小； 转化为 。（均选填“重力势能”或“动能”）【答案】动能，重力势能，重力势能，动能。
【详解】当它从远地点向近地点运动时，距离地面的高度越来越近，速度越来越快，重力势能减
小，转化为动能，动能增加。
6．如图6所示，运动员被撑竿弹起加速上升的过程中、下列说法正确的是（ ）
A．运动员受到的弹力是由手臂弹性形变产生的
B．撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能
C．运动员的动能减小
D．撑竿对运动员没有做功
【答案】B
【详解】A．运动员受到的弹力是由施力物体撑竿弹性形变产生的，故A错误；
BC．运动员被撑竿弹起加速上升的过程中，撑竿的弹性势能转化为运动员的动能和重力势能，运
动员的动能增大，故B正确、C错误；
D．运动员在撑杆的弹力作用下在力的方向上通过了一定的距离，撑竿对运动员做功，故D错误。
故选B。
图6 图7
7．如图7所示，小华把铁球拉近刚好贴着自己的鼻子，松开手后，头保持不动，铁球由a点沿弧
线abc运动到c点，然后从c点往回摆动，则下列说法不正确的是（ ）
A．铁球位于a点时重力势能最大
B．铁球从a点运动到b点时重力做功
C．铁球从a点运动到c点时，重力势能转化为动能
D．铁球从c点摆回时不会碰伤鼻子
【答案】C
【详解】A．由于空气阻力的存在，铁球运动过程中机械能不断减小，所以c点比a点低，铁球位
于a点时重力势能最大，故A正确，A不符合题意；B．铁球从a点运动到b点时，受到竖直向下的重力，而且在竖直方向上向下运动了一段距离，所
以此过程中重力做功，故B正确，B不符合题意；
C．铁球从a点运动到c点时，高度先减小后增大，先将重力势能转化为动能然后又将动能转化为
重力势能，故C错误，C符合题意；
D．由于空气阻力的存在，铁球运动过程中机械能不断减小，所能达到的高度越来越低，铁球从c
点摆回时不会碰伤鼻子，故D正确，D不符合题意。
故选C。
8. 在北京冬奥会自由式滑雪空中技巧女子个人项目决赛中，辽宁运动员徐梦桃勇夺冠军。如图所
示，在她滑行过程中，下列说法正确的是（ ）
A．A点时不具有机械能
B．从A点滑行到C点的过程中重力不断变大
C．滑雪板底面比较光滑是为了增大滑行时与雪面的摩擦
D．在B点的速度大于与它高度相同的D点的速度
【答案】D
【解析】A．在A点，虽然静止，但由于高度因此具有重力势能，所以具有机械能，故A错误；
B．根据G＝mg，在滑行的过程中，运动员的质量不变，故重力不变，故B错误；
C．滑雪板底面比较光滑是为了减小接触面粗糙程度来减小摩擦，故C错误；
D．若空气阻力不可忽略，运动员整个运动过程中机械能减小，BD两点高度相同，重力势能相同，
因此动能减小，运动员的质量不变，所以在B点的速度大于与它高度相同的D点的速度，故D正确。
故选D。
二、 水能和风能的利用
9．我国是世界上水资源最丰富的国家之一，下列关于水能的说法中，不正确的是（ ）
A．水力发电时建造拦河大坝是为了防止水流太急冲坏发电机组
B．诗句“不尽长江滚滚来”， 描述的是长江水具有动能
C．诗句“黄河之水天上来”，描述的是黄河水具有重力势能
D．利用水能发电时，从上游奔腾而下的水既具有动能又具有重力势能
【答案】A【详解】A．水力发电时建造拦河大坝，是为了提高水的高度，使水具有较大的重力势能，不是为
了防止水流太急冲坏发电机组，故A错误，符合题意；
B．“不尽长江滚滚来”，因为水有一定的速度和质量，因此长江水具有动能，故B正确，不符合
题意；
C．“黄河之水天上来”，因为水有一定的高度和质量，所以黄河水具有重力势能，故C正确，不
符合题意；
D．利用水能发电时，从上游奔腾而下的水，有一定的速度、质量、高度，既具有动能又具有重力
势能，故D正确，不符合题意。
故选A。
10．如图为某抽水蓄能电站的工作原理图，用电低谷时(如深夜)，电站利用电网多余电能把水从下
水库抽到上水库中储存起来；用电高峰时，再利用上水库中的水发电。
（1）蓄能时，水被抽到上水库，此过程是将________能转化为水的机械能。
（2）抽水蓄能电站选址衢江黄坛口，不仅因当地水资源丰富，同时还考虑到当地地势较陡，这样
建成的电站上、下水库的高度差比较________，有利于蓄能与发电。
【答案】（1）电；（2）大。
【解析】（1）蓄能时，水被抽到上水库中，电能转化为水的机械能；
（2）抽水蓄能电站在发电时，从能量的角度看，是将水的机械能最终转化为电能，水的机械能越
大转化获得的电能越多，所以建成的电站上、下水库的高度差应该比较大，最初水的重力势能较大，
有利于蓄能与发电。
11．图所示的是神舟十三号载人飞船返回舱返回地面时的情境。打开降落伞后，若返回舱在一段
时间内的运动可看作是竖直向下的匀速运动，则关于返回舱在这段时间内，下列说法正确的是
（ ）A．返回舱的动能不变 B．返回舱的重力势能不变
C．返回舱的机械能不变 D．返回舱所受重力不做功
【答案】A
【详解】A．因为返回舱是匀速运动，且质量未改变，所以返回舱的动能不变，故A正确；
B．返回舱的质量未变，但其高度在不断减小，所以返回舱的重力势能变小，故B错误；
C．机械能等于动能和势能之和，动能不变，势能减小，所以机械能减小，故C错误；
D．重力竖直向下，返回舱在重力的方向上移动了距离，所以返回舱所受重力做功，故D错误。
故选A。
12．打篮球是很多同学喜爱的运动项目，某次打篮球过程中，篮球的部分运动轨迹如图所示。下
列说法正确的是（ ）
A．篮球经过相同高度的B、C两点时，机械能相等
B．篮球第一次反弹后到达最高点D时，动能为0
C．篮球经过B、E两点时，动能可能相等
D．篮球在整个过程中机械能守恒
【答案】C
【详解】AD．由图可知，每次篮球反弹后到达的最高点都比上一次的最高点要低，说明篮球的机
械能不断减小，因此在B点的机械能大于在C点的机械能，故AD错误；
B．由图可知，篮球在最高点时，竖直方向速度为0，但在水平方向上速度不为0，所以篮球第一
次反弹后到达最高点时的动能不为0，故B错误；
C．篮球在B点的机械能大于在E点的机械能，由图可知，B点比E点高，所以B点的重力势能大
于E点的重力势能，机械能是物体动能和势能的总和，因此在B点的动能可能等于在E点的动能，故C正确。
故选C。
13．荡秋千是中小学生喜欢的游戏，如图为荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放，到达D
点后返回，B、C两点等高。下列说法正确的是（ ）
A．球在B、C两点的机械能相等
B．球在A、D两点的重力势能相等
C．球从B点到O点的过程中机械能减少
D．球从O点到D点的过程中动能增加
【答案】C
【详解】A．B、C两点高度相同，小球质量相同，因而重力势能相同；但小球在B点的速度大于
在C点的速度，即小球在B点的动能大于在C点的动能，所以小球在B、C两点的机械能不相等，故A
错误；
B．A、D两点高度不同，A点的重力势能大于D点的重力势能，故B错误；
C．球从B点到O点的过程中，由于存在阻力，机械能减少，故C正确；
D．球从O点到D点的过程中，质量不变，速度减小，动能减小，故D错误。
故选C。
14. 2021年，高空坠物列入刑法。某日，小区楼下的轿车被高空落下的玻璃瓶砸出一个窟窿。警
方根据小区监控，推算：玻璃瓶砸中车时速度约为20米/秒。请根据框图，从能量转换角度寻找肇事者
大致楼层。（玻璃瓶由静止下落，下落过程中不计空气阻力）
① Ⅰ推导Ⅱ的依据是：当玻璃瓶质量一定时， ；
② 玻璃瓶下落过程中，重力势能转化为动能是通过 实现的；
③ Ⅲ推导Ⅳ的依据是： ；
④ 分析表一和表二的数据及相关条件推算出肇事者大致在 层。
表一 表二重力势能（焦） 楼层（层）
速度（米/秒） 动能（焦） 13 5
12 7.2 19 7
16 12.8 25 9
20 20 31 11
24 28.8 36 13
28 39.2
【答案】①速度越大，动能越大；②克服重力做功；③当玻璃瓶的质量一定时，高度越高，重力
势能越大；④7。
【详解】①据框图知，由玻璃瓶的速度能推导玻璃瓶的动能，是因为质量一定时，玻璃瓶的速度
越大，其动能越大。
②在不计空气阻力时，玻璃瓶下落过程，只需要克服重力做功，将重力势能转化为动能。
③据框图知，由玻璃瓶的重力势能推导大致楼层，是因为重力势能与质量及高度有关，玻璃瓶的
质量一定，重力势能越大，则楼层越高。
④由表一知，当玻璃瓶的速度约为20m/s时，对应的动能约为20J。玻璃瓶下落过程，重力势能全
部转化为动能，当动能为20J时，玻璃瓶下落时的重力势能约为20J，由表二知，对应的楼层为7层。
15．让钢球在如图1所示的轨道由A点静止开始自由滑下，弹簧固定在水平轨道末端，钢球下滑
到水平面压缩弹簧后又被弹簧弹开。
（1）在钢球滚下的过程中， 能转化为动能；在钢球被弹开的过程中，弹簧的 能转化
为钢球的动能；
（2）若想增大弹簧最大压缩量，提出一点可行的做法： ；
（3）将末端的挡板和弹簧取掉，并将OB向上弯折形成如图2的轨道，再次将钢球沿轨道AOB下
滑到达B点后离开轨道，钢球在B点的机械能 在A点的机械能（选填“大于”、“等于”或
“小于”）。离开B点后最符合题意的运动轨迹是 （选填字母序号）。
【答案】（1）重力势，弹性势；（2）见解析；（3）小于，c。
【详解】（1）钢球由A点静止滑下时，质量不变，速度变大，高度变小，动能变大，重力势能变
小，是重力势能转化为动能。钢球被弹簧弹开的过程，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小，钢球的速度变大，动能变大，弹
簧的弹性势能转化为钢球的动能。
（2）弹簧被压缩时，钢球的动能减小，弹簧的弹性势能增大，是动能转化为弹性势能，当钢球的
动能为0，速度为0时，动能全部转化为弹性势能，弹簧的弹性势能最大，压缩量最大。若钢球的动能
变大，弹簧的弹性势能也增大，弹簧的形变程度变大，弹簧的最大压缩量增大。为了增大钢球的动能，
在质量不变时，可提高钢球静止滚下时的高度。
（3）将末端的挡板和弹簧取掉，钢球从斜面上滑下后，由于惯性，会沿B点的切线方向滑出，但
在沿AOB轨道运动过程中，钢球的部分机械能转化为内能，所以机械能减小，B点的机械能小于A点
的机械能，钢球滑出B点后，无法达到A的高度，所以会沿c轨迹运动。
16．（2023·内蒙古包头·统考中考真题）2023年5月10日，天舟六号货运飞船成功发射，如图所
示。天舟六号加速升空过程中，关于能量变化说法正确的是（ ）
A．重力势能增大，动能增大 B．重力势能减小，动能减小
C．重力势能增大，机械能减小 D．重力势能减小，机械能不变
【答案】A
【详解】天舟六号货运飞船加速升空过程中，其质量不变，高度升高，速度增大，因此其重力势
能增大，动能增大，机械能增大，故A正确，BCD错误。故选A。
17．（2023·江苏南通·统考中考真题）如图所示，从空中落下的排球先后在草地和水泥地面上弹起，
你认为排球运动的轨迹最有可能的是（ ）
A BC D
【答案】A
【详解】从空中落下的排球先后在草地和水泥地面上弹起，由于草地松软，撞击时损失的机械能
较多，弹起的高度比原来的高度低较多，当第二次从水泥地上弹起时，水泥地坚硬，撞击损失的能量
较少，反弹后最大高度降低较小，但一定比草地上反弹最大高度小，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
18．（2023·四川南充·统考中考真题）体育课上小唐同学进行传接排球训练，他将球斜向上抛出，
球的运动轨迹如图所示，a、b、c、d为轨迹上的点，其中a、c两点高度相同，不计空气阻力，则球在
a点的机械能 d点机械能（选填“大于”、“小于”、“等于”）；球在a、b、c、d四点中
点的重力势能最大。
【答案】等于，b。
【详解】因为不计空气阻力，所以小球整个运动过程机械能守恒。因此小球在a点的机械能等于d
点机械能。
重力势能与物体的质量和高度有关，在质量一定时，高度越大，重力势能越大，所以b点的重力
势能最大。
19.（多选题）（2023·山东日照·统考中考真题）2022年8月14日，山东省第二十五届运动会跳水
决赛在日照市游泳中心跳水馆完美收官，为助推我市体育事业的发展注入了强大动力。如图所示，某
次跳水比赛中，运动员站立在跳台上的A点，然后保持直立姿势从跳台上竖直向上弹跳后腾空，至最
高点B处后自由下落，至C点落入水中。关于上述运动过程运动员腾空后的机械能，下列分析正确的
是（不计空气阻力）（ ）A．运动员在C点时，动能最大、重力势能最小
B．运动员从A点运动到C点的过程中，机械能守恒
C．运动员从A点运动到B点的过程中，动能逐渐增大
D．运动员从B点运动到C点的过程中，重力势能逐渐增大
【答案】AB
【详解】AB．运动员从A点运动到C点的过程中，只有重力做功，因此机械能守恒；从A点运动
到C点的过程中，运动员的质量不变，高度减小，重力势能减少；速度增大，动能增大，重力势能转
化为动能。因此在C点时，运动员的动能最大、重力势能最小。故AB正确；
C．运动员从A点运动到B点的过程中，运动员的质量不变，高度增加，重力势能增大；速度减小，
动能减少。故C错误；
D．运动员从B点运动到C点的过程中，运动员的质量不变，高度逐渐减小，重力势能逐渐减少。
故D错误。
故选AB。
20．（2023·湖南株洲·统考中考真题）投出的铅球在空中飞行，它在整个运动过程中的动能E 与
k
距离地面的高度h的关系如图所示。已知铅球出手高度h为2m，铅球落到地面时重力势能为零，不计
空气阻力，由图可知，铅球出手时其重力势能为（ ）
A．80J B．100J C．180J D．280J
【答案】A【详解】由题可知，因为不计空气阻力，机械能守恒，铅球运动过程中只有重力势能和动能的相
互转化，若铅球落到地面时重力势能为零，则动能为最大值280J。由图可知，当铅球到最高点时，即
距离地面2.5米时，动能为180J，则重力势能最大值为100J；已知铅球出手高度为2m，所以其重力势
能小于100J。故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
