第十二章機械能和內(nèi)能（解析版）課時12.1動能勢能機械能2022年課程標準物理素養(yǎng)3.2.1知道動能、勢能和機械能。通過實驗，了解動能和勢能的相互轉化。舉例說明機械能和其他形式能量的相互轉化。3.1.3結合實例，認識功的概念。知道做功的過程就是能量轉化或轉移的過程。物理觀念：知道動能的大小與物體的質量和運動速度有關。科學思維：觀察實例，建立彈性勢能和重力勢能的概念，知道影響彈性勢能、重力勢能大小的因素。科學探究：觀察實驗，了解動能和勢能相互轉化，能解釋有關機械能相互轉化的現(xiàn)象。科學態(tài)度與責任：能列舉實例，說明運動的物體能對其他物體做功，具有動能。知識點一、能量1.現(xiàn)象探究：能做功的物體具有能量：做功有快慢之分，那么，怎樣比較做功的快慢呢？下面我們類比速度的定義進行說明。現(xiàn)象圖示分析歸納海嘯將建筑物、汽車等一掃而空流動的海水能將建筑物、汽車等一掃而空，流動的海水能對外做功，即流動的海水具有做功本領像流動的海水、被拉彎的弓、被舉高的重錘等物體能夠對外做功，我們就說這些物體具有能量被拉彎的弓將箭射出被拉彎的弓能將箭射出，弓能對外做功，即被拉彎的弓具有做功本領被舉高的重錘下落敲擊木樁而將木樁打入地里被舉高的重錘，當它下落時可以把地面上木樁打入地里，它可以對木樁做功，即被舉高的重錘具有做功本領2.能量的概念及單位（1）物體能夠對外做功，我們就說這個物體具有能量，簡稱能。（2）能量的單位與功的單位相同，在國際單位制中，能量的單位是焦耳（J）。3.對能的理解（1）能量是表示物體做功本領的物理量。（2）物體做功過程實質上是能量轉化或轉移的過程，物體能夠做功越多，表示這個物體所具有的能量越大。4.能與功的區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別功是一個過程量，能是一個狀態(tài)量功是描述力對物體作用過程中取得的成效的物理量，是相對于一個過程而言的；能是描述一個物體做功本領的物理量，是一個狀態(tài)量具有能量的物體不一定做功，而正在做功的物體一定具有能量聯(lián)系功是能量變化的量度★特別提醒：“能夠做功”與“做了功”的區(qū)別物體“能夠做功”與“做了功”是兩個不同的概念。“能夠做功”表示物體具有做功本領，與做不做功沒關系；“做了功”表示結果，是物體對另一個物體施力并經(jīng)過一段距離后取得了成效?！镜淅?】下列說法中正確的是（）。A．靜止的物體不具有能 B．能夠做功的物體一定具有能C．具有能的物體一定在做功 D．沒有做功的物體不具有能【答案】B?！窘馕觥緼,停在空中的直升機,具有一定高度,有重力勢能,所以A不正確；B,一個物體如果具有了對別的物體做功的本領,我們就說這個物體具有能量,或者說具有能,所以B正確；C和D.具有能量的物體不一定正在做功,如被舉到高處而靜止的物體具有重力勢能，但它不做功，所以CD不正確。故選B。知識點二、動能1.現(xiàn)象探究：運動的物體是否具有能現(xiàn)象圖示分析歸納風吹著帆船移動空氣在流動的過程中對帆做功風、流動的河水和飛行的子彈都能做功，它們都具有能量，分析這些物體的共同特點可知，這些物體都是由于運動而具有能量河水把砂石沖走水在流動過程中對砂石做功子彈射穿雞蛋子彈在運動過程中對雞蛋做功2.動能：物體由于運動而具有的能叫做動能。一切運動的物體都具有動能。例如，空中飛行的小鳥、行駛的汽車、流動的水等?！锾貏e提醒：敘述動能的定義時，只能說“物體由于運動而具有的能”，不能說“運動的物體具有的能”，因為運動的物體除了具有動能外，還可能具有其他形式的能，如高空飛行的飛機除了具有動能外，還具有重力勢能和內(nèi)能等。3.實驗探究：物體的動能跟哪些因素有關提出問題物體的動能跟哪些因素有關？猜想與假設（1）“十次車禍九次快”，猜想動能可能與物體運動的速度有關；（2）同樣速度的自行車和汽車，碰到行人后造成的傷害不同，猜想動能可能與物體的質量有關設計實驗與制訂計劃用如圖所示的裝置探究鋼球的動能與速度及質量的關系。實驗中，通過換用不同質量的鋼球來改變質量，讓同一鋼球從不同高度處滾下來改變速度。鋼球動能的大小由木塊被推動的距離遠近來反映（轉換法），木塊被推動的越遠，說明鋼球的動能越大。進行實驗（1）讓同一鋼球從斜面的不同高度處由靜止開始滾下，推動木塊移動，比較兩次木塊被推動距離的遠近，如圖甲、乙所示。甲乙（2）換用質量不同的鋼球，讓它們從斜面的同一高度處由靜止開始釋放，滾下后推動木塊移動，比較兩次木塊被推動距離的遠近，如圖丙、丁所示。丙丁分析與論證（1）同一鋼球從不同高度處滾下，鋼球碰撞木塊時的速度不同。高度越高，鋼球碰撞木塊時速度越大，木塊被推得越遠，說明物體的動能與物體的速度有關；（2）不同鋼球從同一高度處滾下，鋼球碰撞木塊時的速度相同。質量大的鋼球將木塊推得遠，說明物體的動能與物體的質量有關。實驗結論物體動能與物體的質量和運動的速度有關。質量相同的物體，運動速度越大，動能越大；運動速度相同的物體，質量越大，動能越大。4.理解動能大小時應注意的問題一切運動的物體都具有動能，物體的動能由物體質量和運動速度決定，在討論物體動能大小時，必須同時分析兩個因素。例如，一顆子彈的速度大于火車的速度，但子彈的動能不一定比火車的動能大，因為子彈的質量比火車的質量小得多；也不能因為火車的質量比子彈的質量大得多，就認為火車的動能一定比子彈的動能大，例如當火車的速度為零時，其動能一定比飛行的子彈小。【典例2】體積相同的實心鉛球和木球(??鉛>??木)，它們以相同速度勻速在水平面上滾動，比較它們的動能大小說法正確的是（）。A．鉛球動能大 B．木球動能大C．鉛球和木球的動能一樣大 D．無法判定【答案】A?！窘馕觥裤U球的密度比木球的大，且體積相同，據(jù)m=ρV知，m鋁>m木。兩球在水平上滾動的速度相同，所以鋁球的動能大于木球的動能，故A正確，BCD錯誤。故選A。知識點三、勢能1.重力勢能（1）現(xiàn)象探究：位于高處的物體具有能量現(xiàn)象圖示分析歸納從高空落下的隕石把地面砸出一個大坑隕石對地面做了功，說明從高空落下的隕石具有能量位于高處的物體下落時可以做功，表明位于高處的物體具有能量水一直從高處往下滴，時間長了能把石頭滴穿位于高處的水滴對石頭做功，說明高處的水滴具有能量從高處落下的鉛球落在沙地中能砸出坑鉛球對沙地做了功，說明從高處落下的鉛球具有能量（2）重力勢能：在地球表面附近，物體由于受到重力并處在一定高度時所具有的能，叫做重力勢能。（3）實驗探究：影響重力勢能大小的因素提出問題重力勢能的大小與哪些因素有關？猜想與假設（1）生活中手機從幾厘米高處跌落一般不會損壞，但從幾米高處跌落，一般會造成較嚴重的損壞，由此猜想，重力勢能的大小可能與高度有關；（2）下冰雹時，重冰雹比輕冰雹造成的危害大得多，由此猜想，重力勢能的大小可能與物體的質量有關設計實驗與制訂計劃將小方桌放置在沙箱中鋪平的沙面上，讓物體從某一高度自由下落撞擊小方桌，小方桌下陷越深，說明下落的物體能夠做的功越多（轉換法），即物體具有的重力勢能越大。改變同一物體下落的高度，或從同一高度釋放不同質量的物體，比較物體對小方桌做功的多少。進行實驗（1）讓同一物體從不同高度處自由下落撞擊小方桌，如圖（b）、（c）所示。（2）讓不同物體從同一高度處自由下落撞擊小方桌，如圖（c）、（d）所示。實驗現(xiàn)象（1）同一物體下落時的高度越高，小方桌下陷得越深。（2）從同一高度下落時，質量大的物體比質量小的物體使小方桌下陷得更深。分析與論證（1）質量相等時，較高處物體使小方桌下陷的深度大，說明質量相等時，高度大的物體重力勢能大；（2）高度相等時，質量大的物體使小方桌下陷的深度大，說明同一高度，質量大物體的重力勢能大。實驗結論同一高度，物體的質量越大，重力勢能越大；同一質量物體，高度越大，物體的重力勢能越大?！镜淅?】下列事例中的物體都與能量有關，其中，描述的物體具有彈性勢能的是（

）。A．被撐桿跳高運動員跳高時壓彎的撐桿B．為了捕獲到食物，在森林里快速奔跑的獵豹C．舉到高處的重鍾D．豎直向上運動到達到最高點的皮球【答案】A?！窘馕觥緼．被撐桿跳高運動員跳高時壓彎的撐桿發(fā)生了彈性形變，具有彈性勢能，故A符合題意；B．為了捕獲到食物，在森林里快速奔跑的獵豹具有一定的速度和質量，具有動能，不具有彈性勢能，故B不符合題意；C．舉到高處的重錘具有質量和高度，具有重力勢能，不具有彈性勢能，故C不符合題意；D．豎直向上運動到達到最高點的皮球，具有一定的高度和質量，具有重力勢能，不具有彈性勢能，故D不符合題意。故選A。2.彈性勢能（1）現(xiàn)象探究：如圖甲所示，彈弓上被拉長的橡皮筋存儲了能量，能把“子彈”射出，且橡皮筋的彈性形變越大，“子彈”被射出的距離越遠；如圖乙所示，被壓縮的彈簧存儲了能量，能把小車彈開，且彈簧形變量越大，小車被彈開的距離越遠。由此可知，發(fā)生彈簧形變的物體在恢復形變時可以對外做功，即發(fā)生彈性形變的物體具有能量。甲乙（2）彈性勢能的定義：物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫做彈性勢能。（3）決定彈性勢能大小的因素：物體彈性勢能的大小與物體的彈性形變程度和物體本身的材料有關。對同一物體，彈性形變越大，彈性勢能越大。★特別提醒：一個物體是否具有彈性勢能，關鍵看該物體是否發(fā)生了彈性形變。若物體發(fā)生了彈性形變，則此物體具有彈性勢能；若物體雖然發(fā)生了形變，但不是彈性形變，則沒有彈性勢能，如一捏就扁的的面團，就不具有彈性勢能。（4）彈性勢能的應用彈性勢能的應用很廣泛。如發(fā)條玩具，只要上緊玩具內(nèi)的發(fā)條，松手后玩具就會再彈性勢能的作用下動起來?！镜淅?】如圖所示是課本某一實驗的演示情景，有關此實驗的說法中正確的是（）。A．此實驗說明了小鋼球有慣性，紙片無慣性B．紙片被彈出后，小鋼球隨后也飛出去C．彈性鋼片彎曲時具有彈性勢能D．彈性鋼片將紙片彈出，說明了力能改變物體的形狀【答案】C?！窘馕觥緼．一切物體都具有慣性，小鋼球和紙片都具有慣性，故A錯誤；B．小鋼球原來是靜止的，當塑料片受力飛出時，小鋼球由于慣性還要保持原來的靜止狀態(tài)，故小鋼球不會隨塑料片飛出，故B錯誤；C．彈性鋼片彎曲時發(fā)生彈性形變，所以彈性鋼片彎曲時具有彈性勢能，故C正確；D．彈性鋼片將紙片彈出，說明力可以改變物體的運動狀態(tài)，故D錯誤。故選C。3.勢能：重力勢能與彈性勢能是常見的兩種勢能。4.動能和勢能的異同點概念特點決定因素共同特點動能物體由于運動而具有的能一切運動的物體都具有動能質量、速度具有能的物體都能夠做功，三種形式的能單位都是焦耳（J）勢能重力勢能物體由于受到重力并處在一定高度時所具有的能一切受到重力且位于高處的物體都具有重力勢能質量、高度彈性勢能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能一切發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能彈性形變程度、材料★拓展培優(yōu)：勢能和動能的相對性1.物體所處的高度具有相對性，所以物體所具有的能也具有相對性。例如，放在書桌上課本，相當于地面來說有一定的高度，具有重力勢能，而相對于桌面其高度為0，重力勢能為0。2.物體的運動速度大小與選取的參照物有關，即速度大小具有相對性，那么動能的大小也具有相對性。同一物體相對于不同參照物，動能一般是不同的。例如，疾駛的列車對乘客而言，桌面上放著的茶杯相對于乘客是靜止的，對乘客無害，但是相對于列車外的行人，茶杯速度很大，動能很大，一旦擲出窗外砸到行人就會對行人造成嚴重的傷害。知識點四、機械能及其轉化1.機械能（1）定義：動能、重力勢能、彈性勢能統(tǒng)稱為機械能。機械能是和物體運動緊密聯(lián)系的能量。機械能的單位是焦耳（J）。（2）對機械能的理解一個物體可以只有動能，也可以只有勢能，還可以既有動能又有勢能，都稱為物體具有機械能。物體只有動能，如在水平路面上行駛的汽車；物體只有勢能，如懸掛在空中靜止的物體、射箭時發(fā)生彈性形變的弓；物體同時具有動能和勢能，如在空中飛行的飛機、小鳥等。2.動能和勢能的轉化（1）實驗探究：動能和重力勢能的相互轉化單擺實驗滾擺實驗圖示現(xiàn)象將小球拉至A點釋放，小球加速擺向B點，然后擺向C點，速度越來越小，到C點的速度為零，之后再經(jīng)過B點回到A點，不斷往復（因為有空氣阻力，實際上不能回到A點）捻動滾擺的軸，使?jié)L擺上升至某一高度后松開，滾擺開始旋轉下降，轉速越來越大，到最低點后，開始纏繞懸線上升，轉速逐漸變小，最終再次上升到原來的高度，之后再次下降，不斷重復（因為有空氣阻力，滾擺不能回答原來的高度）能量轉化情況分析單擺的運動可分為上升段和下降段。其動能和重力勢能轉化情況見下表。運動階段高度重力勢能速度動能能的轉化下降段A→BC→B降低減小變大增大重力勢能轉化為動能上升段B→AB→C升高增大變小減小動能轉化為重力勢能滾擺的運動也可分為上升段和下降段。其動能和重力勢能轉化情況見下表。運動階段高度重力勢能速度動能能的轉化下降段降低減小變大增大重力勢能轉化為動能上升段升高增大變小減小動能轉化為重力勢能探究歸納在一定條件下，動能和重力勢能可以互相轉化。（2）實驗探究：動能和彈性勢能的相互轉化【進行實驗】一個木球以一定的速度v0撞到彈簧片上?！痉治稣撟C】探究過程球的速度球的動能彈簧片形變程度彈簧片的彈性勢能能的轉化木球壓彎彈簧片不斷減小，直至為零不斷減小，直至為零由小變大不斷增大動能轉化為彈性勢能彈簧片把木球彈回由零不斷增大由零不斷增大由大變小不斷減小，直至為零彈性勢能轉化為動能【歸納總結】在一定條件下，動能和彈性勢能可以互相轉化?！锾貏e提醒：動能和彈性勢能的之間的轉化，可以發(fā)生在同一物體上，也可以發(fā)生在不同物體之間。例如，由高處落下的籃球在撞擊地面發(fā)生了彈性形變過程中，球的動能轉化為自身的彈性勢能；球在恢復原狀的過程中，球的彈性勢能轉化為自身的動能，動能和彈性勢能在一個物體上相互轉化。運動員進行蹦床表演時，運動員的動能和蹦床的彈性勢能在兩個物體間相互轉化。【典例5】如圖所示，A、B兩球質量相等，A球用不可伸長的輕繩系于O點，B球用輕彈簧系于點，O與點在同一水平面上。分別將A、B球拉到與懸點等高處，細繩和輕彈簧均處于水平，彈簧處于自然狀態(tài)，將兩球分別由靜止開始釋放，當兩球第一次達到各自懸點的正下方時，兩球仍處在同一水平面上，則兩球各自第一次到達懸點正下方時（不計空氣阻力）（）。A．兩球的動能相等 B．B球動能較大C．A球動能較大 D．A球損失的重力勢能較多【答案】C?！窘馕觥績蓚€小球質量相同，且開始時處于同一高度，因此它們具有的重力勢能相等。由題意可知，兩球下降的高度相等，則兩球的重力勢能減小量相等，即兩球損失的重力勢能相等。不計空氣阻力，當A球擺動到最低點時，它損失的重力勢能全部轉化為動能；B球擺動到最低點時，損失的重力勢能轉化為動能和彈簧的彈性勢能，因此A球的動能大。故ABD不符合題意，C符合題意。故選C。3.機械能守恒（1）機械能守恒大量研究結果證明，如果只有動能和勢能相互轉化，盡管動能、勢能的大小會變化，但機械能的總和不變，或者說機械能守恒?！锾貏e提醒：機械能守恒的條件是只有動能和勢能之間發(fā)生轉化，沒有其他形式的能參與轉化。但在現(xiàn)實生活中，由于摩擦阻力的存在，動能和勢能相互轉化的過程中總要克服摩擦力做功，總有部分機械能轉化為其他形式的能，機械能的總量減少。★拓展培優(yōu)：能量轉化的普遍性自然界中，各種形式的能量都可以相互轉化，能量轉化過程中總是一種形式的能量減少，另一種形式的能量增加動能和勢能的相互轉化只是各種能量轉化的一種。（2）判斷機械能如何變化①當物體的機械能守恒時，動能和勢能中一種形式的能量減少，另一種形式的能量必然增加。示例（忽略空氣阻力和摩擦導致的機械能損失）判斷依據(jù)能的轉化速度高度形變滾擺上升時減小增大——動能轉化為重力勢能過山車下降時增大減少——重力勢能轉化為動能運動的小球壓縮彈簧時減小——增大動能轉化為彈性勢能彎弓射箭時增大——減小彈性勢能轉化為動能②物體受外力作用機械能不守恒時，可先分析動能和勢能的變化情況，再結合“機械能=動能+勢能”來判斷。示例動能變化勢能變化機械能水平路面上加速運動的小車增大不變增大水平路面上減速運動的小車減小不變減小勻速上升的熱氣球不變增大增大勻速下降的熱氣球不變減小減小斜面上減速下滑的滑塊減小減小減小汽車加速沖上斜面增大增大增大③人造衛(wèi)星運行時的機械能轉化人造衛(wèi)星繞地球橢圓軌道運行過程中，不受空氣阻力，只有動能與勢能的相互轉化，故衛(wèi)星的機械能守恒。如圖所示，它離地球中心最遠的一點叫遠地點，離地球中心最近的一點叫近地點，衛(wèi)星在兩點間運行時能量轉化情況如圖所示?！镜淅?】沿水平桌面自由滾落的排球的運動軌跡如圖，C、F兩處高度相同，D為球與水平地面的接觸點，忽略空氣阻力，關于排球的說法，正確的是（）。A．C點的動能等于F點的動能B．C點的重力勢能等于F點的重力勢能C．E點到F點的過程中，機械能減小D．D點到E點過程中，彈性勢能轉化為動能【答案】B。【解析】A．忽略空氣阻力，當小球落地時，對地面做功，一部分機械能轉化內(nèi)能，C點的機械能小于F點的機械能，重力勢能相同，故C點的動能小于F點的動能，故A錯誤；B．高度相同，質量相同，C點的重力勢能等于F點的重力勢能，故B正確；C．E點到F點的過程中，沒有能量損失，機械能不變，故C錯誤；D．D點到E點過程中，彈性勢能轉化為動能、重力勢能，故D錯誤。故選B。問題一：動能和勢能間的轉化1.動能與重力勢能間的轉化：看到下落，學生就容易習慣性的認為重力勢能轉化為動能，當當物體勻速下落時，速度不變，物體的動能不變，此時重力勢能沒有轉化為動能。2.動能與彈性勢能間的轉化：解答此類問題的關鍵是確定哪個階段物體做加速運動，哪個階段小球做減速運動。（1）加速運動時：彈性勢能轉化為動能；（2）減速運動時：動能轉化為彈性勢能。3.動能、重力勢能、彈性勢能間的轉化：不計空氣阻力時，物體的機械能守恒。在分析動能、重力勢能和彈性勢能之間的轉化時，根據(jù)物體運動情況，可以把物體的運動的整個過程進行分段?？紤]每段運動過程中，物體運動速度的變化情況，物體的形變情況，即可分析重力勢能和彈性勢能的變化規(guī)律，以及動能與重力勢能和彈性勢能之間的轉化?！镜淅?】如圖甲所示，輕彈簧豎直固定在水平面上，時刻，將一重為G的金屬小球從彈簧正上方某一髙度處靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點，然后被彈簧彈起，上升到一定高度后再下落，如此反復，通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器，測出這一過程彈簧彈力F隨時間t變化的圖象如圖乙所示，則（）。A．時刻小球的動能最大；B．時刻小球的重力勢能最大；C．時刻小球的機械能等于時刻小球的機械能；D．從開始下落到第一次到達最低點，小球內(nèi)能的增加量小于這兩個時刻小球機械能的減少量【答案】D?！窘馕觥緼B．t1時刻小球剛與彈簧接觸，與彈簧接觸后，開始一段時間內(nèi)彈力小于重力，則小球仍然向下做加速運動，其動能變大，剛釋放時高度最高，重力勢能最大，故AB不符合題意；C．時刻彈簧具有彈性勢能，時刻彈簧沒有彈簧彈性勢能，所以小球機械能變小，故C不符合題意；D．從開始下落到第一次到達最低點，這兩個時刻小球機械能的減少量等于彈簧彈性勢能增加量和小球內(nèi)能增加量，故小球內(nèi)能的增加量小于這兩個時刻小球機械能的減少量，故D符合題意。故選D。【變式1-1】（2024·江蘇·二模）如圖所示，軌道ABC由粗糙圓弧軌道AB和光滑的水平軌道BC組成，小球從A點由靜止釋放，不計空氣阻力，則小球（）。A．從A到B過程重力勢能增大 B．在AB段重力勢能只轉化為動能C．在BC段做加速直線運動 D．從B到C過程中受平衡力作用【答案】D?！窘馕觥緼．小球從A到B質量不變，高度降低，所以重力勢能減小，故A不符合題意；B．AB段粗糙，小球克服摩擦做功，所以在AB段重力勢能轉化為動能和內(nèi)能，故B不符合題意；C．BC光滑，小球在水平方向上沒有受到力的作用，由牛頓第一定律可知，小球將做勻速直線運動，故C不符合題意；D．從B到C過程中，小球在水平方向上沒有受到力的作用，豎直方向上受到重力和支持力的作用，重力和支持力是一對平衡力，所以小球受平衡力作用，故D符合題意。故選D?！咀兪?-2】（21-22九年級下·江蘇宿遷·期中）如圖所示是小強同學在體育中考“原地投擲實心球”項目測試中球出手時的飛行方向．球從飛出到落地的過程中，機械能的變化情況是（空氣阻力忽略不計）（）。A．球的機械能保持不變B．球出手時勢能最大C．球落地時機械能最大D．球出手時動能最大【答案】A?！窘馕觥吭跈C械能的轉化中，忽略空氣的阻力，機械能是守恒的，即只在動能和勢能間的轉化。小強同學在體育學考“原地擲實心球”項目測試中球出手時鉛球具有勢能和動能，鉛球上升時，速度減小，動能減小，高度變大，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能；鉛球在下降時，速度增大，動能增大，高度減小，重力勢能減小，重力勢能轉化為動能；鉛球在最高點時的重力勢能最大；鉛球在最低點時動能最大；忽略空氣的阻力，機械能是守恒的，即只在動能和勢能間的轉化，球的機械能保持不變，故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。問題二：機械能守恒判斷機械能是否守恒的關鍵（1）從能量角度：若整個過程只有動能和勢能的相互轉化，沒有其他形式的能參與轉化，則機械能守恒；（2）從受力角度：若物體只受重力、彈力作用，而沒有其他力的作用，則可認為機械能守恒。【典例2】（2024·江蘇鎮(zhèn)江·二模）2024年4月25日，神舟十八號載人飛船發(fā)射圓滿成功，三名航天員成功進入中國空間站核心艙，與神舟十七號航天員乘組實現(xiàn)“太空會師”。下列說法正確的是（）。A．漂浮在空間站中的宇航員處于平衡狀態(tài)B．空間站組合體在軌穩(wěn)定運行過程中機械能守恒C．飛船在升空過程中，只存在動能和勢能的相互轉化D．空間站組合體在太空中沿橢圓軌道繞地球運行，近地點時動能最小【答案】B?！窘馕觥緼．宇航員在飛船內(nèi)部，飛船圍繞地球做勻速圓周運動，速度方向改變，不屬于平衡狀態(tài)，不受平衡力，故宇航員不處于平衡狀態(tài)，故A錯誤；B．太空是真空，沒有空氣阻力，因此空間站組合體在軌穩(wěn)定運行過程中只存在動能和勢能的相互轉化，機械能守恒。故B正確；C．飛船在升空過程中，要克服空氣阻力做功，一部分機械能轉化為內(nèi)能，并不止存在動能和勢能的相互轉化，故C錯誤；D．空間站組合體在太空中沿橢圓軌道繞地球運行，在近地點時速度最大，動能最大，故D錯誤。故選B。【變式2-1】（2024·江蘇鎮(zhèn)江·二模）如圖所示，重10N的物體M，其上表面通過測力計與電梯頂部相連，電梯由靜止開始運動，測力計在不同的時間段的示數(shù)如圖所示，則下列說法正確的是（）。A．物體0-t1可能向下運動B．物體t1-t2機械能保持不變C．物體t2-t3可能加速直線運動D．物體0-t3機械能在增大【答案】D。【解析】根據(jù)題意可知，物重G=10N；物體由靜止開始豎直向上運動，測力計的示數(shù)反映了向上拉力的大??；A．由F-t圖像可知，0～t1時間內(nèi)，拉力F1＞10N，拉力大于重力，則合力的方向向上，而電梯由靜止開始運動，所以物體向上做加速運動；故A錯誤；B．由F-t圖像可知，t1～t2時間內(nèi)，拉力F2=10N，拉力等于重力，物體所受合力為零，所以物體保持原來的速度做勻速直線運動，但高度發(fā)生變化，故機械能是變化的，故B錯誤；C．由F-t圖像可知，t2～t3時間內(nèi)，拉力F3＜10N，拉力小于重力，合力的方向向下，所以物體向上做減速運動，故C錯誤；D．0-t3內(nèi)，物體始終受到向上的拉力且向上運動，機械能增大，故D正確。故選D。【變式2-2】（2024·江蘇鎮(zhèn)江·二模）圖甲中小車從A點出發(fā)，先后經(jīng)過B、C、D、E點。圖乙是過山車在B、C、D、E點的動能和重力勢能大小的示意圖，則下列說法正確的是（）。A．在D點時一切外力消失，過山車動能為零B．B點到C點的過程中，過山車的機械能是守恒的C．D點到E點的過程中，過山車速度越來越快，過山車機械能守恒的D．過山車的機械能在B點最大【答案】D。【解析】A．由圖乙可知，在D點時過山車的動能不為零，有一定速度，所以若此時一切外力消失，過山車將做勻速直線運動，故A錯誤；BD．整個過程中，小車克服阻力做功，機械能逐漸變小，過山車的機械能在B點最大，故B錯誤，D正確；C．D點到E點的過程中，過山車速度越來越快，過山車重力勢能轉化為動能，克服阻力做功，一部分機械能轉化為內(nèi)能，故C錯誤。故選D?！净A強化】1.（2024·江蘇南通·一模）如圖所示，無人機噴灑農(nóng)藥的過程中保持在同一高度勻速飛行，則無人機（含農(nóng)藥）的（）。A．質量不變 B．重力勢能減小C．動能增大 D．機械能不變【答案】B?！窘馕觥緼．無人機噴灑農(nóng)藥的過程，農(nóng)藥越來越少，質量減少，故A不符合題意；B．重力勢能與物體的質量與高度有關，無人機高度不變，質量減少，所以重力勢能減小，故B符合題意；C．動能與物體的質量與速度有關，無人機勻速飛行，速度不變，但質量減少，所以動能減小，故C不符合題意；D．無人機的動能減小，重力勢能減??；機械能為動能和勢能的和，所以機械能減小。故D不符合題意。故選B。2．（21-22九年級上·江蘇南通·階段練習）一個小球從A點由靜止開始下落，速度越來越大，相繼經(jīng)過B、C兩點，如圖所示；若A、B兩點間的距離等于B、C兩點間的距離，則下列說法中正確的是（）A．小球在下落過程中重力勢能轉化為動能B．小球在C點的機械能小于在B點的機械能C．小球所受的重力在AB段做的功小于在BC段做的功D．小球所受的重力在AB段做功的功率小于在BC段做功的功率【答案】ABD?！窘馕觥緼．小球從A點由靜止開始下落，質量不變，高度降低、速度變大，所以小球的重力勢能變小，動能變大，是重力勢能轉化為動能，故A正確；B．在下落的過程中，小球克服空氣的阻力做功，機械能轉化為內(nèi)能，所以小球在C點的機械能小于在B點的機械能，故B正確；C．已知AB段和BC段的距離相等，且小球的重力一定，根據(jù)W=Gh可知，在AB段和BC段重力做的功相同，故C錯誤；D．由題意知，小球在AB段的平均速度小于在BC段的平均速度，AB和BC的距離相等，所以在BC段所用的時間小于在AB段所用時間，根據(jù)可知，重力做功相同的情況下，BC段的時間短，所以BC段重力做功的功率大，故D正確。故選ABD。3．（2024·江蘇揚州·二模）跳水是我國體育傳統(tǒng)優(yōu)勢項目，中國跳水隊被譽為“夢之隊”。如圖所示，跳板跳水包括起跳、騰空、下落、入水幾個階段，忽略空氣阻力，下列說法正確的是（）。A．運動員在最高點的速度為零B．起跳過程中，踏板對運動員的支持力大于運動員對踏板的壓力C．運動員下落的過程中重力勢能轉化為動能D．從起跳到入水過程中，運動員機械能保持不變【答案】C。【解析】A．運動員起跳后，運動到最高點時，在水平方向上的速度不為零，故A錯誤；B．起跳過程中，踏板對運動員的支持力與運動員對踏板的壓力是一對相互作用力，因此大小相等，故B錯誤；C．運動員下落的過程中質量不變，高度變小，重力勢能減少，同時速度變大，動能增加，將重力勢能轉化為動能，故C正確；D．入水過程中，運動員需要克服水的阻力做功，一部分機械能轉化為內(nèi)能，所以機械能減少，故D錯誤。故選C。4．（2024·江蘇南京·二模）如圖甲所示，輕彈簧豎直固定在水平面上，t＝0時刻，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點，然后被彈簧彈起，如此反復，通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器，則（）。A．t1時刻小球的動能最大B．t1時刻小球的重力勢能最大C．t2時刻小球的機械能小于t1時刻小球的機械能D．從開始下落到第一次到達最低點，小球內(nèi)能的增加量等于這兩個時刻小球機械能的減少量【答案】C。【解析】A．t1時刻小球剛與彈簧剛好接觸，此時彈力小于重力，速度繼續(xù)增大，動能繼續(xù)變大，故A不符合題意；B．金屬小球剛剛釋放時小球高度最高，其重力勢能是最大，故B不符合題意；C．由乙圖可知小球在整個運動過程中，小球和彈簧組成的整體機械能不變，t1時刻到t2時刻，小球的減小機械能轉化為彈簧的彈性勢能，t2時刻小球的機械能小于t1時刻小球的機械能，故C符合題意；D．由乙圖可知小球在整個運動過程中，小球和彈簧組成的整體機械能不變，從開始下落到第一次到達最低點，這兩個時刻小球減小機械能沒有轉化成小球的內(nèi)能，故D不符合題意。故選C。5．（2024·江蘇揚州·一模）如圖所示是同學們在體育課進行實心球投擲訓練，A→B表示實心球離開手之前的運動軌跡，B→C→D表示實心球離開手之后的運動軌跡，空氣阻力忽略不計。則在過程（選填“A→B”、“B→C”或“C→D”）人對球做了功；實心球到達最高點C時，它將處于（選填“平衡”或“非平衡”）狀態(tài)；B→C→D過程實心球的動能，機械能。（后兩空填能的變化情況）【答案】A→B；非平衡；先減小后增大；不變?！窘馕觥縖1]從A→B的過程中，人對球有力的作用，且在力的方向上通過了距離，所以人對球做功，B→C、C→D的過程中，人對球沒有施加力的作用，所以人對球不做功。[2]實心球到達最高點C時，只受重力的作用，受力不平衡，處于非平衡狀態(tài)。[3]從B→C過程中，實心球在上升，因為質量不變、速度減小，所以實心球的動能減小，從C→D過程中，質量不變、速度增大，所以實心球的動能增大。故實心球從B→C→D過程中，動能先先減小后增大。[4]空氣阻力忽略不計，實心球的動能和勢能相互轉化，所以機械能守恒，故實心球的機械能不變。6．（2024·江蘇無錫·二模）如圖，一位同學設想利用升降臺讓球越彈越高。不計空氣阻力，將球從M點豎直向下以某速度拋出，球經(jīng)靜止在位置a的臺面反彈后到達的最高點為N，離開臺面后反彈上升過程球的能轉化為能；球從N點下降時，臺面已升至合適的位置b并保持靜止，則經(jīng)b臺面再次反彈后，到達的最高點P比N高（選填“可能”或“不可能”）?！敬鸢浮縿?；重力勢；不可能?！窘馕觥縖1][2]將球從M點豎直向下以某一速度拋出，此時具有的機械能為動能和重力勢能之和，球經(jīng)靜止在位置a的臺面反彈后，在上升過程，球的速度減小，球的動能減小，動能轉化為重力勢能。[3]小球在運動過程中要克服空氣阻力做功，所以小球的機械能減小，若克服空氣阻力做功小于最開始的動能，到達的最高點為N點比M點高；若克服空氣阻力做功大于最開始的動能，到達的最高點為N點比M點低；若克服空氣阻力做功等于最開始的動能，到達的最高點為N點與M點一樣高；球從N點下降時，臺面已升至合適的位置b并保持靜止，球再次經(jīng)臺面反彈后，由于小球在運動過程中要克服空氣阻力做功，小球的機械能減小，到達的最高點P比N點低，即不可能比N點高。7．（23-24九年級上·江蘇宿遷·階段練習）如圖為某學習小組“探究動能大小跟哪些因素有關”的實驗操作（步驟甲、乙、丙中小球質量分別為m、2m、3m）。（1）實驗中探究的動能是指。（選填序號）A．鋼球撞擊木塊時的動能

B．鋼球撞擊木塊后的動能

C．木塊被鋼球撞擊后的動能（2）實驗中通過比較來判斷小球具有動能的大小。（3）小華認為由實驗步驟乙和實驗步驟丙可以判斷動能大小與速度的關系，你認為該觀點是（選填“正確”或“錯誤”）。（4）通過比較步驟甲和可以判斷動能大小與物體質量的關系。（5）若斜面下方的水平面是光滑的，本實驗（選填“能”或“不能”）達到實驗目的?！敬鸢浮緼；木塊移動距離；錯誤；步驟乙；不能?！窘馕觥浚?）[1]根據(jù)轉換法，通過比較木塊在同一水平面上被撞擊后移動的距離來比較鋼球到達水平面時動能的大小，實驗中探究的動能是指鋼球撞擊木塊時的動能，故選A。（2）[2]實驗中通過比較木塊B被小球撞擊后移動的距離s來判斷小球具有動能的大小，這種方法在物理學中屬于轉換法。（3）[3]由圖知實驗步驟乙和實驗步驟丙的質量和下落的高度都不同，不符合控制變量法的探究要求，不可以判斷動能大小與速度的關系。（4）[4]要探究動能大小與物體質量的關系，需要控制速度相同，改變物體的質量，步驟甲、步驟乙符合題意。（5）[5]從斜面上滾下，若水平面絕對光滑，鋼球撞擊木塊后，木塊不受摩擦力作用，在水平方向不受外力作用，將做勻速直線運動，不能通過比較木塊移動的距離來比較動能的大小。【素養(yǎng)提升】8．（2024·江蘇南京·三模）小明課后練習發(fā)高遠球，羽毛球離拍后的飛行軌跡如圖曲線所示，其中CD段羽毛球勻速下落.下列有關說法正確的是（）。A．羽毛球上升過程中，有部分動能轉化成了重力勢能B．羽毛球飛行的整個過程中，機械能總量保持不變C．飛行過程中，羽毛球經(jīng)過最高點B處時，動能為零D．羽毛球離拍后繼續(xù)上升過程中是由于慣性，且球拍在對球做功【答案】A?！窘馕觥緼．羽毛球上升過程中，羽毛球的質量不變，速度變小，動能變小，高度變大，重力勢能變大，有部分動能轉化成了重力勢能，故A正確；B．羽毛球飛行的整個過程中，會克服空氣的阻力做功，羽毛球的機械能會減小，故B錯誤；C．飛行過程中，羽毛球經(jīng)過最高點B處時的速度最小，動能最小，但不為零，故C錯誤；D．羽毛球離拍后繼續(xù)上升過程中，球拍沒有對球施加力，所以球拍對球不做功，故D錯誤。故選A。9．（23-24九年級上·江蘇南通·階段練習）質量為m的小環(huán)穿在固定的光滑曲桿上，從某點A釋放后沿曲桿運動，如圖所示。不計空氣阻力，則（）。A．小環(huán)從A點釋放后到D點，動能一直變化，機械能一直不變B．若小環(huán)能到達D點，離開D點后將豎直向下運動C．只要A點高于D點，小環(huán)就能到達D點D．如果A點低于D點，小環(huán)不可能到達D點【答案】AD?！窘馕觥緼．質量為m的小環(huán)在光滑曲桿上，從某點A靜止釋放后沿曲桿運動，不計空氣阻力，小環(huán)的運動過程中機械能是守恒的，動能與勢能轉化，動能一直變化，故A符合題意；B．小環(huán)到達D后，由于慣性會繼續(xù)沿CD方向運動一段距離，不會豎直向下運動，故B不符合題意。CD．由于機械能守恒，所以只要A點高于或等于C點高度，小環(huán)就能到達C點，從而到到達D點，如果A點低于D點，一定低于C點，不能越過C點，不能到達D點，故C不符合題意，D符合題意。故選AD。10．（23-24九年級上·江蘇連云港·期中）第19屆杭州亞運會中，撐桿跳是觀眾喜歡的運動項目之一。運動員被撐竿彈起加速上升的過程中，下列說法正確的是（）。A．運動員受到的彈力是由手臂彈性形變產(chǎn)生的B．撐竿的彈性勢能轉化為運動員的重力勢能C．運動員的動能增大D．撐竿對運動員沒有做功【答案】BC?！窘馕觥緼．撐竿由于發(fā)生彈性形變，要向恢復原狀的方向產(chǎn)生一個向上的彈力，即是運動員所受的彈力，故A錯誤；B．撐竿向上恢復原狀時，彈性勢能減小，運動員上升，重力勢能增大，撐竿的彈性勢能轉化為運動員的重力勢能，故B正確；C．運動員被彈起時，加速上升，質量不變，速度增大，動能增大，故C正確；D．撐竿對運動員的彈力向上，而運動員向上彈起，所以在力的方向上移動了距離，撐竿對運動員做了功，故D錯誤。故選BC。11．（2024·江蘇南京·二模）某課外興趣小組同學利用小車做以下物理小實驗．（1）如圖甲，小車長度為;（2）如圖乙，小車A上固定磁體，小車B上固定鐵塊，將它們靠近一定距離后，固定小車A,釋放小車B,小車B向小車A運動，說明力是使物體的原因；（3）如圖丙，探究“阻力對物體運動的影響”時，水平部分的材料依次選用棉布、木板和玻璃板，其目的是小車在水平面受到的阻力；正確操作后，小車三次在不同水平面上由運動變?yōu)殪o止過程中克服阻力所做的功（選填“相等”或“不相等”）；（4）如圖丁，放在光滑水平地面的小車一端與彈簧連接，彈簧另一端固定在墻壁上，小車位于A點時彈簧恰好為自然長度，現(xiàn)從B點釋放小車，小車在B、C之間運動，則彈性勢能轉化為動能的過程有．A．從A到B

B．從B到A

C．從A到C

D．從C到A【答案】1.80（1.78~1.80）；運動狀態(tài)改變；改變；相等；BD?！窘馕觥浚?）[1]如圖刻度尺的分度值為0.1cm。讀數(shù)時要估讀到分度值的下一位。小車的長度為1.80cm。（2）[2]B受到力的作用由靜止運動，表明力是改變物體運動狀態(tài)的原因。（3）[3][4]要探究的是阻力對物體運動的影響，因此，應控制小車在到達水平面時的初速度相同，只改變小車運動時所受阻力的大小，這就是分別選用