机械能及其转化考点透视

金羽茜

机械能是最常见的一种能量，转化是最基本的科学思想，机械能的转化和守恒与日常生活息息相关。下面归纳此部分知识的考点并举例分析。

[考点速览]

考点1：机械能及其转化

动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。动能和势能是可以相互转化的，两种不同形式的能在发生转化时，一种形式的能减少，另一种形式的能增加。在判断能量的转化方向时，首先要根据动能、重力势能和弹性势能的影响因素判断所研究的能量是否发生变化及如何变化。其中动能的大小与物体的质量和速度有关，质量越大，速度越大，动能越大；重力势能的大小与物体的质量和位置高度有关，质量越大，位置越高，重力势能越大；弹性势能与物体的形变程度有关，物体的形变程度越大，弹性势能越大。能量的转化方向是从能量减少的一种形式的能转化为能量增加的另一种形式的能。

考点2：机械能守恒及其应用

判断机械能是否守恒的方法有以下两种。

方法一：根据动能、势能的影响因素分析物体的动能和势能的大小是否变化、如何变化，再判断动能和势能之和（也就是机械能）如何变化。

方法二：分析物体在能量转化的过程中，是否有机械能与其他形式的能之间的转化。若只有动能和势能相互转化，则机械能守恒。若機械能转化为其他形式的能，则机械能减少。（注意观察题干中是否提及“接触面是否光滑”“是否考虑空气阻力”等。）若有其他形式的能转化为机械能，则机械能变大。

[应用提升]

1. （2022·四川·自贡）在2022年北京冬奥会自由式滑雪比赛中，谷爱凌获得冠军，她在雪道上自由下滑的过程中，如果不计雪道阻力和空气阻力，下列说法中正确的是（）。

A. 动能不变，重力势能不变，机械能不变

B. 动能增大，重力势能增大，机械能不变

C. 动能增大，重力势能减少，机械能不变

D. 动能减少，重力势能减少，机械能减少

解析：运动员在雪道上自由下滑时，不计雪道阻力和空气阻力，只有动能和势能的相互转化，机械能守恒。下滑过程中，质量不变，速度变大，高度降低，所以动能增大，重力势能减少。答案：C。

2. （2022·四川·南充）掷实心球是南充中考体育项目之一，如图1是某同学掷出的实心球的运动轨迹，O点是实心球刚离开手的位置，A点是实心球运动到最高点的位置，B点是实心球落地前瞬间的位置。不计空气阻力，下列说法正确的是（）。

A. 实心球离开手后受到重力和惯性力的作用

B. 实心球在最高点A点时处于平衡状态

C. 实心球从O点运动到B点的动能先减小、后增大

D. 实心球在O点的机械能大于在B点的机械能

解析：实心球离开手后只受到重力作用，它能继续前进，是由于球具有惯性，不能说“受到惯性力的作用”，因为惯性不是力，故A错误。实心球从O点运动到B点，运动的方向和速度都在发生变化，整个过程实心球均处于非平衡状态，因此实心球在最高点A点时处于非平衡状态，故B错误。实心球从O点运动到A点，实心球的动能转化为重力势能，动能减小；实心球从A点运动到B点，实心球的重力势能转化为动能，动能增加。因此实心球从O点运动到B点的动能先减小、后增大，故C正确。实心球在整个运动的过程中，忽略空气阻力，只受到重力作用，机械能守恒，因此实心球在O点的机械能等于在B点的机械能，故D错误。答案：C。

3. （2022·广东）图2中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点，图3是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则过山车的动能在___________点最大，B点重力势能的大小___________E点动能的大小。在这个过程中，过山车的机械能是______________________（选填“变化”或“不变”）的。

解析：由图3可知，过山车的动能在C点最大，B点重力势能的大小与E点动能的大小相等，C点和E点重力势能为0，但是C点动能大于E点动能，说明过山车在运动过程中，机械能不守恒。答案：C；等于；变化。

（作者单位：沈阳市南昌初级中学）