专题12 机械能及能量守恒定律
【新科技新情境】
（2024·甘肃兰州）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出了从1994年到2002年间恒星S2的位置如图所示，科学家认为S2恒星的运动轨迹是一个椭圆。推测银河系中心可能存在着超大质量的黑洞。忽略S2恒星质量的变化，根据图片信息，下列说法中正确的是（ ）
A．黑洞可能位于椭圆轨道内部的P点
B．S2恒星在运动过程中所受合力为零
C．S2恒星在1995年时期的动能大于2001年时期的动能
D．S2恒星在1995年时期的重力势能大于2001年时期的重力势能
【答案】D
【解析】ACD．银河系中心可能存在着超大质量的黑洞，黑洞对S2恒星的引力大，在引力作用下S2恒星会逐渐向黑洞靠近，所以黑洞可能位于椭圆轨道内部的Q点；由此可知S2恒星在1995年到2001年运行过程中，离黑洞越来越近，质量不变，高度变小，重力势能变小，整个运行过程中，在真空环境中运行，只存在动能与势能相互转化，所以动能变大。故AC错误，D正确；
B．S2恒星在运动过程中运动轨迹是一个椭圆，故运动状态不断发生变化，受非平衡力作用，合力不为零，故B错误。
故选D。
考点1 动能和势能
1．（2024·黑龙江大庆）神舟十八号是中国载人航天工程第十八艘载人飞船，于2024年4月25日，在酒泉卫星发射中心发射成功。中国国旗随神舟十八号载人飞船搭载进入中国空间站，由神舟十八号航天员乘组与神舟十七号航天员乘组进行了太空传递和在轨展示。在飞船加速上升的过程中，若不考虑其质量的变化，下列分析正确的是（ ）
A．重力势能增加，动能不变 B．重力势能减少，动能增加
C．重力势能增加，动能增加 D．重力势能不变，动能不变
【答案】C
【解析】飞船加速上升的过程中，质量不变，高度升高，速度增大，故重力势能和动能均增加，所以ABD错误，C正确。
故选C。
2．（2024·四川广元）2024年5月23日至24日，东部战区在我国台湾省周边开展“联合利剑—2024A”军事演习，震慑台独分裂势力，坚决捍卫国家主权和领土完整。参加演习的某架战机加速升空过程中，若不考虑燃油消耗引起的质量变化，则该战机（ ）
A．动能减少，重力势能减少 B．动能减少，重力势能增大
C．动能增大，重力势能减少 D．动能增大，重力势能增大
【答案】D
【解析】战机加速升空过程中，若不考虑燃油消耗引起的质量变化，则它的质量不变，速度变大，则动能变大，高度变高，则重力势能增大，故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
3．（2024·四川乐山）2024年5月3日17时27分，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在文昌航天发射场成功发射。如图所示，在火箭加速升空的过程中，嫦娥六号探测器的（ ）
A．动能不变，重力势能不变 B．动能增加，重力势能不变
C．动能增加，重力势能增加 D．动能不变，重力势能增加
【答案】C
【解析】嫦娥六号探测器在加速升空时，探测器的质量不变，速度增大，所以动能增加，升空过程中高度增大，所以重力势能增加，故C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
4．（2024·山东济宁）伴随着城区内环高架路、鲁南高铁济宁北站、大安机场的建成使用，济宁进入高铁、高架、高速、航空的立体交通“快时代”。结合图中的信息，下列说法中正确的是（ ）
A．雨雾冰雪提示牌提醒减速慢行，原因是雨雪路面摩擦力消失
B．在高架路旁安装隔音墙，可以有效地减弱噪声的传播
C．设置安全线的原因是列车高速行驶时空气流速大的地方压强大
D．车辆沿坡形通道向上行驶过程中，其重力势能不变
【答案】B
【解析】A．雨雪路面粗糙程度较小，摩擦力减小，所以要减速慢行，但摩擦力不会消失，故A错误；
B．在高架路旁安装隔音墙，阻挡了声音的传播，是在传播过程中减弱噪声，故B正确；
C．设置安全线的原因是列车高速行驶时空气流速大的地方压强小，人容易被推向列车发生危险，故C错误；
D．车辆沿坡形通道向上行驶过程中，质量不变，高度变大，其重力势能变大，故D错误。
故选B。
5．（2024·辽宁）2024年5月22日，辽宁男篮夺得2023-2024赛季中国男子篮球职业联赛（CBA）总冠军，实现了三连冠。比赛中运动员投出的篮球（ ）
A．离开手后由于惯性继续运动
B．上升过程中重力势能减小
C．到达最高点时不受力的作用
D．下落过程中运动状态保持不变
【答案】A
【解析】A．比赛中运动员投出的篮球离开手后由于惯性要保持运动状态不变，所以在空中继续运动，故A符合题意；
B．篮球上升过程中，质量不变，高度增加，重力势能增大，故B不符合题意；
C．篮球到达最高点时仍受到重力的作用，故C不符合题意；
D．下落过程中篮球运动的速度和方向改变，则运动状态改变，故D不符合题意。
故选A。
6．（2024·黑龙江哈尔滨）（多选）同学们在操场上玩篮球，下列有关投出的篮球说法正确的是（ ）
A．球上升到最高点时处于平衡状态
B．球在空中继续运动，表明球受到惯性作用
C．球上升过程中，重力势能增加，动能减少
D．球的表面制作的凹凸不平是为了增大摩擦
【答案】CD
【解析】A．篮球被抛出到最高点时，受重力和空气阻力作用，两个力不是平衡力，所以篮球处于非平衡状态，故A错误；
B．球在空中继续运动，是由于球具有惯性，惯性不是力，不能说受到惯性的作用，故B错误；
C．球上升过程中，质量不变，高度增加，速度减小，故重力势能增加，动能减小，故C正确；
D．球的表面制作的凹凸不平是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦，故D正确。
故选CD。
7．（2024·黑龙江牡丹江）2024年4月25日晚，长征二号F遥十八运载火箭载着带有三名航天员的神舟十八号飞船点火升空。在火箭推动飞船加速升空的过程中，飞船的动能 ，重力势能 。（选填“增大”“减小”或“不变”）
【答案】 ①增大 ②增大
【解析】[1][2]飞船加速上升的过程中，质量不变，速度增加，高度增加，所以动能增大，重力势能增大。
8．（2024·四川内江）如图所示，熟透了的苹果从树上落下，在加速下落过程中，苹果的动能 （选填“增加”“减少”或“不变”），以地面为参照物，苹果是 （选填“运动”或“静止”）的。
【答案】 ①增加 ②运动
【解析】[1]熟透了的苹果从树上落下，在加速下落过程中，苹果的质量不变，加速时速度增大，动能增大。
[2]苹果在下落过程中，苹果与地面的距离逐渐减小，也就是说苹果和地面之间的相对位置发生了改变，所以选择地面为参照物时，苹果是运动的。
9．（2024·青海）2022年12月4日，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，返回舱在减速着陆过程中，重力势能 。如图所示，当返回舱静止在水平地面时，所受重力和地面对它的 是一对平衡力。
【答案】 ①减小 ②支持力
【解析】[1] 返回舱在减速着陆过程中，质量不变、高度减小，重力势能变小。
[2] 如图所示，当返回舱静止在水平地面时，受力平衡，所受重力和地面对它的支持力是一对平衡力。
10．（2024·江苏常州）2024年3月26日，美国“弗朗西斯·斯科特·基”大桥被“达利”号集装箱船撞毁，如图所示，撞击前，船突发故障失去动力，但并没有立即停下，这是因为 ，当船以10.8km/h、合 m/s的速度撞击大桥时，虽然船速较慢，但由于船的 很大导致其 能很大，使得船将大桥撞毁。
【答案】 ①船具有惯性 ②3 ③质量 ④动
【解析】[1]撞击前，船突发故障失去动力，由于船具有惯性，所以不会立即停下。
[2]船的速度
10.8km/h=3m/s
[3]动能与质量和速度有关，船速较慢，船的质量很大，船的动能很大，使得船将大桥撞毁。
11．（2024·江苏常州）2023年11月9日，甘肃省消防队举行高楼灭火演习．如图甲所示，电动灭火无人机悬停在空中．如图乙所示，当无人机水平向右猛烈喷射干粉的同时，原本悬停的无人机水平向左飘移，这说明力的作用是 的。使原本悬停的无人机发生飘移的是 对 施加的力；喷射干粉过程中，灭火无人机的重力势能 。
【答案】 ①相互 ②喷射的干粉 ③无人机 ④减小
【解析】[1] [2][3]当无人机水平向右猛烈喷射干粉时，无人机给干粉向右的喷射力，同时向右的干粉给无人机向左的反冲力，使原本悬停的无人机水平向左飘移，这说明力的作用是相互的；使原本悬停的无人机发生飘移的是喷射的干粉对无人机施加的力。
[4]喷射干粉过程中，灭火无人机的质量减小、高度不变，无人机的重力势能减小。
考点2 机械能及其转化
12．（2024·山东聊城）2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。图中所示是火箭加速上升的情景和该过程中航天员在舱内的情景，关于该过程下列说法正确的是（ ）
A．以载人飞船为参照物，航天员是运动的
B．以地面为参照物，航天员是静止的
C．载人飞船的动能增大，势能增大，机械能增大
D．航天员的惯性将逐渐消失
【答案】C
【解析】A. 以载人飞船为参照物，航天员位置没有发生变化，是静止的，故A不正确；
B. 以地面为参照物，航天员位置发生变化，是运动的，故B不正确；
C. 火箭加速上升，质量不变，速度增大，则动能增大，高度增大，则重力势能增大，所以机械能增大，故C正确；
D. 惯性的大小只与质量有关，质量不变，惯性不变，故D错误。
故选C。
13．（2024·山东菏泽）2024年5月29日，世联赛中国澳门站中国女排3∶1战胜对手，取得开门红，如图是比赛现场画面。在比赛中蕴含的物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．排球在空中上升是因为受到惯性作用
B．排球上升到最高点时不受力的作用
C．排球在空中下降时动能向重力势能转化
D．排球在地面上滚动一段距离后停下来，说明力可以改变物体的运动状态
【答案】D
【解析】A．惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，它不是一种力，所以我们不能说物体“受到惯性作用”或“受到惯性力”。排球在空中上升是有由于排球具有惯性，它会保持原来的运动状态继续向上运动。故A错误；
B．排球上升到最高点时受到重力的作用，故B错误；
C．排球在空中下降时质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能，故C错误；
D．排球在地面上滚动时受到地面对其的阻力，排球在地面上滚动一段距离后停下来，由运动变为静止，说明力可以改变物体的运动状态，故D正确。
故选D。
14．（2024·甘肃定西）适量运动是健康的生活方式．下列日常运动情景中说法正确的是（ ）
A．用力将足球踢出，说明力可以改变物体的运动状态
B．篮球离手后能继续向前运动，是由于受到惯性的作用
C．离开蹦床后人还能继续上升，是重力势能转化为动能
D．竖直向上运动到最高点时的排球，受平衡力的作用
【答案】A
【解析】A．足球原来静止在地面，用力将足球踢出，足球就由静止变为运动，说明力可以改变物体的运动状态，故A正确；
B．篮球离手后能继续向前运动，是因为篮球具有惯性；惯性是物体的固有属性，惯性不是力，不能说受到惯性的作用，故B错误；
C．离开蹦床后，人还能继续上升，人的高度增加，速度减小，所以重力势能增大，动能减小，故是动能转化为重力势能，故C错误；
D．竖直向上运动到最高点时的排球，只受到重力作用，所以受非平衡力的作用，故D错误。
故选A。
15．（2024·山东济宁）在学习交流活动中，小明收集了一些观点：①人站在平面镜前，当面镜时，他的像变大；②重力为的水能浮起重力为的物体；③力臂等于支点到力的作用点的距离；④海拔高度越高的地方，大气压强越大；⑤两物体相互摩擦，失去电子的物体带正电；⑥内燃机在做功冲程中将内能转化为机械能。下列选项中观点都正确的是（ ）
A．①③⑥ B．②③④ C．①④⑤ D．②⑤⑥
【答案】D
【解析】①平面镜成的像和物体大小相等，人站在平面镜前，当面镜时，他的像不变，故①错误；
②物体受到的浮力大小与液体的密度和排开液体的体积有关，与液体的重力无关，重力为5N的水能浮起重力为10N的物体，故②正确；
③力臂是支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离，故③错误；
④海拔高度越高的地方，大气压强越小，故④错误；
⑤两物体相互摩擦，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电，故⑤正确；
⑥内燃机在其做功冲程中，燃气膨胀做功，将燃气的内能转化为机械能，故⑥正确。
故选D。
16．（2024·山东潍坊）（多选）弹簧置于光滑管内，下端固定在水平地面上，上端与管口平齐。如图所示，将一直径略小于管的小球放在弹簧上端，先后两次向下按压弹簧到不同位置后释放小球，小球沿竖直方向运动，第一次小球到达的最高点为a，第二次小球到达的最高点为b，c为小球运动路径上的一点，小球所受空气阻力忽略不计，则先后两次（ ）
A．第一次释放小球时弹簧的弹性势能大
B．小球由c到b过程，弹性势能转化为重力势能
C．小球上升过程，经过c点时的重力势能相等
D．小球上升过程，经过c点时的机械能相等
【答案】AC
【解析】A．按压弹簧到不同位置后释放小球，小球沿竖直方向运动，直到运动到最高点的过程中，空气阻力忽略不计，弹簧的弹性势能转化成小球的动能，再转化成小球的重力势能，第一次小球到达的最高点为a，第二次小球到达的最高点为b，由图可知，a高于b，则第一次小球到达最高点时的重力势能较大，由机械能守恒可知，第一次释放小球时弹簧的弹性势能大，故A正确，符合题意；
B．小球由c到b过程，质量不变，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，动能转化为重力势能，故B错误，不符合题意；
C．小球上升过程，经过c点时，高度相等，质量相等，小球的重力势能相等，故C正确，符合题意；
D．第一次释放小球时弹簧的弹性势能大，由机械能守恒可知，第一次释放小球后，上升经过c点时的机械能较大，故D错误，不符合题意。
故选AC。
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【新科技新情境】
（2024·甘肃兰州）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出了从1994年到2002年间恒星S2的位置如图所示，科学家认为S2恒星的运动轨迹是一个椭圆。推测银河系中心可能存在着超大质量的黑洞。忽略S2恒星质量的变化，根据图片信息，下列说法中正确的是（ ）
A．黑洞可能位于椭圆轨道内部的P点
B．S2恒星在运动过程中所受合力为零
C．S2恒星在1995年时期的动能大于2001年时期的动能
D．S2恒星在1995年时期的重力势能大于2001年时期的重力势能
考点1 动能和势能
1．（2024·黑龙江大庆）神舟十八号是中国载人航天工程第十八艘载人飞船，于2024年4月25日，在酒泉卫星发射中心发射成功。中国国旗随神舟十八号载人飞船搭载进入中国空间站，由神舟十八号航天员乘组与神舟十七号航天员乘组进行了太空传递和在轨展示。在飞船加速上升的过程中，若不考虑其质量的变化，下列分析正确的是（ ）
A．重力势能增加，动能不变 B．重力势能减少，动能增加
C．重力势能增加，动能增加 D．重力势能不变，动能不变
2．（2024·四川广元）2024年5月23日至24日，东部战区在我国台湾省周边开展“联合利剑—2024A”军事演习，震慑台独分裂势力，坚决捍卫国家主权和领土完整。参加演习的某架战机加速升空过程中，若不考虑燃油消耗引起的质量变化，则该战机（ ）
A．动能减少，重力势能减少 B．动能减少，重力势能增大
C．动能增大，重力势能减少 D．动能增大，重力势能增大
3．（2024·四川乐山）2024年5月3日17时27分，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在文昌航天发射场成功发射。如图所示，在火箭加速升空的过程中，嫦娥六号探测器的（ ）
A．动能不变，重力势能不变 B．动能增加，重力势能不变
C．动能增加，重力势能增加 D．动能不变，重力势能增加
4．（2024·山东济宁）伴随着城区内环高架路、鲁南高铁济宁北站、大安机场的建成使用，济宁进入高铁、高架、高速、航空的立体交通“快时代”。结合图中的信息，下列说法中正确的是（ ）
A．雨雾冰雪提示牌提醒减速慢行，原因是雨雪路面摩擦力消失
B．在高架路旁安装隔音墙，可以有效地减弱噪声的传播
C．设置安全线的原因是列车高速行驶时空气流速大的地方压强大
D．车辆沿坡形通道向上行驶过程中，其重力势能不变
5．（2024·辽宁）2024年5月22日，辽宁男篮夺得2023-2024赛季中国男子篮球职业联赛（CBA）总冠军，实现了三连冠。比赛中运动员投出的篮球（ ）
A．离开手后由于惯性继续运动
B．上升过程中重力势能减小
C．到达最高点时不受力的作用
D．下落过程中运动状态保持不变
6．（2024·黑龙江哈尔滨）（多选）同学们在操场上玩篮球，下列有关投出的篮球说法正确的是（ ）
A．球上升到最高点时处于平衡状态
B．球在空中继续运动，表明球受到惯性作用
C．球上升过程中，重力势能增加，动能减少
D．球的表面制作的凹凸不平是为了增大摩擦
7．（2024·黑龙江牡丹江）2024年4月25日晚，长征二号F遥十八运载火箭载着带有三名航天员的神舟十八号飞船点火升空。在火箭推动飞船加速升空的过程中，飞船的动能 ，重力势能 。（选填“增大”“减小”或“不变”）
8．（2024·四川内江）如图所示，熟透了的苹果从树上落下，在加速下落过程中，苹果的动能 （选填“增加”“减少”或“不变”），以地面为参照物，苹果是 （选填“运动”或“静止”）的。
9．（2024·青海）2022年12月4日，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，返回舱在减速着陆过程中，重力势能 。如图所示，当返回舱静止在水平地面时，所受重力和地面对它的 是一对平衡力。
10．（2024·江苏常州）2024年3月26日，美国“弗朗西斯·斯科特·基”大桥被“达利”号集装箱船撞毁，如图所示，撞击前，船突发故障失去动力，但并没有立即停下，这是因为 ，当船以10.8km/h、合 m/s的速度撞击大桥时，虽然船速较慢，但由于船的 很大导致其 能很大，使得船将大桥撞毁。
11．（2024·江苏常州）2023年11月9日，甘肃省消防队举行高楼灭火演习．如图甲所示，电动灭火无人机悬停在空中．如图乙所示，当无人机水平向右猛烈喷射干粉的同时，原本悬停的无人机水平向左飘移，这说明力的作用是 的。使原本悬停的无人机发生飘移的是 对 施加的力；喷射干粉过程中，灭火无人机的重力势能 。
考点2 机械能及其转化
12．（2024·山东聊城）2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。图中所示是火箭加速上升的情景和该过程中航天员在舱内的情景，关于该过程下列说法正确的是（ ）
A．以载人飞船为参照物，航天员是运动的
B．以地面为参照物，航天员是静止的
C．载人飞船的动能增大，势能增大，机械能增大
D．航天员的惯性将逐渐消失
13．（2024·山东菏泽）2024年5月29日，世联赛中国澳门站中国女排3∶1战胜对手，取得开门红，如图是比赛现场画面。在比赛中蕴含的物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．排球在空中上升是因为受到惯性作用
B．排球上升到最高点时不受力的作用
C．排球在空中下降时动能向重力势能转化
D．排球在地面上滚动一段距离后停下来，说明力可以改变物体的运动状态
14．（2024·甘肃定西）适量运动是健康的生活方式．下列日常运动情景中说法正确的是（ ）
A．用力将足球踢出，说明力可以改变物体的运动状态
B．篮球离手后能继续向前运动，是由于受到惯性的作用
C．离开蹦床后人还能继续上升，是重力势能转化为动能
D．竖直向上运动到最高点时的排球，受平衡力的作用
15．（2024·山东济宁）在学习交流活动中，小明收集了一些观点：①人站在平面镜前，当面镜时，他的像变大；②重力为的水能浮起重力为的物体；③力臂等于支点到力的作用点的距离；④海拔高度越高的地方，大气压强越大；⑤两物体相互摩擦，失去电子的物体带正电；⑥内燃机在做功冲程中将内能转化为机械能。下列选项中观点都正确的是（ ）
A．①③⑥ B．②③④ C．①④⑤ D．②⑤⑥
16．（2024·山东潍坊）（多选）弹簧置于光滑管内，下端固定在水平地面上，上端与管口平齐。如图所示，将一直径略小于管的小球放在弹簧上端，先后两次向下按压弹簧到不同位置后释放小球，小球沿竖直方向运动，第一次小球到达的最高点为a，第二次小球到达的最高点为b，c为小球运动路径上的一点，小球所受空气阻力忽略不计，则先后两次（ ）
A．第一次释放小球时弹簧的弹性势能大
B．小球由c到b过程，弹性势能转化为重力势能
C．小球上升过程，经过c点时的重力势能相等
D．小球上升过程，经过c点时的机械能相等
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