人教版八年级物理下册 第十一章 第4节 机械能及其转化（导学案）

第4节机械能及其转化

【学习目标】

1.能说出动能、重力势能和弹性势能的定义，并能解释常见物体具有的机械能

形式（物理观念）

2.能通过实例分析动能和势能之间的相互转化，理解机械能守恒的条件，会判

断机械能是否发生变化（科学思维）

3.能设计实验探究动能和重力势能、动能和弹性势能的相互转化过程，能分析

实验现象得出结论（科学探究）

4.了解风能和水能在生活中的应用，认识到能源与人类生活的密切关系，树立

节约能源和保护环境的意识（科学态度与责任）

【学习重点】

I.动能和势能之间的相互转化规律：

2.机械能守恒的条件及机械能是否变化的判断。

【学习难点】

1.分析不同情境下动能、势能变化的复杂过程，特别是涉及多种能量同时转化

时，准确判断机械能是否守恒；

2.结合实际问题，对动能和势能转化过程中的细节分析及机械能变化的定量判

断。

【自主预习】阅读教材《第4节机械能及其转化》，完成以下问题：

1.机械能：能、能和能统称为机械能。

2.机械能守恒的条件：如果只有和相互转化，机械能的总和

，或者说，机械能是_____的。（不计空气阻力和摩擦）

3.实际情况中，物体运动时都会受到摩擦或空气阻力的作用，机械能会

,一部分机械能转化为其他形式的能，所以机械能总量_o

4.水能和风能的利用：自然界中的流水和风都具有大量的能，都可

以用来发电。

参考答案：

1.动；重力势；弹性势

2.动能；势能；不变：守恒

3.减小；不守恒

4.机械

【探究新知】

探究一、机械能及其转化

1.机械能

（1）定义：动能、重力势能、弹性势能统称为机械能。机械能是和物体运动紧

密联系的能量。机械能的单位是焦耳（J）。

（2）对机械能的理解

①物体只有动能，如在水平路面上行驶的汽车；

②物体只有势能，如悬挂在空中静止的物体、射箭时发生弹性形变的弓；

③物体同时具有动能和势能，如在空中飞行的飞机、小鸟等。

2.动能和势能的转化

（1）实验探究：动能和重力势能的相互转化

单摆实验滚摆实验

图

示JfL

捻动滚摆的轴，使滚摆上升至某一

将小球拉至A点释放，小球加速摆向高度后松开，滚摆开始旋转下降，

B点，然后摆向C点，速度越来越小，转速越来越大，到最低点后，开始

现

到C点的速度为零，之后再经过B点缠绕悬线上升，转速逐渐变小，最

象

回到A点，不断往复（因为有空气阻终再次上升到原来的高度，之后再

力，实际上不能回到A点）次下降，不断重复（因为有空气阻

力，滚摆不能回到答原来的高度）

能单摆的运动可分为上升段和下降滚摆的运动也可分为上升段和下降

量段。其动能和重力势能转化情况见段。其动能和重力势能转化情况见

转下表。下表。

化运动高重速动能1Ei飒高重速动能

情阶段度力度能转，*f介段度力度能转，上

况势势

分能能

析重，重:力

下降

势iit势在

段降减变增卜降降减变增

转。t转，匕

A—B低小大大段低小大大

为太I河协

C—B

能*

t

动什t动恰

上升

转（转，t

段升增变减匕升升增变减

为MI为:

B—A高大小小段高大小小

力“tj力:各

B—C

能ft!

归纳总结：在一定条件下，动能和重力势能可以互相转化，转化过程就是一

种形式的能转化为另一种形式的能的过程。

（2）实验探究：动能和弹性势能的相互转化

【进行实验】一个木球以一定的速度即撞到弹簧片上。

甲乙丙

【分析论证】

探究过球的速度球的动能弹簧片形变弹簧片的弹性能的转化

程程度势能

木球压

不断减小，直至不断减小，直至动能转化为弹

弯弹簧由小变大不断增大

为零为零性势能

片

弹簧片

不断减小，直至弹性势能转化

把木球由零不断增大由零不断增大由大变小

为零为动能

弹回

归纳总结：在一定条件下，动能和弹性势能可以互相转化，转化过程就是一

种形式的能转化为另一种形式的能的过程。

温馨脸

动能和弹性势能之间的转化，可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物

体之间。例如，由高处落下的篮球在撞击地面发生了弹性形变过程中，球的动能

转化为自身的弹性势能；球在恢复原状的过程中，球的弹性势能转化为自身的动

能，动能和弹性势能在一个物体上相互转化。运动员进行蹦床表演时，运动员的

动能和蹦床的弹性势能在两个物体间相互转化。

【典例1】（多选）如图是许多小朋友喜欢的蹦床，小朋友在蹦床上蹦跳时，下

列分析正确的是（）

A.从高处下落到刚接触蹦床前，小朋友的动能不断增大

B.从刚接触蹦床到蹦床被压至最低点，小朋友的重力势能不断增大

C.蹦床被压至最低点时，蹦床的弹性势能最大

D.被蹦床弹起后上升的过程中，小朋友的重力势能转化为动能

【答案】AC

【详解】A.从高处下落到刚接触蹦床前，小朋友的质量不变，速度不断增大,

因此动能不断增大。故A正确；

B.从刚接触蹦床到蹦床被压至最低点，小朋友的质量不变，高度不断降低，因

此重力势能不断减小。故B错误：

C.蹦床被压至最低点时，蹦床的弹性形变程度达到最大，因此弹性势能最大。

故c正确；

D.被蹦床弹起后上升的过程中，小朋友的质量不变，速度减小、高度升高，是

动能转化为重力势能。故D错误。

故选ACo

探究二、机械能守恒

1.机械能守恒

大量研究结果证明，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，或者说机械能守恒。

机械能守恒的条件是只有动能和势能之间发生转化，没有其他形式的能参与

转化。但在现实生活中，由于摩擦阻力的存在，动能和势能相互转化的过程中总

要克服摩擦力做功，总有部分机械能转化为其他形式的能，机械能的总量减少。

自然界中，各种形式的能量都可以相互转化，能量转化过程中总是一种形式

的能量减少，另一种形式的能量增加，动能和势能的相互转化只是各种能量转化

的一种。

2.判断机械能是否变化

①当物体的机械能守恒时，动能和势能中一种形式的能量减少，另一种形式

的能量必然增加。

示例（忽略空气阻力和摩擦判断依据

能的转化

导致的机械能损失）速度高度形变

滚摆上升时减小增大—动能转化为

重力势能

过山车下降时增大减少—重力势能转

化为动能

运动的小球压缩弹簧时减小—增大动能转化为

弹性势能

弯弓射箭时增大—减小弹性势能转

化为动能

②物体受外力作用机械能不守恒时，可先分析动能和势能的变化情况，再结

合“机械能=动能+势能'来判断。

示例动能变化势能变化机械能

水平路面上加速运动的小车增大不变增大

水平路面上减速运动的小车减小不变减小

匀速上升的热气球不变增大增大

匀速下降的热气球不变减小减小

斜面上减速下滑的滑块减小减小减小

汽车加速冲上斜面增大增大增大

③人造卫星运行时的机械能转化

人造干星绕地球椭圆轨道运行过程中，不受空气阻力，只有动能与势能的相

互转化，故卫星的机械能守恒。如图所示，它离电球中心最远的一点叫远地点,

离地球中心最近的一点叫近地点，卫星在两点间运行时能量转化情况如图所示。

近地点：动畿最大，势能最小

远地点：动能最小，势能最大

【典例2】如图所示，小红在游乐园玩“套圈〃游戏，在套圈从。点运动到。点的过

程中（不计空气阻力），下列说法错误的是（）

A.套圈在点的重力势能最大

B.套圈在c点的机械能等于在。点的机械能

C.套圈由。点到。点的过程中，重力势能转化为动能

D.套圈运动到8点时若所受的力全部消失，它将保持静止状态

【答案】D

【详解】A.重力势能大小与物体质量和高度有关，套圈质量不变，b点是运动

过程中高度最高的位置，因此套圈在人点的重力势能最大，故A正确，不符合

题意；

B.不计空气阻力，套圈运动过程中机械能守恒，全程机械能大小保持不变，因

此套圈在c点的机械能等于在。点的机械能，故B正确，不符合题意；

C.套圈由〃点到c点的过程中，质量不变，高度减小、速度增大，因此重力势

能减小、动能增大，重力势能转化为动能，故C正确，不符合题意；

D.套圈运动到力点时，在水平方向仍具有一定的速度，不是静止状态；根据牛

顿第一定律，若此时所受的力全部消失，套圈将保持匀速直线运动，不会保持静

止，故D错误，符合题意。

故选D。

探究三、风能和水能的利用

L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.风能：风是流动的空气，风具有的机械能叫风能。

3,风能和水能的利用

水能风能

本机械能

质

特无污染、蕴藏量大、可循环利用资源丰富、无污染、不稳定、

点不便于储存

（1）早期，人们利用水流冲击水轮机

（1）利用风能来驱动帆船航

转动来汲水、磨粉、碾谷；

行；

利（2）到18世纪，人们利用大功率水轮

（2）利用风能来推动风车做

用机来带动纺织机、冶金鼓风机工作；

功；

（3）近代，利用水轮机带动发电机发

（3）利用风能来发电

电

【典例3】如图是水电站剖面图。其工作原理是：水从上游流下时带动水轮发电

机转动，水的能转化为能。一定质量的水，上、下游水

位差越___________,能发出的电越多。

【答案】机械电大

【详解】口］［2］水从上游流下时具有机械能，水带动水轮发电机转动，水的机械

能减小，水电站发电，为电路中提供电能，因此水的机械能转化为电能。

⑶一定质量的水，上、下游水位差越大，水的重力势能越大，机械能越大，能

转化为的电能越多，能发出的电越多。

【课堂总结】

①国际单位:m.其位：km、dm、cm、mm、pin、nm.

②换算关系

单位：lkm=1000m

1m=10dm=102cm=105mm=106gm=109nm

长「①使用刻度尺前"三看"：看量程、看分度值、看零刻度.

度

和刻度尺__②（吏用刻度尺时"五会"：会选、会放、会看、会读、会记

时③测量结果：包括数值（准确值和一位估计值）、单位

间

I-④长度测量的特殊方法：平移法、化曲为直法、累积法、滚轮法等.

的

测①国际单位：s.其他单位：h、min

量时间的②换算关系：1h=60min1min=60s

秒表测量时间;5小盘读数（min）-大盘读数（s）

①1ft念：测量值和真实值之间总会有差别，这就是误差.

②产生：测量工具、测量者、环境因素.

③减小：多次测量取平均值、使用精密的测量工具、改进测量方法.

【课堂练习】

1.（25-26九年级上•上海浦东新•期末）下列关于机械能的说法中，正确的是（）

A.动能和势能统称为机械能B.动能与速度成正比

C.势能与高度成正比D.机械能的大小与质量无关

【答案】A

【详解】A.机械能是与物体运动相关的能量，它包括动能和势能，取决于物体

整体的运动状态，故A正确；

B.物体质量一定时，速度越大，动能越大，通过实验数据得出结论，质量一定

时，动能的大小与速度的二次方成正比，不是与速度成正比，故B错误；

C.势能是重力势能和弹性势能的统称，弹性势能与物体的高度无关，重力势能

与物体的高度和质量有关，当质量一定时，重力势能与高度成正比，故c错误；

D.重力势能大小与物体的质量和物体被举高的高度有关，故机械能的大小与质

量有关，故D错误.

故选A。

2.（24-25九年级上•广东肇庆•月考）以下说法正确的是（）

A.运动的物体具有的能都是动能

B.一切运动的物体都具有动能

C.只有势能的物体没有机械能

D.质量大的物体具有的重力势能多

【答案】B

【详解】A.运动的物体如果向高处运动，除去具有动能以外，还具有重力势能，

故A错误；

B.动能是物体由于运动而具有的能量，只要物体在运动它就具有动能，因此,

一切运动的物体都具有动能，故B正确；

C.机械能是动能和势能的总和，若物体只有势能（如静止在高处的石块，具有

重力势能），则其机械能等于势能，并非没有机械能，故c错误；

D.重力势能的大小由质量和高度共同决定，仅质量大但高度很低的物体，重力

势能不一定多，故D错误。

故选Bo

3.（25-26八年级下•全国•课后作业）如图所示，光滑水平桌面上的弹性小球被

弹出后，经过A点和区点后落到地面，又被多次强起，图中虚线为小球的运动轨

迹。下列有关小球的运动，描述正确的是（）

A.小球从4点运动到8点的过程中机械能不断减少

B.小球反弹经过。点时动能为零

C.若将弹性小球表面涂黑，则会在C、/两点留下等大的黑色圆斑

D.小球经过E点的机械能大于经过G点的机械能

【答案】D

【详解】A.小球从A点运动到4点的过程中，区光滑桌面没有摩擦阻力，小球

处于平衡状态，其速度大小不变，动能不变，高度不变，重力势能不变，所以小

球机械能不变，故A错误；

B.从轨迹来看，小球反弹经过。点时，此时小球在最高点，竖直方向速度为零，

水平方向速度不为零，则小球在。点的动能不为零，故B错误；

C.弹性势能大小与弹性形变程度有关，黑色圆斑的大小能反映小球弹性形变程

度，圆斑越大，形变越大，弹性势能越大，在C点与在“点时，小球的动能与重

力势能都为零，而每次小球反弹到的最高点都比上一次的最高点低，说明小球受

到空气阻力作用，机械能逐渐变小，所以小球在C点的机械能大于在尸点的机械

能，故小球在C点的弹性势能大于在尸点的弹性势能，小球在C点的圆斑要比在

尸点的圆斑大，c错误；

D.小球在多次弹起过程中，机械能逐渐变小，而E点在G点之前，故小球在E点

的机械能大于在G点的机械能，D正确。

故选D。

4.（24・25八年级下•重庆・期末）北京时间2025年4月24日17时17分，搭载

神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在泗泉卫星发射中心点火发

射，火箭在加速升空过程中，火箭上载人飞船的（）

A.动能增大，重力势能增大，机械能增大B.动能增大，重力势能减小,

机械能不变

C.动能减小，重力势能增大，机械能不变D.动能减小，重力势能减小，

机械能减小

【答案】A

【详解】火箭上升过程中，火箭上的载人飞船质量不变，速度变大，高度变高,

故载人飞船的动能变大，重力势能变大，因为机械能等于动能与重力势能之和,

所以载人飞船的机械能也变大，故A符合题意，BCD不符合题意。

故选Ao

5.（24-25八年级下•辽宁大连・月考）在水平桌面上滑行的木块，运动得越来越

慢，最后静止。在此过程中（）

A.木块的动能转化为重力势能B.木块的惯性逐渐变小直至为零

C.木块受到的摩擦力逐渐增大D.木块克服阻力做功动能减小

【答案】D

【详解】A.在水平桌面上滑行的木块，质量不变，运动得越来越慢，动能减小，

但其高度没有变化，则重力势能不变，所以木块的动能没有转化为重力势能，故

A不符合题意；

B.惯性大小只跟物体的质量大小有关，在水平桌面上滑行的木块，质量不变,

惯性大小不变，故B不符合题意；

C.在水平桌面上滑行的木块，对水平面的压力不变，接触面的粗糙程度不变,

所以摩擦力大小不变，故C不符合题意；

D.在水平桌面上滑行的木块，是因为受到摩擦阻力的作用，才运动得越来越慢，

最后静止，所以此过程中木块克服阻力做功动能减小，故D符合题意。

故选D。

6.（24-25八年级下•湖北武汉力考）如图所示，将铁锁用绳子悬拄起来，拉至I]

自己的鼻子附近，松手后铁锁来回摆动。若不计空气阻力、则下列说法正确的是

A.铁锁摆动到最高点时，动能最大

B.铁锁摆动到最低点时，重力势能最大

C.铁锁从最低点向最高点摆动时，动能转化为重力势能

D.铁锁从最高点向最低点摆动时，动能转化为重力势能

【答案】C

【详解】A.铁锁摆到最高点时，速度为0,动能最小；高度最高，重力势能最

大，故A错误；

B.铁锁摆到最低点时，高度最低，重力势能最小，故B错误；

C.铁锁从最低点向最高点摆动时，速度减小，动能减小、高度升高，重力势能

增大，是动能转化为重力势能，故C正确；

D.铁锁从最高点向最低点摆动时，高度降低，重力势能减小、速度增大，动能

增大，是重力势能转化为动能，故D错误.

故选C。

7.（25-26九年级上•吉林•开学考试）蹦床是一项传统的奥运比赛项目。如国所

示，在一次比赛中，运动员从高处下落到蹦床上又被弹起。在这个过程中，下列

说法不正确的是（）

A.运动员上升到最高点时的重力势能最大

B.运动员在下落的过程中（未接触蹦床前）重力势能转化为动能

C.运动员下落到最低点时的动能最大

D.运动员下落到最低点时蹦床的弹性势能最大

【答案】C

【详解】A.运动员质量不变，上升到最高点时的高度最大，则重力势能最大,

故A正确，不符合题意；

B.运动员在下落的过程中（未接触蹦床前）质量不变，高度变小，速度变大,

重力势能变小，动能变大，是重力势能转化为动能，故B正确，不符合撅意：

C.运动员下落到最低点时速度为零，动能为零，动能最小，故C错误，符合题

意；

D.运动员下落到最低点时蹦床的弹性形变程度最大，则蹦床的弹性势能最大,

故D正确，不符合题意。

故选C。

8.（24-25八年级下•甘肃天水•月考）如图所示，人造地球卫星沿椭圆轨道浇地

球运行的过程中，下列说法正确的是（）

•近堆点

A.U星从远地点向近地点运动时，动能减小

B.卫星从远地点向近地点运动时，重力势能转化为动能

C.卫星从近地点向远地点运动时，动能不变，重力势能减小

D.卫星从近地点向远地点运动时，卫星的速度一直在减小

【答案】D

【详解】AB.卫星从远地点向近地点运动时，质量不变，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，故AB错误；

CD.卫星从近地点向远地点运动时，质量不变，高度增加，重力势能增加，速

度减小，动能减小，故C错误，D正确。

故选D。

9.（25-26九年级上•江苏常州•期中）如图所示，忽略空气阻力，小球以某速度

从M点沿粗糙轨道开始运动，到达P点时离开轨道，继续上升至最高点N后再

下落经过。点，。、P、。三点在同一水平高度。

⑴小球在0、P两点的速度分别为%和箕八则％'A（＞/=/＜）；

（2）小球在P点的机械能（大于/等于，小于）。点的机械能。

【答案】（1）＞

（2）等于

【详解】（1）由于球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，在轨道上运动过程

中要克服摩擦力做功，存在能量损失，因此球到达尸点的机械能一定小于在。

点的机械能，。、P处在同一水平高度，球的重力势能相等，则球在P点的动能

一定小于在O点动能，因此球在尸两点的速度％〉匕。

（2）忽略空气阻力，小球从P点到。点机械能守恒，因此小球在尸点的机械能

等于Q点的机械能。

10.