3.2机械能 同步练习（含解析）

机械能
一、单选题
1.下列有关如图所示四幅图的观点中（不计摩擦），分析错误的是（ ）
A. 图甲中，起跳离开地面后，人只受到重力作用 B. 图乙中，在下降过程中，滚摆的动能逐渐减小
C. 图丙中，卫星在近地点的速度最大 D. 图丁中，小球运动到③位置时速度不为零
2.小明用图示装置探究“动能大小与速度的关系”.下列说法正确的是

A. 改变小车质量多次进行试验 B. 实验中要尽量保持水平面光滑
C. 让同一小车从同一高处由静止开始下滑 D. 用木块移动的距离来比较小车动能的大小
3.在“研究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，下列说法正确的是（ ）
A. 不同小球从斜面上同一高度处释放，到达斜面底部时的动能大小都相同
B. 水平面上物体A被撞击后移动的距离越大。说明撞击时小球具有的动能越大
C. 小球从斜面上越高处释放，物体才就被推得越运，说明动能大小与所处高度有关
D. 小球从斜面上释放到与物体A共同静止的过程中机械能守恒
4.如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t=0时刻，将一重为G=50N的金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，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，通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示。对于0到t3这一过程中，以下分析判断正确的是（ ）
A. t1时刻小球的重力势能最大 B. t2时刻小球的动能最大
C. t2到t3时间内，小球的动能不断增加 D. t2到t3时间内，小球的机械能不断增大
5.如图所示，甲、乙和丙是三个完全相同的乒乓球，在离地同一高度处以大小相等的速度v，将三个球分别竖直向下、竖直向上和水平抛出。若在整个运动过程中不计能量损失，则( )
A. 抛出时甲球的机械能大于其他两个球
B. 抛出后乙球的机械能先增大再减小
C. 第一次落地时甲球的动能最大，丙球的动能最小
D. 落地后第一次反弹到最高点时甲、乙两球的高度相同
6.小成同学喜欢划雪运动。如图所示a、b、c、d、e是小成在一次划雪中的运动轨迹。若不计空气阻力，下列关于该同学的说法正确的是（ ）
A. 在a处和e处都处于静止状态，其机械能相等 B. 从b→c的过程中，其动能全部转化为重力势能
C. 在a处和c处速度都为零，其动能也都为零 D. 从c→d的过程中，其重力势能转化为动能
7.下列有关如图所示四幅图的观点中(不计摩擦)，分析合理的是（ ）
A. 图甲中，起跳后上升到最高点时人的动能为零
B. 图乙中，在下降过程中滚摆的动能转化为重力势能
C. 图丙中，卫星从近地点到远地点机械能减小
D. 图丁中，小球从①到②的过程中重力势能转化为动能
8.如图所示的光滑轨道，BC为水平面，小球从A点静止释放运动到C点的过程中，小球的动能和重力势能的变化情况是（ ）
A. A到B小球的重力势能不变 B. A到B小球的动能减少
C. B到C小球的重力势能增大 D. B到C小球的动能不变
9.如图甲所示，小球从竖直放置的弹簧上方一定高度处由静止开始下落，从a处开始接触弹簧，压缩至c处时弹簧最短。从a至c处的过程中，小球在b处速度最大。小球的速度v和弹簧被压缩的长度△L之间的关系如图乙所示。不计空气阻力，则从a至c处的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A. 小球所受重力始终大于弹簧的弹力 B. 小球的重力势能先减小后增大
C. 小球减少的机械能转化为弹簧的弹性势能 D. 小球的动能一直减小
10.如图所示的情景中，重力势能转化为动能的过程是（ ）
A. 箭离开弓的过程 B. 运动员撑起的过程
C. 杠铃被举起的过程 D. 运动员下落的过程
11.上紧发条的玩具车在水平桌面上由静止开始运动所需的能量来源于（ ）
A. 动能 B. 电能 C. 重力势能 D. 弹性势能
12.一辆汽车从一斜坡顶端匀速行驶到底端，在这一过程中汽车的（ ）
A. 重力势能减小，动能增大 B. 重力势能减小，机械能减小
C. 动能不变，机械能不变 D. 重力势能不变，机械能减小
二、填空题
13.踢毽子是一项方便且有益的体育运动。某同学在踢毽子时毽子被踢出后竖直上升经过某一位置时毽子的机械能为E1 ， 动能为Ek1 ， 重力势能为Ep1。毽子下落经过同一位置时，毽子的机械能为E2 ， 动能为Ek2 ， 重力势能为Ep2。根据实际则E1________E2 ， Ek1________Ek2 ， Ep1________Ep2(均选填”>”“=”和“<”)
14.今年6月份京东配送机器人正式上路，配送机器人在爬坡过程中增加动力输出以达到与原来相同的速度，此过程中机器人的动能 (选填 “增大”、“减少”或“不变”)；到达目的地用户将货取走后，在平直路面上匀速行驶过程中机械能 (选填“守恒”或“不守恒”)。
三、实验探究题
15.兴趣小组同学探究“物体动能大小的影响因素”实验中，猜想“物体动能大小与小球质量大小有关”，所用的实验装置如图甲，图乙和丙为实验改进装置，A、B为质量不同的两个小球。
（1）.甲图的几次实验中，木块运动都到了长木板的末端之外，在现有器材的基础上，则解决的办法有： 。(列举一点)。
（2）.实验中如甲图通过观察比较水平面．上的物体移动的距离大小来判断小球动能的大小。这种方法称为转换法，请从功和能角度解释写出可以这样转换的原因 。
（3）.有同学对“质量不同的钢球从同一光滑斜面、同一高度由静止开始沿斜面滚下，刚到达底部时的速度大小相等”有疑惑。小组同学在乙图的基础上改进，在斜面上增设两个相同的光滑小凹槽和两个钢尺(如图丙)。实验开始时，将钢尺1在如图位置竖直向上拉起，目的是为了保证 。
（4）.丙图的实验中，若观察到 ， 则可以确认两小球刚到达底部时的速度大小相等。
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】 B
【解析】【分析】（1）对人进行受力分析即可；
（2）动能与质量和速度有关；
（3）首先根据高度的变化判断重力势能的变化，再根据机械能守恒分析动能的变化；
（4）注意从竖直和水平两个方向分析物体速度的情况。
【解答】A.图甲中，起跳离开地面后，不再受到地面的支持力，也不受空气阻力，因此人只受到重力作用 ，故A正确不合题意；
B.图乙中，在下降过程中，滚摆的转速越来越大，因此它的动能逐渐增大，故B错误符合题意；
C.图丙中，卫星在近地点高度最小，因此重力势能最小。根据机械能守恒可知，此时的动能最大，故C正确不合题意；
D.图丁中，小球运动到③位置时，竖直方向上的速度为零，但是水平方向的速度保持不变，故D正确不合题意。
故选B。
2.【答案】 D
【解析】【分析】（1）动能的影响因素是质量和速度，根据控制变量法分析即可；
（2）小车推动木块，而木块克服水平面的摩擦做功，那么木块移动距离的远近将反映小车动能的大小；如果表面光滑，那么小车都会不停运动，无法判断动能大小；
（3）小车到达水平面时的速度由它在斜面上的高度决定，分析要控制的变量即可；
（4）根据上面的分析确定小车动能大小的分析方法。
【解答】A.探究“动能大小与速度的关系”，应该改变速度而控制小车的质量相同，故A错误；
B.在实验中，水平面要保持一定的粗糙程度，不能是光滑的，故B错误；
C.实验中，为了改变小车的速度，因此让小车从斜面上不同高度处开始下滑，故C错误；
D.用木块移动的距离来比较小车动能的大小，故D正确。
故选D。
3.【答案】 B
【解析】【分析】动能的大小与物体的质量和速度有关；该实验设计中采用了控制变量法，还采用了转换法，即通过观察木块被撞击后运动的距离的大小来间接判断物体动能的大小；物体不受摩擦阻力运动时，机械能守恒。
【解答】A、不同小球从斜面上同一高度处释放，到达斜面底部时的速度相同，但是小球的质量不同，它们的动能大小不相同，故A错误；
B、该实验采用了转换法，通过观察木块被撞击后运动的距离的大小来间接判断物体动能的大小，故B正确；
C、小球从斜面上越高处释放，到达斜面底部时的速度越大，物体被推得越运，说明动能大小与速度有关，故C错误；
D、小球从斜面上释放到与物体A共同静止的过程中，受到摩擦阻力的作用，部分机械能转化为内能，机械能不守恒，故D错误。
故答案为：B。
4.【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；
①在下降的过程中，弹力不断变大，当弹力小于重力时，合力向下，那么物体加速下降；
②当弹力等于小球的重力时，合力为0，小球不再加速，这个时刻就是速度最大，动能最大；
③此后，弹力大于重力，合力向上，小球做减速运动；直到小球的速度为0，小球达到最低点，弹簧压缩到最大；
④上升过程，开始时，弹力大于重力，小球向上做加速运动；当弹力和重力相同时，加速停止，此时速度最大；之后，弹力小于重力，小球做减速运动，直到小球离开弹簧为止。
【解答】A.t1时刻小球刚与弹簧接触，此时小球已经下落了一段高度，即不是最高点，所以此时重力势能不是最大的，故A错误；
B.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，故B错误；
C.t2～t3这段时间内，小球处于上升过程，先做加速运动，后做减速运动，即动能先增大后减小，故C错误；
D.t2～t3段时间内，小球和弹簧系统机械能守恒，故小球增加机械能等于弹簧减少的弹性势能，故D正确。
故选D。
5.【答案】 D
【解析】【分析】机械能是动能和势能的总和；动能的大小与物体的质量和速度有关；重力势能与物体的质量和被举的高度有关。
【解答】AB 、三个小球的质量相同，抛出时的高度相同，速度相同，则它们的机械能是相同的；在整个运动过程中不计能量损失，在运动的过程中，机械能守恒，则机械能保持不变，A、B不合题意；
C、三个小球的机械能是相同的，第一次落地时，由于机械能守恒，重力势能全部转化为动能，所以，三个小球的动能相同，C不合题意；
D、落地后第一次反弹到最高点时，甲、乙的机械能是相同的，且动能都为 0 ，所以甲、乙两球的重力势能相同，高度也相同，D符合题意。
故答案为：D。

6.【答案】 D
【解析】【分析】（1）物体的质量越大、速度越大，动能越大；
（2）物体的质量越大、高度越大，重力势能越大；
（3）物体的动能和势能统称为机械能；
（4）有摩擦时，机械能转化为内能。
【解答】A.该同学在a处和e处都处于静止状态，它们的动能都为零；因为a的位置比b高，所以a的重力势能大于b的重力势能，那么其机械能不相等，故A错误；
B.从b→c的过程中，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以只有一部分动能转化为重力势能，故B错误；
C.在a处处于静止状态，速度为零，其动能为零；而他在c处竖直方向上速度为0，水平方向上速度不为零，动能不为零，故C错误；
D.从c→d的过程中，运动员在空中，不计空气阻力，其重力势能转化为动能，故D正确。
故选D。
7.【答案】 D
【解析】【分析】（1）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；
（2）在能量转化的过程中，减少的能量转化为增多的能量。
【解答】A.图甲中，起跳后上升到最高点时，人在竖直方向上的速度为0，在水平方向上速度不为0，因此它的动能不为0，故A错误；
B.图乙中，在下降过程中，重力势能减小，动能增大，因此是重力势能转化为动能，故B错误；
C.图丙中，卫星从近地点到远地点的过程中，重力势能增大，而动能减小，但机械能保持不变，故C错误；
D.图丁中，小球从①到②的过程中，高度减小，重力势能减小，速度增大即动能增大，因此是重力势能转化为动能，故D正确。
故选D。
8.【答案】 D
【解析】【分析】（1）因为轨道光滑，所以小球运动过程中没有摩擦，即机械能保持不变；
（2）动能与速度和物体质量大小有关，重力势能与高度和物体质量大小有关。
【解答】A.从A到B，小球的质量不变，但高度减小，因此它的重力势能减小，故A错误；
B.从A到B，小球的重力势能转化为动能，因此小球的动能增大，故B错误；
C.从B到C，小球的质量和高度保持不变，因此它的重力势能不变，故C错误；
D.从B到C，由于没有摩擦，所以小球的动能不变，故D正确。
故选D。
9.【答案】 C
【解析】【分析】由图象可知，小球速度先变大，后变小.弹簧发生形变从而产生弹力，弹力的大小与弹簧的弹性形变程度有关.在运动过程中小球受重力与弹簧的弹力，当两力大小相等时，小球速度最大，此时弹力与重力是一对平衡力.
【解答】A、在小球向下压缩弹簧的过程中，在ab段，弹簧的形变较小、弹力较小，重力大于弹力，合力向下，小球做加速运动，速度越来越大；随着弹簧压缩量的增大，弹力逐渐增大，在b处弹力与重力相等，小球的速度达到最大；小球再向下运动（bc段），弹力大于重力，合力向上，小球做减速运动，其速度减小；故A错误；
B、小球从a至c的过程中，高度一直减小，小球的重力势能一直在减小，故B错误；
C、小球下落压缩弹簧的过程中，不计空气阻力，小球和弹簧的机械能守恒，则小球减少的机械能转化为弹簧的弹性势能，故C正确；
D、由图乙可知，小球的速度先增大后减小，则小球的动能先增大后减小，故D错误.
故答案为C.
10.【答案】 D
【解析】【分析】掌握影响动能和势能大小变化的因素是解题的关键.重力势能转化为动能的过程应该是重力势能减小而动能增大.
【解答】A、箭离开弓的过程，弓的弹性势能转化为箭的动能，A选项不符合题意；
B、运动员撑起过程，运动员的高度增大，重力势能增大，杆的弹性势能转化为运动员的重力势能，B选项不符合题意；
C、杠铃被举起的过程中，杠铃的高度增加，重力势能增大，运动员对杠铃做功的过程，C选项不符合题意；
D、跳水运动员下落的过程，所处的高度降低，其速度增加，重力势能转化为动能，D选项符合题意.
故答案为D.
11.【答案】 D
【解析】【分析】掌握动能、重力势能、弹性势能的影响因素.能判断动能、重力势能、弹性势能的变化.
【解答】上紧发条的玩具车，此时的弹性形变最大，弹性势能最大，车开始跑动弹性形变减小，弹性势能减小，转化为动能.故答案为D.
12.【答案】 B
【解析】【分析】一辆汽车从一斜坡顶端匀速行驶到底端，只考虑动能、重力势能和机械能：影响动能大小的因素有质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大；影响重力势能大小的因素有质量和高度，质量越大，高度越高，重力势能越大；机械能=动能+势能
【解答】车辆从斜坡上匀速下滑，质量不变，速度不变，动能不变；高度减小，重力势能减小；机械能=动能+势能，动能不变，势能减小，所以机械能减小；
故正确答案为B
二、填空题
13.【答案】 >；>；=
【解析】【分析】（1）在毽子运动的过程中，要克服空气阻力做功，因此运动时间越长，机械能的损耗越大；
（2）重力势能与质量和高度有关，据此比较两个重力势能的大小；根据运动时间的长短，比较两个机械能的大小，最后根据“机械能=动能+重力势能”比较两个动能的大小。
【解答】毽子下落经过同一位置时的运动时间比上升时经过同一位置时的时间长，因此机械能转化为内能更多，那么机械能E1>E2；毽子的质量不变，高度相同，因此两个重力势能相同，即Ep1=Ep2；
根据机械能=动能+重力势能可知，毽子两次经过同一位置时的动能Ek1>Ek2。
14.【答案】 不变；守恒
【解析】【分析】（1）动能与质量和速度大小有关；
（2）根据机械能=动能+重力势能分析。
【解答】（1）配送机器人在爬坡过程中增加动力输出以达到与原来相同的速度，即速度不变，质量不变，因此机器人的动能不变；
（2）到达目的地用户将货取走后，在平直路面上匀速行驶过程，质量不变，速度不变，那么动能不变；质量不变，高度不变，因此重力势能不变。根据机械能=动能+重力势能可知，机器人的机械能守恒。
三、实验探究题
15.【答案】 （1）降低小球下落的高度h或增大长木板的摩擦或降低斜面的倾角等
（2）物体M移动的距离越远，表示小球对物体M做的功越多，即小球的动能越大
（3）小球同一高度静止开始运动
（4）两球同时碰到钢尺2（或运动中的两球相对静止；或运动中的两球相对距离L不变）
【解析】【分析】（1）小球在斜面上的高度越大，动能越大，推动木块运动的距离越大；木块受到长木板的摩擦力越大，木块运动的距离越短；斜面的倾角越小，小球到达水平面时速度越小，推动木块运动的距离越小，据此分析解决办法；
（2）根据W=fs可知，木块受到的摩擦力相等，那么木块运动的距离越大，小球对它做的功越多，也就是小球的动能越大。
（3）当小球从同一高度静止开始运动时，它们到达斜面底部时运动路程相等，通过先后顺序就可以判断小球速度的大小。
（2）两个小球同时开始运动，同时碰到下面的钢尺，那么运动时间相同，路程相同，根据公式可以判断，两个小球的速度相等。
【解答】（1）甲图的几次实验中，木块运动都到了长木板的末端之外，在现有器材的基础上，则解决的办法有：降低小球下落的高度h或增大长木板的摩擦或降低斜面的倾角等。
（2）实验中如甲图通过观察比较水平面．上的物体移动的距离大小来判断小球动能的大小。这种方法称为转换法，从功和能角度解释原因：物体M移动的距离越远，表示小球对物体M做的功越多，即小球的动能越大。
（3）实验开始时，将钢尺1在如图位置竖直向上拉起，目的是为了保证：小球同一高度静止开始运动。
（4）丙图的实验中，若观察到两球同时碰到钢尺2（或运动中的两球相对静止；或运动中的两球相对距离L不变），则可以确认两小球刚到达底部时的速度大小相等。