第五节 机械能及其转化
机械能
1．定义：在物理中，把动能、重力势能和弹性势能统称为 ．
2．具有机械能的三种情况
(1)只具有动能：水平路上行驶的汽车，由于运动具有的动能就是汽车的机械能．
(2)只具有势能：高山上静止的石头，由于被举高具有的重力势能就是石头的机械能．
(3)同时具有动能和势能：飞行中的飞机，由于运动而具有 ，由于在高处具有 ，这两种能量的总和就是飞机具有的机械能．
机械能的转化
1．动能和重力势能可以 ．
2．动能和弹性势能也可以 ．
3．机械能守恒：动能和势能之间可以 ．如果只有动能和势能相互转化，那么机械能总和 ，或者说，机械能是守恒的．
水能
1．水能利用的原理：要想让水轮机产生很大的功率，单位时间内流入水轮机的水要具有较大的能量．
2．潮汐能：海水的潮汐能也具有较大的能量．
风能
风能利用起来比较简单，而且不会污染环境．但风能不稳定，也不便于储存．
动能和势能的相互转化
典例1 [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 ．
典例1图
解决此类问题的关键是要知道各能量跟哪些因素有关，根据各因素的变化情况分析能量的变化情况．
变式 [2022·南通]下列四个情境中，属于动能转化为势能的是( )
机械能守恒
典例2 [2023·烟台]跳水运动中蕴含着许多物理知识，如图所示，有关跳板跳水过程中能量变化的说法正确的是( )
典例2图
A．运动员用力下压跳板的过程中，跳板的弹性势能减小
B．运动员被跳板向上弹起的过程中，重力势能减小
C．运动员离开跳板向上运动的过程中，动能减小
D．运动员从最高点下落的过程中，机械能增大
本题关键：一是掌握动能、重力势能的影响因素，二是知道考虑摩擦阻力机械能是不守恒的．
变式 [2024·南通模拟]小红在操场上将一皮球抛出，皮球被抛出后的运动轨迹如图所示，a、c两点处于同一高度．则下列判断中正确的是( )
变式图
A．皮球由a到b时，动能逐渐增大
B．皮球在b点时的动能为零
C．皮球由c到d时，机械能一直不变
D．皮球在a、c两点时重力势能相等
1．[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( )
第1题图
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
2．[2023·青岛]摄影师利用无人机进行航拍，在无人机匀速上升的过程中，下列分析正确的是( )
A．无人机的动能变大
B．无人机的重力势能不变
C．无人机的机械能不变
D．无人机的机械能变大
3．[2024·临夏]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 (填“变大”“变小”或“不变”)．
第3题图
第4题图
4．[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；B点处于 (填“平衡”或“非平衡”)状态．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”)．第五节 机械能及其转化
机械能
1．定义：在物理中，把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能．
2．具有机械能的三种情况
(1)只具有动能：水平路上行驶的汽车，由于运动具有的动能就是汽车的机械能．
(2)只具有势能：高山上静止的石头，由于被举高具有的重力势能就是石头的机械能．
(3)同时具有动能和势能：飞行中的飞机，由于运动而具有动能，由于在高处具有重力势能，这两种能量的总和就是飞机具有的机械能．
机械能的转化
1．动能和重力势能可以相互转化．
2．动能和弹性势能也可以相互转化．
3．机械能守恒：动能和势能之间可以相互转化．如果只有动能和势能相互转化，那么机械能总和保持不变，或者说，机械能是守恒的．
水能
1．水能利用的原理：要想让水轮机产生很大的功率，单位时间内流入水轮机的水要具有较大的能量．
2．潮汐能：海水的潮汐能也具有较大的能量．
风能
风能利用起来比较简单，而且不会污染环境．但风能不稳定，也不便于储存．
动能和势能的相互转化
典例1 [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．
典例1图
解决此类问题的关键是要知道各能量跟哪些因素有关，根据各因素的变化情况分析能量的变化情况．
变式 [2022·南通]下列四个情境中，属于动能转化为势能的是( C )
机械能守恒
典例2 [2023·烟台]跳水运动中蕴含着许多物理知识，如图所示，有关跳板跳水过程中能量变化的说法正确的是( C )
典例2图
A．运动员用力下压跳板的过程中，跳板的弹性势能减小
B．运动员被跳板向上弹起的过程中，重力势能减小
C．运动员离开跳板向上运动的过程中，动能减小
D．运动员从最高点下落的过程中，机械能增大
本题关键：一是掌握动能、重力势能的影响因素，二是知道考虑摩擦阻力机械能是不守恒的．
变式 [2024·南通模拟]小红在操场上将一皮球抛出，皮球被抛出后的运动轨迹如图所示，a、c两点处于同一高度．则下列判断中正确的是( D )
变式图
A．皮球由a到b时，动能逐渐增大
B．皮球在b点时的动能为零
C．皮球由c到d时，机械能一直不变
D．皮球在a、c两点时重力势能相等
1．[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 )
第1题图
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
2．[2023·青岛]摄影师利用无人机进行航拍，在无人机匀速上升的过程中，下列分析正确的是( D )
A．无人机的动能变大
B．无人机的重力势能不变
C．无人机的机械能不变
D．无人机的机械能变大
3．[2024·临夏]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(填“变大”“变小”或“不变”)．
第3题图
第4题图
4．[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；B点处于非平衡(填“平衡”或“非平衡”)状态．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”)．
