第4节 机械能及其转化
@核心知识梳理
1.机械能： 动能 、 重力 势能和 弹性 势能统称为机械能。机械能与其他形式的能量一样，其单位是焦耳（ J）。
2.机械能守恒：如果只有 动 能和 势 能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但动能和势能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
3.水能和风能的利用
（1）水能：利用水能发电，修筑拦河坝提高上游水位，水的 重力势 能越大，能发出的电能就越多。
（2）风能：风能也可以用来发电，风吹动风车，带动发电机发电。
@基础分点训练
知识点1 机械能及其转化
1.（2024·定西岷县校级四模）如图所示是高山滑雪极限运动的示意图，运动员从最高处下滑，经过起跳点后在空中飞行，在着陆坡上着陆后，再经一段滑行后静止，运动员从起跳点到着陆坡的过程中，重力势能 减小 ，机械能 减小 。（均选填“增大”“减小”或“不变”）
2.（2024·天水麦积区二模）如图甲所示，这是一种弹簧门，门上装有如图乙所示的弹簧合页，其工作原理：当用力推开弹簧门时，合页中的弹簧会发生弹性形变，从而具有 弹性势 能，松手后转化为门的 动 能，使门自动闭合。
第2题图
3.如图所示，将钢锯条固定在桌面边缘，将棋子放在钢锯条的端部，然后用手将锯条的端部压下一段距离，松手后，棋子会被弹起一定的高度，此过程中，钢锯条的 弹性势 能转化为棋子的 重力势 能。
第3题图
4.火车进站时通常要通过一段上坡的路线，这样将火车的 动 能转化为 重力势 能，从而降低火车的速度便于停车。
知识点2 机械能守恒
5.如图所示，将摆球从A点静止自由释放，经过最低点B到达C点，A、C两点等高。关于摆球，下列说法正确的是（ D ）
A.从A到B点动能转化为重力势能
B.在B点时重力势能最大
C.在A点时处于平衡状态
D.从A点到C点的过程中机械能守恒
知识点3 风能和水能的利用
6.“福船”因由福建所造而得名，是古代海上丝绸之路的重要航运工具。如图所示，“福船”在大海上航行时，是利用 风 能前行。
第6题图
7.如图所示，是当今世界上最大的水力发电工程——三峡水电站。当水从高处落下时， 重力势 能转化为 动 能，水带动水轮机转动，使发电机工作，将水的 动 能转化为 电 能。
第7题图
@中档提分训练
8.（2024·内蒙古）如图所示，从A点沿水平桌面滚落的小球运动轨迹如虚线所示，C、F两点等高，D为小球与水平地面的接触点，不计空气阻力，下列说法正确的是（ D ）
A.小球在C点和F点的机械能相等
B.小球在C点和F点的动能相等
C.小球从E点到F点的过程中，机械能变小
D.小球在E点的动能不为零
9.如图所示，AB为光滑弧形槽，滑槽底部与光滑水平面平滑连接，一个小球从滑槽A处由静止开始下滑，运动到C处挤压弹簧，D处为弹簧被挤压到最短长度。忽略空气阻力，则针对此过程下列分析正确的是（ A ）
A.小球由A到B过程中，机械能守恒
B.小球由B到C过程中，机械能不断减小
C.小球由C到D过程中，弹性势能转化为动能
D.小球到达D处时，速度达最大值
第9题图
10.如图所示，轻质弹性绳的一端系上小球，另一端固定在O点，将小球从O点自由释放，下落到A点时绳子达到原长，随后落到最低点B（B点位于地面之上）。不计空气阻力，则下落过程中有关小球的分析错误的是（ D ）
第10题图
A.O到B小球的机械能先不变后减小
B.A到B小球减小的重力势能全部转化为绳子的弹性势能
C.O到A小球减小的重力势能全部转化为动能
D.A到B小球所受到的重力始终大于绳子对它的弹力
11.（2024·兰州）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出了从1994年到2002年间恒星S2的位置如图所示，科学家认为S2恒星的运动轨迹是一个椭圆。推测银河系中心可能存在着超大质量的黑洞。忽略S2恒星质量的变化，根据图片信息，下列说法中正确的是（ D ）
A.黑洞可能位于椭圆轨道内部的P点
B.S2恒星在运动过程中所受合力为零
C.S2恒星在1995年时期的动能大于2001年时期的动能
D.S2恒星在1995年时期的重力势能大于2001年时期的重力势能
12.如图是自动回转的“魔罐”，橡皮筋两头分别固定在罐子的顶部和底部，中间系一个钩码，当你将“魔罐”在水平地面上滚出后，它能自动滚回来的原因是 弹性势 能转化为 动 能。
13.（新情境·现代科技）（2024·天水麦积区校级模拟）一架执行人工降雨任务的飞机，沿水平方向匀速飞行，并不断向下抛洒“液氮”，在此过程中，机械能逐渐 减小 （选填“减小”“不变”或“增大”）；上述过程中飞机的动能和重力势能之间 没有 相互转化（选填“有”或“没有”）。
14.（核心素养·科学思维）（2024·临夏州）某科技兴趣小组用两个输液用的葡萄糖瓶子，从瓶口以下约6 cm处截断，将截断处用胶水黏合在一起，再从瓶口的橡胶塞中心穿一根长约20 cm的细木棒，用两条悬线拴住木棒的两端，将悬线固定在支架上，就构成了如图所示的滚摆。当滚摆从上到下运动的过程中重力势能主要转化为 动 能；滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能 变小 （选填“变大”“变小”或“不变”）。第4节 机械能及其转化
@核心知识梳理
1.机械能： 、 势能和 势能统称为机械能。机械能与其他形式的能量一样，其单位是焦耳（ J）。
2.机械能守恒：如果只有 能和 能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但动能和势能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
3.水能和风能的利用
（1）水能：利用水能发电，修筑拦河坝提高上游水位，水的 能越大，能发出的电能就越多。
（2）风能：风能也可以用来发电，风吹动风车，带动发电机发电。
@基础分点训练
知识点1 机械能及其转化
1.（2024·定西岷县校级四模）如图所示是高山滑雪极限运动的示意图，运动员从最高处下滑，经过起跳点后在空中飞行，在着陆坡上着陆后，再经一段滑行后静止，运动员从起跳点到着陆坡的过程中，重力势能 ，机械能 。（均选填“增大”“减小”或“不变”）
2.（2024·天水麦积区二模）如图甲所示，这是一种弹簧门，门上装有如图乙所示的弹簧合页，其工作原理：当用力推开弹簧门时，合页中的弹簧会发生弹性形变，从而具有 能，松手后转化为门的 能，使门自动闭合。
第2题图
3.如图所示，将钢锯条固定在桌面边缘，将棋子放在钢锯条的端部，然后用手将锯条的端部压下一段距离，松手后，棋子会被弹起一定的高度，此过程中，钢锯条的 能转化为棋子的 能。
第3题图
4.火车进站时通常要通过一段上坡的路线，这样将火车的 能转化为 能，从而降低火车的速度便于停车。
知识点2 机械能守恒
5.如图所示，将摆球从A点静止自由释放，经过最低点B到达C点，A、C两点等高。关于摆球，下列说法正确的是（ ）
A.从A到B点动能转化为重力势能
B.在B点时重力势能最大
C.在A点时处于平衡状态
D.从A点到C点的过程中机械能守恒
知识点3 风能和水能的利用
6.“福船”因由福建所造而得名，是古代海上丝绸之路的重要航运工具。如图所示，“福船”在大海上航行时，是利用 能前行。
第6题图
7.如图所示，是当今世界上最大的水力发电工程——三峡水电站。当水从高处落下时， 能转化为 能，水带动水轮机转动，使发电机工作，将水的 能转化为 能。
第7题图
@中档提分训练
8.（2024·内蒙古）如图所示，从A点沿水平桌面滚落的小球运动轨迹如虚线所示，C、F两点等高，D为小球与水平地面的接触点，不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A.小球在C点和F点的机械能相等
B.小球在C点和F点的动能相等
C.小球从E点到F点的过程中，机械能变小
D.小球在E点的动能不为零
9.如图所示，AB为光滑弧形槽，滑槽底部与光滑水平面平滑连接，一个小球从滑槽A处由静止开始下滑，运动到C处挤压弹簧，D处为弹簧被挤压到最短长度。忽略空气阻力，则针对此过程下列分析正确的是（ ）
A.小球由A到B过程中，机械能守恒
B.小球由B到C过程中，机械能不断减小
C.小球由C到D过程中，弹性势能转化为动能
D.小球到达D处时，速度达最大值
第9题图
10.如图所示，轻质弹性绳的一端系上小球，另一端固定在O点，将小球从O点自由释放，下落到A点时绳子达到原长，随后落到最低点B（B点位于地面之上）。不计空气阻力，则下落过程中有关小球的分析错误的是（ ）
第10题图
A.O到B小球的机械能先不变后减小
B.A到B小球减小的重力势能全部转化为绳子的弹性势能
C.O到A小球减小的重力势能全部转化为动能
D.A到B小球所受到的重力始终大于绳子对它的弹力
11.（2024·兰州）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出了从1994年到2002年间恒星S2的位置如图所示，科学家认为S2恒星的运动轨迹是一个椭圆。推测银河系中心可能存在着超大质量的黑洞。忽略S2恒星质量的变化，根据图片信息，下列说法中正确的是（ ）
A.黑洞可能位于椭圆轨道内部的P点
B.S2恒星在运动过程中所受合力为零
C.S2恒星在1995年时期的动能大于2001年时期的动能
D.S2恒星在1995年时期的重力势能大于2001年时期的重力势能
12.如图是自动回转的“魔罐”，橡皮筋两头分别固定在罐子的顶部和底部，中间系一个钩码，当你将“魔罐”在水平地面上滚出后，它能自动滚回来的原因是 能转化为 能。
13.（新情境·现代科技）（2024·天水麦积区校级模拟）一架执行人工降雨任务的飞机，沿水平方向匀速飞行，并不断向下抛洒“液氮”，在此过程中，机械能逐渐 （选填“减小”“不变”或“增大”）；上述过程中飞机的动能和重力势能之间 相互转化（选填“有”或“没有”）。
14.（核心素养·科学思维）（2024·临夏州）某科技兴趣小组用两个输液用的葡萄糖瓶子，从瓶口以下约6 cm处截断，将截断处用胶水黏合在一起，再从瓶口的橡胶塞中心穿一根长约20 cm的细木棒，用两条悬线拴住木棒的两端，将悬线固定在支架上，就构成了如图所示的滚摆。当滚摆从上到下运动的过程中重力势能主要转化为 能；滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
