3.2机械能 同步练习（含解析）

机械能
一、单选题
1.在平昌冬奥会自由式滑雪比赛中，选手的运动轨迹如图所示（b，d在同一高度），如果不计空气阻力，下列说法错误的是( )
A. 从a点向b点运动的过程中，动能增加 B. 从b点向c点运动的过程中，重力势能增加
C. b点的动能等于d点的动能 D. c点和d点的机械能相等
2.在排球比赛中，小明把排球竖直向上抛出，排球在运动中动能E随时间t变化的图象最接近的是（ ）
A. B.
C. D.
3.高山跳台滑雪是2022年北京冬奥会的比赛项目，该项目被誉为“勇敢者的游戏”。下列关于该项目的相关分析的说法中错误的是（ ）
A. 脚向后蹬人向前运动利用了物体间力的作用相互的
B. 运动员加速下降过程中将重力势能转化为动能
C. 运动员踩雪刹车利用了力能改变物体的运动状态
D. 跳台上的人受到的重力和人对跳台的压力是一对平衡力
4.如图所示，一弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上。a点是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b点是弹簧原长时小球的位置，c点时小球到达最右端的位置。则小球a点运动到c点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 小球在b点，小球的速度最小
B. 小球在a点，弹簧的弹性势能最小
C. 从a点到b点，小球的动能逐渐增大
D. 从b点到c点，弹簧的弹性势能逐渐减小
5.“蹦极”是一种富有刺激性的勇敢者的运动项目，如图所示。一根弹性橡皮绳，一端系住人的腰部，另一端系于跳台，当人下落至图中A点时，橡皮绳刚好被伸直，C点是游戏者所能达到的最低点，当人下落至图中B点时，橡皮绳对人的拉力与人受到的重力大小相等。对于游戏者离开跳台到最低点的过程中（不考虑空气阻力），下列说法正确的是（ ）
A. 游戏者的动能一直在增加
B. 游戏者到达B点时，游戏者的动能增加到最大值
C. 游戏者到达C点时，重力势能全部转化为动能
D. 游戏者从C点向B点运动的过程中，重力势能转化为动能和弹性势能
6.某运动员做蹦极运动,如图甲所示,从高处O点开始下落,A点是弹性绳的自由长度,在B点运动员所受弹力恰好等于重力,C点是第一次下落到达的最低点。运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示(蹦极过程视为在竖直方向的运动)。下列判断正确的是（ ）
A. A点弹性势能大于B点弹性势能 B. 从B点到C点过程中运动员重力势能增大
C. t0时刻运动员动能最大 D. 运动员重力小于F0
7.如图所示，木块从水平地面上P点以速度v向右运动冲上斜面，最终停在斜面上的Q点。对于这个过程，下列
说法中正确的是（ ）
A. 木块在 Q 点静止时，重力和摩擦力二力平衡 B. 木块在斜面上所受摩擦力方向始终沿斜面向下
C. 木块的动能没有全部转化为重力势能 D. 木块能冲上斜面是因为木块受到了惯性作用
8.如图所示，小球从斜面上某一高度由静止开始下滑，撞击静止于水平木板上的木块(不计空气阻力)，下列说法中正确的是（ ）
A. 小球在斜面上下滑的过程中，如果以木板为参照物，小球是静止的
B. 若木板的表面光滑且足够长，最终木块的动能保持不变
C. 木块对木板的压力就是木块的重力
D. 小球从斜面上开始下滑到撞击木块后静止的过程中，小球的机械能先变大后变小
9.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，到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(忽略空气阻力)，下列说法中正确的是（ ）
A. 从O点到C点运动员速度一直减小 B. 从O点到C点运动员的机械能一直在增大
C. 从O点到C点运动员的机械能一直在减小 D. 从O点到A点运动员的机械能不变
10.跳板跳水的第一阶段:运动员发力下压踏板，人随踏板一同向下运动到最低点;第二阶段:踏板反弹将运动员送至空中;第三阶段:运动员在空中做出动作并落入水中若不计空气阻力，有关运动员在各阶段运动过程中叙述正确的是( )
A. 第一阶段，始终受到平衡力的作用 B. 第二阶段，所受弹力一直增大
C. 第三阶段，始终受2个力作用 D. 整个跳水过程中，运动状态不断在改变
11.跳远运动是一项常见的体育运动，跳远运动员在比赛中都是先助跑一段距离后才起跳，这样做的目的是（ ）。
A. 增大跳远运动员的惯性 B. 减小跳远运动员的惯性
C. 增大跳远运动员的动能 D. 减小跳远运动员的动能
12.去年12月学校组织了各班进行篮球联谊赛，在比赛中，同学跃起投篮，下列说法中正确的是（ ）
A. 他在起跳后上升过程中，势能转化为动能
B. 球离开手后能继续往前飞行，是因为篮球受到惯性作用
C. 他用力蹬地身体却向上跃起，是因为力的作用是相互的
D. 球撞击篮板后反弹，是因为力能改变物体的形状
二、填空题
13.2020 年 5 月 5 日，我国自主研发的长征 5 号 B 型运载火箭圆满完成发射任务。起飞阶段加速上升的火箭，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. 2017年5月，我国自主研制的C919大型客机在上海首飞成功，客机飞行时以地面为参照物，客机是________(选填“运动”或“静止”)的；客机下降过程中，其重力势能________(选填“增大”“不变”或“减小”)。
三、解答题
15.近年来，衢州城市面貌焕然一新，这离不开环卫工人们的辛苦付出。如图，洒水车某次在平直的道路上以15千米/时的速度匀速行驶，进行洒水作业。洒水车的部分参数如下表。
项目 数值
空载质量（吨） 2.4
满载装水量（吨） 20
满载时车轮与水平地面接触总面积（米2） 0.4
正常洒水流量（吨/时） 50
（1）若洒水车满载并按正常洒水流量洒水，它在本次洒水过程中最多可连续喷洒多少路程？
（2）求洒水车满载时，停在水平地面上对地面的压强。
（3）在本次洒水过程中，洒水车的机械能大小变化情况是________。
四、实验探究题
16.某实验小组的同学用如图所示的装置探究“物体动能大小与哪些因素有关”。他们将钢球用绳系着，从某一高度由静止释放。钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。经过实验，获得三组数据，如下表：
实验次数 钢球质量/g 钢球下摆高度/cm 木块滑行距离/cm
1 20 20 30
2 20 40 58
3 20 60
（1）钢球动能的大小是通过观察 来判断的。
（2）在第3次实验中，木块被撞后滑出木板，需要改进方案并只重做第3次实验。下面有几种建议，你认为可行的是 ；
A. 甲同学建议换用一块更长的同样木板 B. 乙同学建议换一个较大的木块
C. 丙同学建议降低钢球下摆的高度 D. 丁同学建议换用适当质量的钢球
（3）通过本实验可得出的结论是： ；
（4）该实验中物体的动能是指（ ）
A. 小球在撞击木块前的平均动能 B. 木块的动能
C. 小球撞击滑块后，木块的动能 D. 小球撞击滑块时的动能
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】 C
【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，根据二者相互转化的知识判断即可。
【解答】A.从a点向b点运动的过程中，质量不变，高度减小，即重力势能减小。此时重力势能转化为动能，则动能增加，故A正确不合题意；
B.从b点向c点运动的过程中，质量不变高度增大，则重力势能增加 ，故B正确不合题意；
C.b点和d点在同一高度，则重力势能相等；但由于滑雪板与雪地之间存在摩擦，从b点沿雪地向上运动的过程中，部分机械能会转化为内能，所以b点的机械能大于d点的机械能，则b点的动能大于d点的动能，故C错误符合题意；
D.从c点下落到d点过程中，运动员处于腾空状态，与雪脱离即没有摩擦，在不计空气阻力的情况下，机械能保持不变，即c点和d点的机械能相等，故D正确不合题意。
故选C。
2.【答案】 A
【解析】【分析】根据速度的变化分析动能的变化即可。
【解答】在排球上升时，它的质量不变速度减小，则动能减小。当排球下降时，它的质量不变速度增大，则动能增大，故C、D错误；
当排球到达最高点时，竖直方向上的速度为零，即它的动能最小值是零，故A正确，B错误。
故选A。

3.【答案】 D
【解析】【分析】（1）根据力的作用的相互性分析；
（2）动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，据此分析二者能量的变化，确定能量转换的过程；
（3）运动状态的改变：①由静止变为运动；②由运动变为静止；③运动方向改变；④速度大小改变；
（4）平衡力的条件：大小相等、方向相反、作用在同一物体和同一直线上。
【解答】A.脚向后蹬，对地面施加向后的力，同时地面对人施加向前的力，则人向前运动利用了物体间力的作用相互的，故A正确不合题意；
B.运动员加速下降过程中，质量不变速度增大，则动能增大；质量不变高度减小，则重力势能减小，因此将重力势能转化为动能，故B正确不合题意；
C.运动员踩雪刹车，速度逐渐减小，利用了力能改变物体的运动状态，故C正确不合题意；
D.跳台上的人受到的重力作用在人身上，人对跳台的压力作用在跳台上，二者没有作用在同一物体上，肯定不是一对平衡力，故D错误符合题意。
故选D。
4.【答案】 C
【解析】【分析】（1）当物体受到的合力方向与运动方向相同时，做加速运动；当合力为零时，加速停止，此时速度最大；当合力的方向与运动方向相反时，做减速运动；
（2）（4）弹性势能的大小与形变程度的大小有关；
（3）分析从a到b的速度变化，进而判断动能变化。
【解答】从a到b的过程中，小球不受阻力，只受水平向右的弹力，此时合力的方向与运动方向相同，小球做加速运动，因此小球的动能逐渐增大，故C正确；
当小球到达b点时，弹簧恢复原长，弹力消失，此时小球受到的合力为零，加速停止，此时速度最大，故A错误；
小球在a点时压缩程度最大，因此弹性势能最大，故B错误；
从b点到c点，弹簧被拉长，且越来越长，因此弹性势能变大，故D错误。
故选C。
5.【答案】 B
【解析】【分析】（1）（2）根据力和运动的关系分析游戏者速度的变化规律，进而确定动能的变化规律；
（3）注意分析绳子弹性势能的变化；
（4）分析重力势能和弹性势能的大小改变即可。
【解答】从开始下落到A点时，弹性绳没有伸长，因此游戏者不受拉力，只受重力，此时合力向下，与运动方向一致，做加速运动。从A到B，弹性绳的长度变大，拉力变大，但是重力始终大于弹力，合力仍然向下，与运动方向一致，继续做加速运动。当到达B点时，拉力和重力相等，合力为零，此时加速停止，游戏者的速度达到最大。从B到C的过程中，拉力继续增大，重力小于拉力，合力向上，游戏者做减速运动。因此从A到C的过程中，游戏者的速度先增大后减小，那么动能先增大后减小，故A错误，B正确；
当游戏者到达C点时，它速度为零，动能为零；高度最小，即重力势能最小。而弹性绳的长度达到最大，即弹性势能最大，因此游戏者的重力势能全部转化为弹性绳的弹性势能，故C错误；
游戏者从C点到B点的过程中，它的高度增大，重力势能增大；速度增大，动能增大，而弹性绳的长度减小，即弹性势能减小，因此弹性势能转化为游戏者的动能和重力势能，故D错误。
故选B。
6.【答案】 D
【解析】【分析】（1）弹性势能的大小与形变程度的大小有关；
（2）重力势能的大小与质量和高度有关；
（3）根据动能和弹性势能的转化判断；
（4）当运动员静止下来时，根据二力平衡计算运动员的重力。
【解答】A.A点时绳子没有伸长，弹性势能为零；B点时绳子的形变程度大于A点，则弹性势能大于A点，故A错误；
B.从B点到C点时，运动员的高度减小，则重力势能减小，故B错误；
C.根据乙图可知，t0时刻时，弹性绳的弹力最大，此时形变最大，即运动员到达最低点，此时动能全部转化为弹性势能，即动能为零，故C错误；
D.根据乙图可知，最终弹性绳受到的弹力小于F0。由于运动员受到的弹力和自身重力平衡，则运动员的重力小于F0 ， 故D正确。
故选D。
7.【答案】 C
【解析】【分析】（1）对Q点的木块进行受力分析即可；
（2）摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反；
（3）木块在运动的过程中克服摩擦做功，将机械能转化为内能；
（4）惯性是一种性质，而不是力的作用。
【解答】A.当木块在Q点静止时，它受到沿斜面向下的重力的分力，与斜面垂直向上的支持力和沿斜面向上的摩擦力，此时三力平衡，故A错误；
因为木块有向下运动的趋势，所以它受到沿斜面向上的摩擦力，故B错误；
木块的动能转化为重力势能和内能，故C正确；
木块能冲上斜面是因为木块有惯性，故D错误。
故选C。
8.【答案】 B
【解析】【分析】（1）如果物体相对参照物的位置保持不变，那么它是静止的；否则，它是运动的；
（2）表面光滑即没有阻力，那么就不会将机械能转化为内能，即木块的机械能守恒；
（3）根据压力和重力的关系分析；
（4）注意小球克服摩擦做功，将机械能转化为内能。
【解答】A.小球在斜面上下滑的过程中，如果以木板为参照物，小球相对与木板的位置不断改变，因此它是运动的，故A错误；
B.若木板的表面光滑且足够长，那么没有阻力，木块的速度就不会减小，最终木块的动能保持不变 ，故B正确；
C.木块对木板的压力等于木块的重力，但是二者不是一个力，故C错误；
D.小球从斜面上开始下滑到撞击木块后静止的过程中，由于小球要克服摩擦做功，因此会有部分机械能转化为内能，因此小球的机械能始终在不断减小，故D错误。
故选B。
9.【答案】 D
【解析】【分析】（1）如果合力的方向与运动方向相同，那么物体做加速运动；如果合力为零，那么加速停止，此时速度最大；如果合力的方向与运动方向相反，那么物体做减速运动；
（2）（3）（4）以A点为分界点，利用能量转化的知识对运动员的机械能大小变化进行判断。
【解答】从O点到A点的过程中，运动员只受重力作用，合力向下，与运动方向相同，做加速运动；从A到B，运动员受到重力和弹力，且弹力在不断增大，此时重力大于弹力，合力仍然向下，继续做加速运动；到达B点时，弹力和重力相等，此时合力为零，加速停止，即速度最大；从B到C，弹力大于重力，合力向上，与运动方向相反，此时做减速运动，故A错误；
从O到A，只受重力作用，重力势能转化为动能，那么运动员的机械能保持不变。从A到C，运动员的机械能转化为弹簧的弹性势能，因此机械能减小，故B、C错误，D正确。
故选D。

10.【答案】 D
【解析】【分析】（1）如果合力的方向与运动方向一致，那么物体做加速运动；如果合力的方向与运动方向相反，那么物体做减速运动；
（2）弹力的大小与物体弹性形变的程度有关；
（3）根据运动员的受力情况分析；
（4）运动状态的改变包括：静止变运动；运动变静止；运动方向改变和速度大小改变。
【解答】A.第一阶段， 人随踏板一同向下运动到最低点 ，随着踏板形变程度增大，那么人受到的弹力不断增大。由于弹力大于重力，所以合力向上，与运动反向相反，做减速运动，因此不受平衡力的作用，故A错误；
B.在第二阶段，踏板反弹，它的形变程度逐渐减小，因此运动员受到的弹力在不断减小，故B错误；
C.在第三阶段，运动员离开踏板，不再受到弹力，这时只有重力，故C错误；
D.整个跳水过程中，运动员的运动速度在不断改变，即运动状态不断改变，故D正确。
故选D。
11.【答案】 C
【解析】【分析】（1）惯性是物体本身的一种性质，只与物体的质量大小有关，与速度无关；
（2）动能的影响因素为质量和速度。
【解答】运动员的质量保持不变，那么它的惯性保持不变，故A、B错误；
跳远运动员在比赛中都是先助跑一段距离后才起跳 ，可以增大起跳时的初速度，从而增大自身的动能，使其在克服空气阻力后还有更多的能量使自己前进，故C正确，而D错误。
故选C。
12.【答案】 C
【解析】【分析】（1）动能与质量和速度有关，势能与质量和高度有关；
（2）惯性是物体的一种性质，而不是一种力；
（3）根据力的作用特点分析；
（4）力的作用效果：①改变物体的形状；②改变物体的运动状态。
【解答】A.他在起跳后上升过程中，质量不变高度增大，因此重力势能增大；质量不变速度减小，因此动能减小，那么动能转化为势能吗，故A错误；
B.球离开手后能继续往前飞行，是因为篮球有惯性，故B错误；
C.他用力蹬地，地面同时施加给身体向上的力，使身体却向上跃起，是因为力的作用是相互的，故C正确；
D.球撞击篮板后反弹，是因为力能改变物体的运动状态，故D错误。
故选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，据此分析判断。
【解答】（1）起飞阶段加速上升的火箭，内部的新型返回舱的质量不变，速度增大，则动能增大；
（2）返回舱的质量不变，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】 运动；减小
【解析】【分析】（1）如果物体相对参照物的位置保持不变，那么它是静止的；否则，它就是运动的；
（2）重力势能与物体的质量和高度有关。
【解答】（1）客机飞行时相对地面的位置不断发生改变，因此以地面为参照物，客机是运动的；
（2）客机下降的过程中，质量不变高度减小，则其重力势能减小。
三、解答题
15.【答案】 （1）解:洒水时间
可喷酒路面的距离:s=vt=15km/hX0.4h=6km
答:最多可连续喷洒6km
（2）解:洒水车的总质量:m= m车+m水=2.4t+20t= 22.4t=2.24×104kg
洒水车的总重:G=mg=2.24X104kgX10N/kg=2.24X105N
洒水车对路面的压力:F=G=2.24×105N
洒水车对路面的压强:
答:洒水车对地面的压强为5. 6×105 Pa
（3）变小
【解析】【分析】（1）根据计算出洒水时间，根据s=vt计算洒水距离；
（2）根据m= m车+m水计算洒水车和水的总质量，再根据 G=mg 计算出洒水车的总重力；洒水车对地面的压力等于车的总重力，即F=G，最后根据压强公式计算对路面的压强；
（3）动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，根据机械能=动能+重力势能判断洒水车的机械能变化。
【解答】（1）洒水时间： ；
可喷酒路面的距离：s=vt=15km/hX0.4h=6km；
（2）洒水车的总质量：m= m车+m水=2.4t+20t=22.4t=2.24×104kg；
洒水车的总重：G=mg=2.24×104kg×10N/kg=2.24×105N；
洒水车对路面的压力：F=G=2.24×105N；
洒水车对路面的压强： 。
（3） 在本次洒水过程中，洒水车的质量减小，速度不变，因此动能减小；质量减小高度不变，因此重力势能减小；根据机械能=动能+重力势能可知，洒水车的机械能不断减小。
四、实验探究题
16.【答案】 （1）木块滑行距离
（2）A
（3）质量一定时，速度越大动能越大
（4）D
【解析】【分析】（1）钢球撞击水平面上的木块，木块克服地面阻力做功。根据W=fs可知，木块移动的距离越大，则克服阻力做的功越大，说明钢球的动能越大；
（2）根据控制变量法的要求分析判断；
（3）分析实验中哪个因素相同，哪个因素不同，然后根据控制变量法的要求描述实验结论；
（4）根据实验的过程分析判断。
【解答】（1）钢球动能的大小是通过观察木块滑行距离来判断的。
（2）根据表格可知，实验要探究钢球的动能与速度的关系，此时需要控制钢球的质量相同，故D错误；
因为要通过木块移动的距离反映钢球动能的大小，因此必须控制木块对水平面的压力相同，即木块重力相等，故B错误；
钢球下摆的高度已定，此时只能通过换一块更长的同样木板来解决这个问题，故C错误，A正确。
故选A。
(
…………○…………外…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
) (
※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
) (
…………○…………内…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
)
（3）根据表格数据可知，钢球的质量都是20g时，钢球下摆的高度越大，木块滑行的距离越远，那么得到结论：质量一定时，速度越大，动能越大。
（4）根据图片可知，木块获得的动能来自于小球撞击滑块的瞬间，因此该实验中的动能是指小球撞击滑块时的动能，故选D。