11.4 机械能及其转化（知识解读）（原卷版）

114 机械能及其转化（知识解读）（原卷版） •知识点1 机械能的概念 •知识点2 动能和势能的转化与机械能守恒 •知识点3 机械能和其他形式能的转化 •作业 巩固训练 1、动能和势能之和称为机械能。 动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和 势能是机械能的两种表现形式。 2、机械能大小：动能和势能的总和。 【典例1-1】（2023 秋•玉门市期末）2023 年12 月9 号，世界首枚液体甲烷火箭“朱雀2 号遥三”运载火箭将“天仪33”和“鸿鹄”两卫星成功送入预定轨道，下面说法正确的 是（ ） ．运载火箭加速升空过程中，卫星动能减小 B．运载火箭加速升空过程中，卫星重力势能减小 ．运载火箭加速升空过程中，卫星机械能不变 D．运载火箭加速升空过程中，卫星机械能变大 【典例1-2】（2024•安徽开学）如图所示，这是我国某科技公司生产的一款新型智能航拍 无人机，具有超高清摄像、长续航、超远距离控制等特点。无人机在空中匀速上升过程 中，其机械能 。（选填“变大”、“变小”或“不变”） 机械能的概念 知识点1 【变式1-1】（2023 秋•连云港期末）用力将篮球抛出，篮球在空中运动了一段时间后落向 水平地面。下列说法正确的是（ ） ．篮球在向上运动时，机械能增加 B．篮球在落向地面过程中，机械能增加 ．篮球落在地面弹起之前，具有机械能 D．篮球在运动到最高点时，势能为零 【变式1-2】（2023 秋•高州市期末）如图，小朋友沿着滑梯匀速下滑的过程中，他的重力 势能 ，动能 ，机械能 。（选填“增加”“减小”或“不变”） 1、动能和重力势能之间可以相互转化。动能和重力势能之间的相互转化一般发生在只受 重力作用下的运动过程中，例如滚摆在下降的过程中，越转越快，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；滚摆在上升过程中，越转越慢，它的重力势能越来 越大，动能越来越小，动能转化为重力势能； 2、动能和弹性势能之间也可以相互转化。它可以发生在同一物体上，也可以发生在不同 物体之间，例如，从高处落下的皮球与地面撞击的过程中，由于皮球发生弹性形变，皮球 的动能转化为弹性势能，皮球在恢复形变的过程中，它的弹性势能转化为动能．拉弯的弓 把箭射出去的过程中，拉弯的弓具有弹性势能，射出去的箭具有动能，这是弓的弹性势能 转化为箭的动能； 3、机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能 是守恒的。 做功角度：只有重力或弹力做功，无其它力做功；其它力不做功或其它力做功的代数和为 动能和势能的转化与机械能守恒 知识点2 零；系统内如摩擦阻力对系统不做功。 能量角度：首先只有动能和势能之间能量转化，无其它形式能量转化；只有系统内能量的 交换，没有与外界的能量交换。 ※机械能守恒一般都是理想状态下才发生的，物体能量的转化一般都不太可能只有机械能 的转化，还有其他能量的转化。 【典例2-1】（2024•兴化市开学）如图所示是跳板跳水运动员比赛中的几个瞬间，其中① 位置时运动员把跳板压到最低处。若不计空气阻力，下列判断正确的是（ ） ．位置①到②的过程，运动员的重力势能转化为动能 B．位置②到③的过程，运动员的重力势能转化为动能 ．位置③到④的过程，运动员的机械能增大 D．位置④时运动员的动能大于位置②时运动员的动能 【典例2-2】（2023 秋•惠州期末）在冬奥会自由式滑雪比赛中，选手的运动轨迹如图所示， 如果不计空气阻力，下列说法正确的是（ ） ．选手在点和点时的动能都为零 B．选手从点下滑到b 点的过程中，机械能守恒 ．选手从点下落到d 点的过程中，机械能守恒 D．选手在点和e 点时都处于静止状态，因此机械能相等 【典例2-3】（2023 秋•靖江市期末）如图甲所示，一段粗糙程度相同的水平面和一个光滑 的圆弧槽在B 点处相连。质量为m 的物体从离水平面高的点由静止释放，最后静止于水 平面上的点，B 长为3m，如图乙所示，若在水平面上的D 点处再连接一个光滑的圆弧 槽，且BD 长为07m，物体从点由静止释放，第一次到达左侧圆弧槽的E 点，之后再下 滑直至最终静止。甲图中，物体在B 段运动时，克服阻力做功，将动能转化为 能， 直至动能为零；乙图中，最后物体静止于水平面上的位置距B 点 m。 【变式2-1】（2023 秋•赣榆区期末）水平桌面上的自由滚落的乒乓球的运动轨迹如图所示， 为从桌面开始下落的点，B、D 两点高度相同，为球与水平地面的接触点。关于乒乓球 从运动到D 的过程中，以下说法正确的是（ ） ．点乒乓球的重力势能最小 B．B 点到点过程中，重力势能只转化为动能 ．乒乓球在B 点的动能等于在D 点的动能 D．D 点乒乓球的机械能最小 【变式2-2】（2023 秋•永修县期末）把一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己鼻子附 近，稳定后松手，铁锁向前摆去。铁锁从最高点摆到最低点的过程中 能转化 为 能。 【变式2-3】（2023 秋•久治县期末）2023 年10 月26 日11 时14 分，搭载神舟十七号载人 飞船的长征二号F 遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，10 月26 日17 时46 分，神舟十七号载人飞船与空间站组合体完成自主快速交会对接。在飞船加速升空时， 机械能 ，总的能量 。（均选填“守恒”或“不守恒”） 机械能和其他形式能的转化 知识点3 1、各种形式的能量都可以相互转化，如电能可以转化为光能和内能；太阳能可以转化为电 能等，动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式，能量转化过程中一种能量 减少，另一种能量增加。 【典例3-1】（2023•南通）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（ ） ． B． ． D． 【典例3-2】（2023 秋•河北区校级期中）如图，小明同学拍摄了一张小球掉落地面弹跳的 频闪照片，在这个过程中小球有一部分机械能转化成了 ，能量的总量 （选 填“增大”“减小”或“不变”）。 【变式3-1】（2023 秋•龙岗区校级月考）下列实例中的能量转化属于机械能转化为内能的 是（ ） ．四冲程中内燃机的做功冲程 B．沸腾的水使茶壶盖“跳动” ．钻孔一段时间后，钻头变烫 D．夏天广场上的石凳被晒得发烫 【变式3-2】（2024•六安开学）如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小木块，点 为弹簧在原长时物块的位置。木块由点静止释放沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最 远到达B 点。在从到B 的过程中，木块的机械能 （选填“先变大后变小” “一直不变”或“一直变小”）。 1．（2023 秋•宿城区期末）下列过程中，物体的动能转化为重力势能的是（ ） ．篮球从高处落下 B．钟表里的发条带动指针转动 ．秋千从低处荡向高处 D．物块在斜面上由静止下滑 2．（2023 秋•仪征市期中）如图所示完全相同的甲、乙两个小球，分别用细线、橡皮筋系 在同一高度的悬点，将两球移动到与悬点等高的位置，此时细线恰好拉直，橡皮筋达到 原长，由静止开始释放，当两球摆至悬点正下方P 点时，橡皮筋长度恰好与细线长度相 等。若不计空气阻力，在此过程中，下列分析正确的有（ ） ①摆下过程中，甲球的机械能保持不变 ②两球到达P 点时，甲小球的速度比乙大 ③从静止运动到P 点，甲、乙两个小球重力做功相等 ④甲球到达P 点的机械能和乙球在初始位置时的机械能相等 ．1 个 B．2 个 ．3 个 D．4 个 3．（2023 秋•宿城区期中）继今年10 月26 日神舟十七号载人飞船发射取得圆满成功（如 图甲），10 月31 日神舟十六号载人飞船又顺利返回，安全着陆（如图乙）。下列说法 中正确的是（ ） ．火箭加速升空过程中，火箭搭载的神舟十七号飞船的机械能总量不变 B．降落伞打开后，挂在伞下的神舟十六号飞船减速下落时机械能总量不变 ．火箭加速升空过程中，火箭搭载的神舟十七号飞船的机械能总量增大 D．降落伞打开后，火箭搭载的神舟十六号飞船减速下落时机械能总量增大 4．（2023•让胡路区校级模拟）针对如图三种现象， ①甲图是一个无摩擦的、不在同一平面上连续的轨道，小球从点经B、能滑到D； ②乙图是一个无摩擦的滚摆，将细绳绕轴转到点，放手后，能在上下来回转动； ③丙图是一个单摆，从点放手，能摆到B 点，若在点放一小棒，抵住细绳，小球能摆 到点； ④丁图B 是光滑轨道，点的高度大于B 点的高度，让小球由点静止开始自由落下，沿 轨道B 到达B 点后离开（不计空气阻力），则小球离开B 点后的运动轨迹最符合实际的 是b； 其中不能成立的是（ ） ．①②③ B．②④ ．③④ D．③ 5．（2023 秋•太仓市期末）足球比赛时，一队员由于技术失误，导致下落的足球出界，先 后在草地和水泥地面上弹起，你认为足球运动的轨迹最有可能的是（ ） ． B． ． D． 6．（2023 秋•海门区期末）如图，在光滑的水平台面上，一轻质弹簧左端固定，右端连接 一金属小球，点是弹簧保持原长时小球的位置，压缩弹簧使小球至位置，然后释放小球， 小球就在、B 间做往复运动（已知＝B）。下列说法正确的是（ ） ．小球在往复运动过程中机械能守恒 B．从B 到弹簧的弹性势能一直减小 ．小球在点时，动能最大 D．小球从往B 运动过程中，弹性势能转化为动能 7．（2023 秋•鼓楼区期末）小明用力斜向下将篮球掷向地面，篮球碰到地面后斜向上反弹， 篮球在运动过程中经过、B 两点，如图所示。从到B 的过程中，下列数据可能正确的是 （ ） 篮球位置 B 动能/ b 重力势能/ 6 10 ．＝4 b＝0 B．＝5 b＝2 ．＝6 b＝0 D．＝7 b＝2 8．（2023 秋•苏州期末）将一只乒乓球从点由静止释放，竖直下落撞击到升降台上，弹起 的最高点为M；若只将升降台升高至图乙位置，乒乓球下落弹起后到达的最高点为，不 计碰撞过程中的能量损失。则点（ ） ．在M 点的下方 B．与M 点重合 ．在M 点和点之间 D．与点重合 9．（2023 秋•六安期中）火箭的头部都涂有特殊的物质，当火箭发射升空时，由于部分机 械能转化为 ，导致火箭温度升高，特殊物质通过熔化和汽化吸收热量，避免火箭 因高温而毁坏。 10．（2023 秋•宝鸡期末）荡秋千是人们常玩的游戏（如图所示）。当秋千从高处向下荡 时，机械能之间的转化情况是 能转化为 能。荡的时间越长，会发现秋千 慢慢会停下来，这是由于在荡的过程中有一部分机械能转化成 能。 11．（2023 秋•潮州期末）2022 年10 月1 日，中国女篮时隔28 年再获世界杯亚军，振奋全 国人民，如图1 所示，离手后的篮球在空中依次从点运动到D 点，在 点动能最大。 如图2 为它在等高点B 和D 的能量柱状图，则篮球在B 点的机械能 （选填“大 于”“等于”或“小于”）在D 点的机械能。 12．（2023 秋•碑林区校级期末）如图，一位摄影爱好者用频闪摄影拍摄的极限跳伞运动 员从悬崖上跳下的过程。从运动员离开悬崖时开始，每隔03s 曝光一次，空气阻力不能 忽略。对于运动员从点到d 点的下落过程，用时 s，运动员的机械能 （选 填“守恒”或“不守恒”），b 段比d 段重力做功的功率 （选填“大”或 “小”）。 13．（2023 秋•京口区期中）如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在点， 另一端系住运动员，运动员从点自由下落，不计空气阻力，到点处弹性绳自然伸直，B 点是运动员下落过程中人的重力和弹性绳对人的弹力大小相等时的位置，点是运动员蹦 极过程下落的最低位置。在整个模拟蹦极过程中，弹性绳的弹性势能最大是在 点， 运动员的机械能最大是在点 （以上两空选填“”、“B”或“”）。运动员和弹性 绳作为一个整体，在此过程中机械能 （选填“是”或“不是”）守恒的。绳的拉 力F 与长度L、人的速度v 与弹性绳伸长的长度ΔL 的图像中，正确的是 。 14．（2021•金华模拟）2020 年12 月17 日凌晨，嫦娥五号带着月壤在内蒙古成功着陆，圆 满完成了本次的探月任务。嫦娥5 号质量约为8 吨，月球上引力约为地球的 （g 月＝ 16/kg）。据此回答下列问题。 （1）嫦娥5 号在绕月飞行时，从远月点飞向近月点的过程中，动能和重力势能如何转 化： 。 （2）嫦娥5 号从距离月面约200 米的空中开始匀速下落，20 秒后实现软着陆，月球引 力做功的功率是多少？ （3）嫦娥5 号的模型如图所示，假设嫦娥5 号4 只“脚”与月面的总接触面积为 8000m2，嫦娥5 号着陆后，对月面的压强是多少？ 15．（2023 秋•遵义期末）2023 年9 月23 日，第19 届亚洲运动会在杭州开幕。如图是某运 动员参加碗池式滑板比赛的简化示意图。该运动员从点由静止开始运动至右侧最高点 B，接着从B 点返回至左侧最高点（图中未画出）。若、B 两点间的高度差为1，B、两 点间的高度差为2。请比较1与2的大小关系，并从能量转化的角度说明理由。 16．（2023 春•白云区校级月考）东海航空举行飞行员跳伞救生演练来提高实战能力，跳 伞飞行员跳出机舱后在高空中竖直降落，整个过程中速度与时间图象如图所示。 （1）飞行员0 10s ﹣ 受到的阻力f1与10 15s ﹣ 受到的阻力f2比较大小关系：f1 f2（选 填“＞”、“＜”或“＝”）； （2）0 10s ﹣ 飞行员的动能逐渐 ，其机械能总量 （均选填“增大”、“减 小”或“不变”）。 （3）将飞行员和降落伞以点“•”代替，总重用G 表示，在虚线图中画出第16s 时飞行 员和降落伞受到的力的示意图。 （4）在一次军事演习中，一架飞机沿水平方向一边匀速飞行一边投放军用物资，在此 过程中飞机的动能 （选填“变大”“变小”或“不变”），物资在加速下落过程 中，动能和重力势能之间的转化情况是 。