11.4 机械能及其转化
一、单选题
1.2023年5月30日,神舟十六号载人飞船成功发射。在发射过程中,载人飞船随火箭加速上升,在加速上升阶段飞船的( )
A.动能不变 B.重力势能增大 C.机械能减小 D.机械能不变
2.春节期间,子涵去商场购物,自动扶梯把他从一楼匀速送到二楼的过程中,他的( )
A.动能减小,重力势能增大,机械能不变 B.动能减小,重力势能增大,机械能增大
C.动能不变,重力势能增大,机械能不变 D.动能不变,重力势能增大,机械能增大
3.如图所示是跳板跳水运动员比赛中的几个瞬间,其中①位置时运动员把跳板压到最低处。若不计空气阻力,下列判断正确的是( )
A.位置①到②的过程,运动员的重力势能转化为动能
B.位置②到③的过程,运动员的重力势能转化为动能
C.位置③到④的过程,运动员的机械能增大
D.位置④时运动员的动能大于位置②时运动员的动能
4.计时结束瞬间毽子被踢后,上升和下落到地面的过程中,曾经经过M、N两点,毽子在这两点的动能和重力势能如表格所示,则毽子( )
M点 N点
动能/J 0.1 0.6
重力势能/J 0.5 0.2
A.在M点的速度比N点大 B.在N点的机械能比M点大
C.在M点一定处于上升阶段 D.在N点一定处于下降阶段
5.北京冬奥会的赛场上,一台随运动员绕场地转动的摄像机引人注目,它就是赛事总台自主研发的一款特种摄像设备——“猎豹”,如图所示,在“猎豹”沿路线匀速转弯的过程中,下列说法正确的是( )
A.运动状态不变 B.受到惯性的作用
C.动能大小不变 D.机械能大小不变
6.小明在家里把一个铁锁用绳子悬挂起来,将铁锁拉到紧贴自己鼻尖,之后松手,铁锁向前摆去,则下列说法中正确的是( )
A.铁锁来回摆动过程中,铁锁上没有力做功
B.铁锁达到左侧最高点瞬间速度为零,处于平衡状态
C.铁锁向下摆动的过程中重力势能转化为动能
D.小明说“它打不着我”因为铁锁机械能守恒
7.2023杭州亚运会蹦床女子个人项目决赛中,中国选手朱雪莹摘得金牌。另一位中国选手胡译乘收获银牌。如图所示的比赛情景,下列关于能量或能量转化说法正确的是( )
A.运动员被蹦床弹起瞬间是动能转化为弹性势能
B.运动员在空中下降过程中重力势能转化为动能
C.运动员在整个升降过程中机械能保持不变
D.运动员被蹦床弹起上升到最高点时动能为零
8.“踢毽子”是深受大家喜爱的传统运动。关于踢毽子的过程,以下说法正确的是( )
A.毽子离开脚后继续上升是由于受到惯性作用
B.毽子在竖直上升过程中运动状态不发生改变
C.毽子在下落过程中动能转化为重力势能
D.毽子在下落过程中机械能变小
二、填空题
9.如图所示,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,小球可在竖直平面内A、C两点间来回摆动。小球从A点到B点,重力势能转化为 能;当小球摆动到最高点C点时,若所有力消失,小球将 。你判断的理由是 。
10.科技的发展,使农业机械化水平越来越高.如图所示,这是一架飞机在一定的高度匀速直线飞行给小麦喷洒农药的情景(不计空气阻力),喷洒农药的过程中,飞机的重力势能 ,机械能 (均选填“增大”“减小”或“不变”)。
11.如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端连接一小木块,O点为弹簧在原长时物块的位置。木块由A点静止释放沿粗糙程度相同的水平面向右运动,最远到达B点。在从A到B的过程中,弹簧的弹性势能 ,弹簧和木块的机械能 (选填“先变小后变大”“一直不变”或“一直变小”)。
12.2020年9月19日,有“亚洲翼装飞行第一人”之称的张树鹏,在天津泰达航母主题公园精准降落在“基辅号”航母甲板的跳靶上,完成了全球首次航母翼装飞行。当其从直升机上一跃而下时,重力势能逐渐 ;打开降落伞后匀速下降时,其动能 ;在整个下降过程中,张树鹏的机械能 (均选填“增大”“减小”或“不变”)。
13.图是探究影响弹性势能大小的因素,选择弹簧进行研究。将光滑水平面与光滑斜面连接,确保弹簧压缩量相同,弹簧将质量不同的小球A、B弹上相同轨道(水平面和斜面均光滑),则A、B两球的高度 (选填“>”、“<”或“=”),在最高处拥有的重力势能 。(选填“>”、“<”或“=”)。
14.如图是某轻轨车站的设计方案,与站台连接的轨道有一个小的坡度。从能量利用的角度看,这种设计的优点是:机车进站时的部分动能转化为 能,减少因刹车损耗的机械能;机车出站时储存的 又转化为动能, (选填“能”或“不能”)起到节能的作用。
15.我国最先进的运20空中加油机(图)正在以大小不变的速度给匀速水平飞行的战斗机加油。在加油的过程中,战斗机的动能 ,重力势能 ,加油机的机械能 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
16.捻动滚摆的轴使它升高后释放,观察到滚摆沿着悬线向下运动,到最低点后又上升,往返运动。在下降过程中,滚摆的速度变快,动能 ;(选填“变大”,“变小”,“不变”)滚摆的 转化为动能;滚摆往返运动过程中,观察到 说明机械能在减少。
参考答案:
1.B
【详解】载人飞船随火箭加速上升,在加速上升阶段,飞船速度变大,动能增大,高度升高,重力势能增大,机械能是动能和势能的总和,故机械能增大,故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
2.D
【详解】因为子涵随自动扶梯从一楼匀速送到二楼的过程中,速度不变,动能不变,高度增加,重力势能增大,则子涵的机械能增大,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
3.D
【详解】A.①位置到②位置的过程中,运动员的质量不变,高度在增大,跳板的形变程度越来越小,且刚离开跳板时,速度最大,则弹性势能转化为重力势能和动能,故A错误;
B.②位置到③位置的过程中,运动员的质量不变,速度变小,动能变小,高度增加,重力势能增大,该过程是动能转化为重力势能,故B错误;
C.位置③到④的过程中,因为不计空气阻力,机械能守恒,重力势能全部转化为动能,故机械能不变,故C错误;
D.从位置②到④的过程中,因为不计空气阻力,机械能守恒,因为位置④的高度低于位置②,所以位置④的重力势能小于位置②的重力势能,因此位置④的动能大于位置②的动能,故D正确。
故选D。
4.B
【详解】A.同一毽子的质量不变;由表中数据可知,毽子在M点的动能较小,所以在M点的速度较小,故A不符合题意;
B.由表中数据可得,在M点的机械能等于
0.1J+0.5J=0.6J
在N点的机械能等于
0.6J+0.2J=0.8J
所以在N点的机械能比M点的大,故B符合题意;
CD.N点的机械能比M点的大,存在机械能损失,说明小球先后经过N、M两点;N点的重力势能比M点的小,说明M点位置比N点高;毽子在上升过程中,速度减慢,动能减小;毽子在下降过程中,速度增大,动能增大;由表中数据知道,N点动能大于M点的动能,M点比N点高,且M点出现在N点之后,所以N点不可能处于下降状态,则N点一定处于上升阶段,M点可能在上升阶段,也可能在下降阶段,故CD不符合题意。
故选B。
5.C
【详解】A.“猎豹”沿路线匀速转弯的过程中,运动方向变化,运动状态发生变化,故A错误;
B.惯性不是力,可以说“具有”惯性,但不能说“受到”惯性,故B错误;
C.“猎豹”的质量不变,速度大小不变,所以动能不变,故C正确;
D.机械能大小与动能和重力势能有关,题中只能通过匀速判断动能不变,重力势能无法判断变化情况,故D错误。
故选C。
6.C
【详解】A.铁锁来回摆动过程中,在重力方向上通过了距离,所以重力对铁锁做了功,故A错误;
B.铁锁达到左侧最高点瞬间速度为零,此时拉力和重力不在同一直线上且大小不相等,所以二力不是平衡力,则铁锁不是处于平衡状态,故B错误;
C.铁锁向下摆动的过程中,质量不变,高度降低,同时速度增大,则铁锁的重力势能减小,动能增大,所以是重力势能转化为动能,故C正确;
D.小明说“它打不着我”,是因为铁锁在摆动过程中会受到空气阻力的作用,其机械能逐渐减少,故D错误。
故选C。
7.B
【详解】A.运动员被蹦床弹起瞬间,蹦床的弹性形变程度变小,是弹性势能转化为动能,故A错误;
B.运动员在空中下降的过程中,质量不变,高度变小,重力势能变小,速度变大,动能变大,是重力势能转化为动能,故B正确;
C.运动员在整个升降过程中,存在运动员的机械能与蹦床的弹性势能之间的相互转化,所以机械能会改变,故C错误;
D.运动员被蹦床弹起上升到最高点时,在水平方向上有一定的速度,动能不为零,故D错误。
故选B。
8.D
【详解】A.毽子离开脚后继续上升是由于毽子具有惯性,惯性不是力,不能讲“受到惯性作用”,故A错误;
B.毽子在竖直上升过程中,动能转化为重力势能,速度减小,运动状态发生改变,故B错误;
C.毽子在下落过程中,高度降低,重力势能减小,重力势能转化为动能,故C错误;
D.毽子在下落过程中,会克服摩擦力做功,部分机械能转化为内能,故机械能变小,故D正确。
故选D。
9. 动 保持静止 见解析
【详解】[1]小球从A到B的过程中,质量不变,高度减小,重力势能减小,速度增大,动能增大,重力势能转化为动能。
[2][3]小球从B点到C点,动能转化为重力势能,动能减小,在最高点速度为0,若所有力消失,由牛顿第一定律可知,小球将保持静止。
10. 减小 减小
【详解】[1][2]在一定的高度匀速飞行的飞机喷洒农药的过程中,其速度不变,高度不变,但质量减小,所以动能减小,重力势能减小,机械能减小。
11. 先变小后变大 一直变小
【详解】[1]木块由A点静止释放沿粗糙程度相同的水平面被弹簧推着向右运动,到达O点时,弹簧的弹性势能转化成木块的动能,弹簧的弹性势能减小,O点是弹簧原长时木块的位置,此时弹簧的弹性势能为0;木块到达O点后由于惯性继续向右运动,所以弹簧逐渐被拉伸,弹性势能逐渐变大,所以弹簧的弹性势能先减小后增大。
[2]木块在从A到B的过程中,木块克服摩擦做功,一部分机械能转化为内能,所以弹簧和木块的机械能减小。
12. 减小 不变 减小
【详解】[1] 当张树鹏从直升机上一跃而下时,质量不变,高度减小,重力势能逐渐减小。
[2] 张树鹏打开降落伞后匀速运动时,质量和速度均不变,其动能不变。
[3] 在整个下降过程中,张树鹏需要克服空气阻力做功,他的机械能减小。
13. > =
【详解】[1][2]接触面光滑,说明没有摩擦,机械能守恒。弹簧压缩量相同,弹性势能相同,因为机械能守恒,所以在最高处拥有的重力势能相同,即=。因为重力势能与质量和高度有关,两个物体重力势能相同,A的质量小于B的质量,所以到达的最高点A大于B,即>。
14. 重力势 重力势 能
【详解】[1]进站和出站的轨道都与站台构成一个缓坡,从能量利用的角度看,这种设计的优点是:在进站时,列车的高度升高了,把列车的动能转化成了列车的重力势能,减少因刹车损耗的机械能。
[2][3]车出站时,从高处往低处把储存的重力势能又转化为动能,加快列车运行的速度,能起到节能作用。
15. 增大 增大 减小
【详解】[1][2][3]在加油过程中,接受油的战斗机的速度不变,质量增大,所以战斗机的动能增大;高度不变,重力势能增大;加油机的质量减小,速度不变,动能减小,其飞行高度不变,重力势能减小,机械能减小。
16. 变大 重力势能 滚摆的高度越来越低
【详解】[1]滚摆在下降过程中,重力势能逐渐转化为动能,在下降过程中,滚摆的速度变快,动能增大,重力势能减小。
[2]在下降过程中,滚摆的质量不能,高度降低,速度变大,重力势能减小,动能增大,滚摆的重力势能转化为动能。
[3]从放开滚摆到停止运动过程中,由于滚摆和空气之间存在摩擦,滚摆每次上升过程中质量不变,上升的最大高度不断减小,重力势能不断减小,滚摆克服摩擦做功,机械能要转化为内能,机械能减小。