初中物理人教版（2024）八年级下册机械能及其转化课时练习

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知识点1：机械能及其转化
1.机械能
（1）定义∶动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
（2）单位∶焦耳，简称焦，符号是J。
（3）大小∶机械能 = 动能 + 势能。（势能包括重力势能和弹性势能）
①对机械能的理解
一个物体可以同时具有动能和势能，如天空中飞行的飞机、跳水过程中的运动员等;也可以只具有动能或只具有势能，如在水平地面上行驶的汽车只具有动能，吊在天花板上的灯只具有重力势能。
②机械能的决定因素
机械能由动能和势能（包括重力势能和弹性势能）共同决定。由于动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，弹性势能与弹簧的弹性形变程度有关，因此机械能的决定因素有质量、速度、高度、弹性形变程度等。
2.动能和势能的相互转化
（1）动能和重力势能的相互转化
单摆实验：如图所示，将摆球从A 点静止释放，摆球从 A 点摆向最低点 B的过程中，位置越来越低，速度越来越快，所以重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，重力势能转化为动能;从 B 点摆向 C点的过程中，位置越来越高，速度越来越慢直至为零，所以重力势能逐渐增大，动能逐渐减小，动能转化为重力势能。
除此之外，常见的动能和重力势能相互转化的例子还有滚摆、过山车等。
（2）动能和弹性势能的相互转化
小球碰撞弹簧实验：如图所示，从斜面上滚下的小球从接触弹簧到把弹簧压缩到最短的过程中（图甲→乙），小球速度越来越小，弹簧的形变越来越大，即小球的动能减小，弹簧的弹性势能增大，小球的动能转化为弹簧的弹性势能;弹簧从最短到恢复原状的过程中（图乙→丙），弹簧的弹性形变越来越小，小球的速度越来越大，弹簧的弹性势能转化为小球的动能。
另外，篮球落地反弹的过程、撑竿跳高的过程中也发生了动能和弹性势能的相互转化。
对动能和势能相互转化过程的理解
（1）在动能和势能相互转化的过程中，只要其中一种能量在减少，另一种能量就在增加;
（2）动能和势能的转化可以发生在同一物体之间，比如单摆实验中摆球的动能和重力势能的相互转化;也可以发生在不同物体之间，比如小球碰撞弹簧实验中小球的动能与弹簧的弹性势能的相互转化。
3.机械能守恒
（1）机械能守恒∶大量研究结果表明，如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。
（2）机械能守恒的条件∶机械能守恒是有条件的，只有动能和势能相互转化时，或者说只有重力和弹力做功时，机械能才守恒。
机械能不守恒的情况
①受到阻力作用的物体机械能不守恒。如果运动的物体受到摩擦或空气阻力，机械能就会转化为其他形式的能，从而使机械能逐渐减小，不再守恒。如落地的篮球越跳越低，最终静止在地面上，机械能逐渐减小。
②有重力或弹力以外的力对物体做功时，机械能不守恒。
应用1：机械能的大小
【典例1】一个在空中下落的物体，在某一时刻具有50J的机械能，若它具有的动能为35J，则它具有的重力势能大小为 J。
应用 2：动能和重力势能的相互转化
【典例2】下列过程中，重力势能转化为动能的是（ ）
A．热气球匀速下落B．滚摆减速上升
C．雨滴加速下落D．用弓将箭射出
应用3：动能和弹性势能的相互转化
【典例3】下列事例中，弹性势能转化为动能的是 （ ）
A．苹果从树上落下来B．秋千从低处荡到高处
C．拉弯的弓把箭射出D．商场中扶梯匀速上升
应用4：机械能变化的判断
【典例4】用细线将小球系好后，固定在天花板上，做成一个摆。如图所示，小球从A点静止释放经过最低点B，再摆至C点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．在C点小球的动能最大
B．在B点小球的重力势能最大
C．从B点摆至C点的过程，小球的动能转化为重力势能
D．从A点摆至B点的过程，小球的动能转化为重力势能
知识点2水能和风能的利用
1.水能的利用
（1）水能：流动的水具有动能，高处的水具有势能，水所具有的机械能统称为水能。
（2）水能的利用———水力发电
如图所示，修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机，发电机装在水轮机的上面，它们的轴连接在一起，水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。
能量传递和转化过程∶水的机械能→水轮机的机械能→发电机的机械能→电能。
2.风能的利用
（1）风能：空气在流动过程中所具有的机械能叫做风能。
（2）风能的利用——风力发电
如图所示，风吹动风车，风车转动带动发电机发电。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成"风车田"，联在一起供电。
能量传递和转化过程：风的机械能→风车叶片的机械能→发电机的机械能→电能。
应用5：风能的利用
【典例5】（多选）12．风能可以用来发电，风吹动风车，可以带动发电机发电。单个风力发电机的输出功率较小，在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田”，联在一起供电。关于风车发电，下列说法正确的是（ ）
A．机械能转化成电能B．风能转化成机械能
C．风能是一种可再生能源D．获得的电能成本比较低
应用6：水能的利用
【典例6】下列关于水能的说法，正确的是（ ）
A．自然界的流水是具有大量机械能的天然资源
B．利用水能发电不会破坏生态环境，所以要尽可能多地修建水力发电站
C．江河湖海中流动的水只具有动能
D．水量大的地方水能一定大
易错题型：分析机械能变化时遗漏某个影响因素
【易错1】国庆70周年阅兵式上，加受油机梯队接受检阅。如图所示，轰油﹣6加油机正在给歼﹣10B战斗机加油，若在此过程中歼﹣10B战斗机高度、速度不变，则它的（ ）
A．动能增加，势能减小，机械能不变
B．动能不变，势能不变，机械能不变
C．动能减小，势能不变，机械能减小
D．动能增加，势能增加，机械能增加
人造地球卫星的机械能转化
（1）人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行。离地球最近的一点叫近地点，离地球最远的一点叫远地点。
（2）人造地球卫星在大气层外环绕地球运行，卫星在运行过程中不受空气阻力，只有动能和势能的相互转化，所以机械能守恒。
（3）人造地球卫星在近地点（高度最低）时重力势能最小，在远地点时（高度最高）重力势能最大，从近地点向远地点运行的过程中，由于高度增大，故重力势能增大，根据机械能守恒可知，卫星的动能会减小，动能转化为重力势能;从远地点向近地点运行的过程中，由于高度减小，故重力势能减小，根据机械能守恒可知，卫星的动能会增大，重力势能转化为动能。
【典例1】如图甲所示的是人造地球卫星随火箭加速上升的情景；如图乙所示的是人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行的情景，离地球最近的点叫近地点，最远的点叫远地点。下列说法中正确的是（ ）
A．图甲：在加速上升的过程中，人造地球卫星的动能转化为重力势能
B．图乙：在运行过程中，当人造地球卫星从远地点向近地点运行时，其机械能减小
C．图乙：在运行过程中，当人造地球卫星从近地点向远地点运行时，其重力势能增大，速度减小
D．在甲、乙两图中，人造地球卫星的机械能都不变
【典例2】如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目，下列关于过山车的机械能说法正确的是（ ）
A．刚开始过山车匀速被拉升时，机械能不变
B．过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能
C．通过环形轨道最高点时，重力势能最大，动能为0
D．过山车在运行过程中机械能守恒
【典例1】请说明下列物体具有哪种形式的机械能：
（1）在水平轨道上行驶的火车具有 ；
（2）悬挂在天花板上的电灯具有 ；
（3）拉紧的弓具有 ；
（4）“神舟五号”飞船升空过程中具有 和 。
【针对训练 1】说明下列物体各具有哪种形式的机械能：
（1）屋顶上的太阳能热水器 ；
（2）上紧发条的钟表 ；
（3）正在爬坡的登山运动员 。
【典例2】（多选）13．如图所示，小球沿光滑轨道由静止从A点向D点运动的过程中（不计空气阻力），下列说法中正确的是（ ）
A．小球从A点到C点运动过程中，重力势能一直减小
B．小球在B点的动能最大
C．小球在B点和C点的机械能相等
D．小球不能到达D点
【针对训练2】为了提高全校师生的身体素质，学校买回了乒乓球发球机，如图甲所示。如果乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个质量相同的球，如图乙，若不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．整个过程中，c球的运动状态不变
B．三个球在运动过程中机械能不守恒
C．使球落向桌面的力的施力物体是发球机
D．下落的乒乓球碰到桌面后被弹起，是由于桌面发生了弹性形变
【典例3】如图所示，物块在光滑斜面上由静止开始下滑，依次经过a、b两个点，不计空气阻力，比较物块在a、b两点的能量，下列说法正确的是（ ）
A．物块在a 点重力势能大
B．物块在b 点重力势能大
C．物块在a、b两点的重力势能一样大
D．物块在a 点动能大
【针对训练3】（多选）14．如图所示，小球由静止开始沿着粗糙的路面从A点向D点自由运动，其中B和D两点在同一水平高度，则下列说法错误的是（ ）
A．小球从A到C加速下滑，重力势能转化为动能
B．小球从C到D减速上坡，动能转化为重力势能
C．小球在B和D时重力势能和动能都相等
D．小球从A到D的过程中机械能守恒
【典例4】如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t＝0时刻，将一重为G＝50N的金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示，则以下说法正确的是（ ）
A．t2时刻小球的动能最大
B．t1到t2时间内，小球的动能先增加后减小
C．t2到t3时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能
D．t3时刻小球处于平衡状态
【针对训练 4】如图所示，某同学在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小球，另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置，C点是小球从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小球从A点到C点的运动过程，下列说法中正确的是（ ）
A．小球在B点时的动能最大
B．从B点下落到C点的过程中，小球的动能先增大后减小
C．从A点下落到C点的过程中，橡皮筋对小球的拉力不断增大
D．小球在C点时，橡皮筋的弹性势能最小
1.如图所示，过山车是一项惊险刺激的游戏项目。在刚开始时，过山车依靠弹射器的推力或链条爬上最高点，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。下列关于过山车运动过程中，机械能的转化，说法正确的是（ ）
A．刚开始过山车被匀速拉升时，机械能不变
B．过山车向下俯冲时，重力势能转化为动能
C．通过环形轨道最高点时，重力势能最大，动能为零
D．过山车在运行过程中，机械能守恒
2．如图所示是弹性小球落地并反弹的频闪照片，其中甲、丙两位置距离水平地面等高，乙位置为小球弹跳的最高点，关于该过程，下列说法正确的是（ ）
A．小球在甲位置时的机械能等于丙位置时的机械能
B．小球在甲位置时的重力势能等于丙位置时的重力势能
C．小球在甲位置时速度大小等于丙位置时速度大小
D．小球从甲位置到乙位置过程中，重力势能全部转化为动能
3．如图所示，用手托着两个鸡蛋匀速升高1m。下列说法正确的是（ ）
A．鸡蛋的重力势能不变B．鸡蛋的机械能守恒
C．鸡蛋处于非平衡状态D．手对鸡蛋做了功
4．2022年11月21日世界杯正式开赛，世界优秀的足球运动员齐聚卡塔尔，他们顽强拼搏，展现出了足球运动独特的魅力。如图所示为决赛中梅西的一脚劲射，踢出去的足球在空中飞行的过程中，会受到空气阻力的作用，则下列分析中正确的是（ ）
A．踢出去的足球在空中上升过程中，它的机械能保持不变
B．踢出去的足球在空中下降过程中，它的机械能逐渐增大
C．踢出去的足球在空中上升到最高点时，动能为0
D．踢出去的足球落到草地上滚动的过程中，机械能减小
5．如图所示，完全相同的两个小球A、B分别与轻质棉线和轻质弹簧连接，将两球拉高使棉线与弹簧在同一水平方向上，此时弹簧处于原长状态，且弹簧原长长度（O'B）小于棉线长度（OA），由静止释放后，两球运动到最低点时在同一水平面上（不计空气阻力），关于小球A、B在这一段运动过程能量变化的描述，下面说法正确的是（ ）
A．两个小球A、B的机械能保持不变，最低点时两球的动能相等
B．两个小球A、B的机械能保持不变，最低点时A球的动能大于B球的动能
C．两个小球A、B的机械能保持不变，最低点时A球的动能小于B球的动能
D．A球的机械能不变，B球的机械能减少，最低点时A球的动能大于B球的动能
6．如图所示，将铁锁用绳子悬挂起来，拉到自己的鼻子附近，松手后铁锁来回摆动。在摆动过程中，下列说法正确的是（ ）
A．绳子对铁锁的拉力一直做功，且做功的功率发生变化
B．铁锁在来回摆动过程中，其运动状态一直在发生变化
C．铁锁从最高处向下摆动时，重力势能增大，动能减小
D．铁锁上升最大高度逐渐降低，说明机械能守恒
7．如图所示的滚摆，上下往复运动幅度越来越小，最终停在最低点。则下列说法中错误的是（ ）
A．滚摆的动能与重力势能可以相互转化
B．滚摆下降时重力势能减小、动能增大
C．滚摆在最高点时，处于平衡状态
D．滚摆上下往复的过程中，其机械能不断减小
8．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120J，当小球由A点运动到B点时，机械能变为100J，则小球由B点运动到C点时，其机械能可能为（ ）
A．80JB．90JC．100JD．120J
9．中国女篮获世界杯亚军，振奋全国人民。如图1所示，离手后的篮球在空中依次从A点运动到D点，在 点动能最大。图2为它在等高点B和D的能量柱状图，则篮球在B点的机械能 （选填“大于”“等于”或“小于”）在D点的机械能。整个过程能量的总量 （选填“守恒”或“不守恒”）。
10．如甲图AOB是光滑轨道，A点的高度为H，B点的高度为h，h小于H，A、B两点水平距离为s，让一个小球由A点静止开始自由滑下，沿轨道AOB到达B点后离开轨道，不计空气阻力。则小球从A点运动到B点时，它经O点的动能是由 能转化而来。小球离开B点后的运动轨迹a、b、c、d，最符合题意的是轨迹 （选填“a”或“b”或“c”或“d”）。如图乙所示，若右侧的光滑轨道也足够高，则小球 （选填“能”或“不能”）达到与A等高的A′位置。如图丙所示，在竖直平面内用轻质细线悬挂一个小球，将小球拉至A点，使细线处于拉直状态，由静止开始释放小球，不计摩擦，小球可在A、B两点间来回摆动。当小球摆到B点时，细线恰好断开，则小球将沿
（选填“BE”“BD”或“BC”）方向运动。
11．如图为中国03式远火弹道导弹发射时的情景。发射后导弹加速升空，机械能 （“变小”、“不变”或“变大”）。导弹引爆后会产生极大的破坏力，引爆时 能被释放出来，转化为内能、光能等，这一过程能量的总量 （填“变小”、“不变”或“变大”）。
12．如图所示，撑杆跳高运动员提杆加速助跑过程中，是为了增大自身的 ，然后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 ，最后转化为运动员的 ，使他越过横杆（以上均选填“动能”、“重力势能”或“弹性势能”）。
13．在北京冬奥会上我国选手徐梦桃获得自由式滑雪女子空中技巧金牌。如图是她滑雪时的情景，当徐梦桃沿雪道向坡顶滑时， 能转化为重力势能，滑雪板受到地面的摩擦方向是 （填“沿斜坡向下”或“沿斜坡向上”）。当她下落时，以地面为参照物，她是 的。
14．修栏河大坝是为了提高上游水位，增加水的 能，水流下时才能转化为更多的 能。跳伞运动员在空中匀速下降过程中，动能 ，重力势能 ，机械能 （后三空进填“增大”“减小”、“不变”）。
15．在街道上，常看到洒水车边播放着优美的乐曲边向道路上洒水。如图所示，一辆在水平路面上匀速行驶的洒水车正在洒水作业，一段时间后该洒水车的动能将 ，重力势能将 ；机械能将 （以上三空均选填“增大”、“减小”或“不变”）。
16．如图甲所示，一小球从高处落到竖直固定的弹簧上后又被弹起到原高度。小球从高处开始下落到弹回的整个过程中，他的运动速度随时间变化的图像如图乙所示，图中a段和cd段为直线。则据此图可知，弹力大于重力的时间段为 。
17．跳台滑雪是冬奥会中最具有观赏性的项目之一，如图为跳台滑雪赛道的简化图，由助滑道AB、着陆坡BC、停止区CD三部分组成，比赛中，运动员从A点由静止开始下滑，运动到B点后水平飞出，落在着陆坡末端的C点，滑入停止区后，在与C点等高的D点速度减为零。则：运动员从A点滑到B点的过程中，重力势能转化为 能；运动员到B点后水平飞出，是因为运动员具有 ；若水平飞出过程中运动员所受的力突然全部消失，他将做 运动；运动员位于C点和D点时，重力势能大小 （选填“相等”或“不相等”）；他在A点时的机械能 他在D点时的机械能。（最后一空选填“大于”、“小于”或“等于”）
18．如图甲所示，游乐场过山车是比较惊险刺激的项目，小明游玩后对此项目比较感兴趣，准备对过山车到达竖直平面内的圆形轨道内侧的顶端而不会掉下来的情况进行研究。他从网上购买如图乙所示的离心轨道。小明把钢球从斜轨较高的A处由静止释放，到达轨道最低点C处后，再沿竖直平面内的圆形轨道内侧经最高处D点，走完圆形轨道，再爬上斜轨到达E处停下。在实验过程中，有许多发现。
（1）从A处由静止释放钢球，到达轨道最低点C处，此过程中钢球的动能 ，重力势能 ；机械能 （均选填“增加”或“减小”或“不变”）；
（2）小球在E处时机械能 （选填“大于”“小于”或“等于”）其在C处时的机械能，小球经过D点时轨道对钢球的支持力的方向是竖直 （向上/向下）；
（3）把钢球放在与D处等高点B处由静止释放，钢球 （选填“能”或“不能”）到达圆轨内侧最高点D处。