2023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练基础卷：11.4 机械能及其转化
一、选择题
1．（2020九上·陕州期中）如图所示是学校田径运动会时跳远运动的几个阶段，则运动员（）
A．助跑阶段机械能不变 B．起跳时机械能为零
C．经过最高点时动能最大 D．经过最高点时重力势能最大
2．（2023九上·甘肃期末）下列生活实例中，对图片描述正确的有
A．甲：不计阻力及能量损耗，网球刚击球拍到球拍形变最大过程中，网球机械能守恒
B．乙：铁锁来回摆动最终停下，在铁锁下降过程中，重力势能全部转化为动能
C．丙：人造地球卫星由于不受空气阻力，只有动能和势能的相互转化
D．丁：运动员从高处落下，动能转化为重力势能
3．（2018·乐山）人造地球卫星在大气层外环绕地球运行（不受空气阻力），当它从远地点向近地点运动时（ ）
A．动能减小，势能增大，机械能不变
B．动能减小，势能减小，机械能减小
C．动能增大，势能减小，机械能不变
D．动能增大，势能减小，机械能减小
4．（2023九上·无锡月考）某次演练中，直升飞机悬停于高空，一个伞兵（含伞）跳伞后竖直降落，其速度v与时间t的关系如图所示.下列判断正确的是（ ）
A．在0～时刻内，伞兵的机械能保持不变。
B．在时刻内，伞兵的动能转化为重力势能。
C．在时刻内，伞兵重力势能转化为动能。
D．在时刻内，伞兵的动能保持不变，机械能在减小。
5．（2023九上·无锡月考）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，下列说法不正确的是（ ）
A．摆下过程中，甲球的机械能保持不变
B．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
C．从静止运动到P点，乙球的重力势能全部转化为动能
D．两球到达P点时，甲小球的动能比乙大
6．（2023九上·铜山月考）小明玩蹦蹦杆的情境如图所示，在弹簧向下压缩的过程中，小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化情况是（ ）
A．重力势能减小，弹性势能增大 B．重力势能增大，弹性势能增大
C．重力势能减小，弹性势能减小 D．重力势能增大，弹性势能减小
7．（2021八下·荔湾期末）如图所示，木块以一定的速度滑过AB点，到C点滑出下落至D点。A和B，C和D之间的垂直距离均为h，则木块在运动过程中能量变化的分析，正确的是（ ）
A．D点与C点相比，机械能不变
B．B点的动能一定大于A点的动能
C．B点的动能可能等于D点的动能
D．A点到B点减少的重力势能小于C点到D点减少的重力势能
8．（2023九上·东莞月考）把篮球抛向空中，忽略空气阻力，哪一图象能正确反映球离手后至落回地面前机械能（E）（h）的关系（ ）
A． B．
C． D．
二、填空题
9．（2023九上·贵池期末）年月中国探月工程三期中技术难度最高的“再入返回飞行试验”完美成功，在火箭携带飞船加速升空阶段，飞船的机械能 选填“增大”或“减小”或“不变”，火箭与大气间剧烈摩擦使得火箭表面温度急剧升高，这是通过的 方式增大了火箭的内能，火箭升空燃料燃烧时将 能转化为内能．
10．（2023九上·湖北月考） 嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。AB 段返回器的动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；BC 段返回器的机械能 （选填“变大”、“变小”或“不变”），CD 段返回器的重力势能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
11．（2023九上·定远月考）如图所示，点的高度大于点的高度，让小球从点由静止开始自由落下，沿光滑轨道到达点后离开不计空气阻力，请先判断小球离开点后的运动轨迹应该是图中的 填“”、“”、“”或“”曲线。再结合、、、四条曲线说明理由。
12．（2023·东莞期末）如图是固定在水平桌面上的圆弧轨道，将一小球由轨道的P点自由释放，滚动到Q点。在此过程中，动能先变 后变 ，重力势能 。
13．（2023九上·无锡月考）小明是学校的升旗手，他将一面国旗在国歌声中匀速升到旗杆顶端。请问：
（1）旗杆顶端装有定滑轮，利用它来升国旗，目的是改变 ；
（2）国旗匀速上升过程中国旗的动能 ，重力势能 ，机械能 。（填变大、变小、不变）
14．（2023九上·无锡月考）如图甲所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，如图乙为其截面图。做好后如图丙所示，将该罐子从斜面A点由静止释放，然后返回，自行滚上斜面的B点停止后又滚下斜面……如此往返，最后停在水平面上。橡皮筋在 点（选填字母）的弹性势能最大；若罐内没有橡皮筋和小铁块，罐子 （选填“可能”或“不能”）返回滚上斜面；第一次返回斜面，向上滚动的过程中，罐子总体在C点的机械能 （选填“大于”、“小于”或“等于”）在B点时的机械能。
15．（2023九上·石碣期末）十一黄金周，小华同爸爸、妈妈一起去华山游玩，在乘缆车匀速上山的过程中，他们的动能 ，重力势能 ，机械能 。（填“增大”“减小”或“不变”）
16．（2023九上·古南开学考） 如图所示，小球从点摆到点的过程中，不计空气阻力， 能会先增大后减小；机械能总和 选填“增大”、“减小”或“不变”。
17．（2023九上·鹿寨期中）神舟十六号载人飞船于2023年5月成功发射，载人飞船加速升空的过程中，航天员的动能 （选填“变大”“变小”或“不变”），航天员的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。
18．（2023九上·江苏月考）将球竖直向上抛出并落回地面，该过程中先后经过M、S两点，球在这两点的动能和重力势能如图所示，则球在该两点的速度vM vS（＞/＝/＜），该两点离地的高度hM hS（＞/＝/＜），球在运动过程中的机械能 （守恒/不守恒）。
19．（2023九上·昆山月考）有甲、乙、丙三个物体在做不同的运动：甲在空中下落不计空气阻力，乙沿斜面匀速下滑，丙在水平面上做曲线运动且速度大小保持不变，那么在这三个物体中，机械能总量不变的是 ，动能不变而势能减少的是 ．
20．（2023九上·昆山月考）如图，同一小球在同一高度以相同速度向三个不同方向抛出不计空气阻力和摩擦，设小球刚落地时的速度分别为、、，则、、的大小关系为 。
21．（2023九上·昆山月考）“蹦极”是一种富有刺激性的勇敢者的运动项目。如图所示，一端系住人的腰部、另一端系于跳台的是一根弹性橡皮绳。当人下落至图中点时，橡皮绳刚好被拉直，那么，在人越过点继续向下的过程中，人的动能将 ，重力势能将 ，橡皮绳的弹性势能将 。填“变大”、“变小”“先变大后变小”、“先变小后变大”或“不变”
三、作图题
22．（2022九上·句容期中）图（a）是一单摆从A点释放运动到C点的示意图，如果不计空气阻力，请在（b）中作出单摆机械能随时间变化的大致图像（设单摆在A点的初始重力势能为E0）。
四、实验探究题
23．（2023八上·淮南月考）几个同学在玩荡秋千时，感到秋千往返摆动的时间是有规律的。于是对“哪些因素影响秋千往返摆动的时间”提出下列猜想：（1）可能与秋千的摆长l有关；（2）；（3）可能与秋千摆幅（摆动时人离开中心点B的最大距离）有关。于是进行了如图实验，另一端拴一小球制成一个摆，让小球自由往返摆动
实验序号 摆长l/m 摆球质量/g 摆幅/m 摆球往返摆动一次的时间/s
1 0.7 20 0.05 1.7
2 1.0 20 0.08 2.0
3 1.0 30 0.05 2.0
4 1.0 30 0.08 2.0
5 1.3 20 0.05 2.3
请回答下列问题：
（1）实验序号3、4探究的是摆往返摆动一次的时间跟 （选填“摆长”“摆球质量”或“摆幅”）的关系；
（2）从本次实验可以得到的结论是：摆往返摆动一次的时间由 决定；
（3）本实验用到的科学研究方法是 ；
（4）摆钟是利用本实验的原理制成的。某一摆钟变慢了，要调准它，应将摆钟的摆长调 （选填“长”或“短”）。
答案解析部分
1．【答案】D
【知识点】动能和势能的大小变化；机械能及其转化
【解析】【分析】A、助跑阶段，运动员的质量不变，速度逐渐增大，因此动能增大；运动员的高度不变，因此重力势能不变。机械能等于动能和势能的和，动能增大，重力势能不变，因此机械能增大。A错误；
B、起跳时，运动员的速度达到最大值，动能达到最大值，重力势能不变，机械能达到最大值。B错误；
C、上升过程，动能转化为重力势能，所以经过最高点时，动能减小，重力势能最大。故C错误；
D、最高点时，高度达到最大值，因此重力势能也达到最大值。故D正确。
故选D。
【点评】影响动能大小的因素有质量和速度，分析动能的变化就是分析质量和速度的变化；影响重力势能的因素是质量和高度，分析重力势能的变化就是分析质量和高度的变化。解题时注意抓住表示物体运动状态变化的关键字词，从中找出表示“质量、速度、高度、弹性形变”变化的字眼，从而分析机械能的变化情况。
2．【答案】C
【知识点】动能与势能的应用；机械能及其转化
【解析】【解答】A.网球从刚击球拍到球拍形变最大过程中，弹性势能增大，所以网球机械能减小，故A错误
B.铁锁来回摆动最终停下，在铁锁下降过程中，要克服空气阻力，重力势能不能全部转化为动能，故B错误
C.人造地球卫星由于不受空气阻力，只有动能和势能的相互转化，故C正确
D.运动员从高处落下，重力势能转化为动能，故D错误
故选择C
【分析】A．不计阻力及能量损耗，网球与球拍的总能量是守恒的；但网球从刚撞击球拍到球拍形变最大过程中，网球的机械能会转化为球拍的弹性势能，所以网球的机械能减少，
B．铁锁来回摆动最终停下，在铁锁下降过程中，由于要克服空气阻力做功，所以重力势能没有全部转化为动能，故B错误；
C．在大气层外，卫星绕地球运动时，没有阻力作用，没有克服摩擦做功，只有动能和势能的转化，
D．运动员从高处落下，质量不变，高度减小，速度增大，则重力势能减小，动能增大，所以重力势能转化为动能，
3．【答案】C
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】人造地球卫星在大气层外环绕地球运行（不受空气阻力），当它从远地点向近地点运动时，只有重力势能和动能的转化，机械能是守恒的。
远地点时高度最高重力势能最大，当它从远地点向近地点运动时，高度降低，速度增大，所以重力势能转化为动能，即重力势能减小、动能增大，而机械能总量不变。
故答案为：C。
【分析】动能大小的影响因素：质量、速度.质量越大，速度越大，动能越大；重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度.机械能：动能和势能的统称.（机械能=动能+势能）
4．【答案】D
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】 A、从图象中可以看出在0～t3时刻内，质量不变，速度先增大，后减小，最后不变，所以，动能变化是先增大，后减小，最后不变，整个过程中，高度都减小，重力势能一直减小，所以机械能不是保持不变，故A错误。
B、在t1～t2时刻内，质量不变，速度在减小，高度减小，动能和重力势能都减小，故B错误。
CD、在t2～t3时刻内，质量不变，速度不变，动能不变，高度减小，重力势能减小，因此机械能减小，故C错误，D正确。
故选：D。
【分析】 观察图象可知，伞兵的运动状态可分为三段：0～t1，t1～t2，t2～t3，三段中运动的状态不同，重力与阻力的关系也不同，机械能也可能不同。
5．【答案】C
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】 A、摆下过程中，因不计空气阻力，整个装置的机械能是守恒的，所以甲球的机械能保持不变，故A正确。
B、不计空气阻力，整个装置的机械能是守恒的，所以甲球到达P点的机械能和乙球在初始位置时的机械能相等，故B正确。
C、从静止运动到P点，乙球的重力势能减小，动能增大，橡皮筋的弹性势能增大，减小的重力势能转化为动能和弹性势能，所以乙球减小的重力势能大于其增加的动能，故C错误。
D、两球到达P点时，甲小球的重力势能全部转化为动能，乙球的重力势能转化为动能和弹性势能，由于初始的重力势能相同，所以两球到达P点时，甲小球的动能比乙大，故D正确。
故答案为：C。
【分析】动能的大小与质量、速度有关，重力势能的大小与质量、高度有关，弹性势能的大小与物体的弹性形变程度的大小有关；机械能为动能和势能的和；不计空气阻力，机械能守恒。
6．【答案】A
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】小明在弹簧向下压缩的过程中，小明的高度下降，弹簧形变程度增加，所以小明的重力势能减小、弹簧的弹性势能增加，故A正确
故选择A
【分析】依据影响重力势能和弹性势能的因素判断
7．【答案】C
【知识点】动能和势能的大小变化；机械能守恒条件
【解析】【解答】A．D点的机械能比C点的少，因为从C到D有部分的机械能克服空气阻力做功，转化为内能，A不正确；
B．木块以一定的速度滑过AB点，而从A到B的过程，木块的重力势能减小，减小的重力势能虽然转化为动能和内能，但若接触面足够粗糙，摩擦力足够大，那么木块可能在AB间做匀速直线运动或减速运动，所以B点的动能可能等于可小于A点的动能，B不正确；
C．木块从B到C，若木块与接触面有摩擦，则C点的动能小于B点的动能，从C到D，木块的重力势能减小，动能增加，那么D点动能大于C点动能，所以D点的动能有可能等于B点的动能，C符合题意；
D．因为A和B，C和D之间的垂直距离均为h，则从A到B和从C到D的重力势能的减少量都是mgh（设木块的质量为m），D不正确。
故答案为：C。
【分析】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。重力势能大小的影响因素：质量和高度，质量越大，高度越高，重力势能越大。机械能=动能+势能。
物体没有发生弹性形变时，不具有弹性势能，势能只考虑重力势能。不计空气阻力，机械能守恒；考虑空气阻力，机械能转化为内能，机械能减小，内能增大。
8．【答案】A
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】篮球在空中运动时，动能和重力势能相互转换，忽略空气的阻力，机械能总量保持不变，机械能守恒，A图符合题意，BCD错误。
故答案为：A
【分析】忽略空气阻力时，物体机械能守恒。
9．【答案】增大；做功；化学
【知识点】动能的影响因素；势能的影响因素；机械能及其转化
【解析】【解答】机械能为重力势能和动能之和，重力势能和动能均增加，所以机械能增大，摩擦做功使得火箭表面温度升高，燃料燃烧时化学能转化为内能。
【分析】机械能为重力势能和动能之和，重力势能和高度有关，动能和速度有关，改变内能的方式有做功和热传递。
10．【答案】变小；不变；变小
【知识点】能；动能大小的比较；势能大小的比较；动能和势能的大小变化；动能的影响因素；势能的影响因素；动能与势能的应用；机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）AB段高度增加，质量不变，重力势能增大，动能转化为重力势能，动能变小；
（2）BC段返回器在大气层外，不受阻力，机械能守恒，机械能不变；
（3）CD段返回器高度降低，质量不变，重力势能变小；
【分析】考查能量转化、机械能等。
11．【答案】
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】已知轨道光滑且不计空气阻力，没有能量损失，根据图像，小球下落时，重力势能转化为动能，上升时，动能减小，重力势能变大，从B点离开后，小球在水平方向有速度，仍具有动能，此时的重力势能比开始时小，上升的高度稍小，c符合题意；ab不符合题意；由于小球具有惯性，会继续上升，d不符合题意。
【分析】重力势能和动能相互转化时，不计能量损失，能量保持不变。
12．【答案】大；小；先变小后变大
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】 将小球由轨道的P点自由释放，当小球滚到最低点时，质量保持不变，高度减小，速度越来越快，由重力势能转化为动能，所以动能变大，重力势能变小；小球从最低点到达Q点的过程中，质量保持不变，高度增加，速度越来越慢，由动能转化为重力势能，所以动能变小，重力势能变大，整个过程动能先变大后变小，重力势能先变小后变大。
【分析】解决本题的关键是熟知影响动能和重力势能大小的因素以及动能和重力势能的相互转化。
13．【答案】（1）施加力的方向
（2）不变；变大；变大
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】 （1）国旗杆上的滑轮为定滑轮，所以利用它来升国旗，可以改变改变施加力的方向。
（2）国旗匀速上升过程中，速度不变，质量不变，所以动能不变，高度增大，国旗的重力势能逐渐增大；所以机械能增大。
【分析】 解决此题要知道定滑轮的特点：使用定滑轮不省力但能改变力的方向；动能与物体的质量和速度有关；重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能就越大。
14．【答案】D；不能；大于
【知识点】动能与势能的应用；机械能及其转化
【解析】【解答】 （1）罐子在整个运动过程中的质量不变，在A点时的高度最高，重力势能最大；罐子从A点运动到D点，橡皮筋发生了弹性形变，在D点时的形变程度最大，所以在D点的弹性势能最大。
（2）若罐内没有橡皮筋和小铁块，罐子的重力势能转化为内能和罐子的动能，罐子不具有弹性势能，所以不会返回斜面。
（3）第一次返回斜面，向上滚动的过程中，由于一部分机械能转化为了内能，所以罐子整体在C点时的机械能大于在B点时的机械能。
【分析】 （1）重力势能的大小与质量、高度有关；弹性势能的大小与弹性形变的程度有关；动能的大小与质量、速度有关。
（2）罐子最后停在水平面上，罐子的机械能变小了，这说明罐子在运动的过程中，机械能转化为了其他形式的能。
15．【答案】不变；增大；增大
【知识点】动能和势能的概念；动能和势能的大小变化；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）缆车是匀速上山，速度不变，故动能不变；
（2）缆车在上山过程中高度不断增加，故重力势能增大；
（3）动能不变，重力势能增加，故其总和机械能也在增大。
【分析】（1）动能与物体的质量和运动速度有关，质量越大，速度越快，动能就越大；
（2）重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大，高度越高，重力势能就越大；
（3）物体的机械能指物体动能和势能的总和，通过分析动能和势能的变化分析机械能的变化。
16．【答案】动；不变
【知识点】动能和势能的大小变化；机械能守恒条件
【解析】【解答】从A到C，小球先下降后上升，下降时，高度变小，速度变大，动能变大，从B到C，高度变大，速度减小，动能减小，动能先增大后减小；若不计空气阻力，不消耗机械能，机械能不变。
【分析】质量一定时，速度变大，动能变大，速度减小，动能减小；不消耗机械能时，机械能不变。
17．【答案】变大；不守恒
【知识点】动能的影响因素；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）物体动能的大小与物体的质量和速度有关，质量不变、速度越大，动能越大，载人飞船加速升空的过程中，航天员的质量不变，速度增大，则动能变大；
（2）物体重力势能的大小与物体的质量和高度有关，质量不变、高度越大，重力势能越大，载人飞船加速升空的过程中，航天员的质量不变，高度增大，则重力势能变大，机械能包括动能和势能，载人飞船加速升空的过程中，航天员的动能和重力势能都增大，则机械能变大，不守恒。
【分析】（1）物体动能的大小与物体的质量和速度有关，质量不变、速度越大，动能越大；物体重力势能的大小与物体的质量和高度有关，质量不变、高度越大，重力势能越大，机械能包括动能和势能；
（2）在不考虑空气阻力和摩擦的情况下，机械能守恒，相反则不守恒。
18．【答案】＜；＞；不守恒
【知识点】动能的影响因素；势能的影响因素；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）球的质量不变，球在M点的动能小于S点的动能，所以球在M点的速度小于S点的速度，则球在该两点的速度vM（2）球在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；
（3）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，说明球经过M、S两点时其机械能不守恒。
【分析】（1）影响动能大小的因素：一是物体运动速度，而是物体质量；由此可根据动能大小判断同一物体的速度关系；
（2）影响重力势能的因素：一是物体的质量，二是物体所在的高度；根据重力势能大小可判断同一物体的高度关系；
（3）机械能等于物体重力势能和动能之和，由图分析该球在两个位置时的动能和重力势能之和的关系即可判断机械能是否发生了变化。
19．【答案】甲、丙；乙
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】 甲在空中下落 ，不计空气阻力，重力势能转化为动能，机械能总量不变，乙沿斜面匀速下滑，动能不变，重力势能减小，机械能总量减小， 丙在水平面上做曲线运动且 匀速，动能和重力势能都不变，机械能总量不变
故（1）是甲、丙，（2）是乙
【分析】本题考查动能势能的转换以及机械能总量守恒，还有影响动能和重力势能大小的因素的知识，我们要先分析是哪种能量转换成另外一种能量，判断依据是速度如何变，高度如何变，最后清楚机械能总量是不变的
20．【答案】
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】同一小球在同一高度以相同速度向三个不同方向抛出不计空气阻力和摩擦 ，三次小球具有的重力势能一样，小球刚落地时重力势能全部转换成相同的动能，所以
【分析】判断小球刚落地时的速度是通过分析此时小球的动能大小来判断，因为小球的质量相同，如果他们动能相等，三个速度就相等，如何判断动能大小，从能量转换的角度分析，小球最初的重力势能一样，而且重力势能全部转换为动能
21．【答案】先变大后变小；变小；变大
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）根据能量守恒和能量的相互转换，人体到达Q点以后，先加速再减速运动，所以人的动能将先变大后变小
（2） 人体随着下落重力势能越来越小
（3）人体到达Q点后，橡皮绳开始发生形变，弹性势能变大
【分析】（1）分析动能的变化从速度和质量的因素考虑，人体质量不变，人体在重力作用下加速下落，人体到达Q点后，重力大于阻力，还是加速运动，随着橡皮绳的伸长，阻力增大，速度会慢慢减小，所以动能是先变大后变小
（2）分析重力势能大小变化要从高度变化和质量两个因素分析，人体质量不会改变，人体的高度越来越低，所以重力势能变小
（3）橡皮绳随着在重力的作用下被越拉越长，形变的程度变大，所以弹性势能变大
22．【答案】
【知识点】机械能守恒条件
【解析】【解答】由于不计空气阻力，摆球从A经过B到达C时，重力势能和动能相互转化，机械能保持不变，不同时刻，机械能相同，如图 。
【分析】物体运动时，若不计空气阻力，机械能不变。
23．【答案】（1）摆幅
（2）摆长
（3）控制变量法
（4）短
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）实验序号3、4控制的是摆长和摆球的质量相同，探究的是跟摆幅的关系
（2）综合分析表格数据，影响摆球往返摆动一次的时间因素是摆长决定的
（3）因为根据猜想，知道影响秋千往返摆动的时间的因素不止一个，所以研究的时候要控制变量
（4）根据实验现象，摆长越长摆动时间越长，所以摆钟变慢了，要调准它，应将摆钟的摆长调短，使摆变快
【分析】会通过实验数据分析实验的结论，知道利用控制变量法进行实验研究，并且能够根据实验的结论解决实际的问题
1 / 12023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练基础卷：11.4 机械能及其转化
一、选择题
1．（2020九上·陕州期中）如图所示是学校田径运动会时跳远运动的几个阶段，则运动员（）
A．助跑阶段机械能不变 B．起跳时机械能为零
C．经过最高点时动能最大 D．经过最高点时重力势能最大
【答案】D
【知识点】动能和势能的大小变化；机械能及其转化
【解析】【分析】A、助跑阶段，运动员的质量不变，速度逐渐增大，因此动能增大；运动员的高度不变，因此重力势能不变。机械能等于动能和势能的和，动能增大，重力势能不变，因此机械能增大。A错误；
B、起跳时，运动员的速度达到最大值，动能达到最大值，重力势能不变，机械能达到最大值。B错误；
C、上升过程，动能转化为重力势能，所以经过最高点时，动能减小，重力势能最大。故C错误；
D、最高点时，高度达到最大值，因此重力势能也达到最大值。故D正确。
故选D。
【点评】影响动能大小的因素有质量和速度，分析动能的变化就是分析质量和速度的变化；影响重力势能的因素是质量和高度，分析重力势能的变化就是分析质量和高度的变化。解题时注意抓住表示物体运动状态变化的关键字词，从中找出表示“质量、速度、高度、弹性形变”变化的字眼，从而分析机械能的变化情况。
2．（2023九上·甘肃期末）下列生活实例中，对图片描述正确的有
A．甲：不计阻力及能量损耗，网球刚击球拍到球拍形变最大过程中，网球机械能守恒
B．乙：铁锁来回摆动最终停下，在铁锁下降过程中，重力势能全部转化为动能
C．丙：人造地球卫星由于不受空气阻力，只有动能和势能的相互转化
D．丁：运动员从高处落下，动能转化为重力势能
【答案】C
【知识点】动能与势能的应用；机械能及其转化
【解析】【解答】A.网球从刚击球拍到球拍形变最大过程中，弹性势能增大，所以网球机械能减小，故A错误
B.铁锁来回摆动最终停下，在铁锁下降过程中，要克服空气阻力，重力势能不能全部转化为动能，故B错误
C.人造地球卫星由于不受空气阻力，只有动能和势能的相互转化，故C正确
D.运动员从高处落下，重力势能转化为动能，故D错误
故选择C
【分析】A．不计阻力及能量损耗，网球与球拍的总能量是守恒的；但网球从刚撞击球拍到球拍形变最大过程中，网球的机械能会转化为球拍的弹性势能，所以网球的机械能减少，
B．铁锁来回摆动最终停下，在铁锁下降过程中，由于要克服空气阻力做功，所以重力势能没有全部转化为动能，故B错误；
C．在大气层外，卫星绕地球运动时，没有阻力作用，没有克服摩擦做功，只有动能和势能的转化，
D．运动员从高处落下，质量不变，高度减小，速度增大，则重力势能减小，动能增大，所以重力势能转化为动能，
3．（2018·乐山）人造地球卫星在大气层外环绕地球运行（不受空气阻力），当它从远地点向近地点运动时（ ）
A．动能减小，势能增大，机械能不变
B．动能减小，势能减小，机械能减小
C．动能增大，势能减小，机械能不变
D．动能增大，势能减小，机械能减小
【答案】C
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】人造地球卫星在大气层外环绕地球运行（不受空气阻力），当它从远地点向近地点运动时，只有重力势能和动能的转化，机械能是守恒的。
远地点时高度最高重力势能最大，当它从远地点向近地点运动时，高度降低，速度增大，所以重力势能转化为动能，即重力势能减小、动能增大，而机械能总量不变。
故答案为：C。
【分析】动能大小的影响因素：质量、速度.质量越大，速度越大，动能越大；重力势能大小的影响因素：质量、被举得高度.机械能：动能和势能的统称.（机械能=动能+势能）
4．（2023九上·无锡月考）某次演练中，直升飞机悬停于高空，一个伞兵（含伞）跳伞后竖直降落，其速度v与时间t的关系如图所示.下列判断正确的是（ ）
A．在0～时刻内，伞兵的机械能保持不变。
B．在时刻内，伞兵的动能转化为重力势能。
C．在时刻内，伞兵重力势能转化为动能。
D．在时刻内，伞兵的动能保持不变，机械能在减小。
【答案】D
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】 A、从图象中可以看出在0～t3时刻内，质量不变，速度先增大，后减小，最后不变，所以，动能变化是先增大，后减小，最后不变，整个过程中，高度都减小，重力势能一直减小，所以机械能不是保持不变，故A错误。
B、在t1～t2时刻内，质量不变，速度在减小，高度减小，动能和重力势能都减小，故B错误。
CD、在t2～t3时刻内，质量不变，速度不变，动能不变，高度减小，重力势能减小，因此机械能减小，故C错误，D正确。
故选：D。
【分析】 观察图象可知，伞兵的运动状态可分为三段：0～t1，t1～t2，t2～t3，三段中运动的状态不同，重力与阻力的关系也不同，机械能也可能不同。
5．（2023九上·无锡月考）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，下列说法不正确的是（ ）
A．摆下过程中，甲球的机械能保持不变
B．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
C．从静止运动到P点，乙球的重力势能全部转化为动能
D．两球到达P点时，甲小球的动能比乙大
【答案】C
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】 A、摆下过程中，因不计空气阻力，整个装置的机械能是守恒的，所以甲球的机械能保持不变，故A正确。
B、不计空气阻力，整个装置的机械能是守恒的，所以甲球到达P点的机械能和乙球在初始位置时的机械能相等，故B正确。
C、从静止运动到P点，乙球的重力势能减小，动能增大，橡皮筋的弹性势能增大，减小的重力势能转化为动能和弹性势能，所以乙球减小的重力势能大于其增加的动能，故C错误。
D、两球到达P点时，甲小球的重力势能全部转化为动能，乙球的重力势能转化为动能和弹性势能，由于初始的重力势能相同，所以两球到达P点时，甲小球的动能比乙大，故D正确。
故答案为：C。
【分析】动能的大小与质量、速度有关，重力势能的大小与质量、高度有关，弹性势能的大小与物体的弹性形变程度的大小有关；机械能为动能和势能的和；不计空气阻力，机械能守恒。
6．（2023九上·铜山月考）小明玩蹦蹦杆的情境如图所示，在弹簧向下压缩的过程中，小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化情况是（ ）
A．重力势能减小，弹性势能增大 B．重力势能增大，弹性势能增大
C．重力势能减小，弹性势能减小 D．重力势能增大，弹性势能减小
【答案】A
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】小明在弹簧向下压缩的过程中，小明的高度下降，弹簧形变程度增加，所以小明的重力势能减小、弹簧的弹性势能增加，故A正确
故选择A
【分析】依据影响重力势能和弹性势能的因素判断
7．（2021八下·荔湾期末）如图所示，木块以一定的速度滑过AB点，到C点滑出下落至D点。A和B，C和D之间的垂直距离均为h，则木块在运动过程中能量变化的分析，正确的是（ ）
A．D点与C点相比，机械能不变
B．B点的动能一定大于A点的动能
C．B点的动能可能等于D点的动能
D．A点到B点减少的重力势能小于C点到D点减少的重力势能
【答案】C
【知识点】动能和势能的大小变化；机械能守恒条件
【解析】【解答】A．D点的机械能比C点的少，因为从C到D有部分的机械能克服空气阻力做功，转化为内能，A不正确；
B．木块以一定的速度滑过AB点，而从A到B的过程，木块的重力势能减小，减小的重力势能虽然转化为动能和内能，但若接触面足够粗糙，摩擦力足够大，那么木块可能在AB间做匀速直线运动或减速运动，所以B点的动能可能等于可小于A点的动能，B不正确；
C．木块从B到C，若木块与接触面有摩擦，则C点的动能小于B点的动能，从C到D，木块的重力势能减小，动能增加，那么D点动能大于C点动能，所以D点的动能有可能等于B点的动能，C符合题意；
D．因为A和B，C和D之间的垂直距离均为h，则从A到B和从C到D的重力势能的减少量都是mgh（设木块的质量为m），D不正确。
故答案为：C。
【分析】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。重力势能大小的影响因素：质量和高度，质量越大，高度越高，重力势能越大。机械能=动能+势能。
物体没有发生弹性形变时，不具有弹性势能，势能只考虑重力势能。不计空气阻力，机械能守恒；考虑空气阻力，机械能转化为内能，机械能减小，内能增大。
8．（2023九上·东莞月考）把篮球抛向空中，忽略空气阻力，哪一图象能正确反映球离手后至落回地面前机械能（E）（h）的关系（ ）
A． B．
C． D．
【答案】A
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】篮球在空中运动时，动能和重力势能相互转换，忽略空气的阻力，机械能总量保持不变，机械能守恒，A图符合题意，BCD错误。
故答案为：A
【分析】忽略空气阻力时，物体机械能守恒。
二、填空题
9．（2023九上·贵池期末）年月中国探月工程三期中技术难度最高的“再入返回飞行试验”完美成功，在火箭携带飞船加速升空阶段，飞船的机械能 选填“增大”或“减小”或“不变”，火箭与大气间剧烈摩擦使得火箭表面温度急剧升高，这是通过的 方式增大了火箭的内能，火箭升空燃料燃烧时将 能转化为内能．
【答案】增大；做功；化学
【知识点】动能的影响因素；势能的影响因素；机械能及其转化
【解析】【解答】机械能为重力势能和动能之和，重力势能和动能均增加，所以机械能增大，摩擦做功使得火箭表面温度升高，燃料燃烧时化学能转化为内能。
【分析】机械能为重力势能和动能之和，重力势能和高度有关，动能和速度有关，改变内能的方式有做功和热传递。
10．（2023九上·湖北月考） 嫦娥五号返回器用类似“打水漂”的方式着陆地球，其着陆过程的部分轨迹简化为如图所示。AB 段返回器的动能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；BC 段返回器的机械能 （选填“变大”、“变小”或“不变”），CD 段返回器的重力势能 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【答案】变小；不变；变小
【知识点】能；动能大小的比较；势能大小的比较；动能和势能的大小变化；动能的影响因素；势能的影响因素；动能与势能的应用；机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）AB段高度增加，质量不变，重力势能增大，动能转化为重力势能，动能变小；
（2）BC段返回器在大气层外，不受阻力，机械能守恒，机械能不变；
（3）CD段返回器高度降低，质量不变，重力势能变小；
【分析】考查能量转化、机械能等。
11．（2023九上·定远月考）如图所示，点的高度大于点的高度，让小球从点由静止开始自由落下，沿光滑轨道到达点后离开不计空气阻力，请先判断小球离开点后的运动轨迹应该是图中的 填“”、“”、“”或“”曲线。再结合、、、四条曲线说明理由。
【答案】
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】已知轨道光滑且不计空气阻力，没有能量损失，根据图像，小球下落时，重力势能转化为动能，上升时，动能减小，重力势能变大，从B点离开后，小球在水平方向有速度，仍具有动能，此时的重力势能比开始时小，上升的高度稍小，c符合题意；ab不符合题意；由于小球具有惯性，会继续上升，d不符合题意。
【分析】重力势能和动能相互转化时，不计能量损失，能量保持不变。
12．（2023·东莞期末）如图是固定在水平桌面上的圆弧轨道，将一小球由轨道的P点自由释放，滚动到Q点。在此过程中，动能先变 后变 ，重力势能 。
【答案】大；小；先变小后变大
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】 将小球由轨道的P点自由释放，当小球滚到最低点时，质量保持不变，高度减小，速度越来越快，由重力势能转化为动能，所以动能变大，重力势能变小；小球从最低点到达Q点的过程中，质量保持不变，高度增加，速度越来越慢，由动能转化为重力势能，所以动能变小，重力势能变大，整个过程动能先变大后变小，重力势能先变小后变大。
【分析】解决本题的关键是熟知影响动能和重力势能大小的因素以及动能和重力势能的相互转化。
13．（2023九上·无锡月考）小明是学校的升旗手，他将一面国旗在国歌声中匀速升到旗杆顶端。请问：
（1）旗杆顶端装有定滑轮，利用它来升国旗，目的是改变 ；
（2）国旗匀速上升过程中国旗的动能 ，重力势能 ，机械能 。（填变大、变小、不变）
【答案】（1）施加力的方向
（2）不变；变大；变大
【知识点】机械能及其转化
【解析】【解答】 （1）国旗杆上的滑轮为定滑轮，所以利用它来升国旗，可以改变改变施加力的方向。
（2）国旗匀速上升过程中，速度不变，质量不变，所以动能不变，高度增大，国旗的重力势能逐渐增大；所以机械能增大。
【分析】 解决此题要知道定滑轮的特点：使用定滑轮不省力但能改变力的方向；动能与物体的质量和速度有关；重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能就越大。
14．（2023九上·无锡月考）如图甲所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，如图乙为其截面图。做好后如图丙所示，将该罐子从斜面A点由静止释放，然后返回，自行滚上斜面的B点停止后又滚下斜面……如此往返，最后停在水平面上。橡皮筋在 点（选填字母）的弹性势能最大；若罐内没有橡皮筋和小铁块，罐子 （选填“可能”或“不能”）返回滚上斜面；第一次返回斜面，向上滚动的过程中，罐子总体在C点的机械能 （选填“大于”、“小于”或“等于”）在B点时的机械能。
【答案】D；不能；大于
【知识点】动能与势能的应用；机械能及其转化
【解析】【解答】 （1）罐子在整个运动过程中的质量不变，在A点时的高度最高，重力势能最大；罐子从A点运动到D点，橡皮筋发生了弹性形变，在D点时的形变程度最大，所以在D点的弹性势能最大。
（2）若罐内没有橡皮筋和小铁块，罐子的重力势能转化为内能和罐子的动能，罐子不具有弹性势能，所以不会返回斜面。
（3）第一次返回斜面，向上滚动的过程中，由于一部分机械能转化为了内能，所以罐子整体在C点时的机械能大于在B点时的机械能。
【分析】 （1）重力势能的大小与质量、高度有关；弹性势能的大小与弹性形变的程度有关；动能的大小与质量、速度有关。
（2）罐子最后停在水平面上，罐子的机械能变小了，这说明罐子在运动的过程中，机械能转化为了其他形式的能。
15．（2023九上·石碣期末）十一黄金周，小华同爸爸、妈妈一起去华山游玩，在乘缆车匀速上山的过程中，他们的动能 ，重力势能 ，机械能 。（填“增大”“减小”或“不变”）
【答案】不变；增大；增大
【知识点】动能和势能的概念；动能和势能的大小变化；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）缆车是匀速上山，速度不变，故动能不变；
（2）缆车在上山过程中高度不断增加，故重力势能增大；
（3）动能不变，重力势能增加，故其总和机械能也在增大。
【分析】（1）动能与物体的质量和运动速度有关，质量越大，速度越快，动能就越大；
（2）重力势能与物体的质量和高度有关，质量越大，高度越高，重力势能就越大；
（3）物体的机械能指物体动能和势能的总和，通过分析动能和势能的变化分析机械能的变化。
16．（2023九上·古南开学考） 如图所示，小球从点摆到点的过程中，不计空气阻力， 能会先增大后减小；机械能总和 选填“增大”、“减小”或“不变”。
【答案】动；不变
【知识点】动能和势能的大小变化；机械能守恒条件
【解析】【解答】从A到C，小球先下降后上升，下降时，高度变小，速度变大，动能变大，从B到C，高度变大，速度减小，动能减小，动能先增大后减小；若不计空气阻力，不消耗机械能，机械能不变。
【分析】质量一定时，速度变大，动能变大，速度减小，动能减小；不消耗机械能时，机械能不变。
17．（2023九上·鹿寨期中）神舟十六号载人飞船于2023年5月成功发射，载人飞船加速升空的过程中，航天员的动能 （选填“变大”“变小”或“不变”），航天员的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。
【答案】变大；不守恒
【知识点】动能的影响因素；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）物体动能的大小与物体的质量和速度有关，质量不变、速度越大，动能越大，载人飞船加速升空的过程中，航天员的质量不变，速度增大，则动能变大；
（2）物体重力势能的大小与物体的质量和高度有关，质量不变、高度越大，重力势能越大，载人飞船加速升空的过程中，航天员的质量不变，高度增大，则重力势能变大，机械能包括动能和势能，载人飞船加速升空的过程中，航天员的动能和重力势能都增大，则机械能变大，不守恒。
【分析】（1）物体动能的大小与物体的质量和速度有关，质量不变、速度越大，动能越大；物体重力势能的大小与物体的质量和高度有关，质量不变、高度越大，重力势能越大，机械能包括动能和势能；
（2）在不考虑空气阻力和摩擦的情况下，机械能守恒，相反则不守恒。
18．（2023九上·江苏月考）将球竖直向上抛出并落回地面，该过程中先后经过M、S两点，球在这两点的动能和重力势能如图所示，则球在该两点的速度vM vS（＞/＝/＜），该两点离地的高度hM hS（＞/＝/＜），球在运动过程中的机械能 （守恒/不守恒）。
【答案】＜；＞；不守恒
【知识点】动能的影响因素；势能的影响因素；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）球的质量不变，球在M点的动能小于S点的动能，所以球在M点的速度小于S点的速度，则球在该两点的速度vM（2）球在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；
（3）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，说明球经过M、S两点时其机械能不守恒。
【分析】（1）影响动能大小的因素：一是物体运动速度，而是物体质量；由此可根据动能大小判断同一物体的速度关系；
（2）影响重力势能的因素：一是物体的质量，二是物体所在的高度；根据重力势能大小可判断同一物体的高度关系；
（3）机械能等于物体重力势能和动能之和，由图分析该球在两个位置时的动能和重力势能之和的关系即可判断机械能是否发生了变化。
19．（2023九上·昆山月考）有甲、乙、丙三个物体在做不同的运动：甲在空中下落不计空气阻力，乙沿斜面匀速下滑，丙在水平面上做曲线运动且速度大小保持不变，那么在这三个物体中，机械能总量不变的是 ，动能不变而势能减少的是 ．
【答案】甲、丙；乙
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】 甲在空中下落 ，不计空气阻力，重力势能转化为动能，机械能总量不变，乙沿斜面匀速下滑，动能不变，重力势能减小，机械能总量减小， 丙在水平面上做曲线运动且 匀速，动能和重力势能都不变，机械能总量不变
故（1）是甲、丙，（2）是乙
【分析】本题考查动能势能的转换以及机械能总量守恒，还有影响动能和重力势能大小的因素的知识，我们要先分析是哪种能量转换成另外一种能量，判断依据是速度如何变，高度如何变，最后清楚机械能总量是不变的
20．（2023九上·昆山月考）如图，同一小球在同一高度以相同速度向三个不同方向抛出不计空气阻力和摩擦，设小球刚落地时的速度分别为、、，则、、的大小关系为 。
【答案】
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】同一小球在同一高度以相同速度向三个不同方向抛出不计空气阻力和摩擦 ，三次小球具有的重力势能一样，小球刚落地时重力势能全部转换成相同的动能，所以
【分析】判断小球刚落地时的速度是通过分析此时小球的动能大小来判断，因为小球的质量相同，如果他们动能相等，三个速度就相等，如何判断动能大小，从能量转换的角度分析，小球最初的重力势能一样，而且重力势能全部转换为动能
21．（2023九上·昆山月考）“蹦极”是一种富有刺激性的勇敢者的运动项目。如图所示，一端系住人的腰部、另一端系于跳台的是一根弹性橡皮绳。当人下落至图中点时，橡皮绳刚好被拉直，那么，在人越过点继续向下的过程中，人的动能将 ，重力势能将 ，橡皮绳的弹性势能将 。填“变大”、“变小”“先变大后变小”、“先变小后变大”或“不变”
【答案】先变大后变小；变小；变大
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）根据能量守恒和能量的相互转换，人体到达Q点以后，先加速再减速运动，所以人的动能将先变大后变小
（2） 人体随着下落重力势能越来越小
（3）人体到达Q点后，橡皮绳开始发生形变，弹性势能变大
【分析】（1）分析动能的变化从速度和质量的因素考虑，人体质量不变，人体在重力作用下加速下落，人体到达Q点后，重力大于阻力，还是加速运动，随着橡皮绳的伸长，阻力增大，速度会慢慢减小，所以动能是先变大后变小
（2）分析重力势能大小变化要从高度变化和质量两个因素分析，人体质量不会改变，人体的高度越来越低，所以重力势能变小
（3）橡皮绳随着在重力的作用下被越拉越长，形变的程度变大，所以弹性势能变大
三、作图题
22．（2022九上·句容期中）图（a）是一单摆从A点释放运动到C点的示意图，如果不计空气阻力，请在（b）中作出单摆机械能随时间变化的大致图像（设单摆在A点的初始重力势能为E0）。
【答案】
【知识点】机械能守恒条件
【解析】【解答】由于不计空气阻力，摆球从A经过B到达C时，重力势能和动能相互转化，机械能保持不变，不同时刻，机械能相同，如图 。
【分析】物体运动时，若不计空气阻力，机械能不变。
四、实验探究题
23．（2023八上·淮南月考）几个同学在玩荡秋千时，感到秋千往返摆动的时间是有规律的。于是对“哪些因素影响秋千往返摆动的时间”提出下列猜想：（1）可能与秋千的摆长l有关；（2）；（3）可能与秋千摆幅（摆动时人离开中心点B的最大距离）有关。于是进行了如图实验，另一端拴一小球制成一个摆，让小球自由往返摆动
实验序号 摆长l/m 摆球质量/g 摆幅/m 摆球往返摆动一次的时间/s
1 0.7 20 0.05 1.7
2 1.0 20 0.08 2.0
3 1.0 30 0.05 2.0
4 1.0 30 0.08 2.0
5 1.3 20 0.05 2.3
请回答下列问题：
（1）实验序号3、4探究的是摆往返摆动一次的时间跟 （选填“摆长”“摆球质量”或“摆幅”）的关系；
（2）从本次实验可以得到的结论是：摆往返摆动一次的时间由 决定；
（3）本实验用到的科学研究方法是 ；
（4）摆钟是利用本实验的原理制成的。某一摆钟变慢了，要调准它，应将摆钟的摆长调 （选填“长”或“短”）。
【答案】（1）摆幅
（2）摆长
（3）控制变量法
（4）短
【知识点】机械能及其转化；机械能守恒条件
【解析】【解答】（1）实验序号3、4控制的是摆长和摆球的质量相同，探究的是跟摆幅的关系
（2）综合分析表格数据，影响摆球往返摆动一次的时间因素是摆长决定的
（3）因为根据猜想，知道影响秋千往返摆动的时间的因素不止一个，所以研究的时候要控制变量
（4）根据实验现象，摆长越长摆动时间越长，所以摆钟变慢了，要调准它，应将摆钟的摆长调短，使摆变快
【分析】会通过实验数据分析实验的结论，知道利用控制变量法进行实验研究，并且能够根据实验的结论解决实际的问题
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