3.2机械能 同步练习（含解析）

机械能
一、单选题
1.2021年10月3日，我国自主研制的“神舟十三号”载人飞船发射升空，在飞船刚离地上升的 过程中 （ ）
A. 动能增加，势能增加 B. 动能不变，势能减少
C. 动能减少，势能不变 D. 动能减少，势能减少
2.如图甲所示，小球从某高度处静止下落到竖直放置的轻弹簧上并压缩弹簧。从小球刚接触到弹簧到将弹簧压缩最短的过程中，得到小球的速度v和弹簧被压缩的长度Δl之间的关系，如图乙所示，其中b为曲线最高点。不计空气阻力，弹簧在整个过程中始终发生弹性形变，则小球（ ）
A. 受到的弹力始终不变 B. 运动过程动能一直增大
C. 运动过程机械能不变 D. 在b点时重力等于弹力
3.2020年11月24日至12月17日，中国嫦娥五号顺利完成了发射、登月、采样、返回等一系列任务，我国首次月球采样返回任务圆满完成。下列说法不合理的（ ）
A. 发射前，嫦娥五号相对火箭是静止的 B. 升空时，嫦娥五号机械能不断增加的
C. 环月飞行时，嫦娥五号受力是平衡的 D. 返回过程中，携带月壤质量是不变的
4.小科在科普书籍上看到一个有趣的实验后，决定亲自动手实践。他将一把铁锁用绳子悬挂起来，把它拉到自己的鼻子附近，松手后铁锁来回摆动，摆动幅度逐渐减小。下列说法正确的是( )
A. 铁锁由最低点摆动到最高点，其动能全部转化为重力势能
B. 铁锁摆动到最高点时受力平衡
C. 无论铁锁是否从静止释放，都不会碰到小科的鼻子
D. 摆动过程中，无论绳子在何处突然断开，接下来铁锁都不会做匀速直线运动
5.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（ ）
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
6.如图，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定。右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AO＝OB）。小球从A位置运动到B位置的过程中(不计空气阻力），下列判断正确的是（ ）
A. 小球的动能不断增加
B. 弹簧的弹性势能不断减少
C. 小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
D. 在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
7.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．则下列说法正确的是（ ）
A. 运动过程中小球的机械能始终守恒 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时刻小球的速度最大 D. t2～t3这段时间内，小球的动能先增加后减少
8.如图所示是小明同学使用手机相机的“慢动作”功能拍摄的小球的运动轨迹，小球在1、2位置的高度相同。（假设小球接触地面并反弹的过程，无能量损耗）下面说法正确的是（ ）
A. 小球在3位置速度为零，受到平衡力的作用
B. 此过程只有小球的动能和重力势能之间的转化
C. 小球在1、2位置的重力势能相同，1位置机械能比2位置时大
D. 小球在1、2位置的重力势能不相同，且机械能大小也不相同
9.如图所示，从小球下落，直至弹簧压缩至最短的整个过程中（不计空气阻力），下列叙述中正确的是( )
A. 小球的机械能一定逐渐减小 B. 小球的动能先增大再逐渐减小
C. 小球在最低点受到的弹簧的弹力等于重力 D. 小球的速度越来越小
10.跳水运动员在3m长的踏板上起跳，我们通过录像观察到踏板和运动员要经历如图所示的状态，其中A为无人时踏板静止点，B为人站在踏板上静止时受力平衡点，C为人在起跳过程中人和踏板运动的最低点，则下列说法中正确的是（ ）
A. 从A到C的过程中，踏板的弹性势能一直在增大
B. 从A到C的过程中，运动员的机械能守恒
C. 从A到C的过程中，运动员的动能一直在减小
D. 从B到C的过程中，运动员减少的动能等于踏板增加的势能
11.如图所示，单摆中的小球在ABC间不停地往复运动，如果不考虑阻力的影响，以下说法错误的是（ ）
A. 小球在A，C处的势能最大
B. 小球在B处只受重力作用
C. 小球由A到B过程中，重力势能转化为动能
D. 小球运动到C处时，如果受到的外力全部消失，将保持静止
12.如图所示，弯曲的跳板把人弹至高处，这个过程中人的动能和重力势能的变化情况是（ ）
A. 动能减小，重力势能增大 B. 动能增大，重力势能减小
C. 动能先增大后减小，重力势能增大 D. 动能先减小后增大，重力势能减小
二、填空题
13.如图所示，a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线（不计空气阻力），其中 是动能—高度关系图线，小石块达到的最大高度为 m，小石块在最高点时的机械能为 J。
14. 2020年12月7日“嫦娥五号”返回器携带约2千克月壤样品返回地球，为保证返回器安全着陆，采用了类似“打水漂”的方式来减速 ，其运动轨迹如图所示。
（1）从A到B的过程中，返回器的机械能________(选填“增大”“减小”或“保持不变”)
（2）“嫦娥五号”抵达月球的时候，是利用火箭发动机反推的方式进行减速，而不能采用“打水漂”的方式，其原因是________。
（3）为了研究月壤样品的成份，装有月壤样品的容器罐采用了严格的密封装置。这么做是为了保证月壤________。
三、解答题
15.阅读短文，回答问题：
过山车当你在游乐场乘过山车奔驰之际，你是否会想到：过山车为什么不需要引擎来推动就能“翻山越岭”呢？
过山车在开始旅行时，是靠一个机械装置推上最高点的，但在第一次下行后，就再没有任何装置为它提供动力了，从这时起带动它沿轨道行驶的唯一“发动机”就是重力势能。过山车的重力势能在处于最高点时达到最大值，当它开始下行时，它的势能不断减小，动能不断增大；由于摩擦，损耗了少量的机械能，所以随后的“小山丘”设计的比开始时的“小山丘”低(如图所示)。像所有列车一样，过山车也安装了机械制动装置，使它在结束行程或在紧急情况下能够准确地停下来。
（1）过山车通过A点向上运动过程中，动能________，重力势能________。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
（2）后面的“小山丘”设计的比开始时的“小山丘”低，是由于过山车运动过程中，机械能________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
（3）过山车旅行过程中，遇到紧急情况，刹车能够准确停下来，是由于________。
（4）过山车第一次下行后，是利用________能作为“发动机”的。
四、实验探究题
16.如图是小胡晴霞探究物体动能大小与哪些因素有关的实验装置，第一次她将钢球从高h处的斜糟上由静止滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰上木块B后，能将B撞出一段距离S1 ． 第二次让同一钢球从高1.5h处由静止滚下，在水平面上运动，运动的钢球A碰上木块B后，能将B撞出一段距离S2 ． 根据实验回答下列问题：
（1）这两次实验说明了动能大小与________关系；
（2）本实验通过________来反映钢球动能大小。
（3）针对小胡晴霞的实验，小张认为应该让小球处于多个不同高度放下，多次实验，小张主张多次实验的目的是________。
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】 A
【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，据此分析判断。
【解答】当飞船离地上升时，它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，故A正确，而B、C、D错误。
故选A。
2.【答案】 D
【解析】【分析】（1）弹力的大小与形变程度的大小有关；
（2）根据速度的变化确定动能的变化；
（3）根据机械能与弹簧弹性势能的转化判断；
（4）根据力与运动的关系判断。
【解答】A.弹簧的长度越来越小，形变程度越来越大，则弹力不断增大，故A错误；
B.根据乙图可知，小球的速度先增大后减小，则它的动能先增大后减小，故B错误；
C.小球的机械能不断的转化为弹簧的弹性势能，故C错误；
D.开始时，弹力小于小球的重力，合力向下，小球做加速运动；当弹力等于重力时，合力为零，加速停止，此时速度最大，则b点时重力等于弹力，故D正确。
故选D。
3.【答案】 C
【解析】【分析】（1）如果物体相对参照物的位置改变，则它是运动的；否则，它是静止的。
（2）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；
（3）物体处于静止或匀速直线运动状态时，它处于平衡状态；
（3）质量是物质的一种属性，不随物体形状、状态、位置和温度的变化而变化。
【解答】A.发射前，嫦娥五号相对火箭是的位置保持不变，是静止的，故A正确不合题意；
B.升空时，嫦娥五号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。根据机械能=动能+重力势能可知，机械能不断增加，故B正确不合题意；
C.环月飞行时，嫦娥五号的速度大小和运动方向不断改变，则受力是不平衡的，故C错误符合题意；
D.返回过程中，携带月壤质量是不变的，故D正确不合题意。
故选C。
4.【答案】 D
【解析】【分析】（1）注意克服摩擦，机械能和内能的转化；
（2）如果物体受到的外力为零，那么物体处于平衡状态；
（3）注意分析铁锁开始时就有速度的情况；
（4）根据牛顿第一定律判断。
【解答】A.铁锁由最低点摆动到最高点，由于克服摩擦做功，所以其动能转化为重力势能和空气的内能，故A错误；
B.铁锁摆动到最高点时虽然暂时处于静止状态，它受到绳子的拉力和重力不在同一方向上，肯定受力不平衡，故B错误；
C.如果铁锁是释放时就有一定的速度，即开始时有动能，那么它转化而成的重力势能就会增大，即铁锁的高度会增大，很可能会碰到鼻子，故C错误；
D.摆动过程中，无论绳子在何处突然断开，铁锁都只有向下的重力作用，合外力不为零，所以接下来铁锁都不会做匀速直线运动，故D正确。
故选D。
5.【答案】 C
【解析】【分析】（1）当物体受到的合力与运动方向相同时，做加速运动；当合力为零时，物体加速停止，此时速度最大；当合力的方向与运动方向相反时，物体做减速运动；
（2）动能大小的影响因素：质量和速度；重力势能大小的影响因素：质量和高度；弹性势能的大小与物体发生弹性形变的程度有关。
（3）判断是哪种能量转化成了另一种能量的标准是：减小的转化为增多的。
【解答】开始一段时间内，弹簧的形变量较大，向上的弹力大于向下的重力，小金做加速运动；随着弹簧形变量的减小，弹力减小，当弹力等于重力时，小希的速度达到最大，此时动能动能最大；弹力继续减小，向上的弹力小于向下的重力时，小金做减速运动；而b→c的过程中，小金在重力作用下做减速运动。
A.从a→b的过程中，弹簧的弹性势能不断转化为小金的机械能，故小金的机械能不断增加；在b状态时，此时弹簧恢复到原长，无弹力，人只受重力作用，处于减速阶段，因此速度并不是最大，故在b时动能不是最大，故A错误；
B.b→c的过程中，即离开地面上升的过程，小希的速度减小，动能减小；高度增大，重力势能增大；弹簧已经恢复原长，此时没有弹性势能，所以该过程中是动能转化为人的重力势能，故B错误；
C.a是最低位置，此时弹簧的形变程度最大，所以在a状态时弹簧的弹性势能最大，故C正确；
D.b→c的过程中，小金需要克服空气阻力做功，一部分机械能转化为内能，故机械能不断减小，故在c状态时小金的机械能不是最大，故D错误。
故选C。
6.【答案】 D
【解析】【分析】动能与质量和速度有关，弹性势能与发生弹性形变的程度有关，根据能量转化和转移的知识分析判断。
【解答】从A到O的过程中，小球只受向右的弹力，因此小球做加速运动；当到达O点时，弹簧恢复原长，弹力消失，此时加速停止，小球的速度最大。从O到B，小球受到向左的弹力，与运动方向相反，小球做减速运动，因此小球的速度先变大后变小，那么它的动能先变大后变小，故A错误；
从A到O，弹簧形变的程度变小，那么弹性势能减小；从O到B，弹簧形变的程度逐渐变大，那么弹性势能变大，故B错误；
小球运动到O点时，弹簧恢复原长，它的弹性势能为零。由于弹簧的弹性势能全部转化为小球的动能，所以小球的动能最大，故C错误；
由于没有空气阻力也没有水平方向上的摩擦力，所以弹簧和小球组成的系统外没有能量损耗，只有它们之间的能量转化，因此弹性势能和动能之和始终保持不变，故D正确。
故选D。
7.【答案】 D
【解析】【分析】根据小球的机械能与弹簧的弹性势能的相互转化分析判断。
【解答】A.运动过程中，小球的机械能会不断的转化为弹簧的弹性势能。当弹簧压缩到最低点时，小球的机械能为零，故A错误；
B.t1～t2这段时间内，弹簧的弹力不断增大，弹性势能不断增大。由于小球的高度在不断减小，所以重力势能在不断减小。由于小球的速度先变大后变小，所以动能先变大后变小，故B错误；
C.t2时刻时，弹簧的弹力最大，此时弹簧的弹性势能最大，而小球的机械能变为零，此时速度为零，故C错误；
D.t2～t3这段时间内，弹簧的弹力从最大值不断减小，肯定是小球上升的过程。开始时，弹力>重力，合力向上，小球做加速运动；当弹力和重力相等时，加速停止，此时小球的速度最大；此后，弹力小于重力，合力向下，与运动方向相反，小球做减速运动，那么小球的动能先增大后减小，故D正确。
故选D。
8.【答案】 C
【解析】【分析】（1）注意小球的运动分两个方向，一为竖直方向，二为水平方向；
（2）注意机械能和内能的转化；
（3）（4）根据机械能和内能的转化比较两个位置机械能的大小，根据质量和高度的大小比较重力势能的大小。
【解答】A.小球在3位置时达到最高点，此时竖直方向上的速度为零，但是水平方向的速度不为零，此时不受平衡力的作用，故A错误；
B.小球在运动过程中，到达最高点的高度逐渐减小，说明它的机械能转化为内能，有能量损失，故B错误；
CD.1位置比2位置靠前，机械能的损失小，因此1位置时的机械能大于2位置；两个位置的高度相同，因此它们的重力势能相同，故C正确，D错误。
故选C。
9.【答案】 B
【解析】【分析】（1）在小球接触弹簧之前，由于没有空气阻力，因此机械能守恒；
（2）当合力的方向与运动方向一致时，物体做加速运动；当合力为零时，加速停止，此时物体速度最大；当合力的方向与运动方向相反时，物体做减速运动，据此分析动能的变化；
（3）（4）根据（2）中的分析判断。
【解答】在小球接触弹簧之前，由于没有空气阻力，因此机械能守恒，故A错误；
在小球接触弹簧前，只受重力，合力的方向与运动方向相同；接触弹簧后，弹簧形变逐渐增大，受到的弹力逐渐增大，这两段时间内，弹力小于重力，合力的方向与运动方向相同，小球做加速运动。当弹力和重力相同时，合力为零，此时小球的速度最大；此后，弹簧的弹力越来越大，始终弹力大于重力，合力的方向与运动方向相反，小球做减速运动，因此小球的速度先增大后减小，那么动能先增大后减小，故B正确，D错误；
当小球到达最低点时，弹簧的形变程度最大，那么弹力最大，此时弹力大于重力，故C错误。
故选B。
10.【答案】 A
【解析】【分析】（1）弹性势能的大小与物体发生弹性形变的程度大小有关；
（2）注意运动员和踏板之间的能量转化；
（3）当合力的方向与运动方向一致时，做加速运动；相反时，物体做减速运动，据此分析速度变化，进而得到动能的变化；
（4）注意运动员重力势能的改变。
【解答】A.从A到C的过程中，踏板的形变程度不断增大，因此弹性势能一直在增大，故A正确；
B.从A到C的过程中，运动员的机械能会不断转化为踏板的弹性势能，肯定不守恒，故B错误；
C.从A到B的过程中，重力大于弹力，合力向下，与运动方向相同，运动员做加速运动，动能增大；从B到C的过程中，重力小于弹力，合力向上，运动员做减速运动，动能减小，故C错误；
D.从B到C的过程中，运动员减少的动能和重力势能等于踏板增加的势能，故D错误。
故选A。
11.【答案】 B
【解析】【分析】（1）重力势能的大小与质量和高度有关；
（2）对B点时的小球进行受力分析即可；
（3）首先分析动能和重力势能的大小变化，然后再确定能量转化的过程；
（4）根据牛顿第一定律判断。
【解答】A.根据图片可知，小球在A点和C点时，高度相同且最大，因此它的重力势能最大，故A正确不合题意；
B.当小球在B点时，它受到重力和绳子的拉力，故B错误符合题意；
C.小球从A到B的过程中，高度减小，即重力势能减小；速度增大，即动能增大，因此是重力势能转化为动能，故C正确不合题意；
D.小球运动到C处时，它的速度为零。如果受到的外力全部消失，那么它将保持原来的静止状态，故D正确不合题意。
故选B。
12.【答案】 C
【解析】【分析】动能与速度和质量大小有关，重力势能与质量和高度有关，据此分析即可。
【解答】弯曲的跳板把人弹至高处，在开始的一段时间内，弹力大于重力，合力向上，与运动方向相同，因此向上做加速运动；当弹力和重力相同时，合力为零，此时加速停止；当弹力小于重力时，合力向下，此时做减速运动。当离开踏板时，只受重力，合力向下，仍然做减速运动。因此速度先增大后减小，即动能先增大后减小。由于它的高度不断增大，所以重力势能不断增大，故C正确，而A、B、D错误。
故选C。
二、填空题
13.【答案】 a；4；2
【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，结合图像分析判断。
【解答】（1）在小石块上升过程中，质量不变高度增大，则重力势能增大；质量不变，速度减小，则重力势能减小，故b是重力势能的变化图像，a为动能的变化图像。
（2）根据图像可知，当重力势能最大时，小石块到达的最大高度为4m；
（3）根据图像可知，当小石块到达最高点4m时，重力势能为2J，而动能为0J，则机械能=2J+0J=2J。
14.【答案】 （1）减小或减少
（2）月球表面没有空气或月球表面没有气体
（3）不受污染或不被破坏、不变质
【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。月球是围绕地球旋转的球形天体，同时也是地球唯一的天然卫星。
【解答】（1）由图可知，从A到B过程中经过大气的摩擦，会损失部分能量，所以机械能会减小；
（2）在地球采用打水漂的方式是因为存在大气的摩擦过程中，可以减少本身具有的能量，而月球表面没有大气，无法通过摩擦减少能量；
（3）月球表面没有大气，而在运输回地球过程中会接触到空气，有可能会被污染，所以要密封保存；
故答案为：（1）减小；（2） 月球表面没有空气或月球表面没有气体；（3） 不受污染或不被破坏、不变质.

三、解答题
15.【答案】 （1）变小；变大
（2）变小
（3）力能改变物体的运动状态(受到摩擦力或阻力的作用)
（4）重力势能
【解析】【分析】（1）首先根据质量和高度的变化分析A点后过山车的重力势能的变化，再根据动能和重力势能的相互转化分析动能的变化；
（2）由于运动过程中要克服摩擦阻力，因此部分机械能会不断的转化为内能，从而使机械能减小。
（3）力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动的原因；
（4）根据“在第一次下行后，就再没有任何装置为它提供动力了，从这时起带动它沿轨道行驶的唯一“发动机”就是重力势能”分析解得。
【解答】（1）过山车通过A点向上运动过程中，质量不变高度增大，因此重力势能变大；因为动能不断转化为重力势能，所以动能变小。
(2)、后面的“小山丘”设计的比开始时的“小山丘”低，是由于过山车运动过程中，机械能变小。
(3)、过山车旅行过程中，遇到紧急情况，刹车能够准确停下来，是由于力能改变物体的运动状态(受到摩擦力或阻力的作用)。
（4）过山车第一次下行后，是利用重力势能能作为“发动机”的。
四、实验探究题
16.【答案】 （1）速度
（2）小球运动的距离
（3）避免偶然性，得出普遍规律
【解析】【分析】（1）小球在斜面上的高度不同，到达水平面时的速度大小就不同，根据控制变量法的要求分析；
（2）小球撞击木块，木块克服阻力做功，因此木块移动的距离越大，克服阻力做的功越多，钢球的动能就越大；
（3）在科学研究中，反复进行多次实验，从而收集更多的实验数据，这样得出的结论更客观，更具有普遍意义。
【解答】（1）同一钢球质量相同，从斜面上不同高度滚下，那么小球到达水平面时的速度不同，因此两次实验说明了动能大小与速度有关；
（2）本实验通过小球运动的距离来反映钢球动能大小。
（3）小张认为应该让小球处于多个不同高度放下，多次实验，小张主张多次实验的目的是：避免偶然性，得出普遍规律。