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11.4 机械能及其转化
一、选择题
1．（2021·江苏南通市·九年级月考）如图所示，某同学进行爬竿训练，爬上竿顶后，再从竿顶顺竿
滑到地面，每次所用时间各不相同，下列说法正确的是（ ）
A．向上爬竿过程中动能转化为重力势能
B．下滑过程中摩擦力的大小一定保持不变
C．向上爬竿时受到的摩擦力方向向下
D．下滑时间短的那次速度大，重力做功快
【答案】D
【详解】
A．向上爬竿过程中，人的质量不变，不能确定速度是否变化，因不能确定动能是否变化，该同学
的质量不变，高度增大，因而重力势能增大，不能确定由动能转化而来，故A错误；
B．因为下滑过程中，人对竿的压力可能发生变化，而接触面的粗糙程度不变，所以摩擦力大小可
能发生变化，故B错误；
C．向上爬竿时，该同学受重力作用相对于竿有向下滑的趋势，因而受到的摩擦力方向向上，故C
错误；
D．每次均从竿顶下滑到底端，运动的距离相等，由 可知时间知的那次速度最大，所用时间
最短，该同学的重力不变，每次下滑的高度相同，则每次重力做功相等，由 知，重力做功
快。
故选D。
2．（2021·山东日照市·九年级一模）如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行时，离地球最
近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。关于运行的卫星，下列说法正确的是（ ）A．卫星绕地球飞行的状态是平衡状态
B．从远地点向近地点运动时，实际是一个上升的过程，速度减小
C．从近地点向远地点运动时，实际是一个上升的过程，动能减小
D．在远地点和近地点的机械能不相等
【答案】C
【详解】
A．卫星绕地球飞行的过程其运动方向在变化，所以不是在平衡状态，故A错误；
BCD．卫星在太空运动时，没有空气阻力，只受到重力作用，所以机械能是守恒的，从远地点到近
地点运动时，卫星离地面的高度变低，则其重力势能减小，那么动能增大，则速度增大，反过来，
从近地点到远地点，离地面高度变高，重力势能增大，那么动能减小，故BD错误，C正确。
故选C。
3．（2021·广东广州市·铁一中学九年级月考）球竖直向上运动，并落回地面，这过程中先后经过
M、S两点。球在这两点的动能和重力势能如图所示，则球（ ）
A．在M点的速度等于在S点的 B．在M点的速度小于在S点的
C．在M点的离地高度等于在S点的 D．经过M、S两点时其机械能守恒
【答案】B
【详解】
AB．小球在 M 点时的动能小于在 S 点的动能，故小球在M点的速度小于在S点的速度，故A不符合题意，B符合题意；
C．小球在 M 点时的重力势能大于在 S 点的重力势能，所以在M点的离地高度大于在S点的高度，
故C不符合题意；
D．机械能等于小球的动能与势能之和，由图可知，经过M点的机械能大于S点的机械能，机械能
不守恒，D故不符合题意。
故选B。
4．（2021·江苏九年级专题练习）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
（空气阻力不计），下列说法错误的是（ ）
A．小球在A点的动能为零 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】D
【详解】
A．小球在A点处于静止状态，速度为零，动能为零，故A正确，不符合题意；
B．不计空气阻力，轨道是光滑的，小球从A点运动到B点，即最低点，小球的重力势能全部转化
为动能，此时动能最大，小球的质量保持不变，所以速度最大，故B正确，不符合题意；
C．不计空气阻力，轨道是光滑的，小球在整个运动过程中，机械能守恒，所以小球在C点和B点
的机械能相等，故C正确，不符合题意；
D．不计空气阻力，轨道是光滑的，小球在整个运动过程中，机械能守恒，所以小球在上升过程中，
当速度减小为零，即动能减小为零时，重力势能与A点时相等，所以会达到原来的高度，即可以达
到D点，故D错误，符合题意。
故选D。
5．（2021·全国八年级期末）2020年12月17日，“嫦娥五号”返回器携带月球样品成功着陆，也
标志着中国第一次地外天体采样返回任务取得圆满成功｡返回舱在落向地面时，为安全着陆，在距
地面一定高度时，将向下喷出高压气体，做减速运动，则此过程（ ）A．返回舱动能不变，重力势能减小，机械能减小
B．返回舱动能增加，重力势能减小，机械能不变
C．返回舱动能减小，重力势能减小，机械能减小
D．返回舱动能减小，重力势能增加，机械能不变
【答案】C
【详解】
返回舱落向地面时，做减速运动，其高度也在减小，而质量不变，所以动能减小，重力势能也减小，
那么机械能也减小了，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
6．（2021·全国八年级期末）如图所示，质量为m的小球从静止下落，落在与A点等高处、竖直放
置静止的轻弹簧上，到达与B点等高处时小球重力与弹簧的弹力大小相等，图中与C点等高处是小
球到达的最低点（不计空气阻力）。下列说法正确的是（ ）
A．到达A点时，小球的动能最大
B．下落过程中，小球重力势能一直减小、动能先增大后减小、小球与弹簧机械能守恒
C．到达C点时，小球的动能为零，受到的重力与弹簧的弹力是一对平衡力
D．从A到B，小球减少的重力势能等于增加的动能
【答案】B
【详解】
小球从下落到A点过程中，只受重力作用做加速运动，当与弹簧接触后，在A到B的过程中，弹力
逐渐增大到与重力相等，则该过程中合力依然向下，小球加速运动，重力势能转化为动能和弹性势
能，B到C过程中，弹力大于重力，合力向上，小球减速，直到C点速度减为零，合力不为零，重
力和弹力不是平衡力，综合可知小球在 B点速度最大，则动能最大，高度一直降低，则重力势能减小，动能先增大后减小，整体机械能守恒。
故选B。
7．（2021·广西河池市·九年级期末）汽车匀速上坡的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．动能增大，重力势能增大 B．动能不变，机械能增大
C．重力势能增大，机械能不变 D．动能不变，重力势能不变
【答案】B
【详解】
汽车匀速上坡的过程中，汽车的质量没有变，速度不变，故动能不变，高度增加，故重力势能增大，
总的机械能增大。
故选B。
8．（2021·四川遂宁市·九年级期末）车辆由于紧急刹车，刹车片迅速夹紧刹车盘（不考虑刹车片磨
损），靠刹车片与刹车盘的剧烈摩擦最终使车辆停止运动，导致刹车片和刹车盘温度升高。则下列
说法正确的是（ ）
A．车辆停止后，无速度，则刹车片内能为零
B．由于温度升高，刹车片内能增大
C．由于质量没改变，则刹车片内能不发生变化
D．车辆在减速过程中，内能转化成机械能
【答案】B
【详解】
A．一切物体均有内能，刹车片内能不可能为零，故A错误；
B．刹车片与刹车盘的剧烈摩擦最终使车辆停止运动，摩擦做功，机械能转化为内能，刹车片的温
度升高、内能增大，故B 正确；
C．内能与温度也有关系，刹车片的质量没改变但内能改变，故C错误；
D．车辆在减速过程中，通过摩擦做功的方式，机械能转化成内能，故D错误。
故选B。
9．（2021·全国九年级期末）2020年7月23日12时41分，我国用长征五号遥四运载火箭成功发射
火星探测任务的“天问一号”探测器，迈出了我国行星探测的第一步。火箭加速升空过程中，对于
火箭搭载的“天问一号”探测器，下列叙述正确的是（ ）A．探测器的机械能总量不变 B．探测器的机械能总量增加
C．探测器的动能增加，重力势能不变 D．探测器的动能不变，重力势能增加
【答案】B
【详解】
当火箭推动探测器加速上升时，探测器的质量不，其速度与高度都增大，所以探测器的动能和重力
势能都增加；因机械能等于动能与势能之和，所以探测器的机械能也增加。
故选B。
三、填空题
10．（2021·全国八年级期末）在抗击新冠肺炎的战疫中，城市的大街小巷都需要消毒，如图是一
辆消毒车正在街道上消毒，消毒车在水平路面上匀速行驶并向外洒消毒液的过程中，它的动能
______，机械能______（均选填“增大”“减小”或“不变”）。
【答案】减小 减小
【详解】
[1][2]消毒车在水平路面上匀速行驶并向外洒消毒液的过程中，它速度不变，质量减小，动能减小，
机械能减小。
11．（2021·全国八年级期末）在体育考试中，小超投出的实心球在空中的运动轨连如图所示。球
从最高点到落地点的过程中，重力势能______，忽略空气阻力，球的机械能______（均选填“增
加”、“不变”“减小”）。在最高点时球的动能______（选填“大于”或“等于”）零。【答案】减小 不变 大于
【详解】
[1][2]球从最高点到落地点的过程中，质量不变，高度减小，则重力势能减小；由于忽略空气阻力，
则在下降过程中，重力势能转化为动能，又由于机械能等于动能与势能之和，则机械能不变。
[3]球在最高点时有水平速度，则动能大于零。
12．（2021·全国八年级课时练习）阅读短文并回答下列问题。
蹦极
蹦极（Bungeejumping），也叫机索跳，是近些年来新兴的一项非常刺激的户外休闲活动。运动员
站在约40m以上（相当于10层楼）高度的桥梁、塔顶、高楼、吊车甚至热气球上，把一端固定的
一根长长的橡皮绳绑在踝关节处，然后两臂伸开、双腿并拢、头朝下跳下去。绑在运动员踝部的橡
皮绳很长，足以使运动员在空中享受几秒钟的“自由落体”。当人体落到离地面一定距离时，橡皮
绳被拉开、绷紧，阻止人体继续下落，当到达最低点时橡皮绳再次弹起，人被拉起，随后又落下，
这样反复多次直到静止，这就是蹦极的全过程。
(1)蹦极运动员在跳下直到橡皮绳被拉到原长的过程中，是将运动员的重力势能转化为______能；
（不计空气阻力）
(2)从橡皮绳被拉开到最低点的过程中，运动员做______（选填“匀速”“加速”或“先加速再减
速”）运动。在速度最大时，运动员受到橡皮绳的弹力______（选填“大于”“小于”或“等
于”）运动员受到的重力；
(3)从高处落到最低点时，运动员的重力势能全部转化为______能。
【答案】动 先加速后减速 等于 （橡皮绳的）弹性势
【详解】
(1)[1]运动员在跳下直到橡皮绳被拉到原长的过程中，高度降低，运动的速度变快，运动员的重力
势能转化为动能。
(2)[2][3]橡皮绳被拉开，产生弹力，且伸长的长度越长，弹力越大；所以在橡皮绳被拉开到最低点
的过程中，一开始伸长的长度较短，产生的弹力较小，弹力小于重力，运动员向下加速运动；当绳
子继续伸长，在某一时刻，弹力等于重力，此时二力平衡，运动员不再加速运动，运动速度最大；当绳子继续伸长，弹力大于重力，运动员向下减速运动，直至减速到0，到达最低点，所以运动员
做先加速再减速运动。
(3)[5]因为不计空气阻力，所以机械能总量不变，最高处时运动员的重力势能最大，落到最低点时，
运动员的重力势能全部转化为橡皮绳的弹性势能。
13．（2021·江苏扬州市·九年级期末）在中考体育考试中，小刚投出的实心球在空中的运动轨迹如
图所示。若不考虑空气阻力，则实心球从离开手后到达最高点的过程中，球的动能______，球的机
械能______（以上两空均选填“增大”、“减小”或“不变”），在最高点时，球的动能______
（选填“大于”或“等于”）零。
【答案】减小 不变 大于
【详解】
[1][2]离开手后的实心球斜向上方运动过程中动能转化为重力势能，所以动能减小；从最高点向下
运动的过程中重力势能转化为动能；如果不考虑空气阻力，球的机械能总量保持不变。
[3]球在最高点时，仍有向前的速度，所以动能大于零。
14．（2021·全国八年级单元测试）如图是某市轨道交通车站的示意图。在车进站时，要刹车慢慢
停下来，而车此时是有很大的______能的，若刹车，这些能量转化为内能而损耗了，若进站时让车
上坡，把______能转化为______能贮存起来，这样就减小因刹车消耗的机械能；出站时利用下坡，
则可以把重力势能转化为动能，便于启动，节省了燃料，起到节能的作用。
【答案】动 动 重力势
【详解】
[1]在车进站时，要刹车慢慢停下来，车的质量很大，此时仍具有很大的动能。
[2][3]若进站时让车上坡，使车速度减小，高度增加，把动能转化为重力势能贮存起来，这样能减
小因刹车消耗的机械能。
15．（2021·江苏常州市·九年级期末）在大型游乐场里，小明乘坐如图所示匀速转动的“摩天轮”，
正从最低点向最高点运动。此过程中，小明的动能_____（变小/不变/变大）、重力势能_____（变
小/不变/变大）、机械能_____（变小/不变/变大）。【答案】不变 变大 变大
【详解】
[1][2][3]小明乘坐如图所示匀速转动的“摩天轮”正从最低点向最高点运动，速度不变，高度变大，
则小明的动能不变，重力势能变大，机械能等于动能与重力势能之和将变大。
16．（2021·甘肃酒泉市·九年级期末）2020年新年伊始，突如其来的新型冠状病毒感染的肺炎疫情
蔓延全国，运送医疗物资的飞机在减速下降的过程中，机械能将_______，势能将______。（均选
填“增大”“不变”或“减小”）
【答案】减小 减小
【详解】
[1][2]运送医疗物资的飞机在减速下降的过程中，质量不变，速度减小，则动能减小；高度减小，
则重力时能减小。所以机械能将减小。
17．（2021·全国八年级单元测试）如图所示，某同学利用橡皮条将模型飞机弹出，在弹出过程中，
弹力对飞机_____（选填“做功”或“不做功”），橡皮条的弹性势能_____（选填“增大”“减
小”或“不变”）。
【答案】做功 减小
【详解】
[1]某同学利用橡皮条将模型飞机弹出，在弹出过程中，飞机受到了力的作用，在力的方向上通过了
距离，所以弹力对飞机做功。
[2]橡皮条的弹性势能转化为飞机的机械能，弹性势能变小。
四、实验题
18．（2021·江苏九年级专题练习）小明在实验室看到一科学玩具﹣﹣牛顿摆，如图1甲所示，它
由支架、细线和5个完全相同的钢球组成，每个钢球通过两根无弹性细线固定在支架上，并紧挨着排列在同一水平直线上。拉起最左侧的钢球，释放后，它像单摆一样向右摆动撞击相邻钢球，仅把
最右侧的钢球撞出，其他球几乎静止不动。
这引发了小明的思考：为什么碰撞后仅有一个球摆动，而其余球仍然保持静止？于是他提出问题：
被撞而摆动的钢球数量与哪些因素有关？接着他作出以下猜想：
I．可能与撞击球撞击时的速度大小有关
II．可能与撞击球的数量多少有关
将牛顿摆等效为单摆模型，如图1乙所示是一个钢球撞击其它钢球的情形，五个钢球自左向右标为
A~E球。若不考虑能量损失，请回答下列问题：
（1）将A球作为撞击球拉至一定的高度（保持细线绷直），释放后，A球向右摆动过程中，将
______能转化为动能。
（2）探究猜想I时，为了改变撞击球撞击时的速度，你的操作办法是：______。释放后，当钢球
发生碰撞时，仅有E球被撞出，由此可判断：被撞而摆动的钢球数量与撞击球的速度______（选填：
“有关”或“无关”）。
（3）通过上述实验，小明还是不明白为什么仅有一个球被撞出，于是他向老师请教，老师说：牛
顿摆的钢球间发生碰撞时，撞击球的速度被大小不变地依次“传递”给下一个球，所以最终只有一
个钢球被撞出。根据老师的讲解，小明继续探究猜想II，将A、B两球作为撞击球紧挨着拉起一定
高度后同时释放，A、B球向右摆动并与C球相撞，则此时可观察到的现象是如图2中的______
（选填：“甲”、“乙”或“丙”）；请闸述你选择的理由：______。
【答案】重力势 将A球拉至不同的高度由静止释放 无关 乙 撞击球的速度被大小不
变地依次“传递”给下一个球【详解】
(1)[1]释放后，A球向右摆动过程中，高度减小，速度变大，重力势能转化为动能。
(2)[2]探究被撞而摆动的钢球数量与撞击球撞击时的速度大小有关时，需要改变撞击球的速度的大
小，即将A球拉至不同的高度由静止释放。
[3]当钢球发生碰撞时，仅有E球被撞出，这表明被撞而摆动的钢球数量与撞击球的速度无关；
(3)[4][5]将A、B两球作为撞击球紧挨着拉起一定高度后同时释放，由于在撞击的过程中，撞击球
的速度被大小不变地依次“传递”给下一个球，所以会有两个球被弹起，故乙正确。
