12.2 机械能的转化
知识梳理
1．动能、____势能和____势能统称为机械能。
2．物体的动能和势能可以相互____，转化过程中，一种形式能减小，必有另一种形式能____。
3．如果只有____能和____能发生相互转化时，机械能的总和保持不变，机械能是____的。
4．水电站的工作原理：利用高处的水落1下时把重力势能转化为____能，水的一部分动能____到水轮机，利用水轮机带动发电机把机械能转化为____能。
基础知识
1．下列有关机械能及其转化的说法正确的是( )
A．弯弓射箭，箭的动能转化为弓的弹性势能
B．拦河大坝使上游的水位升高，提高了水的重力势能
C．蹦床运动员从高处落下，其动能转化为重力势能
D．人造卫星从近地点飞向远地点时势能减小，动能增大
2．无人机已被应用于诸多领域，如图所示是一款四翼无人机。在无人机匀速上升过程中，对其分析正确的是( )
A．质量增加 B．动能增加
C．重力势能增加 D．机械能不变
3．体育课上，同学们进行投掷铅球的练习。铅球在空中下落时，铅球的( )
A．重力势能变大，速度变小 B．重力势能变小，速度变小
C．重力势能变大，速度变大 D．重力势能变小，速度变大
4．如图所示，物块在光滑斜面上由静止开始下滑，依次经过a、b两个点，不计空气阻力，比较物块在a、b两点的能量，下列说法正确的是( )
A．物块在a点动能大 B．物块在b点动能大
C．物块在b点重力势能大 D．物块在a、b两点的重力势能一样大
5．专业蹦床运动逐渐进入大众生活，下列对蹦床运动的表述错误的是( )
A．下落到蹦床前运动员的重力势能转化为动能
B．运动员下降到最低点时，蹦床的弹性势能最大
C．运动员想弹得更高，就要在蹦床上发力，消耗体能
D．若运动员不发力，会一直运动下去，因为能量是守恒的
6．如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，下列关于过山车的机械能说法正确的是( )
A．刚开始过山车匀速被拉升时，机械能不变
B．过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能
C．通过环形轨道最高点时，重力势能最大，动能为0
D．过山车在运行过程中机械能守恒
7．蹦极是一种运动游戏。如图中A点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，B点是游戏者所能到达的最低点。当游戏者离开跳台向A点运动的过程中(忽略空气阻力)，其重力势能逐渐转化为__动__能；游戏者从A点到B点的过程中，绳子具有的__弹性势__能逐渐增加；到达B点时游戏者受到的弹力大于重力，所以游戏者在B点时__不是__(选填“是”或“不是”)处于平衡状态。
第1题图
【解析】 游戏者从最高点到A时，高度减小，速度变大，重力势能减小，动能变大，重力势能转化为动能；从A点到B点的过程中，绳子逐渐伸长，弹性形变程度变大，弹性势能变大；到达B点时游戏者受到的弹力大于重力，合力不为0，所以游戏者在B点时不是处于平衡状态。
8．2020年5月5日，长征五号B运载火箭首飞任务取得圆满成功(如图所示)，实现空间站阶段飞行任务首战告捷，拉开我国载人航天工程“第三步”任务序幕。火箭在加速升空时，动能__变大__，重力势能__变大__(前两空均选填“变大”“变小”或“不变”，忽略燃料质量的损耗)；“柔性充气式货物返回舱试验舱”本质是带有“充气热盾”的飞船，膨胀起来的充气外壳能把飞船进入大气层的动能转化为__弹性势__能，从而减小飞船速度，保护飞船不受损害。
重难点突破
9．如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是( )
A．弹簧被压缩到最短时，弹性势能最小
B．小物块从c向a运动的过程中，重力势能减小
C．小物块从b向a运动的过程中，动能增加
D．小物块在整个运动过程中，机械能守恒
10．如图，轻质弹簧竖直放置，下端固定于地面，上端位于O点时弹簧恰好不发生形变。现将一小球放在弹簧上端，再用力向下把小球压至图中A位置后由静止释放，小球将竖直向上运动并脱离弹簧，不计空气阻力，则小球( )
A．运动至最高点时，受平衡力作用
B．被释放瞬间，所受重力大于弹簧弹力
C．从A点向上运动过程中，速度先增大后减小
D．从O点向上运动过程中，重力势能转化为动能
11．立定跳远时的动作分解如图，在此过程中运动员( )
A．上升时，动能减小，势能减小 B．上升时，动能增大，势能增大
C．下落时，势能增大，动能减小 D．下落时，势能减小，动能增大
12．如图，弧形轨道ab段光滑，bc段粗糙，小球从a点经最低点b运动至c点．下列分析正确的是( )
A．从a到b的过程中，小球动能转化为重力势能
B．经过b点时，小球动能最大
C．从b到c的过程中，小球动能增大
D．从a到c的过程中，小球机械能守恒
13．如图，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，弹簧左端固定．小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中(空气阻力忽略不计)，下列说法正确的是( )
A．在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能
B．小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒
C．小木块P在斜面上向上运动时，动能减小，重力势能增加
D．小木块P运动到最高点时处于平衡状态
14．质量为m的小环穿在固定的光滑曲杆上，从某点A静止释放后沿曲杆运动，如图所示。不计空气阻力，下列说法正确的是( )
A．只要A点高于D点，小环就能到达D点
B．若小环能到达D点，离开D点后将竖直向下运动
C．小环从A点到D点，重力势能一直减小，机械能不变
D．小环从A点到B点，动能一直增加，机械能不变
15．跳伞运动员在空中匀速下落时，其机械能________；扫地车在平直的路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内，此过程中，扫地车的机械能________。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
16．如图是卫星的轨道示意图．人造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．卫星在运行过程中机械能守恒。当卫星从远地点向近地点运动时，它的重力势能________(选填“增大”或“减小”)，速度越来越______(选填“快”或“慢”)，动、势能的转化是__________________。
17．冬奥会上，自由式滑雪比赛惊险刺激很具有观赏性。一运动员在比赛过程中，从a点静止滑下到e点停止的运动轨迹如图所示，如果不计空气阻力，则：
(1)从a运动到b点，重力势能转化为________。
(2)在整个滑行过程中，a点的机械能______(选填“＞”“＝”或“＜”)c点的机械能。
能力提升
18．以下的四个实例中，机械能正在减小的是( )
A．蓄势待发的火箭 B．水平匀速飞行的小鸟
C．匀速下降的气球 D．加速上升的飞艇
19．如图，人和秋千在位置1由静止释放，下降到最低点2，再上升到达最高点3，则人和秋千是( )
A．由位置1到位置2，动能转化为重力势能
B．由位置2到位置3，重力势能减小
C．在位置1和位置3的动能相等
D．1、2、3三个位置机械能都相等
20．如图，弹簧下端悬挂一个实心小球，用手托住小球，小球静止在A点，此时弹簧处于自然长度。释放小球，小球向下运动到最低点B(不超过弹簧弹性限度)，小球从A点运动到B点的过程中，下列说法正确的是( )
A. 小球的重力势能一直在减少，动能一直在增加
B. 小球减少的重力势能全部转化为动能
C. 弹簧的弹性势能不断增大
D. 小球运动到B点时，重力势能最小，动能最大
21．如图所示是一运动员做蹦床运动的一幅图片。针对蹦床运动，从动能与势能相互转化的角度提出一个问题并回答。(不计空气阻力)
问题：________________________________________________________？
回答：_______________________________________________________________。
参考答案与解析
知识梳理
1．重力；弹性。
2．转化；增大。
3．动；势；守恒。
4．水；转移；电。
基础知识
1．B
【解析】弯弓射箭，弓的弹性势能转化为箭的动能，故A错误；拦河大坝使上游的水位升高，水量增大，提高了水的重力势能，故B正确；蹦床运动员从高处落下，其重力势能转化为动能，故C错误；人造卫星从近地点飞向远地点时，速度减小，相对高度增加，则动能减小，势能增大，故D错误。
2．C
【解析】无人机匀速上升过程中，无人机的质量不变，高度增大，重力势能增大；速度不变，质量不变，其动能不变；无人机上升过程中，没有发生弹性形变，不具有弹性势能，所以机械能等于重力势能与动能的总和，重力势能增大，动能不变，其机械能增大。
3．D
【解析】铅球在空中下落时，质量不变、高度减小，重力势能减小；下落过程中重力势能转化为动能，所以动能增加，而质量不变，所以速度增大。故选D。
4．B
【解析】物块在光滑斜面上由静止开始下滑(不计空气阻力)，在下滑过程中，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能变大；由于a点的位置要高于b点的位置，所以a处的重力势能大于b处的重力势能；物块在下滑过程中动能变大，所以物块在b点动能大，故B正确，ACD错误。
5．D
【解析】下落到蹦床前运动员的高度减小，速度增加，所以重力势能转化为动能，A正确；运动员下降到最低点时，蹦床的弹性形变最大，所以弹性势能最大，B正确；运动员想弹得更高，就要在蹦床上发力，使蹦床的弹性形变更大，这个过程消耗体能，C正确；若运动员不发力，由于有摩擦力的存在，机械能会转化为内能，不会一直运动下去，D错误。
6．B
【解析】刚开始过山车匀速被拉升时，质量不变，速度不变，高度增加，故动能不变，重力势能变大，而机械能等于动能与重力势能之和，所以机械能变大，故A错误；过山车向下俯冲时，质量不变，高度降低、速度变大，所以重力势能变小，动能变大，重力势能转化为动能，故B正确；通过环形轨道最高点时，高度最大，重力势能最大，但此时其在水平方向上速度不为零，此时动能不为零，故C错误；过山车在运行过程中需要克服空气阻力和摩擦阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，所以机械能变小，即机械能不守恒，故D错误。
动；弹性势；不是。
【解析】 游戏者从最高点到A时，高度减小，速度变大，重力势能减小，动能变大，重力势能转化为动能；从A点到B点的过程中，绳子逐渐伸长，弹性形变程度变大，弹性势能变大；到达B点时游戏者受到的弹力大于重力，合力不为0，所以游戏者在B点时不是处于平衡状态。
8．变大；变大；弹性势。
9．B
【解析】弹簧被压缩到最短时，其形变程度最大，所以弹簧的弹性势能最大，故A错误；小物块从c向a运动的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小，故B正确；小物块从b向a运动的过程中，物块不再受到弹力，由于受到摩擦力的作用，其速度会逐渐减小，所以其动能会减小，故C错误；小物块在整个运动过程中，由于摩擦力的作用，其机械能总量会减少，即机械能不守恒，故D错误。
10．C
【解析】不计空气阻力，小球在最高点时只受重力作用，不是平衡状态，故A错误；小球被释放后沿竖直方向加速向上运动，故释放瞬间，所受重力小于弹簧弹力，故B错误；小球在A点受到向上的弹力最大，从A到O的过程中弹力逐渐减小，然后小球脱离弹簧，不再受到弹力作用，故其速度先增大后减小，故C正确；从O点向上运动过程中，小球的质量不变，速度变小，同时高度升高，故动能减小，重力势能增加，所以动能转化为重力势能，故D错误。
11．C
【解析】不计空气阻力，小球在最高点时只受重力作用，不是平衡状态，故A错误；小球被释放后沿竖直方向加速向上运动，故释放瞬间，所受重力小于弹簧弹力，故B错误；小球在A点受到向上的弹力最大，从A到O的过程中弹力逐渐减小，然后小球脱离弹簧，不再受到弹力作用，故其速度先增大后减小，故C正确；从O点向上运动过程中，小球的质量不变，速度变小，同时高度升高，故动能减小，重力势能增加，所以动能转化为重力势能，故D错误。
12．B
【解析】从a到b的过程中，小球质量不变，高度降低，速度变大，故重力势能减少，动能增大，属于重力势能转化为动能，故A错误；小球从a运动到b动能增大；从b运动到c动能减小，则在b点处小球动能最大，故B正确；小球从b到c的过程中，高度增加，同时克服摩擦力做功，速度减小，则小球的动能减小，故C错误；bc段弧形轨道粗糙，因此小球在bc段运动时会克服摩擦力做功，会有一部分机械能转化为内能，则机械能会减小，故D错误。
13．C
【解析】在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小．木块的速度变大，动能变大，同时因为水平面AB粗糙，木块需要克服摩擦力做功，内能变大，故弹簧的弹性势能一部分转化为小木块P的动能，一部分转化为木块的内能，故A错误；小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以机械能减小，故B错误；小木块P在斜面上向上运动时，高度增加，重力势能变大，因为斜面BC光滑，且空气阻力忽略不计，所以机械能守恒，故动能减小，故C正确；因为斜面BC光滑，故木块不受摩擦力作用，若空气阻力忽略不计，小木块P运动到最高点时受到垂直于斜面向上的支持力和竖直向下的重力作用，这两个力不在一条直线上，不属于平衡力，所以木块处于非平衡状态，故D错误。
14．D
【解析】质量为m的小环在光滑曲杆上，从某点A静止释放后沿曲杆运动，不计空气阻力，小环的运动过程中机械能是守恒的，由A到B，小环的重力势能转化为动能，动能增加，机械能保持不变，故D正确；由B到C点动能转化为重力势能，重力势能增加，故C错误；由C到D重力势能转化为动能，由于机械能守恒，所以只要A点高于C点高度，小环就能到达C点，从而到达D点，故A错误；小环到达D后，由于惯性会继续沿CD方向运动一段距离，故B错误。故选D。
15．答案：减小 增大
【解析】跳伞运动员在空中匀速下落时，由于速度和质量不变，故其动能不变，但由于高度变小，使重力势能变小，故其机械能减小．扫地车在平直的路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内，此过程中，由于车的质量变大，故扫地车的动能和势能都增大，则机械能增大。
16．答案：减小 快 势能转化为动能
【解析】卫星从远地点到近地点运动过程中，速度变大，高度减小，重力势能减小，动能变大，重力势能转化为动能．
17．答案：(1)动能 (2)＞
【解析】(1)从a运动到b点，高度减小，重力势能减小，速度变大，动能变大，重力势能转化为动能；(2)在整个滑行过程中，由于存在摩擦，机械能转化为内能，所以整个过程中机械能会变小，即a点的机械能大于c点的机械能。
18．C
【解析】蓄势待发的火箭(即火箭是静止的)，火箭的质量不变，速度不变，动能不变；高度不变，重力势能不变，所以火箭的机械能不变，故A不合题意；水平匀速飞行的小鸟，质量不变，速度不变，动能不变；高度不变，重力势能不变，所以机械能不变，故B不合题意；匀速下降的气球，质量不变，速度不变，动能不变；高度变小，重力势能变小，所以机械能减小，故C符合题意；加速上升的飞艇，质量不变，速度变大，动能变大；高度增大，重力势能变大，所以机械能增大，故D不符合题意。
19．C
【解析】由位置1到位置2，人和秋千的质量不变，速度变大，动能变大；同时高度减小，重力势能减小，所以该过程中重力势能转化为动能，故A错误；由位置2到位置3，人和秋千的质量不变，高度增加，所以该过程中重力势能增大，故B错误；人和秋千在位置1由静止释放，下降到最低点2，再上升到达最高点3，则可知人和秋千在1位置和3位置的速度均为零，所以这两个位置的动能相同，故C正确；由位置1到位置2，再到位置3的过程中，由于存在阻力和摩擦，所以一部分机械能转化成内能，则机械能逐渐减小，故D错误。
20．C
【解析】 小球高度下降，故小球的重力势能一直减小，小球受重力和弹力作用，在开始阶段时，重力大于弹力，物体将一直加速，当弹力等于重力后物体开始减速，故小球的动能先增大后减小，故A项错误；弹簧的形变量增大，小球减少的重力势能转化为动能和弹簧的弹性势能，故B项错误；弹簧的形变量一直增大，弹簧的弹性势能不断增大，故C项正确；小球运动到B点时，高度最小，重力势能最小，速度为0，动能为0，故D项错误。
21．
问题：运动员在空中上升过程中，动能和势能是如何转化的？
回答：动能转化为重力势能(答案不唯一)。
【解析】 运动员在做蹦床运动时，涉及弹性势能、动能和重力势能的转化。运动员从最低点向上运动至刚好离开蹦床时，动能由零变大，蹦床的弹性势能全部转化为动能和重力势能；运动员从刚好离开蹦床到最高点的过程中，动能逐渐减小，最后变为零，动能全部转化为重力势能(下落时相反)。
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