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，人只受到重力的作用 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.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.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
4.如图是雨滴在空中下落过程中速度与时间的关系图。雨滴在t1~t3三个时刻中具有的动能分别是E1、E2、E3 ， 不考虑下落过程中雨滴的质量变化，则动能的大小关系是（ ）
A. E1E2>E3 C. E15.下列关于物体势能的说法，正确的是( )。
A. 把压缩的弹簧放松，它的长度增加，势能也增加
B. 同一根橡皮筋拉得越长，它的势能也越大
C. 树上的两个苹果，位置高的一定比位置低的势能大
D. 正在下落的两个铅球，5千克的铅球一定比4千克的铅球势能大
6.如图所示，在探究“物体的动能跟哪些因素有关“的实验中，让质量相同的钢球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，比较木块被推动的距离。该实验是研究( )。
A. 动能的大小与高度的关系 B. 动能的大小与质量的关系
C. 动能的大小与速度的关系 D. 动能的大小与距离的关系
7.如图是荡秋千的简化模型。摆球在A点静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高，下列说法正确的是 ( )
A. 球在B，C两点的动能相等
B. 球在A，D两点的机械能相等
C. 球从B点到O点的过程中机械能减少
D. 球从O点到C点的过程中重力势能减少
8.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
9.洒水车在清洁龙港市街道卫生环境中起到了很重要的作用，洒水车在水平路面上进行酒水作业时保持匀速行驶，则洒水车发动机的牵引力如何改变，洒水车的动能将如何改变( )
A. 牵引力不变，动能不变 B. 牵引力减小，动能减小
C. 牵引力减小，动能不变 D. 牵引力不变，动能减小
10.如图所示，在竖直平面内用轻质细线悬挂一个小球，将小球拉至A点， 使细线处于拉直状态，由静止开始释放小球，不计空气阻力，小球可在A、F、B三点间来回摆动，A和B是最高点，F是最低点．下列说法正确的是（ ）
A. 小球到达最低点F时撤去一切外力，由于惯性，它将保持原来的圆周运动
B. 当小球到达最高点A时撤去一切外力，它将做匀速直线运动
C. 当小球摆动到B点时，细线恰好断开，则小球将沿BE方向运动
D. 当小球从A点摆动到F点的过程中，动能转化为重力势能
11.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
12.如图所示，一个小球从光滑斜面的顶端自由下滑到达斜面底端，如果小球经过A点时具有的重力势能为50 J，若不计空气阻力，以下说法不正确的是（ ）
A. 小球到达底端时动能大于50J
B. 小球从顶端到达底端的过程中，重力势能转化为动能
C. 小球到达底端时的机械能大于经过A点时的机械能
D. 小球到达底端时的机械能等于经过A点时的机械能
二、填空题
13.如图为人造地球卫星的轨道示意图，在大气层外环绕地球运行的过程中，人造地球卫星在近地点的动能 它在远地点的动能；在从近地点向远地点运行的过程中，它的重力势能的变化情况是 。
14.物体由于被 而具有的能叫重力势能。重力势能大小与 和 有关。物体由于
而具有的能叫弹性势能。同一物体的弹性势能大小与 有关。
三、解答题
15.=将普通塑料水管进行改装，能做多个实验。将塑料水管①侧面开口并标上刻度，再将塑料水管②在侧面不同高度开两个大小合适的口。

（1）将两根塑料管按图甲连接，选合适的滑块放入管①，将一钢球从管②的口放入后，静止释放。观察并记录________。取出钢球，将滑块移回原位，将钢球从另一个口放入，重复实验。该实验可验证动能大小与________的关系。
（2）将两根塑料管按图乙连接，验证“重力势能大小与质量的关系”。请你写出实验步骤。
四、实验探究题
16.某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2 ， C、D两球陷入沙深度均为h3 ， 且h1＜h2＜h3。
（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过 来反映的。
（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论： 。
（3）比较 两球，发现C球陷入沙中深度更大，由此可得出结论：当物体质量相同时，下落的高度越高，物体的重力势能越大。
（4）比较C、D两球动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径 （选填：“有关”或“无关”）。
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）根据动能和重力势能的相互转化分析；
（3）根据机械能守恒分析；
（4）注意水平方向上的速度是否为零。
【解答】A. 图甲中，起跳离开地面后，人只受到重力的作用，故A正确不合题意；
B. 图乙中，在下降过程中，滚摆的高度减小，重力势能减小。根据机械能守恒可知，此时滚摆的速度增大，即动能逐渐增大，故B错误符合题意；
C. 图丙中，卫星在近地点时高度最小，即重力势能最小。根据机械能守恒可知，此时的动能应该最大，即此时的速度最大，故C正确不合题意；
D. 图丁中，小球运动到③位置时，它在竖直方向上的速度为零，但是水平方向上速度不为零，故D正确不合题意。
故选B。
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）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。
4.【答案】 C
【解析】【分析】动能与质量和速度大小有关，根据图像比较三个时刻时雨滴的速度大小即可。
【解答】根据图像可知，在t1~t3三个时刻中，速度v1故选C。
5.【答案】 B
【解析】【分析】（1）（2）弹性势能的大小与发生弹性形变的程度有关；
（3）（4）重力势能与质量和高度有关。
【解答】A.把压缩的弹簧放松，它的长度增加，而形变程度减小，则势能减小，故A错误；
B.同一根橡皮筋拉得越长，它的形程度越大，则它的势能也越大，故B正确；
C.树上的两个苹果质量大小不确定，位置高的不一定比位置低的势能大，故C错误；
D.正在下落的两个铅球，由于高度大小未知，因此5千克的铅球不一定比4千克的铅球势能大，故D错误。
故选B。
6.【答案】 C
【解析】【分析】根据图片确定实验中哪个因素相同，哪个因素不同即可。
【解答】在实验中，小球的质量相同，它从斜面上的不同高度释放，那么到达水平面时的速度不同，通过木块被推动的距离可以判断小球动能的大小，则该实验探究动能的大小与速度的关系，故C正确，而A、B、D错误。
故选C。
7.【答案】 C
【解析】【分析】重力势能的大小与质量和高度有关，而机械能=动能+重力势能，据此分析判断即可。
【解答】小球在A点和D点时都处于静止状态，此时它的动能为零，即机械能都等于重力势能。因为D点高度小于A点，所以D点的重力势能小于A点，即D点的机械能小于A点，则整个运动过程中，小球的机械能会不断减小，故B错误，C正确；
C点在B点后面，因此C点的机械能小于B点；两点高度相等，则两点时重力势能相等。根据机械能=动能+重力势能可知，C点的动能小于B点，故A错误；
球从O到C时，质量不变高度增大，因此重力势能增大，故D错误。
故选C。
8.【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。
9.【答案】 B
【解析】【分析】首先根据影响滑动摩擦力的因素分析摩擦力的变化，再根据二力平衡的知识判断牵引力的变化；根据质量和速度的变化分析动能的变化。
【解答】当洒水车工作时，自身重力不断减小，对地面的压力不断减小，那么它受到的摩擦力不断减小。当它做匀速直线运动时，牵引力和摩擦力相互平衡，因此牵引力减小。
洒水的过程中，速度不变质量减小，因此动能减小。
故选B。
10.【答案】 C
【解析】【分析】（1）（2）（3）根据牛顿第一定律分析判断；
（4）动能与质量和速度有关，重力势能与质量和高度有关，据此分析能量转化。
【解答】A.小球到达最低点F时速度方向为水平向右，此时撤去一切外力，由于惯性，它将沿水平方向做匀速直线运动，故A错误；
B.当小球到达最高点A时速度为零，此时撤去一切外力，它将保持静止状态，故B错误；
C.当小球摆动到B点时，此时只受重力作用，如果细线恰好断开，则小球竖直向下运动，即将沿BE方向运动，故C正确；
D.当小球从A点摆动到F点的过程中，质量不变，速度增大，即动能增大；高度减小，即重力势能减小，那么重力势能转化为动能，故D错误。
故选C。
11.【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。
12.【答案】 C
【解析】【分析】不计空气阻力，且斜面光滑，那么小球没有能量损失，根据机械能守恒的知识分析判断。
【解答】A.小球在A点时动能肯定不为零，重力势能为50J，根据机械能=动能+重力势能可知，它的机械能肯定大于50J。小球到达底端时时，重力势能全部转化为动能，那么动能肯定大于50J，故A正确不合题意；
B.小球从顶端到达底端的过程中，高度减小，重力势能减小；速度增大，动能增大，因此重力势能转化为动能，故B正确不合题意；
CD.根据机械能守恒定律可知，小球到达底端时的机械能等于经过A点时的机械能，故C错误符合题意，D正确不合题意。
故选C。

二、填空题
13.【答案】 大于；变大
【解析】【分析】（1）重力势能与质量和高度有关。
（2）机械能=动能+重力势能，根据机械能守恒分析动能的大小变化。
【解答】 （1）在从近地点向远地点运行的过程中， 它到地面的高度不断增大，而质量不变，则它的重力势能变大。
（2）根据机械能守恒可知，它的动能不断减小，即近地点的动能大于远地点的动能。
14.【答案】 举高；所处高度；质量；弹性形变；形变程度
【解析】【分析】根据重力势能和弹性势能的定义和影响因素解答。
【解答】（1）物体由于被举高而具有的能叫重力势能。重力势能大小与所处高度和质量有关。
（2）物体由于弹性形变而具有的能叫弹性势能。同一物体的弹性势能大小与形变程度有关。
三、解答题
15.【答案】 （1）滑块移动距离；速度大小
（2）将一钢球从管②的任一口放入，静止释放，观察并记录滑块移动距离；取出钢球，将滑块移回原位。将另一质量不同的钢球从同一个口放入，重复实验。
【解析】【分析】（1）水管①和②正好构成一个斜面，滑块从②中不同高度的缺口处放入，相当于从斜面上不同高度下滑，那么它到达水平管①时速度不同。根据滑块在水平管①里面运动的距离，可以判断动能的大小。
（2）滑块在管①中运动时会受到阻力，它受到小球的撞击后，向下运动的距离越大，说明上面小球具有的重力势能越大。如果要探究重力势能与质量的关系，那么就要控制小球下落的高度相同，而改变小球的质量，据此设计实验过程即可。
【解答】（1）将两根塑料管按图甲连接，选合适的滑块放入管①，将一钢球从管②的口放入后，静止释放。观察并记录滑块移动距离。取出钢球，将滑块移回原位，将钢球从另一个口放入，重复实验。该实验可验证动能大小与速度大小的关系。
（2）实验步骤为：将一钢球从管②的任一口放入，静止释放，观察并记录滑块移动距离；取出钢球，将滑块移回原位。将另一质量不同的钢球从同一个口放入，重复实验。
四、实验探究题
16.【答案】 （1）陷入沙的的深度
（2）当物体下落高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大
（3）A、C
（4）无关
【解析】【分析】（1）铅球陷入沙子中的深度越大，则说明铅球的重力势能越大；
（2）分析哪个因素相同，哪个因素不同，根据控制变量法的要求描述实验结论；
（3）根据控制变量法的要求选择对照实验；
（4）如果路径不同，深度不同，那么二者有关；否则，二者无关。
(
…………○…………外…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
) (
※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
) (
…………○…………内…………○…………装…………○…………订…………○…………线…………○…………
)
【解答】（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过陷入沙的的深度来反映的。
（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体下落高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大。
（3）探究重力势能与高度的关系时，必须控制铅球的质量相同而改变高度，故选AC。
（4）比较C、D两球动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。