第12章 机械能
第Ⅰ卷(选择题,共30分)
一、选择题(每小题3分,共30分)
1.下列现象中不是利用风能或水能的是( C )
A.帆船在河水中逆流航行 B.风筝越飞越高
C.用太阳灶把水烧开 D.木船在河中顺流而下
2.有一种声控玩具,只要对着它拍一下手,它就会动起来。这种玩具所接收信号的能量是( C )
A.电磁能 B.光能 C.机械能 D.化学能
3.车身离地30 cm高的电动无人扫地车在平直路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内,此过程中,扫地车整体的( D )
A.动能不变,重力势能不变 B.动能不变,重力势能变大
C.动能变大,重力势能不变 D.动能变大,重力势能变大
4.如图所示,关于小朋友沿着滑梯匀速下滑的过程,下列说法正确的是( B )
A.她受到的重力不做功 B.她的重力势能减小
C.她的动能增加 D.她的机械能不变
5.如图所示,人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行,当卫星从近地点向远地点运动的过程中( B )
A.速度增大 B.动能转化为重力势能
C.机械能增大 D.重力势能减小
6.2024年4月30日17时46分,神舟十七号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,神舟十七号载人飞行任务取得圆满成功。关于返回舱着陆的过程,下列说法正确的是( D )
A.返回舱在进入大气层时与空气摩擦,机械能不变
B.返回舱打开降落伞后匀速下落时,动能不变,机械能不变
C.返回舱在接近地面时减速下落,动能不变,机械能减小
D.返回舱在着陆过程中,重力势能一直减小,机械能减小
7.跳远运动的各阶段如图所示,则运动员( B )
A.经过最高点时动能为零
B.落到沙地时重力势能最小
C.起跳后升空的过程中,重力势能转化为动能
D.起跳点的机械能小于最高点处的机械能
8.如图所示,将一个小球用细线悬挂起来,让小球从A点由静止释放,小球会在A、C两点之间来回摆动,最终静止下来。下列说法正确的是( C )
A.小球从A点摆动到B点,动能转化为重力势能
B.小球能从B点摆动到C点是由于受到惯性
C.小球每次经过B点,其动能都比上一次小
D.小球最终静止在A点
9.如图甲所示,过山车从A点出发,先后经过B、C、D、E点,图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图,下列说法正确的是( B )
甲 乙
A.从B点到C点,过山车的动能转化为重力势能
B.过山车在C点动能最大
C.在全过程中过山车的机械能守恒
D.过山车在E点动能最大
10.(多选题)足球是同学们喜爱的运动。如图甲所示是某球员传球后足球在空中飞行的一段运动轨迹,图乙是该足球落地后弹跳的过程。关于以上两个过程,下列说法正确的是( BD )
甲 乙
A.图甲中足球从A点移动至B点的过程中,球员对球做了功
B.图甲中足球在A点的重力势能小于B点的重力势能
C.图乙中A、B两点为同一高度,该足球在这两点机械能相等
D.图乙中足球从最高点D运动至最低点C的过程中,足球的重力势能转化为动能和内能
第Ⅱ卷(非选择题,共70分)
二、填空题(每空2分,共36分)
11.如图所示为天津市的著名地标“天津之眼”。某同学乘坐“天津之眼”匀速上升时,他的重力势能 增大 ,机械能 增大 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
12.如图所示,在一个金属罐的盖和底各开两个小洞,先将橡皮筋两端穿过盖和底的小洞并固定起来,再将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部,使小铁块悬于罐体内。做好后将罐子从不太陡的斜面滚下,罐子和小铁块的重力势能最终转化为橡皮筋的 弹性势能 。滚动一段时间后罐子停下来,然后再沿斜面反向向上滚动,则在罐子向上滚动的过程中其重力势能会 增大 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
13.如图所示,某同学将篮球掷向地面,经过甲位置后碰到地面,接着向上反弹经过乙位置,忽略空气的作用力。篮球经过甲、乙两位置时的机械能和重力势能如表所示,则篮球与地面碰撞过程损失的机械能为 1 J,在乙位置时的动能为 2 J。
位置 机械能/J 重力势能/J
甲 13 6
乙 12 10
14.小玲帮妈妈做家务时,把湿衣服挂在如图所示的电动晾衣架上,打开开关衣架匀速升起。衣服升起时其动能 不变 ,机械能 增大 ;湿衣服晾干后其重力势能 减小 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
15.我国最先进的运-20空中加油机(如图所示)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 增大 ,重力势能 增大 ;加油机的重力势能 减小 ,机械能 减小 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
16.小华用如图甲所示装置探究弹性势能的大小与物体的弹性形变程度是否有关,将一根弹簧和一个金属球套在固定于铁架台上足够长的金属杆AB上,用手向下压球使弹簧压缩,然后放手,实验过程记录小球距底座的高度h随时间t变化的图像如图乙所示。实验时每次将弹簧压缩不同的长度,分析比较 小球第一次弹起的高度 ,从而比较弹簧弹性势能的大小。小球在 t1 (选填“0”“t1”“t2”或“t3”)时刻动能最大。
甲 乙
17.物体G和弹簧相连固定于墙壁上,当物体处于位置B处时弹簧没有发生形变,用力将其拉至C处,松手后物体从C点出发在CA之间往返运动并最终停留在某处,停留时弹簧弹性势能为0。则:
(1)物体由C到B运动过程中,弹簧的弹性势能 减小 (选填“不变”“增大”或“减小”)。
(2)物体在CA之间运动过程中,物体动能最大的点位于 BC之间 (选填“B点”“AB之间”或“BC之间”)。
(3)物体最终停留在 B点 (选填“B点”“AB之间”或“BC之间”)。
三、简答题(每小题6分,共12分)
18.建设水电站选址时,从能量利用的角度来看,你将选择下图所示的A址还是B址 说明理由。
答案:选B址;B址与A址相比,地势更低,与水库的水位落差更大;在水的质量一定时,水库中的水相对于水电站B具有更大的重力势能,下落时,可以转化为更多的动能,推动水轮机带动发电机转化成的电能也较多。
19.“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,橡皮绳刚好为原长,C点是蹦极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。人在由A到C的过程中先加速后减速,请解释这个现象。
答案:蹦极者从最高点到A点时,重力势能转化为动能,重力势能越来越小,动能越来越大,速度越来越大;过A点后弹性绳发生弹性形变,开始时弹力小于重力,合力的方向是竖直向下的,蹦极者继续做加速运动;在B点蹦极者受到的弹力等于蹦极者受到的重力,此时的速度最大;继续向下运动的过程中,蹦极者受到竖直向上的弹力大于蹦极者受到的重力,合力的方向竖直向上,蹦极者做减速运动,所以人在由A到C的过程中先加速后减速。
四、实验探究题(20题7分,21题8分,22题7分,共22分)
20.在探究“物体的动能与哪些因素有关”的实验中,同学们采用细线、小球、小木块等器材制作了如图所示的单摆,已知摆线的长L相同,A、B小球的质量关系mA甲 乙
丙 丁
(1)同学们设计如图所示装置后,让小球处于一定位置由静止释放,当小球摆动到竖直位置时,恰好与静止在水平面上的木块C发生碰撞,木块会在水平面上滑行一定距离,实验中通过比较木块移动的距离反映 小球 (选填“小球”或“木块C”)的动能大小。
(2)通过对比甲、乙两实验,当摆线与竖直方向夹角相同时, 质量 大的小球动能更大。
(3)如图乙、丙所示,使悬线与竖直方向的夹角θ2>θ1,目的是让小球B摆动到竖直位置时与木块C碰撞前的 速度 增大;观察到木块C在图丙水平面滑行得更远,由此得到:质量相同的小球,运动速度越大,动能越大。
(4)小强同学认为,为了实验具有科学性和准确性,如图甲、乙、丙所示中的水平面应采用 相同 (选填“相同”或“不相同”)材质。
(5)实验后同学间讨论,碰撞后木块C在水平面上滑行一定距离后会停止是由于受到了 阻力 。若水平面足够长,木块被撞击后不受外力作用时,它将保持 匀速 (选填“减速”“匀速”或”“加速”)直线运动。
(6)通过探究活动,结合所学力学知识,请你叙述如图丁所示情境中货车“严禁超载”的理由: 当速度一定时,物体的质量越大,动能越大 。
21.小苏同学所在的物理兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”。他们猜想:弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。他们的实验装置如图所示,把弹簧放在水平面上,其左端固定在墙上,AO为弹簧原长,水平面O点左侧光滑,右侧粗糙。将物体M从O点压缩弹簧到P点,然后由静止释放,物体M运动到O点后与弹簧分开,最终运动到Q点静止。请补充完成他们的探究过程。
(1)弹簧弹性势能的大小是通过 物体M被弹出去的距离 来反映的。
(2)探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系,应该选用 相同 (选填“相同”或“不同”)的弹簧进行实验,并先后改变 AP 之间的距离,测出OQ间的距离,重复实验,测量多组数据并记录。
(3)小苏所在的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中,他们运用到了转换法和 控制变量法 (填物理方法名称)。
22.如图甲所示,小明在工地上看到打桩机上被举高的重锤能将桩打入地下。在学习了重力势能的知识后,小明知道了这是由于被举高的重锤具有重力势能。那么什么因素会影响重力势能的大小呢 对于这个问题,小明提出了如下猜想。
猜想一:物体的重力势能与物体的质量有关。
猜想二:物体的重力势能与物体所在高度有关。
为了验证上述猜想,他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验。如图乙所示,将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上,把铁块从距桌面某一高度由静止释放,撞击桌面的中心部位,记录桌腿进入沙子的深度。
甲 乙
(1)实验中通过比较 桌腿陷入沙坑的深度 来判断物体重力势能的大小,依据是铁块对小桌 做功 越多,铁块具有的重力势能就越大。
(2)铁块在空中下落的过程中,重力势能转化为 动 能。
(3)按上述方案进行实验,其实验数据如表所示。
实验序号 铁块质量 m/g 铁块距桌面的 高度H/cm 桌腿进入沙子 的深度h/cm
① 20 20 1.9
② 20 30 2.9
③ 20 40 3.8
④ 30 20 2.9
⑤ 40 20 4.1
为了验证猜想一,需选择 ①④⑤ (填实验序号)三组数据进行分析;分析表中①②③三组实验数据,可得出的结论是 在物体质量一定时,高度越大,重力势能越大 。
(4)小明根据实验现象认为:铁块撞击小桌进入沙子一段距离后都要停下来,所以铁块和小桌所具有的机械能最终都消失了。你认为小明的观点是 错误 (选填“正确”或“错误”)的,理由是 小桌克服摩擦做功,机械能转化为内能,而不是消失了 。 第12章 机械能
第Ⅰ卷(选择题,共30分)
一、选择题(每小题3分,共30分)
1.下列现象中不是利用风能或水能的是( )
A.帆船在河水中逆流航行 B.风筝越飞越高
C.用太阳灶把水烧开 D.木船在河中顺流而下
2.有一种声控玩具,只要对着它拍一下手,它就会动起来。这种玩具所接收信号的能量是( )
A.电磁能 B.光能 C.机械能 D.化学能
3.车身离地30 cm高的电动无人扫地车在平直路面上匀速前进并将地面上的落叶吸入车内,此过程中,扫地车整体的( )
A.动能不变,重力势能不变 B.动能不变,重力势能变大
C.动能变大,重力势能不变 D.动能变大,重力势能变大
4.如图所示,关于小朋友沿着滑梯匀速下滑的过程,下列说法正确的是( )
A.她受到的重力不做功 B.她的重力势能减小
C.她的动能增加 D.她的机械能不变
5.如图所示,人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行,当卫星从近地点向远地点运动的过程中( )
A.速度增大 B.动能转化为重力势能
C.机械能增大 D.重力势能减小
6.2024年4月30日17时46分,神舟十七号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,神舟十七号载人飞行任务取得圆满成功。关于返回舱着陆的过程,下列说法正确的是( )
A.返回舱在进入大气层时与空气摩擦,机械能不变
B.返回舱打开降落伞后匀速下落时,动能不变,机械能不变
C.返回舱在接近地面时减速下落,动能不变,机械能减小
D.返回舱在着陆过程中,重力势能一直减小,机械能减小
7.跳远运动的各阶段如图所示,则运动员( )
A.经过最高点时动能为零
B.落到沙地时重力势能最小
C.起跳后升空的过程中,重力势能转化为动能
D.起跳点的机械能小于最高点处的机械能
8.如图所示,将一个小球用细线悬挂起来,让小球从A点由静止释放,小球会在A、C两点之间来回摆动,最终静止下来。下列说法正确的是( )
A.小球从A点摆动到B点,动能转化为重力势能
B.小球能从B点摆动到C点是由于受到惯性
C.小球每次经过B点,其动能都比上一次小
D.小球最终静止在A点
9.如图甲所示,过山车从A点出发,先后经过B、C、D、E点,图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图,下列说法正确的是( )
甲 乙
A.从B点到C点,过山车的动能转化为重力势能
B.过山车在C点动能最大
C.在全过程中过山车的机械能守恒
D.过山车在E点动能最大
10.(多选题)足球是同学们喜爱的运动。如图甲所示是某球员传球后足球在空中飞行的一段运动轨迹,图乙是该足球落地后弹跳的过程。关于以上两个过程,下列说法正确的是( )
甲 乙
A.图甲中足球从A点移动至B点的过程中,球员对球做了功
B.图甲中足球在A点的重力势能小于B点的重力势能
C.图乙中A、B两点为同一高度,该足球在这两点机械能相等
D.图乙中足球从最高点D运动至最低点C的过程中,足球的重力势能转化为动能和内能
第Ⅱ卷(非选择题,共70分)
二、填空题(每空2分,共36分)
11.如图所示为天津市的著名地标“天津之眼”。某同学乘坐“天津之眼”匀速上升时,他的重力势能 ,机械能 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
12.如图所示,在一个金属罐的盖和底各开两个小洞,先将橡皮筋两端穿过盖和底的小洞并固定起来,再将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部,使小铁块悬于罐体内。做好后将罐子从不太陡的斜面滚下,罐子和小铁块的重力势能最终转化为橡皮筋的 。滚动一段时间后罐子停下来,然后再沿斜面反向向上滚动,则在罐子向上滚动的过程中其重力势能会 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
13.如图所示,某同学将篮球掷向地面,经过甲位置后碰到地面,接着向上反弹经过乙位置,忽略空气的作用力。篮球经过甲、乙两位置时的机械能和重力势能如表所示,则篮球与地面碰撞过程损失的机械能为 J,在乙位置时的动能为 J。
位置 机械能/J 重力势能/J
甲 13 6
乙 12 10
14.小玲帮妈妈做家务时,把湿衣服挂在如图所示的电动晾衣架上,打开开关衣架匀速升起。衣服升起时其动能 ,机械能 ;湿衣服晾干后其重力势能 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
15.我国最先进的运-20空中加油机(如图所示)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 ;加油机的重力势能 ,机械能 。(均选填“增大”“减小”或“不变”)
16.小华用如图甲所示装置探究弹性势能的大小与物体的弹性形变程度是否有关,将一根弹簧和一个金属球套在固定于铁架台上足够长的金属杆AB上,用手向下压球使弹簧压缩,然后放手,实验过程记录小球距底座的高度h随时间t变化的图像如图乙所示。实验时每次将弹簧压缩不同的长度,分析比较 ,从而比较弹簧弹性势能的大小。小球在 (选填“0”“t1”“t2”或“t3”)时刻动能最大。
甲 乙
17.物体G和弹簧相连固定于墙壁上,当物体处于位置B处时弹簧没有发生形变,用力将其拉至C处,松手后物体从C点出发在CA之间往返运动并最终停留在某处,停留时弹簧弹性势能为0。则:
(1)物体由C到B运动过程中,弹簧的弹性势能 (选填“不变”“增大”或“减小”)。
(2)物体在CA之间运动过程中,物体动能最大的点位于 (选填“B点”“AB之间”或“BC之间”)。
(3)物体最终停留在 (选填“B点”“AB之间”或“BC之间”)。
三、简答题(每小题6分,共12分)
18.建设水电站选址时,从能量利用的角度来看,你将选择下图所示的A址还是B址 说明理由。
答案:选B址;B址与A址相比,地势更低,与水库的水位落差更大;在水的质量一定时,水库中的水相对于水电站B具有更大的重力势能,下落时,可以转化为更多的动能,推动水轮机带动发电机转化成的电能也较多。
19.“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,橡皮绳刚好为原长,C点是蹦极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。人在由A到C的过程中先加速后减速,请解释这个现象。
四、实验探究题(20题7分,21题8分,22题7分,共22分)
20.在探究“物体的动能与哪些因素有关”的实验中,同学们采用细线、小球、小木块等器材制作了如图所示的单摆,已知摆线的长L相同,A、B小球的质量关系mA甲 乙
丙 丁
(1)同学们设计如图所示装置后,让小球处于一定位置由静止释放,当小球摆动到竖直位置时,恰好与静止在水平面上的木块C发生碰撞,木块会在水平面上滑行一定距离,实验中通过比较木块移动的距离反映 (选填“小球”或“木块C”)的动能大小。
(2)通过对比甲、乙两实验,当摆线与竖直方向夹角相同时, 大的小球动能更大。
(3)如图乙、丙所示,使悬线与竖直方向的夹角θ2>θ1,目的是让小球B摆动到竖直位置时与木块C碰撞前的 增大;观察到木块C在图丙水平面滑行得更远,由此得到:质量相同的小球,运动速度越大,动能越大。
(4)小强同学认为,为了实验具有科学性和准确性,如图甲、乙、丙所示中的水平面应采用 (选填“相同”或“不相同”)材质。
(5)实验后同学间讨论,碰撞后木块C在水平面上滑行一定距离后会停止是由于受到了 。若水平面足够长,木块被撞击后不受外力作用时,它将保持 (选填“减速”“匀速”或”“加速”)直线运动。
(6)通过探究活动,结合所学力学知识,请你叙述如图丁所示情境中货车“严禁超载”的理由: 。
21.小苏同学所在的物理兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”。他们猜想:弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。他们的实验装置如图所示,把弹簧放在水平面上,其左端固定在墙上,AO为弹簧原长,水平面O点左侧光滑,右侧粗糙。将物体M从O点压缩弹簧到P点,然后由静止释放,物体M运动到O点后与弹簧分开,最终运动到Q点静止。请补充完成他们的探究过程。
(1)弹簧弹性势能的大小是通过 来反映的。
(2)探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系,应该选用 (选填“相同”或“不同”)的弹簧进行实验,并先后改变 之间的距离,测出OQ间的距离,重复实验,测量多组数据并记录。
(3)小苏所在的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中,他们运用到了转换法和 (填物理方法名称)。
22.如图甲所示,小明在工地上看到打桩机上被举高的重锤能将桩打入地下。在学习了重力势能的知识后,小明知道了这是由于被举高的重锤具有重力势能。那么什么因素会影响重力势能的大小呢 对于这个问题,小明提出了如下猜想。
猜想一:物体的重力势能与物体的质量有关。
猜想二:物体的重力势能与物体所在高度有关。
为了验证上述猜想,他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验。如图乙所示,将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上,把铁块从距桌面某一高度由静止释放,撞击桌面的中心部位,记录桌腿进入沙子的深度。
甲 乙
(1)实验中通过比较 来判断物体重力势能的大小,依据是铁块对小桌 越多,铁块具有的重力势能就越大。
(2)铁块在空中下落的过程中,重力势能转化为 能。
(3)按上述方案进行实验,其实验数据如表所示。
实验序号 铁块质量 m/g 铁块距桌面的 高度H/cm 桌腿进入沙子 的深度h/cm
① 20 20 1.9
② 20 30 2.9
③ 20 40 3.8
④ 30 20 2.9
⑤ 40 20 4.1
为了验证猜想一,需选择 (填实验序号)三组数据进行分析;分析表中①②③三组实验数据,可得出的结论是 。
(4)小明根据实验现象认为:铁块撞击小桌进入沙子一段距离后都要停下来,所以铁块和小桌所具有的机械能最终都消失了。你认为小明的观点是 (选填“正确”或“错误”)的,理由是 。
