3.2机械能 同步练习（含解析）

机械能
一、单选题
1.关于能量，下列说法中错误的是（ ）
A. 动能是跟物体运动有关的物理量 B. 声能传递能量，光不能传播能量
C. 能量有多种形式 D. 利用能量的过程就是能量的转化和转移的过程
2.2019年5月17日23时48分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭，成功发射第45颗北斗导航卫星，如图1所示是北斗卫星在随火箭加速上升的情景。人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行时，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点，如图2所示。下列说法正确的是（ ）
A. 如图 1 北斗卫星上升过程中，重力势能变大，动能变大
B. 如图 2 人造地球卫星运行中，重力势能变大，动能变大
C. 如图 2 人造地球卫星运行中，从近地点向远地点运动时，速度变大
D. 如图 1、2 中卫星的机械能都不变
3.如图所示,小车沿斜面匀速向下运动,在此过程中,小车的动能( ).

A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定
4.弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结构如图甲所示，图乙是小金玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过程，其中b是弹簧处在原长的状态，针对此过程分析正确的是（ ）
甲
A. a→b，小金的机械能不断增加，在b时动能最大 B. b→c，弹簧的弹性势能转化为小金的重力势能
C. 在a状态时弹簧的弹性势能最大 D. 在c状态时小金的机械能达到最大
5.有一种运动叫蹦极，如图所示是蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，A点处弹性绳自然伸直。B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点，运动员从O点到C点的运动过程中忽略空气阻力，则( ）
A. 从O点至B点运动员的重力势能全部转化为动能
B. 从B点至C点只有运动员的动能转化为弹性势能
C. 从O至A过程中运动员速度增大，从A至C过程中运动员速度减小
D. 从O至B过程中运动员速度增大，从B至C过程中运动员速度减小
6.如图所示，连着弹簧的小球套在水平杆上，弹簧自由伸长时，小球位于O点。小球和水平杆之间存在摩擦力，现用小球压弹簧至A点后，然后释放，小球最右端达到B点。下列说法正确的是（ ）
A. 小球向右运动过程中速度最大点出现在O点。
B. 小球第一次向右经过O点时，速度不断增大
C. 从O点到达最右端B点的过程中，是将动能转化为内能和弹性势能
D. 小球最终静止的位置是在O点
7.原长为L的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个小钢球，将钢球从O点释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距离为2L，如图所示。则能反映钢球从O点运动到A点的过程中，其动能Ek随运动距离s变化的关系图象可能是（ ）
A. B. C. D.
8.如图所示甲，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t=0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球接触弹簧并将弹簧压缩至最低点（形变在弹性限度内），然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后又下落，如此反复．通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出该过程中弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，不计空气阻力．则（ ）
A. 运动过程中小球的机械能守恒 B. t1～t2这段时间内，小球的动能与重力势能一直在增加
C. t2时刻小球的速度为最大 D. t2～t3这段时间内，小球的动能先增加后减少
9.为增强体质，2018 年 12 月 23日育英初中分校举行了教工篮球比赛，如图所示为投球后，蓝球落地在地面弹跳的频闪照片，照片中位置 1、2、3 高度相等，则该蓝球（ ）
A. 在位置 1、2 和 3 的动能相等 B. 在位置 1、2 和 3 的重力势能相等
C. 在位置 1、2 和 3 的动能越来越大 D. 在位置 1、2 和 3 的重力势能越来越小
10.自动垂直升降式车库可以有效缓解停车难问题。如图所示为自动垂直升降式车库的停车示意图。当汽车在匀速上升过程中（ ）
A. 动能增加，重力势能不变 B. 动能增加，重力势能增加
C. 动能不变，重力势能不变 D. 动能不变，重力势能增加
11.为了研究摆锤的摆动，小乐用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤从A点静止释放，利用频闪照相技术，拍摄摆锤在相同时间间隔的位置，如图所示。若不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A. 从A到O的过程中，摆锤重力做功，所以机械能逐渐增大
B. 从A到O的过程中，摆锤重力势能减小，动能不变
C. 从O到B的过程中，摆锤克服重力做功，重力势能增大
D. 摆锤在B位置时只受重力和拉力，并且是这一对平衡力
12.我国火箭回收方式是：火箭消耗完燃料后将自动脱离飞船，借助降落伞落回地面，如图所示，匀速下落过程中，关于火箭能量变化说法错误的是 ( )

A. 动能不变，机械能减小 B. 重力势能减小，机械能减小
C. 重力势能减小，转化为动能 D. 机械能减小，转化为热能
二、填空题
13. 2020年7月23日，长征五号遥四运载火箭在中国文昌航天发射场点火升空，实施我国首次火星探测任务。如图所示为起飞阶段加速上升的火箭，该过程中，内部的新型返回舱的动能 （选填“增大”“减小”或“不变”），火箭整体的机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。
14.如图，摆球从A点向下摆动，在由A到B的过程中，摆球在________点的动能最大，如果没有摩擦，则摆球的机械能将会________（选填“增大”、“减小”、“不变”），将摆球换成盛沙的漏斗下边放一木板，让漏斗摆动起来，同时其中细沙匀速流出且不计阻力，如下右图所示经历一段时间后，观察木板上沙子的堆积情况，则沙堆的剖面应是下图中的________。
三、解答题
15.图甲是投掷实心球的场景（不计空气阻力）。小科分析了实心球自脱手至落地的过程的能量转化过程，画出了其势能的大小随时间变化的曲线如图乙。请你在图丙中再画出此过程中实心球动能的大小随时间变化的大致曲线并标出A、B、C三点，并说明画此曲线的理由。
四、实验探究题
16.动能和势能统称机械能，与人们日常生活联系密切。为能合理利用动能和机械能，人们对此进行了大量实验，某实验探究小组在探究“动能的大小与哪些因素有关”时，设计了如图所示的实验，请回答下列问题：
（1）.本实验中运用了什么实验法？请举例说明： 。
（2）.实验小组通过改变钢球质量和下落的高度进行了多次实验，实验数据记录如表，通过以上实验数据写出 2 点结论： 。
实验序号 钢球的质量m/g 钢球滚下的高度h/cm 木板在木板表面运动的距离s/m
1 10 5 6
2 10 10 15
3 20 10 20
（3）.通过实验数据分析可得，对动能影响最大的因素是 。
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】 B
【解析】【分析】根据对能量的认识分析判断。
【解答】A.动能是跟物体运动有关的物理量，故A正确不合题意；
B.声能传递能量，光也能传播能量，故B错误符合题意；
C.能量有多种形式，例如风能、水能、电能和内能等，故C正确符合题意；
D.利用能量的过程就是能量的转化和转移的过程，故D正确不合题意。
故选B。
2.【答案】 A
【解析】【分析】（1）动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关；
（2）（3）（4）根据重力势能和动能的相互转化分析。
【解答】图1中，在北斗卫星上升过程中，它的质量不变，高度增大，则重力势能增大；质量不变速度增大，则动能增大，则机械能增大，故A正确，D错误；
当人造卫星从近地点向远地点运动的过程中，高度增大，则重力势能增大；速度减小，则动能减小，而二者之和保持不变，即机械能保持不变，故B、C错误。
故选A。
3.【答案】 C
【解析】【分析】动能只与物体的速度和质量有关，速度越大、质量越大，那么它的动能越大，据此分析即可。
【解答】小车沿斜面匀速向下运动，它的质量和速度都保持不变，因此它的动能不变，故C正确，而A、B、D错误。
故选C。
4.【答案】 C
【解析】【分析】（1）动能最大的时刻小金的速度最大，分析 a→b时，小金的受力情况，判断运动速度的变化；当合力为0时，速度最大；
（2）在b点时，弹簧的弹性势能已经是0；
（3）弹簧弹性势能的大小与形变程度有关；
（4）当弹簧的弹性势能为0时，小金的机械能是最大的。
【解答】A.a→b，小金的机械能不断增加，开始时，弹簧的弹力大于重力，小金向上做加速运动；随着形变程度的减小，弹簧的弹力减小，当弹力等于小金的重力时，合力为0，这时加速停止，小金的速度最大，动能最大；可见，动能最大的点在b点的前面，故A错误；
B.在b点时，弹簧的弹性势能已经是0，因此b→c时，肯定不是弹簧的弹性势能转化为小金的重力势能，故B错误；
C.在a点时，弹簧被压缩的程度最大，具有的弹性势能最大，故C正确；
D.在b点时，弹簧的弹性势能为0，全部转化为小金的机械能，此时小金的机械能最大，故D错误。
故选C。
5.【答案】 D
【解析】【分析】（1）B点时绳子已经伸长，这时绳子有弹性势能，这也是由人的重力势能转化而来；
（2）从B到C时，人的高度下降，那么人的重力势能也会转化为绳子的弹性势能；
（3）从O到B的过程中，弹力一直小于重力，合力向下且与运动方向相同，人应该做加速运动；从B到C的过程中，弹力大于重力，合力向上与运动方向相反，人应该做减速运动。
【解答】根据题意可知，从O点到B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员拉力，因此速度越来越大；从B点到C点的过程中，弹性绳对运动员拉力大于重力，运动员的速度开始减小，到达C点时，速度为零；由于不计空气阻力，因此整个过程能量守恒。
故答案为：D
6.【答案】 C
【解析】【分析】（1）如果物体受到的合力不为0，且和物体的运动方向一致，那么它将做加速运动；且合力越大，物体的速度变化量越大；
（2）如果物体受到的合力不为0，且和物体的运动方向相反，那么它将做减速运动；且合力越大，物体的速度变化量越大；
（3）弹簧的形变程度越大，它的弹性势能越大；而物体克服摩擦，将机械能转化为内能，据此判断；
（4）由于小球的机械能会不断的转化为内能，小球的位置取决于有多少机械能转化为内能。
【解答】A.小球在向右运动的过程中，开始时，弹力大于摩擦力，小球做加速运动；当弹力等于摩擦力时，小球停止加速，这时它的运动速度最大；由于O点时弹簧弹力为0，所以这个速度最大的点肯定在O点左侧，故A错误；
B.小球经过O点时，弹力的方向与小球的运动方向相反，这时小球应该做减速运动，故B错误；
C.从O点到达最右端B点的过程中，由于不断摩擦，小球的动能转化为内能；弹簧的长度不断增大，小球的动能转化为弹性势能，故C正确；
D.由于小球与水平杆之间有摩擦力，因此在小球运动过程中，小球很可能停在O点的左边或右边，这时弹力等于摩擦力，故D错误。
故选C。
7.【答案】 D
【解析】【分析】小球下降过程 , 重力势能转化为动能的过程 ; 小球拉动橡皮筋 , 小球动能转化为橡皮筋的弹性势能 , 动能逐渐变小 , 据此分析解答。
【解答】橡皮筋长为l , 小球从初始状态下降至l过程中 , 重力势能转化为动能 , 小球做加速运动 , 动能逐渐变大 ; 小球从l继续下降至2l过程中 , 受到橡皮筋的拉力作用 , 速度逐渐减小 , 最后变为零 , 动能转化为橡皮筋的弹性势能 , 最后动能为零，D符合题意。
故答案为：D。

8.【答案】 D
【解析】【分析】小球先自由下落 , 与弹簧接触后 , 弹簧被压缩 , 弹力不断变大 , 当弹力小于重力时 , 物体加速下降 , 合力变小 , 小球速度减小；物体因为惯性继续下降 , 弹力变得大于重力 , 合力变为向上且不断变大，小球开始向上运动；上升过程，加速运动 , 速度达到最大 , 之后减速运动 , 直到小球离开弹簧为止。对于小球和弹簧组成的系统机械能守恒.
【解答】A、由图看出 , 弹簧的弹力在变化 , 说明运动过程中弹簧的弹性势能在变化 , 而小球和弹簧组成的系统机械能守恒 , 则知小球的机械能不守恒，A不合题意；
B、小球从t=0时从高处释放，t1时刻刚好产生弹力，表明小球刚好接触弹簧，则在t1~t2这段时间物体向下运动，高度是不断减小，重力势能不断减小，B不合题意；
C、t2时刻弹力最大 , 故弹簧的压缩量最大 , 小球运动到最低点 , 速度等于零 , C不合题意；
D、t2~t3段时间内 , 弹簧的弹性势能转化为动能和重力势能，速度由大变小，运动到最上时速度为零，弹性势能全部转化为重力势能，所以它的动能先增大后减小，D符合题意。
故答案为：D。

9.【答案】 B
【解析】【分析】 掌握动能、重力势能的影响因素，理解重力势能和动能的转化可从高度和速度来理解，可以帮助我们更好的理解能量的转化。
【解答】 小球在在位置1、2和3，高度相等，势能也相等，在弹跳的过程中需要克服摩擦力阻力做功，有一部分机械能转化为其他形式的能，机械能减小，所以动能减小．故ACD错误，B正确；
故答案为：B
10.【答案】 D
【解析】【分析】动能受到速度和质量的影响，重力势能受到高度和质量的影响，分析影响因素的变化即可。
【解答】当汽车在匀速上升过程中，汽车的质量不变，速度不变，因此汽车的动能不变；汽车的质量不变，但高度增大，因此汽车的重力势能增大。
故选D。
11.【答案】 C
【解析】【分析】摆锤上升过程中动能转化为重力势能；摆锤下落时重力势能转化为动能；不计空气阻力时，机械能守恒。根据二力平衡条件判断是否是平衡力。
【解答】A、从A到O的过程中，摆锤重力做功，重力势能转化为动能，若不计空气阻力，机械能不变，故A错误；
B、从A到O的过程中，高度减小，摆锤重力势能减小，速度增大，动能增大，故B错误；
C、从O到B的过程中，摆锤克服重力做功，重力势能增大，故C正确；
D、摆锤在B位置时受到重力和拉力的作用，由于两个力的方向不相反，不是一对平衡力，故D错误。
故答案为：C。
12.【答案】 C
【解析】【分析】机械能是动能与势能的总和，这里的势能分为重力势能和弹性势能。我们把动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。决定动能的是质量与速度；决定重力势能的是质量和高度；决定弹性势能的是劲度系数与形变量。机械能只是动能与势能的和。机械能是表示物体运动状态与高度的物理量。物体的动能和势能之间是可以转化的。在只有动能和势能相互转化的过程中，机械能的总量保持不变，即机械能是守恒的。
【解答】火箭匀速下落时，高度在逐渐降低，质量不变，则重力势能逐渐减小，而匀速则速度不变，故火箭的动能不变；机械能减小；火箭下落过程中与空气的摩擦会损失一部分能量，因此减小的重力势能转化为内能；故C符合题意；
故答案为：C。
二、填空题
13.【答案】 增大；增大
【解析】【分析】动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，而机械能=动能+重力势能，据此分析解答。
【解答】如图所示为起飞阶段加速上升的火箭，该过程中，内部的新型返回舱的的质量不变，速度增大，则动能增大；质量不变，高度增大，则重力势能增大。根据“机械能=动能+重力势能”可知，火箭整体的机械能增大。
14.【答案】 B；不变；乙
【解析】【分析】（1）在摆球从最高点向最低点运动的过程中，重力势能转化为动能。当到达最低点时，重力势能减小的最大，转化为的动能也最大；
（2）如果没有摩擦，那么就没有能量损失，即机械能守恒；
（3）摆球在某点的速度越大，停留时间越短，那么在改点漏下的沙子就越少，最终这个点上的沙面就越低。
【解答】（1）摆球从A点向下摆动，在由最高点A到最低点B的过程中，摆球在最低点B点的动能最大；（2）如果没有摩擦，则摆球的机械能将保持不变；
（3）将摆球换成盛沙的漏斗下边放一木板，让漏斗摆动起来，同时其中细沙匀速流出且不计阻力，如下右图所示经历一段时间后，观察木板上沙子的堆积情况。因为摆球在最高点A和C点时速度最小，停留时间最长，因此漏下的沙子最多，沙面最高；而最低点B时速度最大，停留时间最短，漏下的沙子最少，因此沙面最低，因此形成两端高，中间低的形状，故选乙。
三、解答题
15.【答案】 理由：
①实心球脱手A点时有速度故具有一定的动能；
②A至B过程中，实心球高度增加，一部分动能转化为势能，在B时势能达到最大，动能变至最小，但由于球还在水平飞行，因此不为0；
③B至C过程中实心球高度下降，势能转化为动能，C点时势能为零，动能达到最大
【解析】【分析】（1）不计空气阻力，实心球在运动过程中机械能守恒，即动能和重力势能的和不变；
（2）因为实心球从A点抛出，所以动能图像的起点也从A点开始；在球上升过程中，重力势能增大，动能减小，达到最高点B时，竖直方向速度为0，水平方向速度不变，即动能不为0；在球下降的过程中，重力势能减小，动能增大；当球到达C点时，重力势能为0，这时球的动能等于A点的动能和重力势能的和，肯定大于A点原来的动能，据此作图即可。
【解答】①实心球脱手A点时有速度故具有一定的动能；
②A至B过程中，实心球高度增加，一部分动能转化为势能，在B时势能达到最大，动能变至最小，但由于球还在水平飞行，因此不为0；
③B至C过程中实心球高度下降，势能转化为动能，C点时势能为零，动能达到最大。如下图：
四、实验探究题
16.【答案】 （1）转换法，通过观察木块被撞击后移动的距离来判断钢球的动能大小
（2）①质量一定时，速度越大，物体动能也越大；②速度一定时，质量越大，物体动能也越大
（3）速度
【解析】【分析】（1）物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。
（2）比较序号1、2，总结动能与物体速度的关系；比较序号2、3，总结动能与物体质量之间的关系。
（3）木块在木板表面运动的距离越远，说明动能越大，根据表格分析质量和速度都增大到原来的2倍时，木块移动距离的倍数关系即可。
【解答】（1）本实验运用了转换法，举例为：通过观察木块被撞击后移动的距离来判断钢球的动能大小。
（2）①比较序号1、2可知，质量一定时，速度越大，物体动能也越大；
②比较序号2、3可知，速度一定时，质量越大，物体动能也越大。
（3）比较序号1、2可知，当质量相同时，高度变为原来的2倍时，速度变为原来的2倍，此时木块移动距离变为原来的2.5倍。
比较序号2、3可知，当高度（速度）相同时，质量增大到原来的2倍时，木块移动的距离变为原来的1.33倍。
那么得到结论：对动能影响最大的因素是速度。