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11.4 机械能及其转化
一、机械能及其转化
1. 在物理学中，将 能和 能统称为机械能．
【答案】 动 势
【分析】要解决此题，需要掌握机械能的概念，知道机械能包括动能和势能，运动的物体具有动能；
被举高的物体具有重力势能，发生弹性形变的物体具有弹性势能．
【详解】在物理学中，将动能和势能统称为机械能。
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. 某科技兴趣小组用两个输液用的葡萄糖瓶子，从瓶口以下约6cm处截断，将截断处用胶水黏合在一起，再从瓶口的橡胶塞中心穿一根长约20cm的细木棒，用两条悬线拴住木棒的两端，将悬线固定在支架
上，就构成了如图所示的滚摆。当滚摆从上到下运动的过程中重力势能主要转化为 能；滚摆每次
上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】 动 变小
【详解】滚摆从上到下运动的过程中，高度减小，重力势能减小，速度增加，动能增加，因此是重力
势能转化为动能。
滚摆每次上升的高度逐渐减小，运动过程中需要克服阻力做功，因此机械能减小。
5．2024年2月，国内首颗X波段合成孔径雷达卫星“济高科创号”发射成功。如图所示，“济高科
创号”卫星在随火箭加速直线升空的过程中（ ）
A．动能减小，重力势能减小，机械能减小
B．动能减小，重力势能增大，机械能不变
C．动能增大，重力势能增大，机械能增大
D．动能增大，重力势能减小，机械能不变
【答案】C
【详解】“济高科创号”卫星在随火箭加速直线升空的过程中，质量不变，速度不断增大，动能增大；
卫星的高度升高，因此它的重力势能增大；卫星的机械能等于动能与势能之和，因此卫星的机械能增大，
故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
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．如图为水电站剖面图，拦河大坝中的水从H流出，经过P流向Q，水流推动叶轮转动使发电机发
电。下列判断中正确的是（ ）
A．修筑拦河大坝是为了增加水的机械能
B．水从H流到P的过程中，其动能减小
C．发电机将电能转化为机械能
D．水在H处的机械能等于Q处的机械能
【答案】A
【详解】A．修筑拦河大坝是为了使水位提高，从而增加水的机械能，故A项正确；
B．从图知，H处的水比较高，水从H流到P的过程中，其重力势能减小，动能增大，故B错误；
C．发电机将机械能转化为电能，故C项错误；D．水在向下流动的过程中，会受到一定的阻碍，有一部分机械能转化为其他形式的能量，故H处的
机械能会大于Q处的机械能，故D项错误。
故选A。
11．如图所示，从A点沿水平桌面滚落的小球运动轨迹如虚线所示，C、F两点等高，D为小球与水平
地面的接触点，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．小球在C点和F点的机械能相等
B．小球在C点和F点的动能相等
C．小球从E点到F点的过程中，机械能变小
D．小球在E点的动能不为零
【答案】D
【详解】A．小球在C点到F点过程中，由于物体与地面发生碰撞，且上升的高度E点低于B点，故
机械能有损失，故小球在C点的机械能大于F点的机械能，故A错误；
B．在C点的机械能大于F点的机械能，高度相同，重力势能相同，动能不等，故B错误；
C．小球从E点到F点的过程中，不计空气阻力，只有重力做功，机械能不变，故C错误；
D．小球E点有速度，小球在E点的动能不为零，故D正确。
故选D。
12．跳水运动中蕴含着许多物理知识，如图所示，有关跳板跳水过程中能量变化的说法正确的是（
）
A．运动员用力下压跳板的过程中，跳板的弹性势能减小
B．运动员被跳板向上弹起的过程中，重力势能减小
C．运动员离开跳板向上运动的过程中，动能减小
D．运动员从最高点下落的过程中，机械能增大
【答案】C
【详解】A．运动员用力下压跳板的过程中，跳板的弹性形变程度变大，弹性势能增大，故A错误；B．运动员被跳板向上弹起的过程中，运动员的质量不变，高度变大，重力势能增大，故B错误；
C．运动员离开跳板向上运动的过程中，质量不变，速度减小，动能减小，故C正确；
D．运动员从最高点下落的过程中，由于受到空气阻力的作用，一部分机械能转化为内能，机械能减
小，故D错误。故选C。
13. 一辆过山车先后经过E、F、G、H四个点，它在各点的动能和重力势能大小如图，则它在
（ ）
A．各点的机械能是不变的
B．G点的速度大于在F点的速度
C．F点的动能大于在E点的动能
D．H点重力势能小于在F点动能
【答案】B
【详解】A．如图，根据E和G可知机械能在变小不守恒，说明各点的机械能不是不变的，故A不符
合题意；
B．如图，G点的动能大于在F点的动能，质量一定时速度越大动能越大，说明G点的速度大于在F
点的速度，故B符合题意；
C．如图，F点的动能小于在E点的动能，故C不符合题意；
D．如图，H点重力势能大于在F点动能，故D不符合题意。
故选B。
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。【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．（2024·内蒙古通辽·中考真题）小丽站在自动扶梯上随扶梯一起向上匀速运动，如图。下列关于
她的机械能说法正确的是（ ）
A．动能增大，机械能增大 B．重力势能增大，机械能增大
C．动能减小，机械能不变 D．重力势能减小，机械能增大
【答案】B
【详解】小丽站在自动扶梯上随扶梯一起向上匀速运动，质量不变，速度不变，则动能不变；高度升
高，则重力势能增大；由于机械能为动能与势能之和，所以机械能增大，故B正确，ACD错误。
故选B。
17.（2024·湖北武汉·中考真题）如图所示，将一个小球用细线悬挂起来，让小球从A点静止释放，小
球会在A、C两点之间来回摆动，最终静止下来。下列说法正确的是（ ）
A．小球从A点摆动到B点，动能转化为重力势能
B．小球能从B点摆动到C点是由于受到惯性
C．小球每次经过B点，其动能都比上一次小
D．小球最终静止在A点
【答案】C
【详解】A．小球从A点摆动到B点，高度降低，速度增加，重力势能转化为动能，故A错误；
B．惯性不是力，不能说受到惯性，故B错误；
C．小球受到阻力的作用，机械能不断减小，小球每次经过B点时，重力势能不变，机械能减小，则
动能减小，故C正确；
D． 小球最终静止时拉力和重力平衡，则小球最终静止在B点，故D错误。
故选C。18．（2024·内蒙古呼和浩特·中考真题）如图所示，海天同学将小球由a点静止释放，小球在管道内
沿abcd运动，ab段和bc段内壁光滑，cd段内壁粗糙，a点略高于c点，b点与d点等高。下列说法正确的
是（ ）
A．从a到c的过程中，小球重力势能不变
B．小球在c、d两点的动能可能相等
C．从a到d的过程中，小球运动到d点时，动能最大
D．从a到d的过程中，小球机械能守恒
【答案】B
【详解】A．a点略高于c点，从a到c的过程中，小球重力势能先变小，后变大，a点的重力势能大
于c点的重力势能，故A错误；
B． cd段内壁粗糙，小球从c点到d点克服摩擦阻力，小球的机械能减小，小球在c点的机械能大于
d点，小球在c点的重力势能大于d点，因此c、d两点的动能可能相等，故B正确；
CD．b点与d点等高，b点与d点的重力势能相同，从a到d的过程中，ab段和bc段内壁光滑，ac段
机械能守恒，cd段由于小球克服摩擦阻力，小球的机械能减小，机械能不守恒，小球在b点的机械能大于
d点，小球运动到b点时，动能最大，故CD错误。
故选B。
19. （2024·广东广州·中考真题）如图，某同学将篮球掷向地面，经过甲位置后碰到地面，接着向上反
弹经过乙位置，忽略空气的作用力。
（1）篮球直径为24.6 （选填“mm”、“cm”或“dm”），质量为0.6kg，g取10N/kg，
则该篮球受到的重力为 N；
（2）请在图中乙位置画出篮球的受力示意图；
（3）篮球经过甲、乙两位置时的机械能和重力势能如表所示，则篮球与地面碰撞过程损失的机械能
为 J，在乙位置时的动能为 J。
【答案】 cm 6 见下图 1 2
【详解】（1）根据常见物体的长度可知，篮球直径为24.6cm。
根据G=mg可得，该篮球受到的重力为G=mg=0.6kg×10N/kg=6N（2）忽略空气的作用力，则篮球在乙位置只受重力的作用，重力的方向为竖直向下，因此在篮球的
重心处沿竖直方向画一条竖直向下的有向线段，用G来表示，如图所示
（3）根据表格信息可知，篮球与地面碰撞过程损失的机械能为
ΔE =13J-12J=1J
机械
由于机械能等于动能与重力势能之和，所以篮球在乙位置时的动能为
E =12J-10J=2J
动
20. （2024·安徽·中考真题）如图所示为某次蹦极运动的精彩瞬间，若一游客从平台上由静止开始下落。
从开始下落至第一次到达最低点的过程中，游客的（ ）
A．动能一直增大 B．重力势能一直减小
C．机械能保持不变 D．机械能一直增大
【答案】B
【详解】游客从开始下落至第一次到达最低点的过程中，起始阶段：蹦极者从起始点跳下，此时弹性
绳处于松弛状态，在重力作用下下落。将重力势能逐渐转化为动能，重力势能越来越小，动能越来越大；
绳子拉伸阶段：当下降到一定高度后，绳子开始被拉长，蹦极者继续受到向下的重力，同时绳子也产生向
上的弹力。此时，一部分重力势能继续转化为动能，另一部分则转化为弹性绳的弹性势能；受力平衡阶段：
在某一时刻，蹦极者受到的重力和绳子的弹力达到平衡，此时速度达到最大，动能最大；减速下降阶段：
随着绳子的继续拉伸，弹力逐渐大于重力，蹦极者开始做减速运动，此过程中，动能和重力势能继续转化
为绳子的弹性势能，直到下降到最低点，此时动能和重力势能最小，弹性势能最大。综上可知，游客的动
能先增大后减小，重力势能一直减小。下落过程中要克服空气阻力做功，消耗一部分机械能，则机械能一
直减小。故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
