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第 17 课 机械能及其转化（教师版）
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课程标准 课标解读
1.了解机械能概念； 1.知道机械能的概念，机械能是指动能和势能的综
合；
2.会分析动能和势能之间的转化过程；
2.了解在一定条件下动能和是势能可以相互转化；
3.会利用机械能分析生活中常见动能与势能之
间的转化例； 3.知道动能和势能转化的现象；
4.了解机械能守恒定律。 4.理解机械能守恒的条件及现象。
知识精讲
知识点01 机械能及其转化
1.动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
2.动能与势能的相互转化
（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
从高下落的过程中，先是动能转化为重力势能，后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。
【知识详解】机械能的转化
1.动能和势能是可以相互转化的
2.在滚摆实验中可以看到，滚摆旋转着下降，越转越快。到最低点时，滚摆转而上升，上升中它越转
越慢，直到差不多回到原来的位置。然后它又下降、上升，重复原来的运动。滚摆下降时，它的重力势能
越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能。滚摆上升时，它的动能越来越小，重力势能越来越大，
动能转化为重力势能。
【知识拓展一】机械能间的转化
1.动能和重力势能可以相互转化。
①动能转化为重力势能的标志是速度减小，所处的高度增加；
②重力势能转化为动能的标志是所处的高度减小，速度增大。
2.动能和弹性势能可以相互转化。
①动能转化为弹性势能的标志是速度减小，形变增大；、
②弹性势能转化为动能的标志是动能增大，形变减小；③动能和弹性势能的相互转化可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间。
3.在动能和势能相互转化的过程中，若没有能量损失(如克服阻力)或其他形式的能量的补充，机械能
的总和保持不变，机械能守恒。
4.机械能也可以转化为其他形式的能量。
【知识拓展二】对能量转化的理解
对能量转化的理解：
(1)分析某个物体在物理变化的过程中机械能的大小发生改变与否时，应全面考虑。即同时考虑动能、
重力势能、弹性势能的变化情况。
(2)物体储存能量时，物体具有做功的本领，物体损失能量时，就说物体正在做功。
(3)物体对外界做功时，物体的能量减小。
(4)外界对物体做功时，物体的能量增加。
知识点02 机械能守恒与能量的利用
1.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。
2.水能和风能的利用：自然界的流水和风能都是具有大量机械能的天然资源。利用水能发电，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。利用风能发电，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。
【知识详解】机械能守恒
动能与势能之间是可以相互转化的，即动能可以转化成势能，势能也可以转化成动能。在只有动能与
势能转化的过程中，机械能的总量保持不变。如图：卫星绕地球转动时，由于太空是真空，动能和势能相
互转化，机械能不变。
规律总结：在只有重力、弹力做功时，机械能是守恒的，其他力做功，机械能不守恒。
【知识拓展】机械能守恒与转化
1.滚摆：滚摆又称麦克斯韦摆，它是在学习机械能时，常用来演示重力势能和动能之间相互转化的仪
器，如图。做滚摆实验时，先调整悬绳，使摆轮处于水平最低位置，然后转动摆轮，使悬绳均匀地绕在摆轮的轴
上，直至摆轮上升到悬绳的最上部，并且保持摆轮的轴与水平地面平行。此时，摆轮具有一定的重力势能，
而动能为零。当由静止释放摆轮，在重力和悬绳拉力的共同作用下，摆轮边旋转，边下降，摆轮的重力势
能不断减少，转化成摆轮的动能。当悬线全部伸开时，摆轮的重力势能不再减少，摆轮的动能达到最大值。
由于惯性，摆轮继续旋转，摆轮轴又开始把绳绕在轴上，使摆轮开始上升，随着重力势能的增加，动能不
断减少，动能转化为势能。直到上升到开始位置，摆轮停止转动，停止上升。接着又开始新的一轮下降、
上升…… 实际上，摆轮每次下降后再上升都不会上升到前一次的高度，这是摩擦力、空气阻力等作用的
结果，使一部分机械能转化为内能。
2.水能及其利用：
水能及其利用流动的水具有动能，高处的水具有势能，水所具有的机械能统称水能。
瀑布的水向下流时(如图)，它会以极大的力量冲击瀑布下的岩石，并且以很大的速度冲刷土壤。
数千年前，人们已知道利用流水的能量来转动水车，汲水灌溉。自从 19世纪末德国建成世界上第一
座水电站以来，水力发电就成了水能利用的主要形式。当上游的水冲击水轮机的叶片时，就把大部分动能
传递给水轮机，使水轮机转动起来，由此带动发电机发电。
为了增加水的机械能，必须修筑拦河大坝来提高河流上游的水位。如图是水力发电站的原理图。
【知识拓展】本节知识导图分层提分
题组A 基础过关练
1.如图所示，小球在A点由静止开始释放，向右侧摆动，B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆动到
右侧的最高点，且A、C两点到B点的竖直距离h ＞h 。在小球从B点摆动到C点的过程中，下列说法正确
A C
的是（ ）。
A．小球的运动状态保持不变；B．小球的机械能总量逐渐减小；
C．绳的拉力对小球做了功； D．小球的动能全部转化为重力势能
【答案】B。
【解析】小球在整个运动过程中，运动状态在改变，故A错；机械能包括小球的动能和重力势能，因
为受到空气阻力作用，小球的机械能总量逐渐减小，故B正确；绳子的拉力和小球运动方向垂直，拉力不
做功，故C错误；小球运动过程中，动能有一部分转化为重力势能，有一部分克服空气阻力做功，故D错。
2.2015年12月20日，深圳市光明新区发生山体滑坡事故，损失惨重，对人民群众生命和财产造成重
大损失。事发时，废弃渣土堆填体从高处加速下滑，具有巨大的能量。关于渣土堆填体，描述正确的是（
）。
A. 渣土下滑时动能不变； B. 渣土下滑时重力势能变大；
C．渣土下滑时重力势能转化为动能；D．渣土下滑时动能转化为重力势能
【答案】C。
【解析】渣土下滑时，速度增大，高度逐渐变小，故其动能增大，重力势能减小；动能的增加是渣土
重力势能的减小转化来的。
从以上给出的答案看，正确答案是C。3.如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自
由下落，到A点处弹性绳自然伸直。B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极
运动员到达的最低点（忽略空气阻力），下列说法正确的是（ ）。
A．从O点到C点运动员速度一直减小；
B．从O点到C点运动员的机械能一直在增大；
C．从O点到C点运动员的机械能一直在减小 ；
D．从O点到A点运动员的机械能不变
【答案】D。
【解析】蹦极运动员在整个运动过程中，从O点到A点，只受重力作用，其速度逐渐增大，动能增大，
重力势能减小，但此过程机械能不变；在从A点到C点过程中，运动员受到重力和绳子的拉力作用，机械
能不再守恒。所以，正确选项是D。
4.一个实心铁球和一个实心木球质量相等，将它们放在同一水平地面上，下列结论中正确的是（ ）。
A．铁球的重力势能大于木球的重力势能；B．铁球的重力势能小于木球的重力势能；
C．铁球的重力势能等于木球的重力势能；D．上述三种情况都有可能
【答案】B。
【解析】实心铁球与实心木球质量相等，由于铁球的密度大，故体积小，重心的高度低，根据Ep=mgh
判断重力势能的大小即可。
一个实心铁球与一实心木球质量相等，将它们放在同一水平地面上，重心在球心位置；由于铁球的密
度大，故体积小，重心的高度低；根据Ep=mgh，铁球的重力势能小。
5.洒水车沿平直公路匀速行驶，将水洒在路面上，这个过程中，下列说法正确的是（ ）。
A．动能不变，势能减小；B．动能势能都减小；
C．动能势能都不变； D．不能确定动能势能是变大还是变小
【答案】B。
【解析】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；重力势能的影响因素
是质量和高度，质量越大，高度越大，重力势能越大。
洒水车在不断的洒水工程中，质量减小，因匀速行驶，所以速度不变，则动能减小；又在水平街道上，高度不变，重力势能减小，所以洒水车的动能势能都减小。
6．如图所示，一名运动员投掷铅球的过程示意图。铅球在b点离手，c点是铅球运动的最高点，不计
空气阻力。在a到d的整个过程中，下列说法不正确的是( ) 。
A．只有在a到b的过程中，运动员对铅球做了功；
B．在b到d的过程中，铅球的机械能先增加后减少；
C．在c到d的过程中，铅球的重力势能减少；
D．在a到d的过程中，铅球的运动状态在不断的变化
【答案】B。
【解析】A、在a到b的过程中，铅球受到推力作用，且在推力方向上通过了距离；故运动员对铅球做
了功；故A的说法正确。
B、因为不计空气阻力，在b到d的过程中，铅球的机械能不变；故B的说法错误。
C、在c到d的过程中，由于铅球的高度减小，故铅球的重力势能减小；故C的说法正确。
D、在a到d的过程中，铅球的运动方向和速度都不断变化，故铅球的运动状态在不断的变化；故D的
说法正确。故选B。
7．(多选)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．下落过程中，小球重力势能减小，动能增大，小球与弹簧机械能不守恒；
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，受到的重力大于弹簧的弹力；
D．从B到C，小球重力势能与动能都减小，转化成弹性势能
【答案】BD。
【解析】AB、下落过程中，高度减小，小球重力势能减小；
在OA段，小球的重力势能转化为动能，动能先增大；
在AB段，向下的重力大于向上的弹力，合力向下，小球做加速运动，动能逐渐增大，同时弹簧的弹性势能增加；
在BC段，向上的弹力大于向下的重力，合力向上，小球做减速运动，动能逐渐减小，同时弹簧的弹性
势能增加；
综上所述，下落过程中小球的动能先增大后减小；不计空气阻力，整个过程中无能量损耗，则小球与
弹簧机械能守恒，故B正确，A错误；
C、到达C点时，小球的动能为零；由于在B点时重力等于弹力，C点的弹性形变程度大于B点的弹性
程度，所以C点的弹力大于B点的弹力，即C点的弹力大于小球的重力，故C错误；
D、从B到C，高度减小，小球重力势能减小，速度减小，动能减小，减小的动能和重力势能转化成弹
性勢能，故D正确。故选BD。
8．在探究动能大小与质量关系的两次实验中，小球从同一高度由静止开始释放时的场景如图所示，
木板固定在水平面上。该实验中小球的动能由 转化而来的，实验时通过比较木块在木板上滑
行的 来比较动能大小的。图中错误的操作是 。改正错误后进行实验，发现乙图木
块滑出的远些，则可以得出结论 。
【答案】重力势能；距离；未保持木块初始位置相同；在速度相同的情况下，质量越大，动能越大。
【解析】小球在下落过程中，高度减小，速度增加，重力势能转化为动能。
小球撞击木块，通过比较木块在木板上滑行的距离来比较动能大小；距离越远，动能越大。
图中错误的操作是两次实验中未保持木块初始位置相同。
乙图木块滑出的远些，则表面小球的动能大，可以得出结论：在速度相同的情况下，质量越大，动能
越大。
故答案为：重力势能；距离；未保持木块初始位置相同；在速度相同的情况下，质量越大，动能越大。
题组B 能力提升练
1.高空中形成的雨滴在重力和空气阻力的共同作用下，开始下落的一段时间速度越来越大，落到地面
前一段时间匀速下落。雨滴在空中下落的整个过程中（ ）。
A．动能一直增大，机械能守恒；
B．动能先增大后不变，机械能守恒；
C．动能先增大后不变，机械能一直减小；
D．动能先减小后不变，机械能一直减小
【答案】C。
【解析】雨滴在下落过程中，其质量不变；由题知，雨滴的速度先增大后不变，故雨滴的动能先增大后不变；
雨滴在下落过程中，要克服空气阻力做功，其机械能会一直变小，故C正确，ABD错误；故选：C.
2.伽利略认为：一个金属小球从光滑斜面的某一高度处静止滚下，由于不受阻力，没有能量损耗，那
么它必定到达另一光滑斜面的同一高度，如果把斜面放平缓一些，也会出现同样的情况。其模拟实验如图
所示，则下列说法中正确的是（ ）。
A．小球在运动过程中只受重力作用；
B．在滚下斜面的过程中，小球的动能转化为重力势能，机械能减少；
C．另一斜面越平缓，小球在它上面运动的距离越小；
D．如果另一斜面变成水平面，则小球达不到同样的高度而会永远运动下去
【答案】D。
【解析】A．小球在运动过程中除受到重力作用外，还受到支持力的作用，故A错误；
B．在滚下斜面的过程中，小球的质量不变，高度变小，速度变大，则重力势能变小，动能变大，重
力势能转化为动能；小球运动时不受阻力，其机械能是守恒的，故B错误；
C．因为小球在运动过程中机械能守恒，所以，另一斜面越平缓，小球在它上面运动的距离越大，故C
错误；
D．如果斜面变成水平面，水平面光滑，不受阻力，则小球会做匀速直线运动，永远运动下去，故D正
确。故选：D。
3.2020年6月23日，我国将最后一颗全球组网的“北斗三号”导航卫星圆满发射成功。在发射过程
中，“北斗三号”导航卫星随火箭加速上升，在加速上升阶段，“北斗三号”导航卫星的（ ）。
A．动能不变 B．重力势能增大
C．机械能减小 D．机械能不变
【答案】B。
【解析】影响动能的因素是物体的质量和物体运动的速度，影响重力势能的因素是物体的质量和物体
的高度，其中动能和势能统称为机械能。在火箭加速上升的过程中，北斗导航卫星的质量不变，速度增大，
动能增大；质量不变，高度增加，重力势能增大，所以机械能增大，故B符合题意，A、C、D不符合题意。
故选：B。
4.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，则球在M点的（ ）。A．速度比在S点的大 B．机械能大于在S点的
C．机械能等于在S点的 D．离地高度比在S点的低
【答案】B。
【解析】A、球的质量不变，球在M点的动能小于S点动能，所以求在M点的速度小于S点速度，故A
错误。
BC、球在运动过程中没有发生弹性形变，所以机械能等于动能和重力势能之和，由图知，球在 M点动
能和S点重力势能相等，M点的重力势能大于S点的动能，所以M点的机械能大于S点的机械能，故B正确，
C错误。
D、M点的重力势能大于S点的重力势能，球的质量不变，所以球在M点的高度大于S点的高度，故D
错误。故选：B。
5.把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近，稳定后松手，铁锁向前摆去，如图所示。
下列说法中正确的是（ ）。
A．铁锁摆回时会打到鼻子；
B．铁锁在摆动过程中动能与重力势能可以相互转化；
C．铁锁由高处摆到低处的过程中动能转化为重力势能；
D．铁锁上升的最大高度逐次降低，是由于受到重力作用
【答案】B。
【解析】A．铁锁在摆动过程中，不断与空气摩擦，一部分机械能转化为内能，机械能减小，所以铁
锁摆回时不会打到鼻子，故A错误；
B．铁锁在摆动过程中，上升时动能转化为重力势能，下降时重力势能转化为动能，动能与重力势能
相互转化，故B正确；
C．铁锁由高处摆到低处的过程中重力势能转化为动能和内能，故C错误；
D．铁锁上升的最大高度逐次降低，是由于受空气阻力的作用，机械能不断减小，高度不断减小，故D
错误。故选：B。
6.如图所示是荡秋千的简化模型。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两点的动能相等；
B．球在A、D两点的机械能相等；C．球从B点到O点的过程中机械能减少；
D．球从O点到C点的过程中重力势能减少
【答案】C。
【解析】由于存在空气的摩擦，秋千在摆动的过程中，机械能转化为内能，机械能会逐渐减小；
A、球在B、C两点高度相同，重力势能相同，B的机械能大于C的机械能，B的动能大于C的动能，故
A错误；
B、由于机械能逐渐减小，则A的机械能大于D的机械能，故B错误；
C、球从B点到O点的过程中，克服摩擦做功，机械能减少，故C正确；
D、球从O点到C点的过程中，高度增加，重力势能变大，故D错误。故选：C。
7.2020年5月5日，我国自主研发的长征5号B型运载火箭圆满完成发射任务。图为起飞阶段加速上
升的火箭，该过程中，内部的新型返回舱的动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），火箭整
体的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。
【答案】增大；增大。
【解析】火箭加速上升时，内部的新型返回舱的速度变大，动能变大，高度增大，重力势能增大，火
箭整体的机械能增大。
故答案为：增大；增大。
题组C 培优拔尖练
1．（2021·江苏中考真题）2021年4月，中国女足通过奋勇拼搏，晋级奥运会。如图是足球落地后
又弹起的示意图分析可知，足球（ ）。
A．在B点时受力平衡；
B．在A、D两点动能可能相等；
C．在C点时，若所受力全部消失，其运动状态将不断改变；
D．在运动过程中，只存在动能和势能的相互转化
【答案】B。
【解析】A．B点只受重力，不平衡，故A不符合题意；
B．运动过程中有空气阻力，所以AD速度可能相同，动能可能相同，故B符合题意；C．在C点时，若所受力全部消失，其运动状态将不变，故C不符合题意；
D．在运动过程中，机械能不守恒，不可能只存在动能和势能的相互转化，故D不符合题意。故选B。
2．（2021·湖南张家界市·中考真题）张家界大峡谷玻璃桥高空蹦极体验项目正式对公众开放，不
考虑空气阻力，关于人在蹦极下降过程中的能量分析，下列选项中正确的是（ ）。
A．弹性绳绷直前，人的重力势能减小，动能增大，机械能增大；
B．弹性绳刚好绷直时，人的重力势能最小，动能最大；
C．下降到最低点的过程中人的机械能守恒；
D．下降到最低点时，人的重力势能最小，弹性绳的弹性势能最大
【答案】D。
【解析】A．弹性绳绷直前，人在重力的作用下向下做加速运动，人的质量不变，高度变小，人的重
力势能减小，人的质量不变，速度变大，动能增大，不计空气阻力，人的机械能是守恒的，保持不变，故
A错误；
B．弹性绳刚好绷直时，人继续向下运动，人的重力大于弹性绳的弹力，向下做加速运动当弹力等于
人的重力时，速度最大，动能最大，故B错误；
C．下降到最低点的过程中，人的机械能转化为弹性绳的弹性势能，所以人的机械能不守恒，故C错误；
D．下降到最低点时，高度最小，所以人的重力势能最小，此时弹性绳发生的形变程度最大，弹性绳
的弹性势能最大，故D正确。故选D。
3．（2021·湖北宜昌市·中考真题）如图是宜昌某景区的彩虹滑道，小东和小红从顶端滑到底端的
过程中，重力势能______，机械能______。（选填“增大”、“减小”或“不变”）
【答案】减小；减小。
【解析】[1]小东和小红从顶端滑到底端的过程中高度减小，重力势能减小。
[2]下滑过程中，速度越来越快，一部分重力势能转化为动能；由于滑板与滑道之间有摩擦，克服摩
擦还要做功，一部分机械能转化为内能，故机械能减小。
4．（2021·黑龙江中考真题）许多同学玩过有趣的蹦床游戏，如图所示：当人从空中最高点下落至
刚接触蹦床的过程中，人的动能和势能是如何转化的？人从接触蹦床到下落至最低点的过程中，人的动能、
重力势能和蹦床的弹性势能都如何变化？（不计空气阻力）【答案】势能转化为动能；动能和重力势能减小、蹦床的弹性势能增大。
【解析】（1）人从空中最高点下落至刚接触蹦床的过程中，人的质量不变，高度降低，速度变大，
人的势能减小，动能增大，势能转化为动能。
（2）人从接触蹦床到下落至最低点的过程中，人的质量不变，高度降低，速度变小，人的势能减小，
动能减小。蹦床的弹性形变变大，弹性势能增大。
