動能和勢能的轉(zhuǎn)化
機(jī)械能：動能和勢能的和稱為 。
動能轉(zhuǎn)化為重力勢能時，物體的速度不斷 ，高度不斷 ；重力勢能轉(zhuǎn)化為動能時，高度 ，速度 。
動能轉(zhuǎn)化為彈性勢能時，速度 ，彈性形變 ；彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能時，彈性形變 ，速度 。
判斷動能和勢能相互轉(zhuǎn)化的步驟：①明確研究對象和要研究的過程；②明確物體在起始位置所具有的動能和勢能；③在運(yùn)動過程中物體的位置、形狀、速度是否發(fā)生變化，相應(yīng)物體的重力勢能、彈性勢能和動能是否發(fā)生變化；④得出結(jié)論：一種形式的能減少，其他形式的能必定增加。
機(jī)械能守恒
物體通常既具有 ，又具有 。
當(dāng)物體只受重力和彈性力時（不受 時），機(jī)械能總量 。即動能 了多少，勢 能就增加多少；勢能減小了多少，動能就 多少。
滾擺在下降過程中，會越轉(zhuǎn)越快，則增加的 是由減小的 轉(zhuǎn)化而來；滾擺在上升的過程 中，速度會越來越小， 減小， 增加， 轉(zhuǎn)化為 。
如果存在 ，動能和勢能在相互轉(zhuǎn)化的過程中，機(jī)械能的總量會減小。減小的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為摩擦產(chǎn)生的 。
特別提醒：動能和勢能的轉(zhuǎn)化可以發(fā)生在同一個物體上，也可以發(fā)生在不同的物體間，因此在運(yùn)用機(jī)械能守恒定律時要注意研究對象的選取。例如壓縮的彈簧將物體彈起的過程中，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為物體的動能，對彈簧和物體而言機(jī)械能是守恒的，但對該受力物體而言，機(jī)械能并不守恒。
二.課堂練習(xí)
題型一.動能勢能的分析判斷
例1.跳水運(yùn)動中蘊(yùn)含著許多物理知識，如圖所示，運(yùn)動員站立在跳臺上的A點，然后保持直立姿勢從跳臺上豎直向上彈跳后騰空，至最高點后自由下落，至C點落入水中。若不計空氣阻力，運(yùn)動員從離開跳臺到落水前的過程中，下列關(guān)于其動能、勢能和機(jī)械能的大小分別隨時間變化的曲線中，正確的是（ ）
A．①③④B．②③④C．①④D．③④
例2.如圖所示，將乒乓球置于裝有適量水的杯子中，一起從甲處靜止釋放，杯子落地后乒乓球彈起經(jīng)過乙，最后到達(dá)丙。乒乓球處于乙點與甲點相比，說法正確的是（ ）
A．動能減小，慣性變大B．動能減小，慣性不變
C．動能增加，慣性變大D．動能增加，慣性不變
變式訓(xùn)練1.如圖是物體在空中飛行過程中動能Ek隨時間t變化的曲線，運(yùn)動的物體可能是（ ）
A．由靜止下落的乒乓球
B．豎直向上墊起的排球
C．離開腳后在地上滾動的足球
D．從肩上斜向上投擲出去的鉛球
變式訓(xùn)練2.多功能霧炮車又稱抑塵車、霧霾車、農(nóng)藥噴灑車，今年2020疫情突降，又多了個名字叫多功能消毒車。這些天消毒車活躍在各個城市和小區(qū)，為阻止病毒蔓延也立下了汗馬功勞。在水平路面上勻速行駛的消毒車作業(yè)時，消毒車受到地面的摩擦力如何改變，消毒車的動能將如何改變（ ）
A．摩擦力不變，動能不變
B．摩擦力減小，動能減小
C．摩擦力減小，動能不變
D．摩擦力不變，動能減小
變式訓(xùn)練3.在北京冬奧會自由式滑雪女子大跳臺的比賽中，中國選手谷愛凌挑戰(zhàn)超高難度動作成功，奇跡般奪冠。現(xiàn)將谷愛凌的這一次跳臺運(yùn)動部分軌跡簡化，如圖所示，其中A點為她運(yùn)動的最高點。下列說法正確的是（ ）
A．運(yùn)動員在A點時受到平衡力的作用
B．運(yùn)動員在A點時重力勢能最大，動能為零
C．運(yùn)動員到達(dá)A點時也有慣性
D．運(yùn)動員在B點的機(jī)械能大于在A點的機(jī)械能
變式訓(xùn)練4.如圖所示，原長為L的橡皮筋一端固定在O點，另一端懸掛一個小鋼球，將鋼球從O點自由釋放，鋼球運(yùn)動到A點后開始向上返回，不計空氣阻力，O、A兩點間距離為2L。則能反映鋼球從O點運(yùn)動到A點的過程中，其動能E隨運(yùn)動距離s變化的關(guān)系圖象可能是（ ）
A．B．
C．D．
題型2.機(jī)械能守恒判斷
例1.用細(xì)繩把擺錘懸掛起來，將擺錘拉到某一高度后釋放，擺錘做如圖所示的運(yùn)動。當(dāng)擺錘處于甲、乙位置時，關(guān)于擺錘具有的重力勢能和動能的描述，正確的是（ ）
A．重力勢能不同，動能相同
B．重力勢能不同，動能不同
C．重力勢能相同，動能相同
D．重力勢能相同，動能不同
例2.投擲實心球是中考體育選考項目之一。圖甲為實心球出手后的運(yùn)動示意圖，其中v0是實心球出手瞬間的速度，θ是出手角度，h是出手高度。圖乙為投擲距離s隨出手角度θ變化的圖像。下列說法不正確的是（ ）
A．實心球離手后至落地過程中，實心球的動能先減小后增大
B．實心球在運(yùn)動到最高點時，如果一切外力消失，實心球?qū)⒆鰟蛩僦本€運(yùn)動
C．實心球的投擲距離s隨角度θ增大而先增大后減小，角度θ＝40°時，投擲距離s最大
D．若要探究實心球投擲距離s是否與出手高度h有關(guān)，只需控制出手角度θ相同即可
變式訓(xùn)練1.跳臺滑雪是一項深受許多人喜愛的體育運(yùn)動。如圖是跳臺滑雪區(qū)和某運(yùn)動員的運(yùn)動軌跡簡化示意圖，運(yùn)動員從A點出發(fā)，最終在E點停下。下列說法正確的是（ ）
A．運(yùn)動員的滑雪板長而寬，可以減小運(yùn)動員落地時對雪地的壓力
B．從A到B的過程中，運(yùn)動員的動能變大，慣性大小也變大
C．從B點到C點的過程中，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能
D．若忽略空氣阻力，C點到D點（著陸前）過程中，運(yùn)動員和滑雪板的總機(jī)械能守恒
變式訓(xùn)練2.如圖所示，人們修筑攔河壩來提高上游的水位，在壩底安裝水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。上游一定量的水，經(jīng)水輪機(jī)流到下游的過程中，下列說法正確的是（ ）
A．水的機(jī)械能不變
B．水的機(jī)械能變小
C．水的重力勢能增大，動能減小
D．水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能
變式訓(xùn)練3.如圖所示，一足夠長的輕繩一端連接重物A，另一端通過定滑輪連接物體B，物體B質(zhì)量小于重物A質(zhì)量。將重物A由靜止釋放下落至地面的過程中，不計繩重和摩擦，下列說法正確的是（ ）
A．重物A的動能保持不變
B．物體B的機(jī)械能保持不變
C．重物A的重力勢能完全轉(zhuǎn)化為B的重力勢能
D．重物A和物體B的機(jī)械能之和不變
變式訓(xùn)練3.如圖，同一小球在同一高度以相同速度向三個不同方向拋出（不計空氣阻力和摩擦），設(shè)小球剛落地時的速度分別為v1、v2、v3，則（ ）
A．v1＞v2＞v3B．v1＜v2＜v3C．v1＝v2＝v3D．v1＜v3＜v2
25．蕩秋千是一種喜聞樂見的運(yùn)動，在越蕩越高的歡樂中，享受的是激情與健身的歡欣。如圖所示，晨光同學(xué)在蕩秋千。他從A點自由出發(fā)，經(jīng)過最低點B和與A點等高的C點，到達(dá)右側(cè)最高點D返回。經(jīng)測量，D點高于A點和C點。晨光同學(xué)從A到D的過程中，下列判斷正確的是（ ）
A．A點和D點機(jī)械能相等
B．到達(dá)B點時，受力平衡
C．在此過程中，只有機(jī)械能與內(nèi)能之間相互轉(zhuǎn)化
D．從A點到D點，其機(jī)械能增加
變式訓(xùn)練4.小衢在操場上將一籃球拋出，籃球被拋出后的運(yùn)動軌跡如圖所示，a、c兩點處于同一高度。則下列判斷中正確的是（ ）
A．皮球在b點時的機(jī)械能最大
B．皮球在a、c兩點時動能相等
C．皮球由a到b時，動能逐漸增大
D．皮球由c到d時，機(jī)械能一直減小
變式訓(xùn)練5.在豎直平面內(nèi)用輕質(zhì)細(xì)線懸掛一個小球，將小球拉至A點，使細(xì)線處于拉直狀態(tài)。由靜止釋放，不計空氣阻力，小球可在A、C兩點間來回擺動，B點是小球運(yùn)動軌跡中的最低點，如圖所示。下列分析正確的是（ ）
A．從A運(yùn)動到C的過程中，小球的機(jī)械能減小
B．小球運(yùn)動到C點時，小球速度為0，處于平衡狀態(tài)
C．小球運(yùn)動到B點時，若細(xì)線斷開，之后小球的重力勢能先增大后減小
D．小球運(yùn)動到C點時，若細(xì)線斷開，小球?qū)⒇Q直下落
題型3.彈簧，蹦極等問題分析
例1.如圖是小應(yīng)玩蹦蹦床的情景，A點是蹦床不發(fā)生形變時的原位置，B點是小應(yīng)受到的重力與蹦床對小應(yīng)的彈力相等處，C點是小應(yīng)到達(dá)的最低點，下列分析不正確的是（ ）
A．當(dāng)小應(yīng)在最高點0時處于非平衡狀態(tài)
B．小應(yīng)在空中下落到A點的過程中重力勢能轉(zhuǎn)化為動能
C．小應(yīng)下落到B點時的動能最大
D．從A點到C點的過程中，小應(yīng)的動能增大
例2.“反向蹦極”是一項比蹦極更刺激的運(yùn)動。如圖所示，彈性輕繩的上端固定在O點，拉長后將下端固定在體驗者的身上，并與固定在地面上的扣環(huán)相連。打開扣環(huán)，人從A點由靜止釋放，像火箭一樣被“豎直發(fā)射”，上升到最高位置C點，其中在B點時速度最快，上下震蕩后靜止在空中。對此過程，下列描述正確的是（ ）
A．到達(dá)B點時，彈性繩處于原長位置
B．最低點A和最高點C彈性繩的彈性勢能一樣大
C．人上升和下降時最大速度相同，所處位置也相同
D．人從A點到B點的過程中，人的重力勢能和動能都增加
變式訓(xùn)練1.將一只乒乓球從O點由靜止釋放，豎直下落撞擊到升降臺上，彈起的最高點為M；若只將升降臺升高至圖乙位置，乒乓球下落彈起后到達(dá)的最高點為N，不計碰撞過程中的能量損失。則N點（ ）
A．在M點的下方B．與M點重合
C．在M點和O點之間D．與O點重合
變式訓(xùn)練2.如圖甲所示，質(zhì)量不計的彈簧豎直固定在水平面上，t＝0時刻，將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放，小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點，然后又被彈起離開彈簧，上升到一定高度后再下落，如此反復(fù)．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．t1～t2時刻小球所受合力方向一直豎直向下
B．在t1～t2間的某個時刻小球動能最大
C．在t3時刻，彈簧的彈性勢能最大
D．t1～t2這段時間內(nèi)，小球速度一直變大
變式訓(xùn)練3.某運(yùn)動員做蹦極運(yùn)動，如圖甲所示，從高處O點開始下落，A點是彈性繩的自由長度，在B點運(yùn)動員所受的彈力恰好等于重力，C點是第一次下落到達(dá)的最低點，運(yùn)動員所受彈性繩彈力F的大小隨時間t變化的情況如圖乙所示（蹦極過程視為豎直方向的運(yùn)動）。下列判斷正確的是（ ）
A．從A點到B點過程中運(yùn)動員加速下落
B．從B點到C點過程中運(yùn)動員勻速下落
C．t0時刻運(yùn)動員剛好位于B點
D．運(yùn)動員重力大小等于F0
變式訓(xùn)練4.如圖甲所示，一輕質(zhì)彈簧一端系在墻上的O點，自由伸長到B點，現(xiàn)將一小物塊M連在彈簧上，并把彈簧壓縮到A點，然后由靜止釋放，小物體能運(yùn)動到C點靜止，物體與水平地面間的摩擦力恒定。在圖乙中畫出小物體運(yùn)動過程中動能變化的大致曲線，并結(jié)合圖像分析各過程能量的轉(zhuǎn)化。
三.課后作業(yè)
1.對如下四幅圖的分析，正確的是（ ）
A．圖①擺錘從A點運(yùn)動到O點的過程中動能轉(zhuǎn)化為重力勢能
B．圖②運(yùn)動員起跳后上升到最高點時勢能最大，動能為零
C．圖③高處滾下的小球在C點動能達(dá)到最大值
D．圖④衛(wèi)星在近地點動能最大，遠(yuǎn)地點勢能最大，機(jī)械能守恒
2.如圖所示，小朋友沿著滑梯勻速下滑的過程中，下列說法中正確的是（忽略空氣阻力）（ ）
A．他受重力、支持力、下滑力和摩擦力的共同作用
B．他的重力勢能轉(zhuǎn)化成了動能和內(nèi)能
C．他的重力勢能減小，動能增大，機(jī)械能不變
D．他受重力、支持力和摩擦力的共同作用
3.小金將小球豎直向上拋出，小球先上升后下落，不計空氣阻力。小球從離開手后到落回手中之前，此過程中能量變化的分析，正確的是（ ）
A．動能先增大后減小B．勢能先減小后增大
C．機(jī)械能先減小后增大D．機(jī)械能保持不變
4.2023年杭州亞運(yùn)會蹦床男子個人賽中，中國選手嚴(yán)浪宇奪金。如圖為比賽時的場景，當(dāng)他從空中下落至蹦床，從剛好接觸蹦床到剛好離開蹦床的過程中，有關(guān)能量變化敘述正確的是（ ）
A．嚴(yán)浪宇的機(jī)械能始終不變
B．嚴(yán)浪宇的機(jī)械能先增大后減小
C．蹦床的彈性勢能始終不變
D．蹦床的彈性勢能先增大后減小
5.2019年5月17日時48分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號丙運(yùn)載火箭，成功發(fā)射第45顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，如圖1所示是北斗衛(wèi)星在隨火箭加速上升的情景。人造地球衛(wèi)星沿橢圓軌道繞地球運(yùn)行時，離地球最近的一點叫近地點，最遠(yuǎn)的一點叫遠(yuǎn)地點，如圖2所示。下列說法正確的是（ ）
A．如圖1北斗衛(wèi)星上升過程中，重力勢能變大，動能變小
B．如圖2人造地球衛(wèi)星運(yùn)行中，重力勢能變大，動能變大
C．如圖2人造地球衛(wèi)星運(yùn)行中，從近地點向遠(yuǎn)地點運(yùn)動時，速度減小
D．如圖1、2中衛(wèi)星的機(jī)械能都不變
6.如圖甲輕質(zhì)彈簧原長為2L，將彈簧豎直放置在地面上，在其頂端將一質(zhì)量為m的物體由靜止釋放，當(dāng)彈簧被壓縮到靜止時，彈簧長度為L，如圖乙現(xiàn)將該彈簧水平放置，一端固定在A點，另一端與物塊P接觸但不連接，AB是長度為5L的光滑水平軌道，B端與半徑為L的光滑半圓軌道B、C、D相切，用外力推動物塊P，將彈簧壓縮至長度L，然后釋放，P開始沿軌道運(yùn)動，問：
（1）從豎直放置在地面上的彈簧頂端，靜止釋放物塊P，至彈簧被壓縮后靜止，物塊P的重力勢能轉(zhuǎn)化為彈簧的 。（填能量形式）
（2）將彈簧壓縮至長度L，然后放開，P開始沿軌道運(yùn)動，能否到達(dá)“D”點？ （填“能”或“否”）。物塊P達(dá)到最高點時的機(jī)械能大小為 焦耳。
7.滑板是深受青少年喜歡的一項體育運(yùn)動。如圖是U型滑臺和運(yùn)動員姿勢的簡化示意圖。運(yùn)動員在滑臺A處下滑，僅依靠滑行，滑到與A相同高度的滑臺B處時靜止。請回答下列問題：
（1）整個過程中動能最大的位置是 （填“A”、“O”或“B”）。
（2）若想滑到C點，小科提出只要增加“用力豎直向上跳起段高度”這個操作即可實現(xiàn)，則在圖中哪一位置起跳有可能達(dá)到該目的？ 。（填字母代號）
A.僅在A點
B.僅在O點
C.僅在B點
D.在A點或O點均可
8.圖甲中過山車從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，則過山車的動能在 點最大，B點機(jī)械能的大小 E點機(jī)械能的大小（填“＞”、“＝”或“＜”），在整個過程中，過山車的機(jī)械能是 （填“變化”或“不變”）的。
9.跳臺滑雪被稱為勇敢者的運(yùn)動，其基本技術(shù)動作分為5個部分：助滑、起跳、空中飛行、著陸、滑行至終止區(qū)。如圖所示為滑雪運(yùn)動員滑雪過程的示意圖。
資料1：滑雪賽道表面雪的厚度達(dá)到6～8m。雪內(nèi)有很多小孔，小孔內(nèi)充滿空氣。滑雪時，運(yùn)動員踏著滑雪板壓，在雪上時，雪內(nèi)的空氣被逼出。
資料2：助滑時，運(yùn)動員把身體縮成“蹲狀”的姿勢，通過一個凹形軌道助滑后，在起跳的瞬間用力一蹬伸展身體，調(diào)整好姿勢在空中飛行，飛行至頂端時身體與滑板構(gòu)成上表面凸起的流線型。
資料3：運(yùn)動員著陸時，要讓滑雪板的板后跟略領(lǐng)先于板尖著地；落地后，調(diào)整好姿勢繼續(xù)滑行到終止區(qū)。
結(jié)合上述信息并運(yùn)用所學(xué)知識，對賽道的設(shè)置以及滑雪運(yùn)動員的5個基本技術(shù)動作蘊(yùn)含的科學(xué)道理作出解釋。
教學(xué)內(nèi)容
機(jī)械能
教學(xué)目標(biāo)
讓學(xué)生熟練掌握上述學(xué)習(xí)目標(biāo)的內(nèi)容
教學(xué)重點
機(jī)械能的分析
教學(xué)難點
蹦極，彈簧問題
課程難度
中等

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第2節(jié) 機(jī)械能

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