3.2机械能 同步练习（含解析）

机械能
一、单选题
1.如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在一压力传感器上。压力传感器是电阻阻值随受到压力的增大而减小的变阻器（压力不超过最大值）。由压力传感器、电流表、定值电阻和电源组成电路。压力传感器不受力时电流表示数是I0。t=0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。整个过程中，不计能量损失，电流表示数I随时间t变化的图像如图乙所示，则( ）
A. t1时刻，小球动能最小
B. t2时刻，弹簧的弹性势能最小
C. t2~t3这段时间内，弹簧的弹性势能先增加后减少
D. t2~t3这段时间内，小球增加的动能小于弹簧减少的弹性势能
2.如图所示，质量为m的小球在竖直向下的力F作用下，将竖直轻弹簧压缩，若将力F撤去，小球将向上弹起并离开弹簧，直到速度为零时为止。则小球在上升过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 小球动能最大时弹性势能为零 B. 小球在离开弹簧时动能最大
C. 小球动能减为零时，弹性势能一定最大 D. 小球的动能先增大后减小
3.质量不计的弹簧竖直固定在一压力传感器上，压力传感器是电阻阻值随受到压力的增大而减小的变阻器（压力不超过最大值），压力传感器、电流表、定值电阻和电源组成一电路如图甲所示．压力传感器不受力时电流表示数是I0. t=0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复．整个过程中，不计能量损失，电流表示数I随时间t变化的图象如图乙所示，则不正确的是（ ）

A. t2时刻，小球动能为零
B. t1时刻，弹簧的弹性势能为零
C. t2～t3这段时间内，弹簧的弹性势能先增加后减少
D. t2～t3这段时间内，小球增加的动能小于弹簧减少的弹性势能
4.下列关于物体势能的说法，错误的是( )
A. 把压缩的弹簧放松，虽然它的长度增加了，但势能减小了
B. 把橡皮筋拉得越长(在弹性限度内)，它的势能也越大
C. 树上的苹果，位置高的不一定比位置低的势能大
D. 高处落下的铅球，5kg的铅球一定比4kg的铅球势能大
5.2018年2月12日13时03分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十八、二十九颗北斗导航卫星，如图所示的卫星沿椭圆轨道绕地球运行，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点，它在大气层外运行，不受空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A. 卫星从远地点运行到近地点，重力势能减小，动能增大，机械能守恒
B. 卫星从远地点运行到近地点，重力势能增大，动能减小，机械能守恒
C. 卫星从近地点运行到远地点，重力势能增大，动能增大，机械能不守恒
D. 卫星从近地点运行到远地点、重力势能减小，动能减小，机械能不守恒
6.如图所示，旅游景区的索道缆车载着游客匀速上山，它具有的（ ）
A. 动能增加，重力势能增加 B. 动能不变，机械能减少
C. 动能减少，重力势能增加 D. 动能不变，机械能增加
7.如图为喷洒农药的无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药，此过程中，喷药无人机的（ ）
A. 动能减小、重力势能减小 B. 动能减小、重力势能不变
C. 动能不变、重力势能减小 D. 动能不变、重力势能不变
8.如图为瓯北某小区采用的自动垂直升降式车库的停车过程示意图。下列关于汽车匀速上升时的说法，正确的是（ ）
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
9.跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员（ ）
A. 在助跑阶段，动能保持不变 B. 在起跳时，机械能最小
C. 在最高点时，动能最大 D. 从起跳到最高点的过程中，部分动能转化为重力势能
10.如图为自动垂直升降式车库的停车过程示意图。下列关于汽车匀速上升时的说法，正确的是（ ）
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.将一支内有弹簧的圆珠笔向下按压(如图)，放手后笔会向上弹起一定高度。下列关于该过程中能量变化的叙述，其中正确的是（ ）
A. 向下按笔的过程中，弹簧的弹性势能减小 B. 向下按笔的过程中，笔的重力势能增大
C. 笔向上弹起的过程中，笔的重力势能增大 D. 笔向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能增大
12.如图所示，小球在竖直向下的力 F 作用下，将竖直轻弹簧压缩，若将力 F 撤去，小球将向上弹起并离开弹簧，直到速度为零时为止．则小球在上升过程中 ，下列说法正确的是（ ）
A. 小球动能最大时弹性势能为零 B. 小球在离开弹簧时动能最大
C. 小球动能减为零时，重力势能不一定最大 D. 小球的动能先增大后减小
二、填空题
13.俄罗斯世界杯足球赛中。如图是某球员传球时足球的一段运动轨迹，其中A点的重力势能________(选填“大于”“小于”或“等于”)B点的重力势能。若不计空气阻力，足球在下落的过程中，重力势能转化为________能。
14.小球在没有空气阻力的情况下，沿无摩擦轨道运动。
（1）如图甲所示，小球从A点静止释放，小球到达C点时速度是________；
（2）将轨道BC段改为水平，如图乙所示，小球仍从A点静止释放，小球经过N点时的机械能________（填“大于”、“等于”或“小于”）其在A点的机械能。
三、实验探究题
15.小乐在探究“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，小球质量m1（1）本实验主要运用的科学方法是控制变量法与________（选填“转换法”或“类比法”）
（2）本实验是通过观察 ________来判断重力势能的大小。
（3）通过比较甲和乙、乙和丙的多次实验结果，可以得出结论：________。
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】 D
【解析】【分析】（1）同一个小球质量相同，动能越大，速度越大；
（2）弹簧的弹性势能与形变程度有关，形变程度越大，弹性势能越大；
（3）根据乙图可知，从0~t1时间内，电流保持I0不变，说明这时小球还没有与弹簧接触，弹簧还没有发生形变进而对压力传感器产生压力；从t1~t2时间内，电流逐渐增大，说明压力传感器受到的电阻变小压力不断增大，即弹簧的形变程度增大，弹力不断增大；从t2~t3时间内，电流变小，说明压力传感器电阻增大而压力变小，即弹簧恢复形状，将弹性势能转化为小球的动能的过程。
① t1时刻， 电流开始增大，说明压力传感器电阻变小而压力增大，即弹簧开始发生形变，根据能量转化判断动能的大小；
②t2时刻，电流最大，据此判断压力传感器上压力的变化，进而推得弹簧形变程度的大小，弄清弹性势能的大小；
③在t2~t3这段时间内，根据电流变化推断压力传感器上电阻的变化，进而弄清弹簧弹力的变化，判断出能量的转化方向即可。
【解答】t1时刻时，电流表示数为I0 ， 并呈上升趋势，表示此时压力传感器不受力，小球刚好接触弹簧且弹簧还未发生弹性形变，小球处于继续下落状态，此时小球的速度达到最大，也就是说小球动能达到最大，A不符合题意；
t2时刻时，电流表示数最大，表示压力传感器的电阻阻值最小，表明压力传感器受到的压力最大，说明此时小球把弹簧压缩到最低点，弹簧的弹性形变程度最大，弹性势能最大，B不符合题意；
t2~t3这段时间内，电流表示数变小，表示压力传感器的电阻阻值增大，表明压力传感器受到的压力减小，说明此时是弹簧把小球弹起的过程，弹性势能转化成动能和重力势能，因此小球增加的动能小于弹簧减少的弹性势能，C不符合题意，D符合题意。

故答案为：D
2.【答案】 D
【解析】【分析】若将力F撤去，小球向上弹起的过程中，弹簧的弹力与重力大小关系有在三种情况；分析小球速度如何变化，判断小球的动能变化。
【解答】若将力F撤去，小球向上弹起的过程中，开始弹簧的弹力大于重力，小球先做加速运动，动能增大；弹力等于重力时，速度最大，此时动能最大；弹力小于重力时，小球做减速运动，小球的动能减小，速度动能减小为0时，弹簧的形变程度不是最大，弹性势能不最大；所以在这个过程中小球的动能先增大后减小。
故答案为：D。
3.【答案】 C
【解析】【分析】物体的弹性势能与物体形变的程度有关，形变越大，弹性势能越大；物体的动能与质量及速度有关。在机械能的转化过程中，机械能守恒。
【解答】A、由图乙可知，t2时刻，小球位于最低点，速度为零，动能为零，A正确，不合题意；
B、t1时刻，弹簧恢复原状，无弹性形变，弹性势能为零，B正确，不合题意；
C、D、t2～t3这段时间内，小球对弹簧的压力逐渐减小，弹簧的弹性势能逐渐减小，弹簧减少的弹性势能转化为小球的动能的重力势能，故C错误，符合题意，D不合题意。
故答案为：C。
4.【答案】 D
【解析】【分析】物体由于具有做功的形势而具有的能叫势能。势能分为重力势能和弹性势能。重力势能：物体由于被举高而具有的能叫做重力势能。影响因素：物体被举得越高，质量越大，具有的重力势能就越大。弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能。
【解答】A、弹簧的弹性势能与其形变程度有关，压缩的弹簧放松后，形变程度减小，势能减小；故A正确；
B、弹性势能与形变程度有关，橡皮筋拉得越长，形变越大，势能越大；故B正确；
C、苹果势能的大小与苹果的质量和高度有关，所以位置高的势能不一定位置低的大；故C正确；
D、高处落下的铅球势能与质量和高度有关，5kg的铅球和4kg的铅球高度未知，则势能无法比较；故D错误；
故答案为：D。
5.【答案】 A
【解析】【分析】在只有重力或弹力做功的物体系统内(或者不受其他外力的作用下），物体系统的动能和势能（包括重力势能和弹性势能）发生相互转化，但机械能的总能量保持不变。这个规律叫做机械能守恒定律。
【解答】CD、由题意可知，卫星在运动过程中不受空气阻力，即没有能量的损失，故机械能守恒；故CD错误；
AB、卫星从远地点到近地点过程中，高度在降低，速度在增大，因此重力势能减小，动能增大，且机械能守恒；故A正确，B错误；
故答案为：A。
6.【答案】 D
【解析】【分析】动能与物体的质量和速度有关，重力势能与物体的质量和高度有关，而机械能等于动能和势能的和。
【解答】旅游景区的索道缆车载着游客匀速上山，缆车的总质量不变，高度增大，因此重力势能增大；速度不变，因此动能不变；根据机械能=动能+重力势能可知，机械能增大，故D正确，而A、B、C错误。
故选D。
7.【答案】 A
【解析】【分析】动能与物体的质量和速度大小有关，重力势能与物体 的质量和高度有关，据此判断即可。
【解答】喷洒农药的无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，它的速度不变，但质量不断减小，因此它的动能减小；它的高度不变，但质量逐渐减小，因此它的重力势能减小，故A正确，而B、C、D错误。
故选A。
8.【答案】 D
【解析】【分析】动能与质量和速度大小有关，重力势能与质量和高度大小有关，据此判断即可。
【解答】当汽车匀速上升时，汽车的质量不变，速度不变，那么它的动能不变；汽车的高度增大，那么它的重力势能增大，故D正确，而A、B、C错误。
故选D。
9.【答案】 D
【解析】【分析】明确影响动能、重力势能和机械能大小的影响因素是解答此题的关键.
【解答】A、在助跑阶段，运动员的质量不变，速度逐渐增大，因此动能增大，故A错误；
B、动员的速度达到最大值，动能达到最大值，重力势能不变，机械能达到最大值，故B正确；
C、在最高点时，高度达到最大值，因此重力势能也达到最大值，故C错误；
D、从起跳到最高点的过程中时，高度变大，重力势能增加，速度减小，动能减小，部分动能转化为重力势能，故D正确.
故答案为：D.
10.【答案】 D
【解析】【分析】掌握动能、重力势能的影响因素，用控制变量法，判断动能、重力势能的变化.
【解答】汽车匀速上升时，质量不变，速度不变，动能不变；质量不变，高度增加，重力势能增加.故答案为D.
11.【答案】 C
【解析】【分析】动能与物体的质量、速度有关；重力势能与物体的质量、高度有关；弹性势能与物体发生弹性形变的程度有关.
【解答】A、向下按笔的过程中，弹簧的弹性形变程度变大，弹性势能变大，故A错误；
B、向下按笔的过程中，笔的高度减小，重力势能减小，故B错误；
C、笔向上弹起的过程中，笔的质量不变，高度增加，重力势能增大，故C正确；
D、笔向上弹起的过程中，弹簧形变程度变小，所以其弹性势能变小，故D错误.
故答案为C.
12.【答案】 D
【解析】【分析】能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。这就是人们对能量的总结，称为能量守恒定律。
【解答】 当拉力F撤去后，小球受到弹力作用向上运动；小球的速度会先增大后减小，当速度为0时，小球会掉落；
A、当弹力等于重力时，速度最大，而这时弹簧还没有恢复原长，所以弹性势能不为0；故A错误；
B、当小球离开时，小球已经开始减速，所以动能不是最大；故B错误；
C、当小球速度为0时，小球达到最高点，重力势能最大；故C错误；
D、小球在整个过程中，小球的速度先增大后减小；所以动能先增大后减小；故D正确；
故答案为：D。
二、填空题
13.【答案】 小于；动
【解析】【分析】（1）重力势能与物体的重力和高度有关，动能与物体的质量和速度有关；
（2）分析足球下落过程中，动能和重力势能的变化即可。
【解答】（1）A点的高度（2）在足球下落过程中，足球的高度减小，重力势能减小；足球的速度增大，那么动能增大，因此重力势能转化为动能。
14.【答案】 （1）0
（2）等于
【解析】【分析】（1）根据能量转化和守恒定律分析即可；
（2）根据（1）中的分析判断即可。
【解答】（1）由于没有阻力，那么机械能守恒，即C点的机械能等于A点的机械能；
A、C两点的高度相同，那么它们的重力势能相同；
根据机械能=动能+重力势能可知，A、C两点的动能相同。
因为A点时小球速度为零，所以C点时小球的速度也为零。
（2）由于没有阻力，那么没有能量损耗，即机械能守恒，则小球经过N点时的机械能等于其在A点的机械能。
三、实验探究题
15.【答案】 （1）转换法
（2）橡皮泥凹陷程度
（3）物体的质量越大，下落的高度越大，物体的重力势能越大（合理即可）
【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）小球撞击橡皮泥后，橡皮泥的凹陷程度越大，说明小球的重力势能越大；橡皮泥的凹陷程度越小，说明小球的重力势能越小。
（3）比较甲、乙，分析重力势能与质量的关系；比较乙、丙，分析重力势能与高度的关系即可。
【解答】（1）本实验主要运用的科学方法是控制变量法与转换法。
（2）本实验是通过观察橡皮泥凹陷程度来判断重力势能的大小。
（3）比较甲和乙实验可知：当下落高度相等时，小球的质量越大，橡皮泥的凹陷程度越大，即重力势能越大；
比较乙和丙实验可知：当小球的质量相等时，下落的高度越大，橡皮泥的凹陷程度越大，即重力势能越大。
综上所述，可以得出结论：物体的质量越大，下落的高度越大，物体的重力势能越大。