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沪粤版物理九年级上册
第十一章 机械功与机械能
11.4 认识动能和势能
第2课时 机械能及其转化
知识梳理 典例精讲
知识点 机械能及其转化
1. 机械能：物体的动能和势能统称为机械能。
2. 物体具有的动能和势能是可以相互转化的
(1)动能与重力势能的相互转化：例如单摆的摆球从最低点运动到最高点的过程中，速度减小，高度增大，动能减少，重力势能增加，动能转化为重力势能；当摆球从最高点运动到最低点的过程中，速度增大，高度减小，重力势能减少，动能增加，重力势能转化为动能。
(2)动能与弹性势能的相互转化：在玩蹦蹦床的过程中，人从刚接触到蹦床到蹦床形变达到最大的过程中，人的速度减小，动能减少，蹦床的形变量增大，蹦床的弹性势能增加，人的动能转化为蹦床的弹性势能；当人从最低点上升的过程中，蹦床的弹性势能减少，人的动能增加，蹦床的弹性势能转化为人的动能。
3. 机械能守恒：物体的动能与势能是可以互相转化的；有摩擦等阻力时，在动能与势能的相互转化中，机械能会减少。如果在只有动能和势能的相互转化中，机械能的总量保持不变，此时称为机械能守恒。
温馨提示：机械能守恒是有条件的，若考虑摩擦阻力等，机械能的总量就会变小，这是因为机械能转化成了其他形式的能。如果一个物体的动能和势能在同时增大，或者同时减小，或者动能和势能之中一个变化，而另一个不变，则机械能一定发生变化，这也说明机械能不守恒。
4. 判断机械能是否守恒的方法：
第一种方法：看在物体运动的过程中是否受到阻力的作用，如果运动的物体受到摩擦力或空气阻力，机械能不守恒。
第二种方法：有重力或弹力以外的力对物体做功，机械能不守恒。
例 如图所示，捻动滚摆的轴使其升高后释放，观察滚摆的运动过程，长时间后滚摆会停止上下摆动.从能量角度对其分析，下列说法不正确的是( )
A. 滚摆沿着悬线向下运动时，重力势能减少，动能增加
B. 滚摆到最低点后又上升，动能转化为重力势能
C. 滚摆整个运动过程中，机械能守恒
D. 滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆具有的机械能减少
【解析】滚摆向下运动时，高度减小，速度增大，故重力势能减少，动能增加；滚摆向上运动的过程中，高度增大，则重力势能增加，同时速度减小，则动能减少，即动能转化为了重力势能。故A、B选项正确。因势能和动能统称为机械能，滚摆在长时间摆动后，滚摆会停止摆动，动能为零，势能减少，机械能减少，机械能是不守恒的，故D选项正确，C选项错误。
【答案】 C
注意：解答此类题的关键点：①动能转化为势能的标志是速度减小，被举高的高度(或形变)增大；②势能转化为动能的标志是被举高的高度(或形变)减小，速度增大；③结合问题情境进行分析，得出答案。
课堂练习 当堂反馈
1. 如图所示，在歼—20飞机加速向上运动的过程中，关于飞行员的能量分析，下列说法正确的是( )
A. 动能增加，重力势能不变 B. 动能不变，重力势能增加
C. 机械能总量不变 D. 机械能总量增加
2. 下列各运动过程中，属于动能转化为势能的是( )
A. 在空中匀速下降的跳伞运动员 B. 滚摆急速下落
C. 拧紧的钟表发条带动指针走动 D. 跳高运动员离地腾空向上运动过程
3. 荡秋千是很多小朋友喜欢的运动之一。荡秋千时，人从最高点向最低点摆动过程中，速度变大，则他的( )
A. 重力势能增加，动能不变 B. 重力势能不变，动能增加
C. 重力势能减小，动能增加 D. 重力势能减小，动能减小
4. “会挽雕弓如满月，西北望，射天狼”的诗句表达了诗人苏轼渴望为国御敌立功的壮志。拉弯的弓具有__________能，箭射出去后在空中飞行时具有________能和________能。
5. 小伟猜想动能的大小可能与物体的质量和运动速度有关，于是设计了如图所示的实验，让小球沿同一光滑斜面向下运动，与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止。
甲 乙
(1)图甲是控制两球的________相等，探究的是动能与________的关系，得出的结论是：____________________________。
(2)图乙中让不同质量的两个小球从同一高度滚下的目的是使两球到达水平面时，具有相同的________。选用图乙探究的是动能与____________的关系，得出的结论是：___________________________________。
6. 市场上有一种叫“跳跳蛙”的机械式儿童玩具，不用电池，安装了发条。使用时上紧发条就能自动向前跳，且发条上得越紧，“跳跳蛙”跳的时间越长。请说明理由。
同步练习 易学精练
一、选择题
1. 如图所示的四种运动中，重力势能转化为动能的是( )
A.运动员被蹦床弹起 B.小球从B向C运动
C.滚摆向上滚动 D.卫星从远地点向近地点运动
2. 将一支有弹力后盖的圆珠笔按在桌面上，松开手，会发现圆珠笔将竖直向上跳起。下列是圆珠笔从松手到上升至最高点的过程中，有关能量转化的分析，正确的是( )
A. 动能——重力势能——弹性势能 B. 弹性势能——动能——重力势能
C. 内能——动能——重力势能 D. 动能——重力势能——机械能
3. 如图所示，在伽利略理想实验中，小球每次均从斜面A点自由滚下，分别经过图中a、b、c各位置，关于小球的动能和重力势能描述错误的是( )
A. 从a到b动能转化为重力势能 B. 在b、c处重力势能相等
C. 从a到c重力势能转化为动能 D. 在a处动能最大
第3题 第4题
4. 把一个内表面光滑的圆碗固定在水平桌面上，将一个小球从碗的一侧边缘由静止释放，如图所示。则小球( )
A. 不能到达碗的另一侧边缘 B. 到达碗底时就会静止不动
C. 到达碗的另一侧边缘时速度为零 D. 能到达碗的另一侧边缘并从碗中飞出
5. 如图所示为一种名为“舂米对”的古代简单机械，使用这种装置时，人在A端用力把它踩下后立即松脚，B端就会立即下落，打在石臼内的谷物上，从而把谷物打碎。下列说法正确的是( )
A. “舂米对”是省力杠杆，B端下落过程中重力势能转化为动能
B. “舂米对”是省力杠杆，B端下落过程中动能转化为重力势能
C. “舂米对”是费力杠杆，B端下落过程中动能转化为重力势能
D. “舂米对”是费力杠杆，B端下落过程中重力势能转化为动能
第5题 第6题
6. 如图所示，AOB是光滑轨道，A点的高度H大于B点的高度h，让小球从A点由静止开始自由滑下，沿轨道AOB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( )
A. a B. b C. c D.d
7. 如图所示是小球在地面弹跳的情景。小球在A点的机械能为120 J，当小球由A点运动到B点时，机械能变为100 J，则小球由B点运动到C点时，其机械能可能为( )
A. 120 J B. 100 J C. 90 J D. 80 J
第7题 第8题
8. 如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，到A点处弹性绳自然伸直。B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点(忽略空气阻力)，下列说法正确的是( )
A. 从O点到C点运动员速度一直减小
B. 从O点到C点运动员的机械能一直在增大
C. 从O点到C点运动员的机械能一直在减小
D. 从O点到A点运动员的机械能不变
二、填空题
9. 如图所示，跳水运动员起跳时，将跳板的________能转化为运动员的动能，在下落过程中又将________能转化为运动员的动能。
第9题 第10题
10. 如图所示，为某火车站设计方案示意图，该图表明与站台前后连接的车轨都有一个小坡度。在火车进站前设计一小段上坡，可以将火车的________能转化为________能，减少刹车所损耗的能量。出站时又可以将________能转化为________能，使启动更方便，同时节约了启动时消耗的能量。
三、解答题
11. 如图所示，过山车在开始旅行时，是靠一个机械装置推上最高点的，在第一次下行后，就没有任何装置为它提供动力了。像所有列车一样，过山车也安装了机械制动装置，使它在结束行程或在紧急情况下能够准确地停下来。
在过山车运行的过程中，请回答下列问题：
(1)过山车通过A点向上运动的过程中，动能与势能是如何转化的？
(2)后面的“小山丘”设计的比开始时的“小山丘”低，为什么？
(3)过山车像所有列车一样，也安装了机械制动装置，在结束行程后能够准确地停下来，当过山车停下时是不是“能量消失了”？
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参考答案
课堂练习 当堂反馈
1. D 2. D 3. C 4. 弹性势 动 重力势 5. (1)质量 速度 质量一定时，物体的速度越大，动能越大 (2)速度 质量 速度一定时，物体的质量越大，动能越大 6. 解：上紧发条后，此时发条发生弹性形变，具有弹性势能，可以推动玩具青蛙运动，发条上得越紧，发条的弹性势能越大，可以转化成的动能就越多。
同步练习 易学精练
1. D 【解析】运动员被蹦床弹起，是蹦床的弹性势能转化为运动员的动能，再转化为重力势能；小球从B向C运动，高度变大，速度变小，是动能转化为重力势能；滚摆向上滚动，高度变大，速度变小，是动能转化为重力势能；卫星从远地点向近地点运动，高度变小，速度变大，是重力势能转化为动能。
2. B 【解析】将一支有弹力后盖的圆珠笔按在桌面上，此时圆珠笔具有弹性势能，松手后弹性势能转化为圆珠笔的动能，随后圆珠笔上升，重力势能增大，故动能又转化为重力势能，故B项符合题意。
3. C
4. C 【解析】圆碗内表面光滑，所以机械能守恒，故小球可以到达碗的另一侧边缘相同的高度，A选项说法错误；到达碗底时，重力势能转化为动能，其速度最大，不会静止不动，故B项说法错误；到达碗的另一侧边缘时，动能全部转化为重力势能，其瞬间速度为零，C选项说法正确；到达碗的另一侧边缘时，其重力势能与起初时相同，故高度相同，不可能从碗中飞出，D选项说法错误。
5. D
6. C 【解析】根据题意，小球从A点由静止滑下，所以小球的机械能等于A点时的重力势能，整个过程中，机械能守恒，轨迹a的最高点超过了A点的高度，这是不可能的，A选项错误；轨迹b的最高点与A点的高度相同，而在最高点时，小球仍具有向右运动的速度，所以机械能大于A点的机械能，B选项错误；轨迹c的最高点低于A点，由于在最高点时小球仍运动，其总机械能可能与开始时的机械能相等，C选项正确；小球离开轨道时，由于惯性，应具有沿轨道方向向上运动的速度，D选项错误。
7. C 【解析】小球由A到B的过程中弹跳的高度大于由B到C过程中弹跳的高度，小球弹跳的越高克服空气阻力做功越多，机械能损失越多，则由A到B的过程中机械能减少了20 J，小球由B到C的过程中机械能的损失应小于20 J，所以小球在C点时，其机械能可能为90 J，故C正确。
8. D 【解析】本题考查动能和势能的转化。根据题意可知，从O点到B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员的拉力，因此运动员的速度越来越大；从B点到C点的过程中，弹性绳对运动员的拉力大于重力，运动员的速度开始减小，到达C点时，速度为零；由于不计空气阻力，因此整个过程机械能守恒。
9. 动 重力势 重力势 动
10. 解：上紧发条后，此时发条发生弹性形变，具有弹性势能，可以推动玩具青蛙运动，发条上得越紧，发条的弹性势能越大，可以转化成的动能就越多。
11. 解：(1)过山车通过A点向上运动的过程中，动能转化为重力势能。 (2)在运动的过程中过山车受
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