机械能及其转化考点解读

机械能是中考物理能量部分的考查重点。实际生产生活中能量的转化不只局限于机械能内部，各种形式的能量之间都可以相互转化，从而限定了机械能守恒的条件，即只有动能和势能之间相互转化时机械能才守恒，由此构建初步的能量观念。具体流程如图1所示。

图1

考点1：判断动能和势能的变化

[能量的形式 定义 影响因素 动能 物体由于运动而具有的能 速度、质量 势能 重力势能 高处物体所具有的能 高度、质量 弹性势能 物体由于发生弹性形变而具有的能 弹性形变的程度、材料 ]

在判断动能或者势能大小变化时，不能单方面考虑一个因素而忽略另一个因素。具体方法如下。

（1）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。

（2）物体的质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大。

（3）同一物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能越大。

考点2：机械能的定义及其转化

动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。一个物体可以既有动能，又有势能，把这两种能量加在一起，就得到它的总机械能。

动能和势能在一定条件下可以相互转化，即动能可以转化为势能，势能也可以转化为动能。转化的结果是一种形式的能增大，另一种形式的能减小。在解答具体问题时，需要根据动能和势能大小的影响因素来判断能量的转化情况。例如单摆在运动过程中，动能转化为重力势能的标志是物体的速度减小，所处的高度增大；重力势能转化为动能的标志是物体的所处高度减小，速度增大。

考点3：机械能守恒

判断机械能是否守恒，可以从三个角度来看。

（1）从受力角度来看，机械能守恒只允许受重力或者弹力。

（2）从做功角度来看，机械能守恒只允许重力或者弹力做功，弹力做功对应弹性势能的变化。

（3）从能量转化角度来看，机械能守恒只允许重力势能、弹性势能、动能之间发生相互转化，不允许其他形式的能参与转化。具体判断方法如下。

①由“外力是否对物体做功”来判断机械能是否守恒。这类题目中一般会有“不计空气阻力，物体从高处自由下落”“物体沿光滑斜面下滑”等描述，说明不考虑克服空气阻力或摩擦力做功造成的机械能损耗，忽略机械能和其他形式的能的转化，只有动能和势能间的相互转化，则机械能守恒。如计阻力，则机械能变小，机械能不再守恒。

②由“机械能 = 动能 + 势能”来判断机械能是否守恒。这类题目中一般会有如“加速”“匀速”“减速”“上升”“下降”等描述变化的词语。解答时先明确物体在初状态时所具有的动能和势能，然后根据物体运动过程中速度、高度、质量的变化来判断处于末状态时的动能和势能，由此判断机械能是否守恒。

[应用提升]

例1 如图2所示，用轻质细绳悬挂一小球在竖直平面内摆动。在某次摆动过程中，小球依次经过A、B、C三点，A、C两点高度相同，B点为最低点，不计空气阻力，下列说法中正确的是（ ）。

A. 小球在B点动能最大

B. 小球从B点运动到C点，重力势能转化为动能

C. A、C两点速度大小不同

D. 小球机械能不守恒

解析：小球从A点摆到B点的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小；速度增大，动能增大，重力势能转化为动能。B点为最低点，所以在B点时动能最大。小球从B点摆到C点的过程中，质量不变，高度增大，重力势能增大；速度减小，动能减小，动能转化为重力势能。小球在摆动的过程中，不计克服空气阻力做功，绳对小球的拉力不做功，只有重力做功，则小球的机械能守恒，所以小球在A、C两点的机械能相等。又因为A、C两点高度相等，所以重力势能相等。因此A、C两点动能也相等，根据动能大小的影响因素可知，A、C两点速度大小相同。答案：A。

例2 2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。在加速升空的过程中，神舟十八号载人飞船的（ ）。

A. 动能不变

B. 重力势能减少

C. 机械能减少

D. 机械能增加

解析：在神舟十八号载人飞船加速升空的过程中，载人飞船的质量不变，速度和高度都增大，所以动能和重力势能都增大，机械能增加。答案：D。

例3 在水平地面上铺一张白纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑甲、乙，如图3所示。下列说法中正确的是（ ）。

A. 皮球下落过程中动能转化为重力势能

B. 皮球落地发生形变的过程中动能转化为弹性势能

C. 形成圆斑乙时，皮球是从更高处下落的

D. 形成圆斑甲时，皮球接触地面后形变程度更小

解析：皮球在高处具有较大的重力势能，皮球在下落的过程中，高度减小，重力势能减小；速度变大，动能变大，重力势能转化为动能。当皮球接触地面时，皮球会发生形变，皮球的动能转化为皮球的弹性势能。皮球的动能越大，转化成的弹性势能越大，则皮球的弹性形变也越大，在地面上形成的圆斑也越大，所以形成圆斑甲时的皮球是从更高处下落的。答案：B。

例4 下列情境中，机械能不变的是（ ）。

A. 水平路面上加速向前行驶的汽车

B. 上升的滚摆

C. 水平匀速飞行喷药的飞机

D. 向近地点运动的卫星

解析：水平路面上加速向前行驶的汽车，动能增大，重力势能不变，机械能增大。上升的滚摆，需要克服空气阻力及摩擦力做功，机械能减小。水平匀速飞行喷药的飞机，速度和高度虽然不变，但是质量减小，则动能和重力势能均减小，所以机械能减小。从远地点向近地点运动的卫星，势能转化为动能，机械能守恒。答案：D。

（作者单位：沈阳农业大学附属中学）