第4节 机械能及其转化
一、机械能及其转化
1.机械能
_____、_________和_________的统称。
2.机械能的转化及守恒
（1）转化：_____和_____可以相互转化。
（2）机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，机械能的
总和_____。
动能
重力势能
弹性势能
动能
势能
不变
二、水能和风能的利用
（1）流水和风具有大量的_____能。
（2）利用：利用风能和水能_____等。
机械
发电
动能和势能的相互转化
利用影响动能和势能的因素，分析动能和势能的大小变化，并分析动能和势能的转化中滚摆的运动情况，思考下列问题：
1.从影响动能和重力势能的因素对滚摆进行分析。
（1）滚摆从高处下落时，动能和重力势能有什么变化？能量是如何转化的？
提示：滚摆下落时，速度越来越快，所以动能在不断增加，而高度不断减小，重力势能在减小； 重力势能转化为动能。
参考答案：动能增加，重力势能减小
重力势能转化为动能
（2）滚摆上升时，动能和重力势能怎样变化？能量是如何转化的？
提示：滚摆上升时，速度越来越小，动能减小，而高度不断增加，所以重力势能在增加；动能转化为重力势能。
参考答案：动能减小，重力势能增加
动能转化为重力势能
2.从影响动能和弹性势能的因素对运动的铁球与弹簧片碰撞过程进行分析。
（1）运动的铁球与弹簧片碰撞时铁球的动能和弹簧片的弹性势能有什么变化？是如何转化的？
提示：铁球与弹簧片碰撞过程中，铁球的速度逐渐减小至零，动能逐渐减小，弹簧片形变逐渐增大至最大，弹性势能逐渐增大,动能转化为弹性势能。
参考答案：铁球的动能减小，弹簧片的弹性势能增大 动能转化为弹性势能
（2）弹簧片在恢复原状将铁球弹回的过程中弹簧片的弹性势能和铁球的动能又有什么变化？是如何转化的？
提示：弹簧片在恢复原状的过程中，弹性形变逐渐减弱，弹性势能逐渐减小，同时铁球的运动速度逐渐增大，动能增加。弹性势能转化为动能。
参考答案：弹簧片的弹性势能逐渐减小，铁球的动能逐渐增大
弹性势能转化为动能
【归纳提升】（1）动能和势能之间可以互相转化：①动能和
重力势能可以互相转化；②动能和弹性势能也可以互相转化。
（2）在发生能量转化时，减少的能量转化为增加的能量。
【针对训练】
下列现象中，属于势能转化为动能的是（ ）
A.斜向上射出去的炮弹在上升过程中
B.跳伞运动员在空中匀速下降
C.滚摆旋转着下降，越转越快
D.火箭发射
【教你解题】分析各选项中速度和高度的变化情况。
【精讲精析】选C。炮弹上升过程中，速度逐渐减小，高度逐渐增加，是动能转化为势能；跳伞运动员在下降过程中高度减小，重力势能减小，但由于是匀速运动，动能并没改变，因此，重力势能并没有转化为动能，而是转化为其他形式的能；滚摆从高处下降，重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能；火箭在发射的过程中，高度越来越高，速度越来越快，因此动能与重力势能都在增加。
机械能守恒
注意观察下列物体的摆动情况，参考“铁锁摆回时会打到鼻子吗？”思考下列问题：
1.运动的小球（滚摆）动能和势能各有什么变化？
提示：小球（滚摆）到达最高点时速度为零，动能为零，相对高度最大，重力势能最大；到达最低点时速度最大，动能最大，相对高度最小，重力势能最小。
参考答案:动能增大时，重力势能减小；重力势能增大时，动能减小。
2.小球（滚摆）在运动过程中是否还能达到原来的最大高度？为什么？
提示：在动能和势能相互转化的过程中，由于存在空气阻力或支持面的摩擦力，使一部分机械能转化为其他形式的能量，物体的机械能总量减少。
参考答案:不能达到原来的高度。部分机械能转化为其他形式的能。
3.什么情况下机械能的总量保持不变？
提示：在动能和势能的转化过程中，受到摩擦力和各种阻力以及其他力的作用（即重力以外的力的作用）会使机械能转化为其他形式的能，机械能减少，或其他形式的能转化为机械能，使机械能增加。
参考答案：若不计摩擦和各种阻力，机械能保持不变。
【归纳提升】判断机械能守恒的方法：在能量的转化过程中，只有动能和势能相互转化时，机械能才守恒；若受到阻力或其他力（除重力外）的作用，则机械能不守恒。
【针对训练】
过山车是一项非常惊险刺激的娱乐休闲活动。过山车时而从轨道的最底端上升到最高端，时而从最高端飞驰而下。不计能量损失，下列说法正确的是（ ）
A．a点机械能小于b点机械能
B．a点机械能最小，c点机械能最大
C．由a到b的过程中，动能减少，势能增大，机械能不变
D．由a到b的过程中，动能增大，势能减少，机械能不变
【教你解题】分析题目关键信息
关键点1：比较各点速度、高度的变化。
关键点2：分析在运动过程中是否受到除重力外的其他力的作用。
【精讲精析】选C。不计能量损失，机械能的总量不变，a、b、c三点的机械能都相等，所以A、B 错；过山车从a到b的过程中，高度增加、速度减小，势能增加、动能减少，故C对，D错。
正确理解机械能守恒
1.动能和势能的转化

首先分析决定动能大小的因素（质量和速度）、决定重力势能大小的因素（质量和高度）或弹性势能大小的因素（弹性形变）如何变化，再看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。
2.判断机械能是否守恒的方法
（1）在能量转化过程中，判断是否只有动能和势能的相互转化，若有其他形式的能参与了转化，则机械能不守恒。
（2）根据机械能的大小等于动能的大小和势能的大小之和，分别判断动能和势能大小变化，再综合判断机械能是否守恒。
【易错警示】弹性势能和重力势能之间，不能直接转化。只有伴随动能的转化才能实现弹性势能和重力势能之间的转化。
【典例】（2012·南充中考）如图所示，小球从左端由静止释放，在左右摆动过程中，不计空气阻力，则（ ）
A.从最高点运动到最低点的过程，一部分重力势能转化为动能
B.从最低点运动到最高点的过程，一部分动能转化为重力势能
C.左侧最高点的高度大于右侧最高点的高度
D.左侧最高点的高度等于右侧最高点的高度
【精讲精析】选D。本题考查机械能的转化及机械能的守恒。小球从左端由静止释放，在左右摆动过程中，从最高点到最低点，重力势能转化为动能，反之，从最低点到最高点，动能转化为重力势能，在相互转化过程中，机械能的总量保持不变，故左侧最高点的高度等于右侧最高点的高度，D正确。
1.（2012·盐城中考）关于滚摆在运动过程中能量的分析，下列说法正确的是（ ）
A．下降过程中动能不变
B．最低点动能为零
C．上升过程中重力势能减小
D．最高点重力势能最大
【解析】选D。本题考查了动能和重力势能的相互转化。滚摆上升时速度减小，高度增加，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能，到达最高点时，动能为零，重力势能最大。滚摆下降过程中，高度减小，速度增加，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能，最低点时动能最大，故本题选D。
2.荡秋千是我国民间传统体育活动之一，是全国少数民族传统体育运动会上唯一只限女子参加的比赛。如图所示是选手在双人触铃比赛中的情景，在从右侧最高点荡到左侧最高点这一过程中，两位选手的（ ）
A.动能一直增大，重力势能一直减小
B.动能一直减小，重力势能一直增大
C.动能先减小后增大，重力势能先增大后减小
D.动能先增大后减小，重力势能先减小后增大
【解析】选D。从右侧最高点到最低点，重力势能转化为动能，动能增大，重力势能减小；从最低点到左侧最高点，动能转化为重力势能，动能减小，重力势能增大，D项正确。
3.如图所示，小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化。则（ ）
A.小球在A处的机械能大于在B处的机械能
B.小球在A处的机械能大于在D处的机械能
C.小球在B处的机械能小于在C处的机械能
D.小球在B处的机械能等于在C处的机械能
【解析】选D。忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能互相转化的过程中，任何一点的机械能都是相等的，所以只有D对。
4.（2012·威海中考）如图所示，撑杆跳运
动员用压弯的撑杆把自己送上高处，这是因
为压弯了的撑杆具有________势能，最后转
化为运动员的_______势能，使他越过横杆。
【解析】压弯的撑杆发生了弹性形变，所
以具有弹性势能。运动员上升过程中，他
的位置升高，重力势能增加，所以是弹性
势能最终转化为运动员的重力势能。
答案：弹性 重力
5.修拦河大坝是为了提高上游水位，增加水的__________能，水流下时可以获得更多的________能，从而带动发电机发电。
【解析】重力势能跟质量和被举高的高度有关，拦河大坝把上游水位提高，使水的高度增加，从而增加了水的重力势能；水流下时，重力势能减小，但速度增加，重力势能转化为动能，使水轮机转动。
答案：重力势 动
6.如图所示是2012年伦敦奥运会射箭项目
的图标。运动员射箭时，要用力将弓拉开，
然后弓将箭射出，在此过程中是弓的
_______转化为箭的________。
【解析】运动员将弓拉开，使弓发生形变，
具有弹性势能，松手后，弓恢复原状的过
程中将弹性势能转化为动能，从而将箭射出。
答案：弹性势能 动能
7.小宇在国庆节假期和爸爸骑自行车旅游。爸爸跟他说骑自行车上坡前，要快蹬几下，增加速度，这样有利于上坡。请你给小宇解释其中的道理。
【解析】本题考查了动能和重力势能的相互转化。上坡时速度减小，动能减小，高度增加，重力势能增大，动能转化为重力势能。
答案：上坡时，速度减小，高度增加，动能转化为重力势能。增加速度可以增大动能，上坡时动能转化的重力势能就大，上坡较高，更省力。
成功源于努力！