八年级物理暑期专题16 机械能及其转化（原卷版+解析版）-2022-2023学年八年级物理下册学优生期末复习难点题型专项突破（人教版）

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专题16 机械能及其转化
1．下列四个情境中，属动能转化为势能的是（　　）
A．拉弓放箭 B．踩板下滑
C．秋千上摆 D．弹簧拉车
解：A、拉弓放箭的过程是将弓的弹性势能转化为箭的动能，故A错误；
B、踩板下滑的过程是重力势能转化为动能，故B错误；
C、秋千上摆的过程，是动能转化为重力势能，故C正确；
D、弹簧拉车的过程是弹簧的弹性势能转化为车的动能，故D错误。
答案：C。
2．2022年6月5日，中国载人航天飞船神舟十四号发射成功。如图所示，飞船在空中加速上升时的能量转化情况是（　　）

A．飞船的动能转化为重力势能，动能减小
B．飞船的重力势能转化为动能，重力势能减小
C．燃料燃烧产生的内能转化为飞船的机械能
D．没有发生能量的转化，飞船的机械能不变
解：飞船在空中加速上升时，飞船的质量不变，速度变大，动能变大，高度增大，重力势能增大，所以该过程不是重力势能和动能的转化；机械能为动能和势能的和，所以机械能增大；火箭升空时，通过燃料的燃烧产生的内能转化为机械能；故C正确，ABD错误。
答案：C。
3．如图所示是荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高。下列说法正确的是（　　）

A．球在B、C两点的动能相等
B．球在A、D两点的机械能相等
C．球从B点到O点的过程中机械能减少
D．球从O点到C点的过程中重力势能减少
解：由于存在空气的摩擦，秋千在摆动的过程中，机械能转化为内能，机械能会逐渐减小；
A、球在B、C两点高度相同，重力势能相同，B的机械能大于C的机械能，B的动能大于C的动能，故A错误；
B、由于机械能逐渐减小，则A的机械能大于D的机械能，故B错误；
C、球从B点到O点的过程中，克服摩擦做功，机械能减少，故C正确；
D、球从O点到C点的过程中，高度增加，重力势能变大，故D错误。
答案：C。
4．如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道绕地球运行，下列说法正确的是（　　）

A．卫星在近地点时，动能最大，机械能最大
B．卫星在远地点时，势能最大，机械能最大
C．卫星从近地点向远地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变
D．卫星从远地点向近地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变
解：A、卫星在近地点时，速度最大，动能最大，距离地球最近，势能最小，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒。故A错误；
B、卫星在远地点时，速度最小，动能最小，距离地球最远，势能最大，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒。故B错误；
C、卫星从近地点向远地点运行时，速度越来越小，动能逐渐减小，距离地球越来越远，势能逐渐增大，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒。故C正确；
D、卫星从远地点向近地点运行时，速度越来越大，动能逐渐增大，距离地球越来越近，势能逐渐减小，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒。故D错误。
答案：C。
5．如图所示，捻动滚摆的轴使其升高后释放，观察滚摆运动过程，长时间后滚摆停止上下滚动。下列说法正确的是（　　）

A．滚摆下降时，重力势能减小，动能减小
B．滚摆到最低点后又上升，重力势能转化为动能
C．滚摆整个运动过程中，机械能守恒
D．滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能减小
解：A、滚摆下降时，质量不变，速度增大，故动能增加，高度减小，即重力势能减小，故错误；
B、滚摆到最低点后又上升，质量不变，速度减小，动能减小，同时高度增加，重力势能增加，故是将动能转化为重力势能的过程，故错误；
C、由于空气的摩擦，所以整个过程中，一部分机械能会转化为内能，故机械能是减小的，故错误；
D、滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能减小，故正确；
答案：D。
6．打篮球是很多同学喜爱的运动项目，某次打篮球过程中，篮球的部分运动轨迹如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．篮球经过相同高度的B、C两点时，机械能相等
B．篮球第一次反弹后到达最高点D时，动能为0
C．篮球经过B、E两点时，动能可能相等
D．篮球在整个过程中机械能守恒
解：AD、由图可知，每次篮球反弹后到达的最高点都比上一次的最高点要低，说明篮球的机械能不断减小，因此在B点的机械能大于在C点的机械能，故AD错误；
B、篮球在最高点时，竖直方向速度为零，但在水平方向上速度不为零，所以篮球第一次反弹后到达最高点D时动能不为零，故B错误；
C、在B点的机械能大于在E点的机械能；在B、E两点高度不相同则重力势能不相同，即B点的重力势能大于E点的重力势能，
机械能是物体动能与势能的总和，因此在B点的动能可能等于在E点的动能，故C正确。
答案：C。
7．如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是（　　）

A．弹簧被压缩到最短时，弹性势能最小
B．小物块从c向a运动的过程中，重力势能减小
C．小物块从b向a运动的过程中，动能增加
D．小物块在整个运动过程中，机械能守恒
解：
A、弹簧被压缩到最短时，其形变程度最大，所以弹簧的弹性势能最大，故A错误；
B、小物块从c向a运动的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小，故B正确；
C、小物块从b向a运动的过程中，物块不再受到弹力，由于受到摩擦力的作用，其速度会逐渐减小，所以其动能会减小，故C错误；
D、小物块在整个运动过程中，由于摩擦力的作用，其机械能总量会减少，即机械能不守恒，故D错误。
答案：B。
8．如图所示，小明在做模拟“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，不考虑空气阻力，关于小球从A点到C点运动过程的说法，正确的是（　　）

A．小球从A点下落到B点的过程中，重力势能转化为动能
B．小球从A点下落到B点的过程中，受到重力和弹力的作用
C．小球从B点下落到C点的过程中，速度一直减小
D．小球在B点时受到平衡力的作用
解：
小球在下落过程中，在AB段，小球只受到重力作用，重力不断改变小球的运动状态，小球加速下落；
在BC段受到橡皮筋的拉力作用，过B点后橡皮筋开始伸长（大于原长），弹力逐渐增大。当拉力小于重力时，小球仍处于加速状态；当拉力大于重力时，小球减速下落。
A、从A点到B点运动过程中小球的重力势能转化为动能，故A正确；
B、由题B点是橡皮筋自然下垂长度的位置，所以在AB段，橡皮筋对小球没有弹力，故B错误；
C、从B点下落到C点的过程中，小球速度先加速后减速，故C错误；
D、小球在B点时只受到重力的作用，故D错误。
答案：A。
9．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．120J B．100J C．90J D．80J
解：
小球由A到B的过程中，弹跳的高度大于由B到C过程中的高度，小球弹跳的越高克服空气阻力做功越多，机械能损失越多，小球由A到B的过程中机械能减少了20J，小球由B到C的过程中机械能的损失应小于20J，所以小球由B点运动到C点时，其机械能可能为90J，故C正确。
答案：C。
10．如图所示，材质均匀的弧形轨道固定在竖直平面，将小球置于轨道的顶端A点，小球具有的机械能为100J．让小球从A点由静止开始滚动，到右侧所能达到的最高位置B点时，具有的机械能为80J，随即小球向左侧滚动，当滚动到左侧所能达到的最高位置时，它具有的机械能可能是（不计空气阻力）（　　）

A．80J B．70J C．60J D．50J
解：由题意可知，小球在与轨道摩擦的过程中，其机械能转化为内能，逐渐减小。不计空气阻力，小球从A点到达B点时，机械能从100J减小为80J，减少了20J．而从B点再到达左侧所能达到的最高位置时，其通过轨道的长度应该比第一次短，所以机械能减少的大小应该小于20J，即小球的机械能是在80J的基础上，减去一个小于20J的数，即最有可能是70J。
答案：B。
11．如图所示，小球从A点摆到C点的过程中，不计空气阻力。 　重力势　能会先减小后增大；机械能总和 　不变　（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

解：小球从A 点开始向B 点摆动过程中，高度减小，重力势能减小，速度变大，动能变大，从B点摆到C 点的过程中，高度变大，重力势能变大，速度变小，动能变小。所以重力势能会先减小后增大，动能先增大后减小；整个过程没有空气阻力，即只有动能和势能的相互转化，所以机械能守恒，即机械能的总和不变。
答案：重力势；不变。
12．会荡秋千的人，不用别人帮助，就能把秋千荡得很高。做法是：当人从高处向下摆时，身体由直立变为下蹲，此过程降低重心高度，将更多的重力势能转化为　动　能；而从最低点向上摆时，用力将身体由下蹲变为直立，此过程克服身体重力做功，增加了　机械（重力势）　能。如此循环往复，机械能越积越多，秋千就越荡越高。
解：
由题意可知，当人从高处向下摆时，身体由直立变为下蹲，此过程降低重心高度，可以获得更大的速度，将更多的重力势能转化为动能；
而从最低点向上摆时，用力将身体由下蹲变为直立，此过程克服身体重力做功，此时高度增加，重力势能增大，从而增加了机械（重力势）能。
答案：动；机械（重力势）。
13．如图所示，将钢锯条固定在桌面边缘，将棋子放在钢锯条的端部，然后用手将锯条的端部压下一段距离，松手后，棋子会被弹起一定的高度，此过程中，钢锯条的弹性势能转化为棋子的　重力　势能。增加钢锯条被下压的距离，发现棋子被弹起的高度增加，实验表明，物体的　弹性形变程度　越大，它的弹性势能越大。

解：
松手后，棋子会被弹起一定的高度，此过程中，钢锯条的弹性势能最终转化为棋子的重力势能。
增加钢锯条被下压的距离，钢锯条形变更大，发现棋子被弹起的高度增加，表明物体的弹性形变程度越大，它的弹性势能越大。
答案：重力；弹性形变程度。
14．如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上，a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置。则小球从a运动到c的过程中，在 　b　（选填“a”、“b”或“c”）位置机械能最大；从b到c的过程中，小球的动能转化为弹簧的 　弹性势能　。

解：由题意可知，小球从a运动到b的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的动能，到达b点时，弹簧恢复原状，不计摩擦阻力，其弹性势能全部转化为小球的动能；再从b运动到c时，弹簧被拉伸，小球的动能再逐渐转化为弹簧的弹性势能，小球的机械能会变小。因此，在b点时小球的机械能最大。
答案：b；弹性势能。
15．如图所示，在一个金属罐的盖和底各开两个小洞。将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过盖和底的小洞并固定起来，使小铁块悬于罐体内。做好后将罐子从不太陡的斜面滚下，罐子和小铁块的动能会转化为橡皮筋的 　势能　，滚动一段时间后罐子停下来，然后再沿斜面向上滚动，此时罐子的重力势能会 　增大　（选填“增大”“减小”或“不变”）。

解：金属罐不太陡的斜面上滚下，是从最高处滚下时，金属罐先由慢到快、后由快到慢滚到最低点，上面一段滚动主要是重力势能减小，金属罐的动能和橡皮筋的弹性势能增加；下面一段滚动主要是重力势能和金属罐的动能减小，橡皮筋的弹性势能增加；金属罐在斜面上滚到最低处时，橡皮筋形变到最大程度，具有较大弹性势能。
在橡皮筋恢复的过程中，金属罐会由斜面底部自动滚上去。从最低处滚上时，金属罐先由慢到快、后由快到慢滚到最高点，下面一段向上滚动主要是橡皮筋的弹性势能减小，金属罐的动能和重力势能增加；向上面一段滚动主要是橡皮筋的弹性势能和金属罐的动能减小，重力势能增加。
答案：势能；增大。
16．甲、乙是两个完全相同的网球。如图所示，在同一高度同时以大小相等的速度，将甲球竖直向下抛出、乙球竖直向上抛出，不计空气阻力。抛出时两球机械能 　相等　（相等/不相等），落地前的运动过程中，甲球的动能 　增大　（增大/不变/减小），两球落地后再反弹的高度 　相等　（相等/不相等）。

解：在同一高度同时以大小相等的速度，将甲球竖直向下抛出、乙球竖直向上抛出。抛出时，球的高度、质量、速度均相同，则两球机械能相等。
落地前的运动过程中，甲球的重力势能转化为动能，所以甲球的动能增大。
由于不计空气阻力，两球落地时的机械能相等，所以再反弹的高度相等。
答案：相等；增大；相等。
17．物体由于 　运动　而具有的能，叫做动能。在“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验中，小明提出如下猜想：
A．物体的动能可能与物体的质量有关；
B．物体的动能可能与物体的速度有关。
设计以下探究实验：让质量为m的小球从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动。运动的小球碰上水平面上静止的木块后，能将木块撞出一段距离s。实验过程如图甲、乙、丙所示。图中m1＜m2、s1＜s2、s1＜s3、h1＜h2，水平面上所用的木块是同一木块。
（1）通过观察比较 　木块被撞的距离　就可以反映小球动能的大小，这里用到的物理学研究问题的方法是 　转换　法（选填“放大”、“控制变量法”或“转换”）
（2）通过比较甲、乙，可初步验证 　B　（填猜想序号）是正确的；
（3）通过比较 　甲丙　两次实验，初步验证猜想A是正确的。
（4）实验表明：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越 　大　；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越 　大　。

解：物体由于运动而具有的能叫动能。
（1）探究物体动能大小与哪些因素有关时，物体动能的大小无法直接体验，所以通过小球对木块外做功的多少来体现小球动能的多少，即通过木块被推动的距离来判断小球动能的大小，所用方法为转换法；
（2）动能的大小与质量和速度有关，若要探究动能的大小与质量的关系，需控制小球的速度相同，质量不同。所以应选质量不同的两个小球，又因为小球起始点的高度越高，到水平面的速度越大，为了使得两球到水平面的速度相同，应该使两球在斜面的相同高度滚下来。所以要探究动能的大小与质量的关系，应通过图中甲、乙两次实验进行对比；
（3）分析甲、丙两图，小球释放的位置相同，到达水平面时，初速度相同，当两球的质量不同，丙图中小球质量大，木块被推动的距离大，说明丙图中小球的动能大，故可以得出初步结论是：速度相同时，物体质量越大，动能越大，验证A的观点；
（4）综上所述可得：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。
答案：运动；（1）木块被撞的距离；转换；（2）B；（3）甲丙；（4）大；大。
18．小苏同学的物理兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”。他们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。
他们的实验装置如图所示，把弹簧放在水平面上，其左端固定在墙上，AO等于弹簧原长，水平面O点左侧光滑，右侧粗糙。将物体M从O点压缩弹簧到P点，然后由静止释放，当物体M运动到O点与弹簧分开，最终运动到Q点静止。请补充完成他们的探究过程：
（1）弹簧弹性势能的大小是通过 　物体M被弹出的距离　来衡量的。
（2）探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系，应该选用 　相同　（选填“相同”或“不同”）弹簧进行实验，并先后改变 　OP　之间的距离，测出OQ的距离，重复实验，测量多组数据并记录。
（3）小苏的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中，他们运用到了转换法和 　控制变量法　两种物理思想方法。

解：
（1）实验中弹性势能的大小是通过物体M被弹出的距离来间接的反映，这用到了转换法；
（2）探究的是弹性势能和弹簧长度变化量之间的关系，必须控制弹簧的螺纹圈直径、弹簧的材料相同（即相同的弹簧），改变弹簧长度变化量，即OP间的距离；弹性势能通过弹簧推动物体在粗糙表面上运动的距离远近来体现，所以必须测出OQ间的距离；为了使结论具有普遍性，应改变弹簧长度变化量，即AP间的距离，多测几组数据；
（3）通过以上分析可以看出，本实验通过弹簧推动物体在粗糙表面上运动的距离远近来体现弹性势能的大小，用到了转换法；同时，探究与多个量的关系时，还用到了控制变量法。
答案：（1）物体M被弹出的距离；（2）相同；OP；（3）控制变量法。
19．小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。
猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关
猜想二：物体的重力势能与物体的下落高度有关
猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关
为此小夏设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。

实验数据如下表：
实验序号
铅球代号
铅球质量/g
下落高度/m
陷入沙中的深度/m
①
A
200
0.5
0.1
②
B
400
0.5
0.25
③
C
200
1
0.2
④
D
200
1
0.2
（1）本实验中，采用的研究问题的方法是 　控制变量法　。（写出一种方法即可）
（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 　铅球陷入沙中的深度　来反映的。
（3）为验证猜想二，应比较 　①③　（填实验序号），得到的结论是：当物体质量相同时，　物体所处的高度越高，重力势能越大　。
（4）比较③④，得到的结论是 　物体的重力势能与物体运动的路径无关　。
（5）经进一步实验和分析，小夏大胆给出重力势能（Ep）的表达式“Ep＝mgh”，并去办公室询问了老师，得以证实，小夏高兴不已，回到教室后，根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面的动能，其中B球的动能为 　2　J．（忽略空气阻力，g＝10N/kg）
解：（1）物理学中对于多因素或多变量的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法，该实验中用到了控制变量法；
（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映；
（3）比较A、C两球，两球质量相等、运动路径相同，下落高度不同，C球下落的高度高，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当质量相同时，物体所处的高度越高，重力势能越大；
（4）比较③④两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。
（5）根据Ep＝mgh可得，B球的动能Ep＝mgh＝0.4kg×10N/kg×0.5m＝2J。
答案：（1）控制变量法；（2）铅球陷入沙中的深度；（3）①③；物体所处的高度越高，重力势能越大；（4）物体的重力势能与物体运动的路径无关；（5）2。
20．在探究“动能和重力势能相互转化”的实验中，采用如图所示的实验装置。用细线把一个质量为m的小球悬挂起来，将小球从位置B拉到位置A，由静止释放小球，观察小球从A→B→C的过程中的高度和速度的变化，并测出了小球在A、B、C三个位置时动能和重力势能的值，从而分析这一过程中动能和重力势能之间的转化，数据如表所示。
运动过程或位置
A
A→B
B
B→C
C
动能Ek（J）
0
增加
4.98
减少
0
重力势能EP（J）
5.00
减少
0
增加
4.97
（1）小球在图中的C位置，受到　2　个力的作用。
（2）从实验中可以看出，小球从A→B的过程中速度不断增加，高度不断降低，这个过程中是重力势能逐渐转化为　动能　；在能量转化的过程中，机械能在逐渐减少，这主要是小球由于受到　空气阻力　造成的。
（3）在实验中，如果换用质量为2m的小球，其他条件不变。那么，小球到达B位置时的机械能　大于　质量为m的小球到达B位置时的机械能（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

解：（1）小球在图中的C位置，受到重力、细绳对它的拉力，共两个力的作用。
（2）小球从A→B的过程中速度不断增加，高度不断降低，这个过程中是重力势能逐渐转化为动能；
在能量转化的过程中，由于受到空气阻力的作用，机械能在逐渐减少。
（3）在实验中，如果换用质量为2m的小球，其他条件不变，那么，由于小球的质量与重力势能都与质量有关，小球开始时的重力势能大，所以到达B位置时的动能也大，即小球到达B位置时的机械能大于质量为1m的小球到达B位置时的机械能。
答案：（1）2；（2）动能；空气阻力；（3）大于。