3.2机械能（势能的大小及其影响因素） 同步练习（含解析）

2021-2022学年浙教版科学势能的大小及其影响因素
一．选择题（共6小题）
1．如图是一个运动员跳水的示意图，运动员经过①、②、③三个位置时，其重力势能（　　）
A．在①最大
B．在②最大
C．在③最大
D．一样大
2．如图所示，用力将质量相同的甲乙两物分别沿斜面L1和L2推至平台上。将甲物体推上平台做的功是W1，比将乙物体推上平台做的功W2多，下列说法中正确的是（　　）
A．甲物体的重力势能大
B．乙物体的重力势能大
C．将甲物体推上平台做的额外功较多
D．将甲物体推上平台做的有用功较多
3．两个相同的篮球，表面潮湿，从不同高度自由落至同一地面，留下的印迹如图所示。关于初始时篮球的重力势能，下列说法正确的是（　　）
A．落在a处的大
B．两处一样大
C．落在b处的大
D．无法比较大小
4．飞机空投的救灾物资在下落过程中，逐渐减小的物理量是（　　）
A．重力
B．动能
C．重力势能
D．质量
5．在探究弹簧长度与力的关系时，选取甲、乙、丙完全相同的三根弹簧，将甲、乙弹簧左端固定在墙上，用大小为F的力拉甲的右端，用大小为F的力压乙的右端，在丙弹簧左右两端施加大小为F的拉力，三根弹簧都水平静止，如图所示，下列分析正确的是（　　）
A．三根弹簧具有不同的弹性势能
B．丙的长度比甲大
C．丙的弹性势能比甲大
D．丙和乙具有相同的形变量
6．为了探究重力势能的大小与哪些因素有关，某同学设计了如图所示的实验，让质量相同的两个小球沿同一光滑斜面分别从A处和B处开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止，以下说法错误的是（　　）
A．此实验还可以探究动能与高度的关系
B．球从高处滚下来时重力势能转化为动能
C．由实验可得出结论：质量相同时，高度越高重力势能越大
D．球在水平面上向右运动时，水平面对小球的摩擦力方向向右
　
二．填空题（共3小题）
7．小球从桌面滚落后的运动轨迹如图所示，C、D两处高度相同。B点的重力势能　　C点的重力势能；C点的动能　　D点的动能。（均选填“大于”“小于”或“等于”）
8．在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使皮球从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，如图所示。球从较高处下落形成的圆斑是图中　　（选填“A”或“B”），由此可知重力势能大小与　　有关。重力势能的另一个影响因素是　　。
9．在“探究重力势能大小的影响因素”的实验中，用到三个体积相同的小球，它们的质量关系为m1＜m2=m3，情景如图，实验中通过观察小球陷入细沙的　　来反映重力势能的大小；由甲、乙两种情况可知，重力势能的大小与物体的　　有关。小铁球m3落入细沙后，速度不断减小直至静止，它的机械能转化为　　能。
　
三．实验探究题（共1小题）
10．某物理实验小组在探究“影响重力势能大小的因素”时，提出了如下猜想：
猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关
猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关
猜想三：重力势能的大小可能与物体的运动路径有关。
为了验证猜想，他们准备了如下实验器材：
花泥（易产生塑性形变）若干块，刻度尺一把，体积相同、质量为m的小球3个和质量为2m的小球一个。所用实验装置如图所示（小球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验中均让小球从图中高度自由下落，待小球静止后，分别用刻度尺测出小球陷入花泥的深度。请你根据图中实验情景完成下列内容。
（1）本实验是通过观察　　来判断重力势能大小的。
（2）比较A、B两球，由此可得出结论：　　。
（3）比较　　两球，可得出结论：当物体　　相同时，高度越高，物体具有的重力势能越大。
（4）比较C、D两球，可得出：物体的重力势能与物体运动的路径　　（选填“有关”或“无关”）。
（5）小球下落陷入花泥前，将重力势能转化为　　能。
（6）该实验采用的物理研究方法是　　（写出其中的一种即可）。
　
四．解答题（共7小题）
11．如图所示是在2013年中考体育考试中，康健同学在投掷实心球的运动轨迹。
球在空中飞行的A、B、C、D四点，　　点处的重力势能最大。实心球落地后，由于球具有　　还要继续向前运动，在地面阻力的作用下，最后停在E点。
12．如图所示，将两根相同的轻质弹簧固定在水平地面，甲、乙两钢球（m甲＞m乙）正对弹簧从同一高度h同时自由下落，两球接触弹簧并向下压缩弹簧。请回答下列问题：
（1）当各自速度达到最大值的位置时，哪个球使弹簧形变程度更大？
（2）若两球各自再继续向下运动相同的距离时，它们所受的合力分别为F甲和F乙，请判断F甲和F乙的大小关系，并说明理由。（整个过程均在弹簧的弹性限度内，不计空气阻力）
13．随着城市高层住宅的增多，高空抛物成为“悬在城市上空的痛”。有实验数据表明：一个60g的鸡蛋从4楼落下会让人头部起肿包，从8楼落下可让人头皮破损，从18楼落下可砸碎成年人的头骨，从25楼落下可使人当场死亡。请从能量的角度解释高空落下的鸡蛋能砸伤人的原因。
14．如图所示，宝鼎同学用弹弓研究弹性势能的大小与物体形变的关系。通过实验他观察的记录是：弹弓的橡皮筋被拉得越长，“子弹”射得越远。
（1）弹弓弹性势能的大小是通过　　来比较的；
（2）当弹弓橡皮筋形变相同时，所用的“子弹’质量不同，射出去的距离也不同，质量较大的子弹，射出的距离　　（大/小），宝鼎实验所选用“子弹”的　　应是相同的；
（3）实验结论是　　。
15．如图所示，是小明用弹弓射“子弹”来研究“弹性势能的大小与物体形变的关系”的情景。
（1）在实验中，小明是通过观察　　来比较弹弓弹性势能的大小。
（2）当弹弓上的橡皮筋形变相同时，所用的“子弹”质量不同，射出去的距离也不同，质量较大的子弹，射出的距离较　　（近/远）．因此，小明在实验中所选用的“子弹”的　　应是相同的。
（3）根据实验现象可归纳出：在一定限度内，形变越大，形变物体的弹性势能就越　　（小/大）。
16．在探究“物体的重力势能与哪些因素有关”的实验中，三个相同的木桩被从空中静止释放的铁块撞击后，陷入沙坑中的情况如图所示。在此实验中，我们是通过　　来比较各铁块的重力势能大小的。
（1）若A、B两铁块质量相等，则铁块下落的高度关系是hA　　hB（填“大于”、“小于”或“等于”下同）；若B、C两铁块下落的高度相等，则两铁块的质量的关系是mB　　mC。
（2）本次探究实验中，运用了两种思维方法，它们是：a．　　。b．　　。
17．在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想：
猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
猜想三：弹性势能的大小与弹簧的长度有关；
猜想四：弹性势能的大小与弹簧的粗细有关。
（1）为验证猜想一，他设计了如图所示实验，实验时将同一弹簧压缩　　（选填“相同”或“不同”）的长度（未超过其弹性限度），将小球置于弹簧右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分析比较　　，从而比较弹性势能的大小。
（2）为验证猜想二，需选用　　的两根弹簧，实验时将两根弹簧压缩　　（选填“相同”或“不同”）的长度，将小球置于弹簧的右端，松手后小球碰到同一位置的相同木块，对数据进行比较分析，若　　，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
　
2021-2022学年浙教版科学势能的大小及其影响因素
参考答案与试题解析
　
一．选择题（共6小题）
1解：重力势能大小的影响因素是质量和被举的高度；质量越大，高度越高，重力势能越大。
运动员的质量是一定的，
由图可知，运动员在②位置时的高度最大，
所以在②位置时其重力势能最大。
故选：B。
　
2．解：AB、甲乙物体的质量相同，被推至平台上上升的高度相同，甲乙物体的重力势能相同，故AB错；
CD、甲乙物体的质量相同，被推至平台上上升的高度相同，由W=Gh=mgh可知推力做的有用功相同，由题知推力做的总功W1＞W2，因为总功=有用功+额外功，所以将甲物体推上平台做的额外功较多，故C正确、D错。
故选：C。
　
3．解：从高处下落的篮球具有重力势能，高度越高，重力势能越大，当篮球与地面接触时，篮球发生形变，具有弹性势能，这样篮球的重力势能转化为篮球的弹性势能，高度越高，篮球的形变量越大，即痕迹面积越大，由图可知，b图的篮球痕迹较大，所以落在b处的篮球的起始重力势能较大。
故选：C。
　
4．解：A、重力跟质量成正比，救灾物资在下落过程中，质量不变，重力不变。故A错误。
B、救灾物资下落过程中，质量不变，速度增大，动能增大。故B错误。
C、救灾物资下落过程中，质量不变，高度减小，重力势能减小。故C正确。
D、质量是物体本身的一种属性，救灾物资的位置变化，质量不变。故D错误。
故选：C。
　
5．解：弹簧受到的拉力与其伸长量（弹簧实际长度与原长之间的差值）成正比；而图甲和丙都是使弹簧伸长的，图乙是压缩弹簧的，图甲和图丙上的作用力相同，故伸长的长度相同；图乙和图甲、丙上的作用力相同，故压缩的长度和伸缩的长度都是相同的，它们具有的弹性势能是相同的；故D说法正确。
故选：D。
　
6．解：A、要探究动能与高度的关系，需控制小球的质量相同，改变小球下落的高度，题中提供的器材和过程可探究动能与高度，故A正确；
B、球从高处滑下的过程中，因为他所处的高度降低，所以他的重力势能减小，转化为动能，速度越来越快，故B正确。
C、由实验可得出结论：质量相同时，高度越高重力势能越大，故C正确；
D、小球在水平方向上做减速直线运动，摩擦力阻碍小球向右运动，所以摩擦力的方向向左，故D错误。
故选：D。
二．填空题（共3小题）
7．解：重力势能与质量、高度有关，小球质量一定，B点的高度大于C点的高度，故B点的重力势能大于C点的重力势能；
由小球的运动轨迹可知，弹起最大高度越来越小，说明机械能慢慢减小，C、D两处高度相同，则重力势能相同，机械能等于动能与势能的总和，所以C点的动能大于D点的动能。
故答案为：大于；大于。
　
8．解：从图中A、B的印迹看出，B球的形变大，说明它原有的重力势能大；在质量相同的情况下，高度越高，重力势能越大。物体的质量也是影响重力势能大小的一个因素。
故答案为：B；高度；质量。
　
9．解：在此实验中，通过观察小球陷入沙子中的深度来比较各小球重力势能的大小的，这种方法叫做转换法；
由甲乙两图可知，两小球质量不相等，高度相等，所以可探究重力势能的大小与质量的关系；
小铁球m3落入细沙后，速度不断减小直至静止，在这个过程中一直在克服摩擦力做功，它的机械能转化为内能。
故答案为：深度；质量；内能。
　
三．实验探究题（共1小题）
10．解：（1）本实验中，小球的重力势能大小是通过小球陷入花泥的深度来反映的；这是转换法的应用；
（2）比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入花泥的深度更大，说明B球的重力势能较大，由此可得出结论：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；
（3）比较A、C两球，两球质量相同，下落路径也相同，C球的下落高度大于A球的下落高度，发现C球陷入花泥的深度更大，说明C球的重力势能较大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大；
（4）比较C、D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，但陷入花泥的深度相同，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）小球下落陷入花泥前，质量不变，高度减小，速度增大，所以将重力势能转化为动能；
（6）重力势能的影响因素有两个，实验中，采用的是控制变量法；实验中通过球陷入花泥的深度来反映小球重力势能的大小，用到的是转换法。
故答案为：（1）小球陷入花泥的深度；（2）当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；（3）A、C；质量；（4）无关；（5）动；（6）控制变量。
　
四．解答题（共7小题）
11．解：（1）实心球在运动过程中，质量不变，实心球在B点高度最高，重力势能最大。
（2）实心球落地后，由于球具有惯性还要保持原来的运动状态，所以实心球继续向前运动。
故答案为：B；惯性。
　
12．解：（1）由于m甲＞m乙，所以G甲＞G乙，
球在下落过程中，球的速度达到最大值时，球受到的重力等于受到的弹力，甲的重力大于乙的重力，所以甲受到的弹力大于乙受到的弹力，甲弹簧发生的弹性形变大于乙弹簧发生的弹性形变。
（2）球的速度达到最大值时，球受到的重力等于受到的弹力，在速度最大处再向下运动相同的距离，由于在弹性限度内弹簧的压缩量跟受到的压力成正比，所以甲弹簧和乙弹簧再次发生的弹性形变相同，再次产生的弹力相同，这个再次产生的弹力即合力，所以甲乙所受的合力相等，即F甲=F乙。
故答案为：（1）甲；（2）F甲=F乙。
　
13．答：高空中的鸡蛋具有很大的重力势能，下落过程中重力势能转化为动能，在落地前鸡蛋具有很大的动能，砸向行人时会造成较大的伤害。
　
14．解：（1）弹弓弹性势能的大小是通过子弹射出的距离来表示，射出的越远，弹弓的弹性势能越大。
（2）弹弓弹性形变相同，弹性势能相同，射出子弹时，子弹飞行的远近跟子弹的质量有关，子弹质量越大，飞行距离越小。用子弹射出的远近反映弹弓的弹性势能时要保持子弹的质量相同。
（3）子弹的质量相同时，弹弓的橡皮筋被拉得越长，“子弹”射得越远。所以得到：物体的弹性形变越大弹性势能就越大。
故答案为：（1）子弹射出的距离；（2）小；质量；（3）物体的弹性形变越大弹性势能就越大。
　
15．解：（1）弹弓弹性势能的大小是通过子弹射出的距离来表示，射出的越远，弹弓的弹性势能越大。
（2）弹弓弹性形变相同，弹性势能相同，射出子弹时，子弹飞行的远近跟子弹的质量有关，子弹质量越大，飞行距离越近。用子弹射出的远近反映弹弓的弹性势能时要保持子弹的质量相同。
（3）子弹的质量相同时，弹弓的橡皮筋被拉得越长，“子弹”射得越远。所以得到：物体的弹性形变越大弹性势能就越大。
故答案为：（1）子弹射出的距离；（2）近；质量；（3）大。
　
16．解：实验时可以通过木桩陷入沙坑的深度比较铁块重力势能的大小，木桩陷入沙坑的深度越大，铁块的重力势能越大，木桩陷入沙坑的深度越小，铁块的重力势能越小。
（1）①在质量相等时，铁块下落的高度越大，铁块的重力势能越大，木桩陷入沙坑的深度越大，由图示可知，B下面的木桩陷入沙坑的深度大，因此B铁块下落的高度大，A铁块下落的高度小，铁块下落的高度关系是hA小于hB；②铁块下落的高度相等时，铁块的质量越大，铁块的重力势能越大，木桩陷入沙坑的深度越大，由图示可知，铁块B下面的木桩陷入沙坑的深度大，C下面的木桩陷入沙坑的深度小，因此铁块B的重力大于铁块C的质量，mB大于mC。
（2）实验通过控制铁块的质量相等而下落高度不同，或控制铁块下落的高度相同而质量不同进行实验，应用了控制变量法；实验通过木桩陷入沙坑的深度比较铁块重力势能的大小，把重力势能的大小转化为木桩陷入沙坑的深度大小，应用了转换法。
故答案为：木桩陷入沙坑的深度；（1）小于；大于；（2）控制变量法；转换法。
　
17．解：（1）此题要改变弹簧的弹性形变大小，因此要将同一个弹簧压缩不同的长度；运用转换法，观察木块被推动距离的远近来比较弹性势能的大小。
（2）为验证猜想二，需选用长度和粗细相同，材料不同的两根弹簧，实验时将两根弹簧压缩相同的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，对数据进行比较分析时，若木块被推动的距离不相等，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
故答案为：（1）不同；木块被撞击后移动的距离。
（2）长度、粗细相同材料不同；相同；木块被撞击后移动的距离不同。