專題14　機械能（原卷版）

第3章能量的轉化與守恒

專題14機械能

類型一機械能及其轉化..................................................................................................................................1

類型二探究動能和勢能的影響因素..............................................................................................................6

【方法歸納】

1.動能和勢能

比較物體動能或勢能的大小及其大小變化時，必須同時考慮決定其大小的所有因素，不能只根據其中

某一個因素做出判斷。

動能和勢能可以相互轉化，判斷兩種形式的能是否發(fā)生了轉化，應該看是否為一種形式的能增大，而

另一種形式的能減小，若符合上述條件，則這兩種形式的能發(fā)生了轉化。

2．在探究動能、重力勢能和彈性勢能影響因素的實驗中，應利用控制變量法：每次只改變一個變量，

控制其他變量不變來進行實驗。

上述實驗中，都利用了轉換法：根據小木塊被推動的距離來判斷動能或彈性勢能的大小，或根據小球

砸在沙坑上的凹痕的深淺來判斷重力勢能的大小。

【常考題型】

類型一機械能及其轉化

1．如圖所示，木塊沿斜面從頂端勻速下滑的過程中，木塊的()

A．重力勢能減小，動能增大B．重力勢能減小，機械能減小

C．動能不變，機械能不變D．重力勢能不變，機械能減小

1題圖2題圖

2．擲實心球是某市的中考體育加試項目之一。擲出去的實心球從a處出手后，在空中運動的軌跡如圖

所示，球最終停在水平地面e點處(不計空氣阻力)。則實心球(C)

A．在a處重力勢能最小B．在b處動能為零

C．在a、b、c三處的機械能相等D．在d處動能為零

3．如圖所示，小明在做模擬“蹦極”的小實驗時，將一根橡皮筋一端系一質量為m的小球，另一端固定

在A點，B點是橡皮筋不系小球自然下垂時下端所在的位置，C點是小球從A點自由下落所能到達的最低

點，在小球從A點到C點運動的過程中，不考慮空氣阻力，以下說法正確的是()

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A．小球到達B點時，受的合力為零

B．小球到達C點時，受的合力為零

C．小球的動能一直在增加，重力勢能一直在減小

D．在C點小球的動能為零，橡皮筋的彈性勢能最大

4．體育課上小明同學進行傳接籃球訓練，他將球斜向上拋出，球的運動軌跡如圖所示，a、b、c、d為

軌跡上的點，其中a、c兩點高度相同，不計空氣阻力，則籃球在()

A．a、c兩點的動能相等B．a點的機械能比d點機械能大

C．a點動能比d點動能大D．b點的動能最大

5.一顆番茄從手中由靜止開始下落，撞擊水面時濺起許多水珠(如圖)，同時番茄仍有較大速度并繼續(xù)下

沉。若不計一切機械能損耗，番茄從開始下落至剛好浸沒時減少的勢能()

A．等于所有濺起的水珠在撞擊過程中增加的機械能總和

B．大于所有濺起的水珠在撞擊過程中增加的機械能總和

C．等于所有濺起的水珠在空中上升過程中增加的機械能總和

D．小于所有濺起的水珠在空中上升過程中增加的機械能總和

6．如圖，輕質彈簧豎直放置，下端固定于地面，上端位于O點時彈簧恰好不發(fā)生形變。現將一小球放

在彈簧上端，再用力向下把小球壓至圖中A位置后由靜止釋放，小球將豎直向上運動并脫離彈簧，不計空

氣阻力，則小球()

A．運動至最高點時，受平衡力作用

B．被釋放瞬間，所受重力大于彈簧彈力

C．從A點向上運動過程中，速度先增大后減小

D．從O點向上運動過程中，重力勢能轉化為動能

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7．乒乓球發(fā)球機在同一高度以相同的初速度朝不同方向分別發(fā)出a、b、c三個球，若不計空氣阻力，

則落到水平桌面時三者的速度大小關系是()

A．va＞vb＞vcB．vb＞vc＞vaC．va＞vc＞vbD．va＝vb＝vc

8.【中考?福建】踢毽子是一項有益的體育活動。如圖所示，毽子某次被踢出后，豎直上升經過某一位

置時，毽子的動能和重力勢能分別為Ek1和Ep1，下落經過同一位置時，毽子的動能和重力勢能分別為Ek2

和Ep2，則()

A．Ek2﹥Ek1B．Ek2﹤Ek1C．Ep2﹥Ep1D．Ep2﹤Ep1

9．如圖甲所示，小球從豎直放置的彈簧上方一定高度處由靜止開始下落，從a處開始接觸彈簧，壓縮

至c處時彈簧最短。從a處至c處的過程中，小球在b處速度最大。小球的速度v和彈簧被壓縮的長度ΔL

之間的關系如圖乙所示。不計空氣阻力，則從a處至c處的過程中，下列說法中正確的是()

A．小球所受重力始終大于彈簧的彈力

B．小球的重力勢能先減小后增大

C．小球減少的機械能轉化為彈簧的彈性勢能

D．小球的動能一直減小

10．如圖所示，物體沿斜面從頂端勻速下滑至底端。在這個過程中，物體的速度v、通過的距離s、機

械能E和動能Ek隨時間t的變化如圖所示，則錯誤的是()

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11.如圖所示，某同學坐在輪胎上從雪道的A點由靜止開始滑下，經最低點B滑行到右邊坡道的最高點

C，輪胎與雪道之間有摩擦力存在。從A到C的過程中()

A．重力勢能一直減少B．動能一直減少C．動能一直增加D．機械能一直減少

12.在蹦床比賽中，運動員從高處落到蹦床上又被彈起，該過程中有關機械能及其轉化的說法正確的是

()

A．運動員上升到最高點時重力勢能為零

B．運動員下降過程中機械能增大

C．運動員從高處下落到蹦床前，重力勢能轉化為動能

D．運動員彈離蹦床后，上升的過程中，彈性勢能轉化為動能

13．如圖所示，小球從距離地面一定高度的O點沿x軸豎直落下，不計空氣阻力，圖象表示小球某種

形式的能量E隨下落高度x的變化情況。E可能表示小球的()

A．動能B．彈性勢能C．機械能D．重力勢能

14．在中考體育考試中，小剛投出的實心球在空中的運動軌跡如圖所示，若不考慮空氣阻力，則實心

球從離開手后到最高點的過程中，球受________個力的作用，球的機械能________(填“增大”“減小”或“不

變”)，在最高點時，球的動能______(填“大于”或“等于”)零。實心球下落時，越來越快是因為____________

能轉化為______能。

15．2016年5月6日，長沙磁懸浮列車試運營，讓中國成為世界上少數幾個掌握中低速磁懸浮列車

技術的國家之一。磁懸浮列車有很多優(yōu)點，爬坡能力也比傳統(tǒng)軌道交通工具強，所以在設計軌道時可以做

大“節(jié)能坡”，充分利用列車在上下坡時的機械能轉化以達到______的目的。當磁懸浮列車從“節(jié)能坡”上向

下運動時，__________能轉化為動能。

16．如圖，在一個金屬罐的蓋和底各開兩個小洞。將小鐵塊用細繩綁在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮

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筋兩端穿過蓋和底的小洞并固定起來，使小鐵塊懸于罐體內。做好后將罐子從不太陡的斜面滾下，罐子和

小鐵塊的動能會轉化為橡皮筋的__________，滾動一段時間后罐子停下來，然后再沿斜面向上滾動，此時

罐子的重力勢能會________(填“增大”“減小”或“不變”)。

17．如圖所示，a、b為豎直向上拋出的小石塊在上升過程中動能和重力勢能隨高度變化的兩條圖線(不

計空氣阻力)，其中________是動能—高度關系圖線，小石塊達到的最大高度為________m，小石塊在最高

點時的機械能為________J。

18．如圖所示，將兩根相同的輕質彈簧固定在水平地面，甲、乙兩鋼球(m甲＞m乙)正對彈簧從同一高度

h同時自由下落，兩球接觸彈簧并向下壓縮彈簧。請回答下列問題：

(1)當各自速度達到最大值的位置時，哪個球使彈簧形變程度更大？

(2)若兩球各自再繼續(xù)向下運動相同的距離時，它們所受的合力分別為F甲和F乙，請判斷F甲和F乙的大

小關系，并說明理由。(整個過程均在彈簧的彈性限度內，不計空氣阻力)

19.趣味蹦床可以有效鍛煉小朋友的平衡能力。如圖所示，小華離開蹦床上升過程中，經過A點(動能為

E1)后到達最高點B，從B點下落時，再次經過A點(動能為E2)。不計空氣阻力，請回答：

(1)從A上升到B的過程中，小華的重力勢能如何變化？

(2)E1和E2的大小關系，并說明判斷依據。

解：(1)變大。

(2)E1＝E2；不計空氣阻力，小華的機械能是守恒的，即上升過程中的A點和下落過程中的A點的機械

能是相同的，由于A點的高度不變，小華的質量不變，重力勢能不變，所以動能是相同的。

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類型二探究動能和勢能的影響因素

1．在“探究影響動能大小的因素”實驗中，如圖a、b、c所示，讓質量為m、2m的兩個小球分別從斜面

上由靜止?jié)L下，小球撞擊放在水平木板上的木塊，使木塊滑動，虛線位置為木塊滑動一段距離后停止的位

置。

(1)小球動能是由__________(填某種能量)轉化來的。

(2)實驗中通過________________反映小球動能的大小。

(3)比較____________兩圖進行的實驗，可以探究小球的動能與速度的關系。

(4)比較a、b兩圖進行的實驗，可以得到小球的動能隨質量增大而________。

2．興趣小組的同學認為車禍的危害程度與汽車的動能大小有關，于是他們進行了如下探究：

【提出問題】汽車的動能大小跟什么因素有關？

【猜想假設】由“十次車禍九次快”可猜想：汽車的動能可能跟________有關；由“安全駕駛莫超載”可猜

想：汽車的動能可能跟________有關。

【進行實驗】他們做了如圖所示的三次實驗：用金屬球模擬汽車，讓金屬球從斜槽的某一高度由靜止

開始滾下，碰到水平面上的物塊，將物塊撞出一段距離。物塊被撞擊得越遠，說明金屬球到達水平面時的

動能就越____。

【分析論證】分析甲、丙兩圖的實驗現象，可以初步得到的結論是________________________________

______。

【實踐應用】用甲、乙兩圖的實驗現象所得到的結論，可以解釋汽車________(填“超載”或“超速”)行駛

時危險性大的原因。

3．某同學在體育活動中，從鉛球下落陷入沙坑的深度情況猜想到：物體的重力勢能可能與物體的質量、

下落高度和運動路徑有關。于是設計了如圖所示的實驗：用大小、形狀相同的A、B、C、D四個鉛球，其

中A、C、D三球的質量為m，B球質量為2m，讓A、B兩球從距沙坑表面高H處靜止下落，C球從距沙

坑表面高2H處靜止下落，D球從距沙坑表面高2H的光滑彎曲管道上端靜止滑入，最后從管道下端豎直落

下(球在光滑管道中運動的能量損失不計)。實驗測得A、B兩球陷入沙坑深度分別為h1和h2，C、D兩球陷

入沙坑深度均為h3，且h1＜h2＜h3。

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(1)本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過____________________來反映的。

(2)比較A、B兩球，發(fā)現B球陷入沙坑深度更大，由此可得出結論：當下落高度一定時，

____________________________。

(3)比較__________兩球，發(fā)現C球陷入沙坑深度更大，由此可得出結論：當物體質量相同時，下落的

高度越高，物體的重力勢能越大。

(4)比較C、D兩球，發(fā)現兩球運動的路徑不同，但陷入沙坑深度相同，由此可得出結論：物體的重力

勢能與物體運動的路徑________(填“有關”或“無關”)。

4．在探究“動能和重力勢能相互轉化”的實驗中，采用如圖所示的實驗裝置。用細線把一個質量為m的

小球懸掛起來，將小球從位置B拉到位置A，由靜止釋放小球，觀察小球從A→B→C的過程中的高度和速

度的變化，并測出了小球在A、B、C三個位置時動能和重力勢能的值，從而分析這一過程中動能和重力勢

能之間的轉化，數據如表所示。

運動過程或位置AA→BBB→CC

動能Ek/J0增加4.98減少0

重力勢能Ep/J5.00減少0增加4.97

(1)小球在圖中的C位置，受到________個力的作用。

(2)從實驗中可以看出，小球從A→B的過程中速度不斷增加，高度不斷降低，這個過程中是重力勢能逐

漸轉化為________；在能量轉化的過程中，機械能在逐漸減少，這主要是由于小球受到____________造成

的。

(3)在實驗中，如果換用質量為2m的小球，其他條件不變，那么，小球到達B位置時的機械能________(填

“大于”“小于”或“等于”)質量為m的小球到達B位置時的機械能。

5．為了探究“彈簧的彈性勢能跟哪些因素有關”，小明同學設計了如圖所示的裝置，并進行了如下實驗。

①將彈簧放在水平面上，一端固定。

②在彈性限度內，用物塊(物塊與彈簧不連接)將彈簧壓縮，測量并記錄彈簧的形變量Δl。

③由靜止釋放物塊，測量并記錄物塊在水平面上滑行的距離s。

④多次改變彈簧的形變量，重復步驟②③。

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⑤分析實驗數據得出結論。

請回答以下問題：

(1)本實驗中，探究了彈簧彈性勢能大小跟______________________的關系。

(2)本實驗中，彈簧彈性勢能大小是通過__________________來間接反映的。

(3)本實驗中，從物塊離開彈簧到靜止，物塊將________能轉化為內能。

6．小江同學利用一個彈珠、三根材料和厚度相同、長