第四节 机械能转化及其应用
机械能
1．定义：动能和势能(包括重力势能和弹性势能)统称为机械能．
2．单位：焦耳(J)．
3．计算：物体的机械能等于其动能与势能之和．
一个物体可以既有动能又有势能．如空中飞行的飞机，由于运动而具有动能，又由于处于高处而具有重力势能；玩蹦极时绳索在运动着，被拉长而发生了弹性形变且处于高处，绳索既有动能，又有弹性势能和重力势能．
机械能的相互转化
1．物体的动能和重力势能是可以相互转化的．
2．在一定条件下，动能和弹性势能可以相互转化．
3．在动能和势能的转化过程中，如果只有动能和势能相互转化，则机械能的总和不变，即机械能是守恒的．例如：在光滑斜面上自由下滑的物体；不计空气阻力，自由下落的物体．
4．在一定条件下，机械能还能转化为其他形式的能量，机械能守恒是一种理想状态．
机械能的应用
1．水能：水流动时具有的机械能叫水能．
2．风能：风是流动的空气，风具有的机械能叫风能．
3．水力发电能量转化过程：(修建拦河坝)重力势能→(奔流而下)动能→(水轮机带动发电机)电能．
4．风能的利用：(1)利用风对外做功，如帆船、风车等；(2)风力发电．
机械能
典例1 2024年10月30日，载着神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心成功点火起飞，约10分钟后精准进入预定轨道，发射任务取得圆满成功．在运载火箭加速上升阶段，神舟十九号飞船的( B )
A．动能不变 B．重力势能增大
C．机械能减小 D．机械能不变
解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，神舟十九号飞船的质量不变，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．
变式 [2024·成都]2023年7月28日，第31届世界大学生夏季运动会在成都隆重开幕．如图是我国运动健儿在跳高比赛中的场景．关于跳高运动员的能量，下列结论正确的是( C )
变式图
A．助跑过程中，动能保持不变
B．助跑过程中，机械能总量保持不变
C．起跳后的上升过程中，重力势能增大
D．越过横杆后的下降过程中，动能保持不变
机械能的相互转化
典例2 水从高处落下，下列说法正确的是( D )
A．水的动能逐渐增加，机械能不变
B．水的动能不变，重力势能逐渐减小
C．水的动能逐渐增加，重力势能不变
D．该过程水的重力势能转化为动能
重力势能大小与质量、高度有关；动能大小与质量、速度有关．水从高处向低处运动时，其质量不变，速度增加，故水的动能增加；同时高度减小，故水的重力势能减小；此过程水的重力势能转化为动能；由于存在空气的阻力和摩擦，机械能减小．
变式1 下列关于能量转化的说法，正确的是( A )
变式1图
A．图甲中，风力发电将空气的动能转化为电能
B．图乙中，拉开的弹弓将石子弹出的过程，弹性势能增大
C．图丙中，“神舟五号”载人飞船成功返航，返回舱在减速着陆过程中机械能守恒
D．图丁中，水平路面上疾驰的汽车，将重力势能转化为动能
变式2 [2024·无锡]如图所示，将摆球从A点静止释放，经过最低点O到达B点，A、B两点等高，摆球到达B点时动能为0J；摆球从A点到O点的过程中，重力势能转化为动能．整个过程中，摆球的机械能大小不变(填“不变”或“减小”)．
变式2图
机械能的应用
典例3 下列成语或诗句与水能或风能无关的是( B )
A．惊涛拍岸 B．电闪雷鸣
C．北风呼啸 D．飞流直下三千尺
惊涛拍岸、北风呼啸是说的水、风具有很大的动能；飞流直下三千尺是说水具有巨大的重力势能，总而言之，水和空气具有很大的机械能；电闪雷鸣是指的电能．
变式 下列现象中没有利用风能或水能做功的是( C )
A．帆船在河水中逆流航行
B．风筝越飞越高
C．用太阳灶把水烧开
D．木船在河中顺流而下
1．下列事例中，由弹性势能转化为动能的是( D )
A．风吹动树叶
B．秋千从高处向低处摆动
C．汽车沿盘山公路匀速前进
D．拉弯的弓把箭射出
2．如图所示，捻动滚摆的轴缠绕细线，使它升高后释放，滚摆运动一段时间后静止．对于滚摆的运动，下列说法正确的是( B )
第2题图
A．滚摆下降过程中，转动变慢，动能减小，机械能减小
B．滚摆下降过程中，转动加快，动能增加，机械能减小
C．滚摆上升过程中，转动变慢，重力势能减小，机械能减小
D．滚摆上升过程中，转动变快，重力势能增加，机械能不变
第3题图
3．[2024·宜宾]如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，当卫星从近地点向远地点运动的过程中( B )
A．速度增大
B．动能转化为重力势能
C．机械能增大
D．重力势能减小
4．[2024·菏泽]2024年5月29日，世联赛中国澳门站中国女排3∶1战胜对手，取得开门红，如图是比赛现场画面．在比赛中蕴含的物理知识，下列说法正确的是( D )
第4题图
A．排球在空中上升是因为受到惯性作用
B．排球上升到最高点时不受力的作用
C．排球在空中下降时动能向重力势能转化
D．排球在地面上滚动一段距离后停下来，说明力可以改变物体的运动状态
5．[2024·任城区校级期末]如图所示为单板滑雪运动员在空中运动的轨迹，图中a、c两处等高，若不计空气阻力．下列说法正确的是( D )
第5题图
A．运动员在b处的机械能大于在d处的机械能
B．运动员在最高点b没有动能
C．运动员从b处到d处，动能转化为重力势能
D．运动员从a处到d处，机械能一直不变
6．[2023·肥城市模拟]如图所示，小球从A点由静止释放，沿光滑轨道下滑，经B点到达右侧最高点C.则下列大致反映小球相关能量随时间变化的图像中( B )
第6题图
A．只有①④正确 B．只有②④正确
C．只有①③正确 D．只有②③正确
7．如图所示，人在玩蹦蹦床的过程中，在最低处时弹性势能最大；在空中上升过程中，人的动能转化为重力势能；从最低点上升到最高点的过程中，人的机械能不守恒(填“守恒”或“不守恒”)．
第7题图
8．[2022·济南]把常用的按钮式圆珠笔笔尖朝上用力按下后放手，它会弹起很高．把它拆开后发现，它能弹起的原因是内部装有一根弹簧，如图甲所示．小强仔细观察后发现，圆珠笔弹起的过程可以分为“A：按下后放手”到“B：获得一个向上的速度”再到“C：向上运动到达最高点”，如图乙所示．圆珠笔在“A→B”阶段，弹性势能转化为动能；圆珠笔在“B→C”阶段，动能转化为重力势能．
第8题图
9．各种形式的能量在一定的条件下都可以相互转化．水电站里的水轮机带动发电机发电，机械能转化为电能；电动机带动机器转动，电能转化为机械能；植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能；燃料燃烧时，燃料的化学能转化为内能，也就是通常所说的要放出热量．第四节 机械能转化及其应用
机械能
1．定义： 和势能(包括 势能和 势能)统称为机械能．
2．单位： (J)．
3．计算：物体的机械能等于其 能与 能之和．
一个物体可以既有动能又有势能．如空中飞行的飞机，由于运动而具有动能，又由于处于高处而具有重力势能；玩蹦极时绳索在运动着，被拉长而发生了弹性形变且处于高处，绳索既有动能，又有弹性势能和重力势能．
机械能的相互转化
1．物体的动能和重力势能是可以相互转化的．
2．在一定条件下，动能和弹性势能可以相互转化．
3．在动能和势能的转化过程中，如果只有动能和势能相互转化，则机械能的总和 ，即机械能是 的．例如：在光滑斜面上自由下滑的物体；不计空气阻力，自由下落的物体．
4．在一定条件下，机械能还能转化为其他形式的 ，机械能守恒是一种 状态．
机械能的应用
1．水能：水流动时具有的 能叫水能．
2．风能：风是流动的空气，风具有的 能叫风能．
3．水力发电能量转化过程：(修建拦河坝)重力势能→(奔流而下)动能→(水轮机带动发电机) 能．
4．风能的利用：(1)利用风对外做功，如帆船、风车等；(2)风力发电．
机械能
典例1 2024年10月30日，载着神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心成功点火起飞，约10分钟后精准进入预定轨道，发射任务取得圆满成功．在运载火箭加速上升阶段，神舟十九号飞船的( )
A．动能不变 B．重力势能增大
C．机械能减小 D．机械能不变
解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，神舟十九号飞船的质量不变，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．
变式 [2024·成都]2023年7月28日，第31届世界大学生夏季运动会在成都隆重开幕．如图是我国运动健儿在跳高比赛中的场景．关于跳高运动员的能量，下列结论正确的是( )
变式图
A．助跑过程中，动能保持不变
B．助跑过程中，机械能总量保持不变
C．起跳后的上升过程中，重力势能增大
D．越过横杆后的下降过程中，动能保持不变
机械能的相互转化
典例2 水从高处落下，下列说法正确的是( )
A．水的动能逐渐增加，机械能不变
B．水的动能不变，重力势能逐渐减小
C．水的动能逐渐增加，重力势能不变
D．该过程水的重力势能转化为动能
重力势能大小与质量、高度有关；动能大小与质量、速度有关．水从高处向低处运动时，其质量不变，速度增加，故水的动能增加；同时高度减小，故水的重力势能减小；此过程水的重力势能转化为动能；由于存在空气的阻力和摩擦，机械能减小．
变式1 下列关于能量转化的说法，正确的是( )
变式1图
A．图甲中，风力发电将空气的动能转化为电能
B．图乙中，拉开的弹弓将石子弹出的过程，弹性势能增大
C．图丙中，“神舟五号”载人飞船成功返航，返回舱在减速着陆过程中机械能守恒
D．图丁中，水平路面上疾驰的汽车，将重力势能转化为动能
变式2 [2024·无锡]如图所示，将摆球从A点静止释放，经过最低点O到达B点，A、B两点等高，摆球到达B点时动能为 J；摆球从A点到O点的过程中， 能转化为动能．整个过程中，摆球的机械能大小 (填“不变”或“减小”)．
变式2图
机械能的应用
典例3 下列成语或诗句与水能或风能无关的是( )
A．惊涛拍岸 B．电闪雷鸣
C．北风呼啸 D．飞流直下三千尺
惊涛拍岸、北风呼啸是说的水、风具有很大的动能；飞流直下三千尺是说水具有巨大的重力势能，总而言之，水和空气具有很大的机械能；电闪雷鸣是指的电能．
变式 下列现象中没有利用风能或水能做功的是( )
A．帆船在河水中逆流航行
B．风筝越飞越高
C．用太阳灶把水烧开
D．木船在河中顺流而下
1．下列事例中，由弹性势能转化为动能的是( )
A．风吹动树叶
B．秋千从高处向低处摆动
C．汽车沿盘山公路匀速前进
D．拉弯的弓把箭射出
2．如图所示，捻动滚摆的轴缠绕细线，使它升高后释放，滚摆运动一段时间后静止．对于滚摆的运动，下列说法正确的是( )
第2题图
A．滚摆下降过程中，转动变慢，动能减小，机械能减小
B．滚摆下降过程中，转动加快，动能增加，机械能减小
C．滚摆上升过程中，转动变慢，重力势能减小，机械能减小
D．滚摆上升过程中，转动变快，重力势能增加，机械能不变
第3题图
3．[2024·宜宾]如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，当卫星从近地点向远地点运动的过程中( )
A．速度增大
B．动能转化为重力势能
C．机械能增大
D．重力势能减小
4．[2024·菏泽]2024年5月29日，世联赛中国澳门站中国女排3∶1战胜对手，取得开门红，如图是比赛现场画面．在比赛中蕴含的物理知识，下列说法正确的是( )
第4题图
A．排球在空中上升是因为受到惯性作用
B．排球上升到最高点时不受力的作用
C．排球在空中下降时动能向重力势能转化
D．排球在地面上滚动一段距离后停下来，说明力可以改变物体的运动状态
5．[2024·任城区校级期末]如图所示为单板滑雪运动员在空中运动的轨迹，图中a、c两处等高，若不计空气阻力．下列说法正确的是( )
第5题图
A．运动员在b处的机械能大于在d处的机械能
B．运动员在最高点b没有动能
C．运动员从b处到d处，动能转化为重力势能
D．运动员从a处到d处，机械能一直不变
6．[2023·肥城市模拟]如图所示，小球从A点由静止释放，沿光滑轨道下滑，经B点到达右侧最高点C.则下列大致反映小球相关能量随时间变化的图像中( )
第6题图
A．只有①④正确 B．只有②④正确
C．只有①③正确 D．只有②③正确
7．如图所示，人在玩蹦蹦床的过程中，在最低处时 能最大；在空中上升过程中，人的 能转化为重力势能；从最低点上升到最高点的过程中，人的机械能 (填“守恒”或“不守恒”)．
第7题图
8．[2022·济南]把常用的按钮式圆珠笔笔尖朝上用力按下后放手，它会弹起很高．把它拆开后发现，它能弹起的原因是内部装有一根弹簧，如图甲所示．小强仔细观察后发现，圆珠笔弹起的过程可以分为“A：按下后放手”到“B：获得一个向上的速度”再到“C：向上运动到达最高点”，如图乙所示．圆珠笔在“A→B”阶段， 转化为动能；圆珠笔在“B→C”阶段，动能转化为 ．
第8题图
9．各种形式的能量在一定的条件下都可以相互转化．水电站里的水轮机带动发电机发电， 能转化为 能；电动机带动机器转动， 能转化为 能；植物吸收太阳光进行光合作用， 能转化为 能；燃料燃烧时，燃料的 能转化为 能，也就是通常所说的要放出 ．
