11.3 动能和势能
一、单选题
1.生活中的能量无处不在,下列实例中的能量表述错误的是( )
A.挂在树上的苹果具有重力势能
B.被拉开的橡皮筋具有弹性势能
C.在空中匀速直线飞行的小鸟的动能和重力势能不变
D.在水平马路上洒水的车在匀速前进过程中,它的动能和重力势能在变小
2.下列物体中不具有动能的是( )
A.流动的河水 B.被拦河坝挡住的水
C.正在下降的飞机 D.在平直的公路上行驶着的汽车
3.初美国一架波音客机坠入河中,造成这一事故的主要原因是一只飞鸟撞上高速飞行的飞机。对这一现象的解释,下列说法正确的是( )
A.飞机飞上了高空后,玻璃窗受气压影响,不再坚固
B.鸟在地面飞行时重力势能小,在高空飞行时重力势能大
C.鸟在地面飞行时动能很小,在高空飞行时动能很大
D.鸟相对于高速飞行的飞机来说,速度很大,因此相对于飞机的动能也很大
4.如图所示,在“探究动能大小与哪些因素有关”的实验中,使两辆相同的小车分别从不同高度由静止开始下滑,撞击静置于水平面上的木块。下列说法正确的是( )
A.图中两辆小车的重力势能大小相等
B.两种情况下,木块在水平面上移动的距离相等
C.木块被撞击后由静止变为运动,惯性增大
D.如果水平面光滑,木块被撞击后将做匀速直线运动
5.如图所示为游客坐在“网红秋千”荡秋千的情景,当秋千从最高点匀速荡到最低点的过程中,游客的( )
A.动能减小,势能减小 B.动能不变,势能不变
C.动能不变,势能减小 D.动能增加,势能减小
6.《中华人民共和国民法典》中规定: “禁止从建筑物中抛掷物品”。生活中我们要杜绝“高空抛物”这种严重危害公共安全的行为。“高空抛物”危害性大是因为高处的物体具有很大的( )
A.内能 B.重力势能 C.热量 D.弹性势能
7.如图所示,一轻质弹簧一端系在墙上的O点,自由伸长到B点,今将一小物体m连在弹簧上,并把弹簧压缩到A点,然后释放,小物体能运动到C点静止,物体与水平地面间的摩擦力恒定,下列说法中正确的是( )
A.物体从A到B动能先增大后减小,从B到C动能一直减小
B.物体从A到B动能越来越小,从B到C动能越来越大
C.物体从A到B动能越来越大,从B到C弹性势能越来越大
D.物体从A到B弹性势能越来越大,从B到C弹性势能越来越小
8.下列说法正确的是( )
A.运动员跑得越快越难停下来,说明物体运动的速度越大惯性越大
B.C919大飞机采用铝锂合金材料以减轻机体重量,是因为该材料的密度小
C.超声波能在真空中传播,光不能在真空中传播
D.摩擦力是阻碍物体相对运动的力,所以摩擦力方向与物体运动方向相反
二、填空题
9.在刚刚结束的体育中考中,质量为40kg的小东同学的跳绳成绩为1min完成180次,假设每次跳起的高度均为5cm,当小东跳起时他的重力势能会 (选填“增大”“减小”或“不变”),全过程克服重力做功的平均功率为 W。
10.某大厦安装的观光电梯。
(1)小明站在上升的电梯里,以电梯为参照物,他看到电梯外楼房墙面上的广告牌是 的;
(2)电梯匀速上升过程中,小明的重力势能 ,动能 。若小明受到的重力为G,电梯对小明的支持力为F1,小明对电梯的压力为F2,则F1和 是一对平衡力。
11.物体能 我们就说它具有能;动能的影响因素有 和 ;重力势能的影响因素有 和 。
12.一辆轿车在高速公路上以70kW的功率行驶10min,汽车发动机做功 J;通常情况下载重汽车造成的车祸比小轿车造成的车祸严重的多,原因是 。
13.小云同学在训练时,一分钟内做了12个引体向上,已知小云的质量为50kg,每次引体向上他能将自身重心提高0.4m,则小云每次引体向上所做的功为 J,重心上升时重力势能变 ,一分钟内他做功的平均功率为 W(g取10N/kg)。
三、实验题
14.【问题】小华在上体育课时发现,将排球拍打在水泥地面、塑胶地面和草坪上反弹的高度各不相同,于是他想探究排球反弹高度与哪些因素有关,做了如下猜想:
【猜想】
①可能与拍打排球时向下的力的大小有关;
②可能与地面的材质有关。
【证据】
(1)为了验证猜想①,小华分析:用不同大小的力拍打排球,实质是改变了排球接触地面时的速度。因为排球被举得越高,下落时重力势能转化为 能就越大,故与地面接触瞬间的 越大,所以小华将猜想①修改为:可能与排球接触地面时的速度大小有关。于是他设计以下方案:将同一个排球分别调整到不同的高度由静止下落;
(2)为了验证猜想②,小华选用家中三种不同材质的接触面(瓷砖地面、实木地面、毛毯地面)进行实验,此时他应该将排球从 (选填“相同”或“不同”)高度由静止下落到不同接触面;
实验序号 地面材质 排球被举起的高度/m 排球反弹的高度/m
一 瓷砖 0.5 0.4
二 瓷砖 1 0.75
三 瓷砖 1.5 1.2
四 实木 1 0.5
五 毛毯 1 0.15
【解释】
(3)通过分析前三组实验数据可知, ;
(4)通过分析 三组实验可知,排球反弹的高度与地面材质有关;
【交流】
(5)通过实验小华还发现,无论地面是什么材质,排球都无法反弹到原有的高度。这是因为除碰撞时有能量损失外,排球还受到 (选填“重力”“弹力”或“空气阻力”)等作用;
【拓展】
(6)在工业生产中,有一种检测硬度的方法,它的原理是使用具有一定质量的物体冲击被检测物体表面,测量该物体在距被测物表面1mm处的冲击前速度大小和冲击后的反弹速度大小,从而计算出被测物体的硬度。请你根据以上分析:反弹速度大小变化越 (选填“大”或“小”),被测物体硬度越大。
15.在探究“阻力对物体运动的影响”的实验中,某同学让同一小车从同一斜面的同一高度自由滑下,分别通过毛巾、棉布、木板表面,观察小车在水平面上停下的位置并做标记,如图甲所示。
(1)实验时让小车从斜面的同一高度滑下,其目的是让小车在粗糙程度不同的表面上开始运动时的 相同;
(2)从三次实验小车所停位置推知,物体的运动 (选填“需要”或“不需要”)力来维持;
(3)完成实验后,该同学在原有器材的基础上增加了一个木块,来探究物体的动能与哪些因素有关.如图乙所示。
①画出小车在光滑斜面上滑下时受力示意图(作用点画在重心上) ;
②让小车从斜面的不同高度自由滑下,通过 来比较小车动能大小的;
③若在小车中放一重物,使小车从同一高度滑下,还可以探究 对物体动能大小的影响。
参考答案:
1.C
【详解】A.挂在树上的苹果有一定的高度和质量,具有重力势能,故A正确,不符合题意;
B.被拉开的橡皮筋发生了弹性形变,具有弹性势能,故B正确,不符合题意;
C.在空中匀速直线飞行的小鸟的质量不变,速度不变,动能不变;由于不知道高度的变化,不能确定重力势能是否变化,故C错误,符合题意;
D.在水平马路上洒水的车在匀速前进过程中,速度不变,高度不变,质量变小,动能和重力势能变小,故D正确,不符合题意。
故选C。
2.B
【详解】A.物体由于运动而具有的能力叫做动能,因此流动的河水在运动,具有动能,故A不符合题意;
B.被拦河坝挡住的水,有高度,具有重力势能,但静止没有动能,故B符合题意;
C.正在下降的飞机,由于运动具有动能,故C不符合题意;
D.在平直的公路上行驶着的汽车,由于运动具有动能,故D不符合题意。
故选B。
3.D
【详解】A.玻璃窗的坚固程度与气压是没有关系的,故A错误;
B.鸟在地面飞行时,重力势能很小,在高空飞行时,重力势能很大,鸟的重力势能对飞机没有影响,故B错误;
C.动能不受高度影响,飞鸟在高空飞行时,动能很大是错误说法,故C错误;
D.对于高速飞行的飞机来说,鸟飞行的速度很大,因此相对于飞机的动能也大,相对于飞机动能大就能造出严重伤亡事故,故D正确。
故选D。
4.D
【详解】A.图中两辆小车的质量相等,高度不等,则重力势能大小不等,故A错误;
B.两种情况下,小车初始重力势能不同,小车到达水平面的动能不同,小车推动木块移动的距离不同,故B错误;
C.木块被撞击后由静止变为运动,惯性与质量有关,与速度无关,质量不变,惯性不变,故C错误;
D.如果水平面光滑,木块不受摩擦力,被撞击后,木块受到的合力为0,将做匀速直线运动,故D正确。
故选D。
5.C
【详解】秋千从最高点匀速荡到最低点的过程中,游客的速度不变、高度减小、质量不变,故游客的动能不变,势能减小,故选C。
【点睛】
6.B
【详解】由题意可知,高空抛物现象之所以存在巨大的安全隐患,是因为物体被举高后具有了重力势能,而且物体的质量越大、高度越高,重力势能越大,因此高空抛物会造成很大的危害。故ACD不符合题意,故B符合题意。
故选B。
7.A
【详解】ABC.物体在竖直方向受到重力与地面的支持力平衡,水平方向受到弹簧的弹力和滑动摩擦力;从A到B过程中,弹簧的弹力水平向右,摩擦力水平向左,弹簧的弹力先大于摩擦力,后小于摩擦力,所以物体先加速后减速,从B到C过程,物体由于惯性继续向前运动,摩擦力方向向左,物体做减速运动;当质量一定时,速度越大,动能越大,速度越小,动能越小,所以,物体从A到B过程中,动能先增大后减小,从B到C过程中,动能一直减小,故A正确,BC错误;
D.物体从A到B弹簧的形变不断变小,弹性势能越来越小,从B到C弹簧的形变不断变大,弹性势能越来越大,故D错误。
故选A。
8.B
【详解】A.惯性的大小只与物体的质量有关,与速度无关;运动员跑得越快越难停下来,是因为运动员的动能大,要停下需要更长的时间和距离,故A错误;
B.C919大范围采用铝锂合金材料,使飞机重量减小,降低飞行成本,是因为该材料的密度小,在体积一定时,密度越小,飞机的质量越小,故B正确;
C.超声波和次声波属于声音,声音不能在真空中传播,它传播时需要靠介质;光可以在真空中传播,且速度最快,故C错误;
D.摩擦力是阻碍物体相对运动的力,所以摩擦力方向与物体相对运动方向相反,摩擦力可能和物体运动的方向相同,故D错误。
故选B。
9. 增大 60
【详解】[1]当小东向上跳起时,小东的质量不变,他所处的高度越来越大,则他的重力势能会增大。
[2]小东的质量
每次跳起的高度
则他每次跳绳时克服重力做的功为
1min跳180次,则1min内做的功为
他跳绳时克服重力做功的平均功率为
10. 运动 增大 不变 G
【详解】(1)[1]小明站在上升的电梯里,以电梯为参照物,电梯外楼房墙面上的广告牌与电梯的位置在不断发生变化,所以广告牌是运动的。
(2)[2][3]小明随电梯匀速上升时,质量不变,高度增大,重力势能增大,速度不变,动能不变。
[4]在竖直方向上人受到重力和电梯对人的支持力,两个力大小相等,方向相反,作用在同一直线上,作用在同一物体上,这两个力是一对平衡力,即F1和G是一对平衡力。
11. 对外做功 质量 速度 质量 高度
【详解】[1]如果一个物体能对外做功,那么我们就说这个物体具有能。
[2][3]一个物体的质量越大,运动的速度越大,则这个物体所具有的动能就越大,这说明了影响动能大小的因素有质量和速度。
[4][5]一个物体的质量越大,被举的高度越高,则这个物体的重力势能越大,这说明了影响重力势能大小的因素有质量和高度。
12. 4.2×107 速度相差不大,质量大,动能越大
【详解】[1]由知汽车发动机做的功为
[2]在速度大小相同时,质量大,动能越大,载重汽车比小轿车质量大很多,造成的车祸会更严重。
13. 200 大 40
【详解】[1]小云的重力
G=mg=50kg×10N/kg=500N
小云每一次引体向上所做的功
W=Gh=500N×0.4m=200J
[2]小云重心向上升时,人的质量不变,高度变大,故人的重力势能变大。
[3]一分钟内他做的总功
W总=12W=12×200J=2400J
一分钟内他做功的平均功率
14. 动 速度 相同 当地面材质相同时,排球与地面接触时的速度越大,排球反弹得越高 二、四、五 空气阻力 小
【详解】(1)[1]排球下落时,高度减小,重力势能转化为动能;
[2]物体的动能跟质量、速度有关,排球落地动能越大,速度越大。
(2)[3]接触面的材质不同,需要控制排球接触地面的速度相同,所以应该将排球从相同高度由静止下落。
(3)[4]前三组实验,接触面的材质相同,排球被举的高度不同,排球接触地面速度不同,可得:当地面材质相同时,排球与地面接触时的速度越大,排球反弹得越高。
(4)[5]第二、第四和第五组三组实验排球被举的高度相同,排球接触地面的速度相同,地面材质不同,可知,排球反弹的高度与地面材质有关。
(5)[6]排球在运动过程中,受到空气阻力也会导致能量损失。
(6)[7]通过第二、第四和第五组三组实验可知,接触面硬度越大,排球反弹高度越高,损失能量越少,速度大小变化越小。
15. 速度 不需要 木块滑行距离大小 质量
【详解】(1)[1]实验中为了让小车达到斜面底端的时候获得相同的速度,需要将小车从斜面的同一高度滑下。
(2)[2]由实验可知,物体运动的表面越光滑,物体受到的阻力就越小,速度减小的就越慢,因此物体运动的距离就越远;并由此推理,如果运动的物体不受外力作用,它将做匀速直线运动,这说明力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因。
(3)①[3]小车从光滑斜面上滑下时,受重力、支持力的作用,如图所示:
②[4]实验中通过观察木块滑行距离大小来反映小车动能大小,木块移动的越远,小车的动能越大,这里运用了转换法。
③[5]若在小车中放一重物,使小车从同一高度滑下时,小车的质量增加,小车到达斜面底端的速度不变,此时可以探究质量对物体动能大小的影响。