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第11讲 机械能及其转化
过教材 串知识 夯基础
知识点1 动能和势能
类别 动能 势能
重力势能 弹性势能
定义 物体由于______而具有的能 物体由于__________并处在一定高度时所具有的能 物体由于发生__________而具有的能
影响
因素 物体的______和__________ 物体的______和__________ 物体的材料和__________程度
运动
受到重力
弹性形变
质量
运动速度
质量
所处高度
弹性形变
类别 动能 势能
重力势能 弹性势能
说明 ①物体能够对外做功，就说这个物体具有能量，简称能。能量的单位与功的单位一样都是焦耳。
②一个物体能够做的功越多，表明这个物体具有的能量越____。
③正在做功的物体一定具有能量，但具有能量的物体不一定正在做功。
④判断重力势能的大小，一般是以水平地面为标准
大
知识点2 机械能及其转化
1．机械能：动能与势能之和称为________，动能和势能可以相互______。
2．机械能的转化和守恒：如果只有动能与势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和______。或者说，在只有动能和势能相互转化时，机械能是守恒的。
机械能
转化
不变
知识点3 水能和风能
1．水能及其利用：流动的水具有动能，高处的水具有势能(重力势能)，水所具有的机械能统称为水能。(让水流冲击水轮转动，可以用来汲水、磨面，也可以用来发电)
2．风能及其利用：风所具有的机械能统称为风能。(生活中利用风能来发电)
关键点拨：判断机械能是否发生变化
①直接法：先判断物体的动能、势能的变化，再确定机械能的变化，即(机械能＝动能＋势能)来判断。
②间接法：在物体动能和势能的相互转化中，若不计摩擦和空气阻力，也没有其他力(除重力、弹簧的弹力)做功时，动能减少量，等于势能增加量；反之，势能减少量，等于动能增加量，而机械能的总量不变。(若有摩擦或空气阻力，机械能的总量会减少)
研重难 学方法 提能力
重难点1 机械能大小的判断
【典例1】 (2024·泰安期末)如图所示是2023年6月4日“神舟十五号”载人飞船返回舱减速降落的情景，返回舱在此过程中( )
√
A．机械能不变
B．动能减小，重力势能减小
C．动能不变，重力势能减小
D．动能增大，重力势能增大
B [返回舱减速降落的过程中，质量不变，速度变小，高度变小，则返回舱的动能减小，重力势能减小，机械能变小，故B符合题意。故选B。]
【变式1】 (2024·泰安期末)一架飞机从飞机跑道上加速起飞升空，在此过程中，下列说法正确的是( )
A．飞机在跑道上沿直线加速滑行时受到的牵引力和阻力是平衡力
B．飞机起飞升空时机翼上方的空气流速小于机翼下方的空气流速
C．飞机加速起飞升空时飞机的重力势能增加
D．飞机加速起飞升空时飞机的机械能不变
√
C [飞机在跑道上加速滑行的过程中，牵引力大于阻力，二者不是一对平衡力，故A错误；飞机机翼做成下平上凸形状，根据流体压强和流速的关系可知，飞行时飞机机翼上方空气流速快、压强小，飞机机翼下方空气流速慢、压强大，从而使飞机获得向上的升力，故B错误；飞机加速起飞升空的过程中，高度越来越高，质量不变，重力势能增加，故C正确；飞机加速起飞升空的过程中，质量不变，速度变大，动能增加，高度越来越高，重力势能增加，所以机械能增加，故D错误。故选C。]
【变式2】 (2024·泰安期末)北京时间2023年5月10日，搭载“天舟六号”货运飞船的“长征七号”遥七运载火箭，在我国文昌航天发射场成功发射。下列有关“天舟六号”货运飞船随火箭加速上升过程中能量变化的说法正确的是( )
A．动能减小 B．重力势能增大
C．机械能不变 D．重力势能转化为动能
B [“天舟六号”加速升空过程中，质量不变，速度增大，高度增大，动能和重力势能增大，总的机械能增大。故选B。]
√
重难点2 机械能守恒
【典例2】 (2024·泰安期末)如图所示，捻动滚摆的轴使其升高后释放，观察滚摆运动情况，长时间后滚摆停止上下运动。下列说法( )
①滚摆下降时，重力势能减小，动能减小 ②滚摆到最低点后转而上升，动能转化为重力势能 ③滚摆整个运动过程中，机械能守恒 ④滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能减小
A．只有①②正确
B．只有③④正确
C．只有②④正确
D．只有①③正确
√
C [滚摆下降时，高度降低，重力势能减小，运动速度变大，动能增加，故①错误；滚摆到最低点后又上升，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能，故②正确；滚摆整个运动过程中，由于不断地克服摩擦力做功，消耗机械能，所以机械能不守恒，故③错误；滚摆每次上升的高度逐渐减小，重力势能变小，说明滚摆的机械能减小，故④正确。综上所述，故C符合题意。故选C。]
规律方法：从题干隐含条件中判断速度、高度、质量的变化情况：①判断速度的变化：“匀速”→v不变、“加速(越来越快)”→v变大、“减速(刹车)”→v减小。②判断高度的变化：“上升”→h变大、“下降(下滑)”→h减小、“近地点(远地点)”→h最小(最大)。③判断质量的变化：“投放救灾物资的飞机”“正在洒水的洒水车”→m减小。④判断机械能变化：“光滑”→无摩擦力做功，机械能不变；“粗糙”→克服摩擦做功，机械能减少。
【变式3】 (2024·泰安期末)如图所示，用绳子把一块橡皮悬挂起来，把橡皮贴近自己的鼻子，稳定后松手，头保持不动，橡皮向前摆去又摆回来，不会碰到鼻子。下列说法正确的是( )
A．橡皮在摆动的过程中机械能保持不变
B．橡皮摆动到最低点时动能最小
C．橡皮在下降过程中，重力势能减小，动能增大
D．橡皮在上升过程中，重力势能转化为动能
√
C [由于在摆动中，橡皮受到了空气阻力，故机械能不守恒，故A错误；橡皮在最低点时，高度最低，速度最快，所以重力势能最小，动能最大，故B错误；橡皮在下降过程中，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增加，重力势能转化为动能，故C正确；橡皮在上升过程中，重力势能增加，动能减小，是动能转化为重力势能，故D错误。故选C。]
【变式4】 体育课上小明同学进行传接篮球训练，他将球斜向上抛出，球的运动轨迹如图所示，a、b、c、d为轨迹上的点，其中a、c两点高度相同，不计空气阻力，则篮球在( )
A．a、c两点的动能相等
B．a点的机械能比d点机械能大
C．a点动能比d点动能大
D．b点的动能最大
√
A [因不计空气阻力，所以整个运动过程篮球机械能守恒，a、c两点高度相同，所以重力势能相同，因此动能相同，故A正确；所以a点与d点机械能大小相同，故B错误；a点高度高于d点高度，因此a点重力势能大于d点重力势能，故a点动能小于d点动能，故C错误；b点高度最高，因此重力势能最大，所以动能最小，故D错误；故选A。]
课时分层评价卷(十三) 机械能及其转化
√
1．(2024·泰安期末)下列选项中，物体具有弹性势能的是( )
A．被拉长的橡皮筋
B．空中上升的篮球
C．矗立在高山上的巨石
D．水平地面上行驶的汽车
A [被拉长的橡皮筋由于发生弹性形变具有弹性势能，故A符合题意；空中上升的篮球具有动能和重力势能，故B不符合题意；矗立在高山上的巨石具有重力势能，故C不符合题意；水平地面上行驶的汽车由于运动具有动能，故D不符合题意。故选A。]
2．(2024·泰安期末)跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，运动员
( )
A．只具有重力势能
B．只具有动能
C．重力势能减少，动能不变
D．动能不变，机械能不变
√
C [跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，速度不为零，所以不仅有重力势能，还有动能，故A、B不符合题意；跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，质量不变，速度不变，则动能不变，高度变小，则重力势能减少，所以机械能减少，故C符合题意，D不符合题意。故选C。]
3．(2024·泰安三模)2024年4月25日，我国“神舟十八号”载人飞船的“长征二号”F遥十八运载火箭成功发射。在飞船加速飞离地球的发射过程中，下列说法正确的是( )
A．以火箭为参照物，飞船是运动的
B．飞船的惯性越来越大
C．飞船的重力势能转化为动能
D．飞船的机械能增加
√
D [以火箭为参照物，飞船与火箭之间的位置不发生变化，所以是静止的，故A错误；惯性的大小只与质量有关，与运动速度无关，所以飞船质量不变，惯性大小不变，故B错误；火箭推动十八号载人飞船加速上升时，飞船的质量不变，速度变大，动能变大，高度增大，重力势能变大，所以该过程不是重力势能和动能的转化，故C错误；神舟十八号载人飞船加速上升的过程中，动能变大，重力势能变大。机械能为动能和势能的和，所以机械能增加，故D正确。故选D。]
4．(2024·泰安期末)下列物体同时具有动能和重力势能的是( )
A．在水平公路上行驶的汽车
B．天花板上的吸顶灯
C．被拉开的弹弓
D．在空中飞行的飞机
√
D [在水平公路上行驶的汽车，因为运动，所以只具有动能，故A不符合题意；静止的吊灯，因为有高度，所以只有重力势能，故B不符合题意；被拉开的弹弓，因为发生了弹性形变，所以只具有弹性势能，故C不符合题意；空中飞行的飞机，因为运动，所以具有动能，因为有高度，所以具有重力势能，故D符合题意。故选D。]
5．(2024·泰安期末)在“探究物体动能的大小
与哪些因素有关”的实验中，让同一钢球A从
斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，
能将木块撞出一段距离，如图所示。下列说法错误的是( )
A．实验中探究的是钢球A的动能与速度的关系
B．钢球在斜面上下滑时重力势能主要转化成动能
C．钢球在斜面上自由释放时位置越高，到达水平面时初速度越大
D．该实验的目的是探究钢球在水平面上的动能与质量的关系
√
D [同一个钢球，控制了质量相同，从不同高度滚下，控制了钢球到达水平面时的速度不同，由控制变量法的研究方法可知实验目的是探究钢球A的动能与速度的关系，故A不符合题意，D符合题意；钢球在斜面上下滑时，质量不变，速度增大，高度降低，重力势能转化为动能，故B不符合题意；钢球从斜面上下滑时，重力势能转化为动能，位置越高，重力势能越大，到达水平面时动能越大，则初速度越大，故C不符合题意。故选D。]
6．(2023·潍坊)如图所示为某巡航导弹的飞行路线图，发射升空段，发动机点火，导弹以极快的速度穿出大气层升至高空；俯冲加速段，发动机处于关闭状态，导弹向下俯冲，会被加速到极高的速度；巡航阶段，主发动机的推力与阻力平衡，弹翼的升力与重力平衡，可以实现远距离“巡航状态”，最后精确打击目标。下列关于该巡航导弹的说法正确的是( )
A．整个过程中，在F点动能最大
B．从O点到E点的过程中，机械能不变
C．从G点到H点的过程中，机械能不变
D．从I点到J点的过程中，不消耗导弹携带的燃料
√
C [F点后为俯冲加速段，发动机处于关闭状态，导弹向下俯冲，会被加速到极高的速度，说明F点的速度不是最大，则动能不是最大，故A错误；O点到E点的过程中，发动机点火加速升空，速度变大，动能变大，高度增大，重力势能增大，机械能变大，故B错误；G点到H点的过程中，在大气层外，没有空气阻力，机械能守恒，即机械能不变，故C正确，巡航阶段，主发动机的推力与阻力平衡，发动机工作消耗燃料，故D错误。故选C。]
7．(2024·泰安一模)如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面，一小球由A点以速度v沿轨道滚下，经另一侧等高点B后到达最高点C。下列关于小球滚动过程的分析正确的是( )
①整个过程只有重力在对小球做功 ②小球在A点的动能大于在B点的动能 ③小球在A、B、C三点的速度大小关系是vA>vB>vC ④小球在A点具有的机械能等于它在C点具有的重力势能
A．①② B．③④
C．②④ D．②③
√
D [因为轨道粗糙，整个过程除了重力对小球做功，还有摩擦力也对小球做功，①错误；由于小球运动过程中要克服摩擦力做功，A点的机械能大于B点的机械能，A与B等高，重力势能相等，所以在A点的动能大于在B点的动能，②正确；小球在运动的过程中，到达最高点C，说明C点动能为零，所以A、B、C三点的速度大小关系是vA>vB>vC，③正确；整个过程中小球的机械能减小，所以小球在A点具有的机械能大于它在C点具有的重力势能，④错误；综上所述②③正确，故D符合题意。故选D。]
8．(2024·泰安期末)为减少扬尘对空气质量的影响，某市区进行洒水作业。洒水车沿道路匀速行驶，在洒水过程中，洒水车的动能将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
[解析] 在洒水过程中，洒水车匀速行驶，速度不变，质量变小，洒水车的动能将减小。
减小
9．(2024·泰安期末)射箭是我国传统的体育运动。运动员将弓拉开，增大了弓的________能。
[解析] 运动员将弓拉开，弓发生了弹性形变，增大了弓的弹性势能。
弹性势
10．(2024·泰安二模)如图所示，一个静止小球从A点沿粗糙程度相同的轨道下滑，经B点到达C点，从A点到达C点的过程中，小球的机械能________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
[解析] 静止的小球从A点沿粗糙程度相同的轨道下滑，经B点到达C点，从A点到达C点的过程中，不断克服摩擦力做功，机械能转化成内能，机械能不守恒，故小球的机械能变小。
变小
11．(2020·泰安)如图所示是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置示意图，让小球A从斜面上某点滚下，撞击在水平面上的木块B，木块B移动一段距离。
(1)该实验中所探究物体的动能是指________(选填“小球A”或“木块B”)的动能。
小球A
(2)实验表明，让小球A分别从斜槽不同高度由静止滚下，高度越大，速度越________，木块B被撞得越远。可得结论：质量相同时，小球的速度越________，动能越大。
(3)若要探究物体动能与质量的关系，应让不同质量的小球从斜面________高度由静止滚下，观察比较木块B被撞移动的距离。
大
大
同一
[解析] (1)该实验探究的是小球A动能的大小与速度和质量的关系。
(2)同一小球从不同的高度滚下，位置高的滚到斜面底端的速度越大，把木块推得越远，说明小球做功多，动能大，说明了物体的动能与物体的速度有关，由此得出结论：在质量一定时，小球的速度越大，动能就越大。
(3)要探究物体的动能与质量的关系，根据控制变量法可知，控制小球到达水平面的速度相同，让不同质量的小球从斜面同一高度由静止滚下，观察比较木块B被撞移动的距离。
12．(2024·泰安期末)某物理学习小组为了探究重力势能的大小与哪些因素有关，做了如下猜想：重力势能的大小可能与物体的高度和质量有关。根据猜想，小明做了如下探究：用一个铁架台、小沙盒、小钢球，让小钢球从不同高度下落，落在细沙上(如图所示)。
(1)小明设计的实验是探究猜想：物体的重力势能与________有关，通过实验观察到的现象是当小球离细沙的高度为h1下落时比高度为h2下落时小球陷入得深些，说明了在________一定的条件下，________越大，物体的重力势能就越大；
(2)为了探究重力势能的大小与另一个因素的关系，请你在以上实验的基础上，再选择一个器材进行探究并简述你的实验方案。
你选择的器材：_________________；
你的实验方案：____________________________________________。
高度
质量
高度
等体积的小铝球
见解析
[解析] (1)让小钢球从不同高度下落，即物体的质量相同，高度不同，可知探究的是物体的重力势能与高度有关。观察到的现象是当小球离细沙的高度为h1下落时比高度为h2下落时小球陷入得深些，由于h1>h2，说明在质量一定时，高度越大，物体的重力势能就越大。
(2)实验中根据物体所砸沙坑的深浅来反映重力势能，撞击的凹坑必须截面积相同，应保证选取的球的形状相同，质量不同，在原有器材基础上再选择一个器材，可选取一个等体积的小铝球，铝和钢的密度不同，能保证选取的两球质量不同；在探究重力势能和物体质量的关系时，要控制高度相同，改变质量，故将小铝球和小钢球分别从同一高度由静止释放，让其自由落到细沙上，观察小球陷入的深度。
13．(2024·泰安期末)如图所示是足球落地后又弹起的示意图，下列说法正确的是( )
①足球在A点和D点重力势能可能相同 ②在B点时，若所有的力都消失，足球将做匀速直线运动 ③足球从B点到D点的过程，速度增加，惯性变大 ④从A点到D点，重力对足球做了功
A．①③ B．②④
C．③④ D．②③④
√
B [足球的质量不变，由题图可知A点和D点的高度不同，所以足球在A点和D点重力势能不可能相同，故①错误；根据图示分析可知足球在B点时有向前的速度(速度大小不为零)，在B点时，若所有的力都消失，根据牛顿第一定律可知足球将做匀速直线运动，故②正确；惯性的大小只与物体的质量有关，足球从B点到D点的过程，虽然速度增加，但足球的质量不变，其惯性不变，故③错误；从A点到D点，足球在重力的方向上通过了距离，因此，重力对足球做了功，故④正确。综上所述，只有②④正确。故选B。]
14．(2024·泰安三模)返回舱在空中高速下降到适当位置时打开降落伞，返回舱和伞开始做减速运动，空气阻力随速度的减小而减小，下降一段高度后，开始匀速下降直到地面附近。以返回舱和伞为研究对象，下列说法正确的是( )
①匀速下降过程中，返回舱相对于地面是运动的 ②减速下降过程中受力不平衡 ③匀速下降过程中机械能减小 ④减速下降过程中重力做功的功率小于匀速下降时重力做功的功率
A．①② B．③④
C．①②③ D．①②③④
√
15．(2024·泰安模拟)如图所示，小球从A点由静止释放，沿光滑轨道下滑，经B点到达右侧最高点C。下列大致反映小球相关能量随时间变化的图象中( )
A．只有①④正确 B．只有②④正确
C．只有①③正确 D．只有②③正确
√
B [小球从A点由静止释放，沿光滑轨道下滑，经B点到达右侧最高点C，由于轨道光滑，所以小球在运动过程中机械能守恒；小球从A点运动到C点的过程中，质量不变，高度先变小后变大，重力势能先减小后增大，速度先变大后变小，动能先增大后减小，②、④图象符合小球相关能量随时间变化的规律。故B符合题意。故选B。]
16．(2024·泰安一模)为了探究动能的大小与哪些因素有关，设计了“小钢球撞木块”的实验(如图所示)，让静止的小钢球从斜面滚下，观察木块被推动的距离。关于该实验的说法中( )
①该实验的设计思路是采用转换法，用木块移动的距离来表示动能的大小 ②该实验探究的基本方法是控制变量法，如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等 ③在实验器材的选择时，可以不考虑斜面的光滑程度，被撞木块的质量和软硬等因素 ④实验过程中，让同一小球从不同高度落下，目的是让小球获得不同的运动速度
A．只有①②④正确 B．只有③④正确
C．只有①③正确 D．只有②④正确
√
A [球的动能是从木块被推出的距离看出的，这里采用了转换法的思想，故①正确；球的动能与质量和速度都有关系，研究与质量的关系，控制小球滚下的高度相同；探究与速度的关系，控制小球的质量相等，这是控制变量法的应用，故②正确；斜面的光滑程度影响小球滚下的速度，木块的质量和软硬影响碰撞的程度，所以在实验器材的选择时，应考虑斜面的光滑程度，木块的质量和软硬等因素，故③错误；球滚到水平面上时获得的速度与球在斜面上的高度有关，同一小球从不同高度落下，目的是让小球在斜面上获得不同的运动速度，故④正确。故A符合题意。故选A。]
17．(2024·泰安二模)如图所示，小光同学在荡秋千，他从A点由静止出发，经过最低点B和与A点等高的C点，到达右侧最高点D返回。经测量，D点高于A点和C点。小光同学从A到D的过程中，下列判断正确的是( )
A．从A点到D点，其机械能增加
B．A点和D点机械能相等
C．到达B点时，受力平衡
D．在此过程中，只有机械能与内能之间相互转化
√
A [他从A点由静止出发(初速度为零、动能为零)，经过最低点B和与A点等高的C点，到达右侧最高点D，D点高度大于A点，则此时人的重力势能大于A点时的重力势能，人在D点时速度为零、动能也为零，因机械能等于动能与势能之和，所以可知A点和D点机械能不相等，且人在D点时机械能更大，故A正确，B错误；到达B点时，小光同学运动方向在改变，不是平衡状态，受力不平衡，故C错误；人站在秋千上，不靠外力做功，而秋千越荡越高，是因为荡秋千的人不断调节了重心的位置(最低点时蹲下、最高点时站起来)，并将人体的化学能转化为机械能，所以从A点到D点，人的机械能增加；整个过程中，有化学能、机械能与内能之间相互转化，故D错误。故选A。]
18．如图所示，在光滑的水平台面上，一轻质弹簧左端固定，O点是弹簧保持原长时小球的位置，压缩弹簧使小球至A位置，小球就在A、B间做往复运动(已知AO＝OB)。下列说法正确的是( )
A．小球在往复运动过程中机械能守恒
B．从B到A弹簧的弹性势能一直减小
C．小球在O点时，动能最大
D．小球从A往B运动过程中，弹性势能转化为动能
√
C [小球在光滑的水平台面上AB间做往复运动，这表明小球和弹簧的整体机械能是守恒的，小球的动能与弹簧的弹性势能的总和保持不变，故A错误；小球从B到O再到A的过程中，弹簧的形变程度先变小后变大，所以小球从B到A弹簧的弹性势能先变小后变大，故B错误；小球从A(或B)位置运动到O位置的过程中，弹性势能变小，动能变大；到达O点时，弹性势能为0；从O到B(或A)的过程中，弹性势能变大，所以整个过程中小球在O点动能最大，综上分析知，故C正确，D错误。故选C。]
19．(2024·泰安期末)下面几个实验探究中，采用了相同研究方法的是( )
①“探究液体压强与哪些因素有关”时，保持探头浸入液体的深度不变，改变液体密度 ②“探究重力势能的大小与哪些因素有关”时，用桌腿陷入沙子的深度反映重物重力势能的大小 ③“探究浮力的大小与哪些因素有关”时，保持液体密度不变，改变物体浸入液体的体积 ④在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，运用科学推理得出牛顿第一定律
A．①和④ B．②和③
C．①和③ D．②和④
√
C [①“探究液体压强与哪些因素有关”时，控制探头浸入液体的深度不变，改变液体密度，使用了控制变量法；②“探究重力势能的大小与哪些因素有关”时，重力势能大小无法直接得到，用桌腿陷入沙子的深度反映重物重力势能的大小，使用了转换法；③“探究浮力的大小与哪些因素有关”时，控制液体密度不变，改变物体浸入液体的体积，使用了控制变量法；④在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，因物体完全不受阻力的情况无法得到，因此牛顿第一定律是在实验基础上推理得到的，使用了科学推理法。因此采用了相同研究方法的是①③，故C符合题意。故选C。]
20．运动员从高空竖直向下跳伞，只考虑人受到的重力和空气阻力，运动员下落时的速度—时间图线如图所示。下列选项中哪一图线能正确反映运动员的动能、重力势能或机械能随时间变化的关系( )
A B
C D
√
C [人受到重力和空气阻力，空气阻力做功导致总机械能逐渐减小，A选项机械能在时间段20～30 s内保持不变，这与运动员受到空气阻力的情况不符合，B选项表示机械能在时间段20～30 s内逐渐增加，这也不符合空气阻力做功导致总机械能逐渐减小的情况，故A、B不符合题意；由题图象可知运动员在时间段20～30 s内速度不变，表示动能在时间段20～30 s内保持不变，故C符合题意；运动员在时间段20～30 s内高度逐渐降低，重力势能减小，故D不符合题意。故选C。]
21．(2023·泰安)北京时间2023年5月10日，搭载“天舟六号”货运飞船的“长征七号”遥七运载火箭，在我国文昌航天发射中心成功发射。“天舟六号”给空间站携带了各类补给物资，是世界现役的上行载货能力最强的货运飞船。在火箭发射升空的过程中，下列说法正确的是( )
A．以火箭为参照物，飞船是运动的
B．飞船携带的各类补给物资质量变小
C．飞船的重力势能变大
D．飞船的机械能不变
√
C [运载火箭搭载飞船上升过程中，以火箭为参照物，飞船的位置没有发生变化，是静止的，故A错误；质量是物体本身的一种属性，与状态和所处位置以及形状无关，故“天舟六号”货运飞船升空后，其内部携带的物资总质量不变，故B错误；火箭升空的过程中，飞船高度不断增加，其重力势能增大，故C正确；发射过程中，飞船的质量不变，速度和高度增加，动能和势能均增大，它的机械能增大，故D错误。故选C。]
22．(2022·泰安)如图所示，学习小组在空旷的室外测试某型号无人机负重飞行能力。测试时将重20 N的物体A固定在无人机上，并控制无人机完成以3 m/s的速度匀速上升、在空中悬停、以2 m/s的速度匀速下降三个阶段的测试项目，同时利用系统软件记录多次测量的相关信息，并做出测评报告。下列说法中( )
①匀速上升阶段，物体A相对于地面是运动的 ②匀速上升阶段，物体A的机械能不变 ③匀速下降阶段，物体A的重力势能转化为动能 ④物体A匀速下降阶段的动能小于匀速上升阶段的动能
A．只有①③正确 B．只有②④正确
C．只有①④正确 D．只有①②③正确
√
C [匀速上升阶段，物体A相对于地面的位置发生了变化，故物体A相对于地面是运动的，故①符合题意；匀速上升阶段，物体A的质量不变，速度不变，动能不变，高度变大，重力势能变大，故机械能变大，故②不符合题意；匀速下降阶段，速度不变，动能不变，因高度变小，重力势能变小，物体A的重力势能没有转化为动能，故③不符合题意；根据已知条件，物体匀速上升的速度大于下降的速度，故物体匀速上升时的动能大，即物体A匀速下降阶段的动能小于匀速上升阶段的动能，故④符合题意。故C符合题意。故选C。]
23．(2021·泰安)在蹦床比赛中，运动员从高处落到蹦床上又被弹起，该过程中有关机械能及其转化的说法正确的是( )
A．运动员上升到最高点时重力势能为零
B．运动员下降过程中机械能增大
C．运动员从高处下落到蹦床前，重力势能转化为动能
D．运动员弹离蹦床后，上升的过程中弹性势能转化为动能
√
C [运动员上升过程高度变大，重力势能增加，在最高点时重力势能最大，故A错误；运动员在空中下落过程中(未接触蹦床前)，若不计空气阻力，重力势能转化为动能，机械能不变，故B错误，C正确；运动员离开蹦床后上升过程中，动能转化为重力势能，故D错误。故选C。]
24．(2020·泰安)直升飞机以1 m/s的速度竖直匀速降落，下列有关说法中( )
①直升飞机受到的升力与重力大小相等 ②直升飞机的机械能减小
③直升飞机的升力小于重力 ④直升飞机的机械能不变
A．只有①④正确 B．只有①②正确
C．只有②③正确 D．只有③④正确
√
B [直升飞机匀速降落，处于平衡状态，受到重力和升力是平衡力，所以受到的升力与重力大小相等，①说法正确；直升飞机匀速降落，质量不变，速度不变，动能不变，高度减小，重力势能减小，直升飞机的机械能减小，②说法正确；由①可知直升飞机的升力等于重力，③说法错误；由②可知直升飞机的机械能减小，④说法错误。故选B。]
25．(2024·泰安)在“探究动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让小车从斜面上由静止滑下，撞击放在水平面上的木块，小车推动木块滑行一段距离后停止，实验过程如图所示。下列说法正确的是( )
A．实验中木块被推出距离的远近反映小车动能的大小
B．由甲、乙两图可知，小车动能的大小与质量有关
C．由乙、丙两图可知，小车动能的大小与速度有关
D．小车从斜面上滑下其重力势能转化为动能，机械
能增大
√
A [实验中用木块被推出距离的远近表示小车动能的大小，这种探究物理问题的方法叫做转化法，故A正确；甲、乙两图小车在斜面上的高度不同，小车下行的速度不同，是探究速度对动能的影响，故B错误；乙、丙两图中小车的高度相同，质量不同，是探究质量对动能的影响，故C错误；小车从斜面上滑下的过程中，将重力势能转化为动能，机械能不会增大。故D错误。故选A。]知识点1 动能和势能
类别 动能 势能
重力势能 弹性势能
定义 物体由于运动而具有的能 物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能 物体由于发生弹性形变而具有的能
影响 因素 物体的质量和运动速度 物体的质量和所处高度 物体的材料和弹性形变程度
说明 ①物体能够对外做功，就说这个物体具有能量，简称能。能量的单位与功的单位一样都是焦耳。 ②一个物体能够做的功越多，表明这个物体具有的能量越大。 ③正在做功的物体一定具有能量，但具有能量的物体不一定正在做功。 ④判断重力势能的大小，一般是以水平地面为标准
知识点2 机械能及其转化
1．机械能：动能与势能之和称为机械能，动能和势能可以相互转化。
2．机械能的转化和守恒：如果只有动能与势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变。或者说，在只有动能和势能相互转化时，机械能是守恒的。
知识点3 水能和风能
1．水能及其利用：流动的水具有动能，高处的水具有势能(重力势能)，水所具有的机械能统称为水能。(让水流冲击水轮转动，可以用来汲水、磨面，也可以用来发电)
2．风能及其利用：风所具有的机械能统称为风能。(生活中利用风能来发电)
关键点拨：判断机械能是否发生变化
①直接法：先判断物体的动能、势能的变化，再确定机械能的变化，即(机械能＝动能＋势能)来判断。
②间接法：在物体动能和势能的相互转化中，若不计摩擦和空气阻力，也没有其他力(除重力、弹簧的弹力)做功时，动能减少量，等于势能增加量；反之，势能减少量，等于动能增加量，而机械能的总量不变。(若有摩擦或空气阻力，机械能的总量会减少)
重难点1 机械能大小的判断
【典例1】 (2024·泰安期末)如图所示是2023年6月4日“神舟十五号”载人飞船返回舱减速降落的情景，返回舱在此过程中( )
A．机械能不变
B．动能减小，重力势能减小
C．动能不变，重力势能减小
D．动能增大，重力势能增大
B [返回舱减速降落的过程中，质量不变，速度变小，高度变小，则返回舱的动能减小，重力势能减小，机械能变小，故B符合题意。故选B。]
【变式1】 (2024·泰安期末)一架飞机从飞机跑道上加速起飞升空，在此过程中，下列说法正确的是( )
A．飞机在跑道上沿直线加速滑行时受到的牵引力和阻力是平衡力
B．飞机起飞升空时机翼上方的空气流速小于机翼下方的空气流速
C．飞机加速起飞升空时飞机的重力势能增加
D．飞机加速起飞升空时飞机的机械能不变
C [飞机在跑道上加速滑行的过程中，牵引力大于阻力，二者不是一对平衡力，故A错误；飞机机翼做成下平上凸形状，根据流体压强和流速的关系可知，飞行时飞机机翼上方空气流速快、压强小，飞机机翼下方空气流速慢、压强大，从而使飞机获得向上的升力，故B错误；飞机加速起飞升空的过程中，高度越来越高，质量不变，重力势能增加，故C正确；飞机加速起飞升空的过程中，质量不变，速度变大，动能增加，高度越来越高，重力势能增加，所以机械能增加，故D错误。故选C。]
【变式2】 (2024·泰安期末)北京时间2023年5月10日，搭载“天舟六号”货运飞船的“长征七号”遥七运载火箭，在我国文昌航天发射场成功发射。下列有关“天舟六号”货运飞船随火箭加速上升过程中能量变化的说法正确的是( )
A．动能减小 B．重力势能增大
C．机械能不变 D．重力势能转化为动能
B [“天舟六号”加速升空过程中，质量不变，速度增大，高度增大，动能和重力势能增大，总的机械能增大。故选B。]
重难点2 机械能守恒
【典例2】 (2024·泰安期末)如图所示，捻动滚摆的轴使其升高后释放，观察滚摆运动情况，长时间后滚摆停止上下运动。下列说法( )
①滚摆下降时，重力势能减小，动能减小 ②滚摆到最低点后转而上升，动能转化为重力势能 ③滚摆整个运动过程中，机械能守恒 ④滚摆每次上升的高度逐渐减小，说明滚摆的机械能减小
A．只有①②正确 B．只有③④正确
C．只有②④正确 D．只有①③正确
C [滚摆下降时，高度降低，重力势能减小，运动速度变大，动能增加，故①错误；滚摆到最低点后又上升，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能，故②正确；滚摆整个运动过程中，由于不断地克服摩擦力做功，消耗机械能，所以机械能不守恒，故③错误；滚摆每次上升的高度逐渐减小，重力势能变小，说明滚摆的机械能减小，故④正确。综上所述，故C符合题意。故选C。]
规律方法：从题干隐含条件中判断速度、高度、质量的变化情况：①判断速度的变化：“匀速”→v不变、“加速(越来越快)”→v变大、“减速(刹车)”→v减小。②判断高度的变化：“上升”→h变大、“下降(下滑)”→h减小、“近地点(远地点)”→h最小(最大)。③判断质量的变化：“投放救灾物资的飞机”“正在洒水的洒水车”→m减小。④判断机械能变化：“光滑”→无摩擦力做功，机械能不变；“粗糙”→克服摩擦做功，机械能减少。
【变式3】 (2024·泰安期末)如图所示，用绳子把一块橡皮悬挂起来，把橡皮贴近自己的鼻子，稳定后松手，头保持不动，橡皮向前摆去又摆回来，不会碰到鼻子。下列说法正确的是( )
A．橡皮在摆动的过程中机械能保持不变
B．橡皮摆动到最低点时动能最小
C．橡皮在下降过程中，重力势能减小，动能增大
D．橡皮在上升过程中，重力势能转化为动能
C [由于在摆动中，橡皮受到了空气阻力，故机械能不守恒，故A错误；橡皮在最低点时，高度最低，速度最快，所以重力势能最小，动能最大，故B错误；橡皮在下降过程中，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增加，重力势能转化为动能，故C正确；橡皮在上升过程中，重力势能增加，动能减小，是动能转化为重力势能，故D错误。故选C。]
【变式4】 体育课上小明同学进行传接篮球训练，他将球斜向上抛出，球的运动轨迹如图所示，a、b、c、d为轨迹上的点，其中a、c两点高度相同，不计空气阻力，则篮球在( )
A．a、c两点的动能相等
B．a点的机械能比d点机械能大
C．a点动能比d点动能大
D．b点的动能最大
A [因不计空气阻力，所以整个运动过程篮球机械能守恒，a、c两点高度相同，所以重力势能相同，因此动能相同，故A正确；所以a点与d点机械能大小相同，故B错误；a点高度高于d点高度，因此a点重力势能大于d点重力势能，故a点动能小于d点动能，故C错误；b点高度最高，因此重力势能最大，所以动能最小，故D错误；故选A。]
课时分层评价卷(十三) 机械能及其转化
1．(2024·泰安期末)下列选项中，物体具有弹性势能的是( )
A．被拉长的橡皮筋
B．空中上升的篮球
C．矗立在高山上的巨石
D．水平地面上行驶的汽车
A [被拉长的橡皮筋由于发生弹性形变具有弹性势能，故A符合题意；空中上升的篮球具有动能和重力势能，故B不符合题意；矗立在高山上的巨石具有重力势能，故C不符合题意；水平地面上行驶的汽车由于运动具有动能，故D不符合题意。故选A。]
2．(2024·泰安期末)跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，运动员( )
A．只具有重力势能
B．只具有动能
C．重力势能减少，动能不变
D．动能不变，机械能不变
C [跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，速度不为零，所以不仅有重力势能，还有动能，故A、B不符合题意；跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，质量不变，速度不变，则动能不变，高度变小，则重力势能减少，所以机械能减少，故C符合题意，D不符合题意。故选C。]
3．(2024·泰安三模)2024年4月25日，我国“神舟十八号”载人飞船的“长征二号”F遥十八运载火箭成功发射。在飞船加速飞离地球的发射过程中，下列说法正确的是( )
A．以火箭为参照物，飞船是运动的
B．飞船的惯性越来越大
C．飞船的重力势能转化为动能
D．飞船的机械能增加
D [以火箭为参照物，飞船与火箭之间的位置不发生变化，所以是静止的，故A错误；惯性的大小只与质量有关，与运动速度无关，所以飞船质量不变，惯性大小不变，故B错误；火箭推动十八号载人飞船加速上升时，飞船的质量不变，速度变大，动能变大，高度增大，重力势能变大，所以该过程不是重力势能和动能的转化，故C错误；神舟十八号载人飞船加速上升的过程中，动能变大，重力势能变大。机械能为动能和势能的和，所以机械能增加，故D正确。故选D。]
4．(2024·泰安期末)下列物体同时具有动能和重力势能的是( )
A．在水平公路上行驶的汽车
B．天花板上的吸顶灯
C．被拉开的弹弓
D．在空中飞行的飞机
D [在水平公路上行驶的汽车，因为运动，所以只具有动能，故A不符合题意；静止的吊灯，因为有高度，所以只有重力势能，故B不符合题意；被拉开的弹弓，因为发生了弹性形变，所以只具有弹性势能，故C不符合题意；空中飞行的飞机，因为运动，所以具有动能，因为有高度，所以具有重力势能，故D符合题意。故选D。]
5．(2024·泰安期末)在“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让同一钢球A从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离，如图所示。下列说法错误的是( )
A．实验中探究的是钢球A的动能与速度的关系
B．钢球在斜面上下滑时重力势能主要转化成动能
C．钢球在斜面上自由释放时位置越高，到达水平面时初速度越大
D．该实验的目的是探究钢球在水平面上的动能与质量的关系
D [同一个钢球，控制了质量相同，从不同高度滚下，控制了钢球到达水平面时的速度不同，由控制变量法的研究方法可知实验目的是探究钢球A的动能与速度的关系，故A不符合题意，D符合题意；钢球在斜面上下滑时，质量不变，速度增大，高度降低，重力势能转化为动能，故B不符合题意；钢球从斜面上下滑时，重力势能转化为动能，位置越高，重力势能越大，到达水平面时动能越大，则初速度越大，故C不符合题意。故选D。]
6．(2023·潍坊)如图所示为某巡航导弹的飞行路线图，发射升空段，发动机点火，导弹以极快的速度穿出大气层升至高空；俯冲加速段，发动机处于关闭状态，导弹向下俯冲，会被加速到极高的速度；巡航阶段，主发动机的推力与阻力平衡，弹翼的升力与重力平衡，可以实现远距离“巡航状态”，最后精确打击目标。下列关于该巡航导弹的说法正确的是( )
A．整个过程中，在F点动能最大
B．从O点到E点的过程中，机械能不变
C．从G点到H点的过程中，机械能不变
D．从I点到J点的过程中，不消耗导弹携带的燃料
C [F点后为俯冲加速段，发动机处于关闭状态，导弹向下俯冲，会被加速到极高的速度，说明F点的速度不是最大，则动能不是最大，故A错误；O点到E点的过程中，发动机点火加速升空，速度变大，动能变大，高度增大，重力势能增大，机械能变大，故B错误；G点到H点的过程中，在大气层外，没有空气阻力，机械能守恒，即机械能不变，故C正确，巡航阶段，主发动机的推力与阻力平衡，发动机工作消耗燃料，故D错误。故选C。]
7．(2024·泰安一模)如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面，一小球由A点以速度v沿轨道滚下，经另一侧等高点B后到达最高点C。下列关于小球滚动过程的分析正确的是( )
①整个过程只有重力在对小球做功 ②小球在A点的动能大于在B点的动能 ③小球在A、B、C三点的速度大小关系是vA>vB>vC ④小球在A点具有的机械能等于它在C点具有的重力势能
A．①② B．③④
C．②④ D．②③
D [因为轨道粗糙，整个过程除了重力对小球做功，还有摩擦力也对小球做功，①错误；由于小球运动过程中要克服摩擦力做功，A点的机械能大于B点的机械能，A与B等高，重力势能相等，所以在A点的动能大于在B点的动能，②正确；小球在运动的过程中，到达最高点C，说明C点动能为零，所以A、B、C三点的速度大小关系是vA>vB>vC，③正确；整个过程中小球的机械能减小，所以小球在A点具有的机械能大于它在C点具有的重力势能，④错误；综上所述②③正确，故D符合题意。故选D。]
8．(2024·泰安期末)为减少扬尘对空气质量的影响，某市区进行洒水作业。洒水车沿道路匀速行驶，在洒水过程中，洒水车的动能将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
[解析] 在洒水过程中，洒水车匀速行驶，速度不变，质量变小，洒水车的动能将减小。
[答案] 减小
9．(2024·泰安期末)射箭是我国传统的体育运动。运动员将弓拉开，增大了弓的________能。
[解析] 运动员将弓拉开，弓发生了弹性形变，增大了弓的弹性势能。
[答案] 弹性势
10．(2024·泰安二模)如图所示，一个静止小球从A点沿粗糙程度相同的轨道下滑，经B点到达C点，从A点到达C点的过程中，小球的机械能________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
[解析] 静止的小球从A点沿粗糙程度相同的轨道下滑，经B点到达C点，从A点到达C点的过程中，不断克服摩擦力做功，机械能转化成内能，机械能不守恒，故小球的机械能变小。
[答案] 变小
11．(2020·泰安)如图所示是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置示意图，让小球A从斜面上某点滚下，撞击在水平面上的木块B，木块B移动一段距离。
(1)该实验中所探究物体的动能是指________(选填“小球A”或“木块B”)的动能。
(2)实验表明，让小球A分别从斜槽不同高度由静止滚下，高度越大，速度越________，木块B被撞得越远。可得结论：质量相同时，小球的速度越________，动能越大。
(3)若要探究物体动能与质量的关系，应让不同质量的小球从斜面________高度由静止滚下，观察比较木块B被撞移动的距离。
[解析] (1)该实验探究的是小球A动能的大小与速度和质量的关系。
(2)同一小球从不同的高度滚下，位置高的滚到斜面底端的速度越大，把木块推得越远，说明小球做功多，动能大，说明了物体的动能与物体的速度有关，由此得出结论：在质量一定时，小球的速度越大，动能就越大。
(3)要探究物体的动能与质量的关系，根据控制变量法可知，控制小球到达水平面的速度相同，让不同质量的小球从斜面同一高度由静止滚下，观察比较木块B被撞移动的距离。
[答案] (1)小球A (2)大 大 (3)同一
12．(2024·泰安期末)某物理学习小组为了探究重力势能的大小与哪些因素有关，做了如下猜想：重力势能的大小可能与物体的高度和质量有关。根据猜想，小明做了如下探究：用一个铁架台、小沙盒、小钢球，让小钢球从不同高度下落，落在细沙上(如图所示)。
(1)小明设计的实验是探究猜想：物体的重力势能与________有关，通过实验观察到的现象是当小球离细沙的高度为h1下落时比高度为h2下落时小球陷入得深些，说明了在________一定的条件下，________越大，物体的重力势能就越大；
(2)为了探究重力势能的大小与另一个因素的关系，请你在以上实验的基础上，再选择一个器材进行探究并简述你的实验方案。
你选择的器材：_________________；
你的实验方案：______________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)让小钢球从不同高度下落，即物体的质量相同，高度不同，可知探究的是物体的重力势能与高度有关。观察到的现象是当小球离细沙的高度为h1下落时比高度为h2下落时小球陷入得深些，由于h1>h2，说明在质量一定时，高度越大，物体的重力势能就越大。
(2)实验中根据物体所砸沙坑的深浅来反映重力势能，撞击的凹坑必须截面积相同，应保证选取的球的形状相同，质量不同，在原有器材基础上再选择一个器材，可选取一个等体积的小铝球，铝和钢的密度不同，能保证选取的两球质量不同；在探究重力势能和物体质量的关系时，要控制高度相同，改变质量，故将小铝球和小钢球分别从同一高度由静止释放，让其自由落到细沙上，观察小球陷入的深度。
[答案] (1)高度 质量 高度 (2)等体积的小铝球 见解析
13．(2024·泰安期末)如图所示是足球落地后又弹起的示意图，下列说法正确的是( )
①足球在A点和D点重力势能可能相同 ②在B点时，若所有的力都消失，足球将做匀速直线运动 ③足球从B点到D点的过程，速度增加，惯性变大 ④从A点到D点，重力对足球做了功
A．①③ B．②④
C．③④ D．②③④
B [足球的质量不变，由题图可知A点和D点的高度不同，所以足球在A点和D点重力势能不可能相同，故①错误；根据图示分析可知足球在B点时有向前的速度(速度大小不为零)，在B点时，若所有的力都消失，根据牛顿第一定律可知足球将做匀速直线运动，故②正确；惯性的大小只与物体的质量有关，足球从B点到D点的过程，虽然速度增加，但足球的质量不变，其惯性不变，故③错误；从A点到D点，足球在重力的方向上通过了距离，因此，重力对足球做了功，故④正确。综上所述，只有②④正确。故选B。]
14．(2024·泰安三模)返回舱在空中高速下降到适当位置时打开降落伞，返回舱和伞开始做减速运动，空气阻力随速度的减小而减小，下降一段高度后，开始匀速下降直到地面附近。以返回舱和伞为研究对象，下列说法正确的是( )
①匀速下降过程中，返回舱相对于地面是运动的 ②减速下降过程中受力不平衡 ③匀速下降过程中机械能减小 ④减速下降过程中重力做功的功率小于匀速下降时重力做功的功率
A．①② B．③④
C．①②③ D．①②③④
C [匀速下降过程中，以地面为参照物返回舱是运动的，故①正确；减速下降过程中，返回舱和伞处于非平衡状态，所以它受力不平衡，故②正确；返回舱和伞匀速下降的过程中，质量不变、速度不变，但高度减小，则动能不变，重力势能减少，则机械能总量减少，故③正确；返回舱和伞的重力大小不变，由题意可知返回舱和伞减速下降时的速度大于匀速下降时的速度，由P＝＝＝Gv，可知，减速下降中重力做功的功率大于匀速下降中重力做功的功率，故④错误，故C正确。故选C。]
15．(2024·泰安模拟)如图所示，小球从A点由静止释放，沿光滑轨道下滑，经B点到达右侧最高点C。下列大致反映小球相关能量随时间变化的图象中( )
A．只有①④正确 B．只有②④正确
C．只有①③正确 D．只有②③正确
B [小球从A点由静止释放，沿光滑轨道下滑，经B点到达右侧最高点C，由于轨道光滑，所以小球在运动过程中机械能守恒；小球从A点运动到C点的过程中，质量不变，高度先变小后变大，重力势能先减小后增大，速度先变大后变小，动能先增大后减小，②、④图象符合小球相关能量随时间变化的规律。故B符合题意。故选B。]
16．(2024·泰安一模)为了探究动能的大小与哪些因素有关，设计了“小钢球撞木块”的实验(如图所示)，让静止的小钢球从斜面滚下，观察木块被推动的距离。关于该实验的说法中( )
①该实验的设计思路是采用转换法，用木块移动的距离来表示动能的大小 ②该实验探究的基本方法是控制变量法，如分别控制小球滚下的高度、小球的质量等 ③在实验器材的选择时，可以不考虑斜面的光滑程度，被撞木块的质量和软硬等因素 ④实验过程中，让同一小球从不同高度落下，目的是让小球获得不同的运动速度
A．只有①②④正确 B．只有③④正确
C．只有①③正确 D．只有②④正确
A [球的动能是从木块被推出的距离看出的，这里采用了转换法的思想，故①正确；球的动能与质量和速度都有关系，研究与质量的关系，控制小球滚下的高度相同；探究与速度的关系，控制小球的质量相等，这是控制变量法的应用，故②正确；斜面的光滑程度影响小球滚下的速度，木块的质量和软硬影响碰撞的程度，所以在实验器材的选择时，应考虑斜面的光滑程度，木块的质量和软硬等因素，故③错误；球滚到水平面上时获得的速度与球在斜面上的高度有关，同一小球从不同高度落下，目的是让小球在斜面上获得不同的运动速度，故④正确。故A符合题意。故选A。]
17．(2024·泰安二模)如图所示，小光同学在荡秋千，他从A点由静止出发，经过最低点B和与A点等高的C点，到达右侧最高点D返回。经测量，D点高于A点和C点。小光同学从A到D的过程中，下列判断正确的是( )
A．从A点到D点，其机械能增加
B．A点和D点机械能相等
C．到达B点时，受力平衡
D．在此过程中，只有机械能与内能之间相互转化
A [他从A点由静止出发(初速度为零、动能为零)，经过最低点B和与A点等高的C点，到达右侧最高点D，D点高度大于A点，则此时人的重力势能大于A点时的重力势能，人在D点时速度为零、动能也为零，因机械能等于动能与势能之和，所以可知A点和D点机械能不相等，且人在D点时机械能更大，故A正确，B错误；到达B点时，小光同学运动方向在改变，不是平衡状态，受力不平衡，故C错误；人站在秋千上，不靠外力做功，而秋千越荡越高，是因为荡秋千的人不断调节了重心的位置(最低点时蹲下、最高点时站起来)，并将人体的化学能转化为机械能，所以从A点到D点，人的机械能增加；整个过程中，有化学能、机械能与内能之间相互转化，故D错误。故选A。]
18．如图所示，在光滑的水平台面上，一轻质弹簧左端固定，O点是弹簧保持原长时小球的位置，压缩弹簧使小球至A位置，小球就在A、B间做往复运动(已知AO＝OB)。下列说法正确的是( )
A．小球在往复运动过程中机械能守恒
B．从B到A弹簧的弹性势能一直减小
C．小球在O点时，动能最大
D．小球从A往B运动过程中，弹性势能转化为动能
C [小球在光滑的水平台面上AB间做往复运动，这表明小球和弹簧的整体机械能是守恒的，小球的动能与弹簧的弹性势能的总和保持不变，故A错误；小球从B到O再到A的过程中，弹簧的形变程度先变小后变大，所以小球从B到A弹簧的弹性势能先变小后变大，故B错误；小球从A(或B)位置运动到O位置的过程中，弹性势能变小，动能变大；到达O点时，弹性势能为0；从O到B(或A)的过程中，弹性势能变大，所以整个过程中小球在O点动能最大，综上分析知，故C正确，D错误。故选C。]
19．(2024·泰安期末)下面几个实验探究中，采用了相同研究方法的是( )
①“探究液体压强与哪些因素有关”时，保持探头浸入液体的深度不变，改变液体密度 ②“探究重力势能的大小与哪些因素有关”时，用桌腿陷入沙子的深度反映重物重力势能的大小 ③“探究浮力的大小与哪些因素有关”时，保持液体密度不变，改变物体浸入液体的体积 ④在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，运用科学推理得出牛顿第一定律
A．①和④ B．②和③
C．①和③ D．②和④
C [①“探究液体压强与哪些因素有关”时，控制探头浸入液体的深度不变，改变液体密度，使用了控制变量法；②“探究重力势能的大小与哪些因素有关”时，重力势能大小无法直接得到，用桌腿陷入沙子的深度反映重物重力势能的大小，使用了转换法；③“探究浮力的大小与哪些因素有关”时，控制液体密度不变，改变物体浸入液体的体积，使用了控制变量法；④在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，因物体完全不受阻力的情况无法得到，因此牛顿第一定律是在实验基础上推理得到的，使用了科学推理法。因此采用了相同研究方法的是①③，故C符合题意。故选C。]
20．运动员从高空竖直向下跳伞，只考虑人受到的重力和空气阻力，运动员下落时的速度—时间图线如图所示。下列选项中哪一图线能正确反映运动员的动能、重力势能或机械能随时间变化的关系( )
A B
C D
C [人受到重力和空气阻力，空气阻力做功导致总机械能逐渐减小，A选项机械能在时间段20～30 s内保持不变，这与运动员受到空气阻力的情况不符合，B选项表示机械能在时间段20～30 s内逐渐增加，这也不符合空气阻力做功导致总机械能逐渐减小的情况，故A、B不符合题意；由题图象可知运动员在时间段20～30 s内速度不变，表示动能在时间段20～30 s内保持不变，故C符合题意；运动员在时间段20～30 s内高度逐渐降低，重力势能减小，故D不符合题意。故选C。]
21．(2023·泰安)北京时间2023年5月10日，搭载“天舟六号”货运飞船的“长征七号”遥七运载火箭，在我国文昌航天发射中心成功发射。“天舟六号”给空间站携带了各类补给物资，是世界现役的上行载货能力最强的货运飞船。在火箭发射升空的过程中，下列说法正确的是( )
A．以火箭为参照物，飞船是运动的
B．飞船携带的各类补给物资质量变小
C．飞船的重力势能变大
D．飞船的机械能不变
C [运载火箭搭载飞船上升过程中，以火箭为参照物，飞船的位置没有发生变化，是静止的，故A错误；质量是物体本身的一种属性，与状态和所处位置以及形状无关，故“天舟六号”货运飞船升空后，其内部携带的物资总质量不变，故B错误；火箭升空的过程中，飞船高度不断增加，其重力势能增大，故C正确；发射过程中，飞船的质量不变，速度和高度增加，动能和势能均增大，它的机械能增大，故D错误。故选C。]
22．(2022·泰安)如图所示，学习小组在空旷的室外测试某型号无人机负重飞行能力。测试时将重20 N的物体A固定在无人机上，并控制无人机完成以3 m/s的速度匀速上升、在空中悬停、以2 m/s的速度匀速下降三个阶段的测试项目，同时利用系统软件记录多次测量的相关信息，并做出测评报告。下列说法中( )
①匀速上升阶段，物体A相对于地面是运动的 ②匀速上升阶段，物体A的机械能不变 ③匀速下降阶段，物体A的重力势能转化为动能 ④物体A匀速下降阶段的动能小于匀速上升阶段的动能
A．只有①③正确 B．只有②④正确
C．只有①④正确 D．只有①②③正确
C [匀速上升阶段，物体A相对于地面的位置发生了变化，故物体A相对于地面是运动的，故①符合题意；匀速上升阶段，物体A的质量不变，速度不变，动能不变，高度变大，重力势能变大，故机械能变大，故②不符合题意；匀速下降阶段，速度不变，动能不变，因高度变小，重力势能变小，物体A的重力势能没有转化为动能，故③不符合题意；根据已知条件，物体匀速上升的速度大于下降的速度，故物体匀速上升时的动能大，即物体A匀速下降阶段的动能小于匀速上升阶段的动能，故④符合题意。故C符合题意。故选C。]
23．(2021·泰安)在蹦床比赛中，运动员从高处落到蹦床上又被弹起，该过程中有关机械能及其转化的说法正确的是( )
A．运动员上升到最高点时重力势能为零
B．运动员下降过程中机械能增大
C．运动员从高处下落到蹦床前，重力势能转化为动能
D．运动员弹离蹦床后，上升的过程中弹性势能转化为动能
C [运动员上升过程高度变大，重力势能增加，在最高点时重力势能最大，故A错误；运动员在空中下落过程中(未接触蹦床前)，若不计空气阻力，重力势能转化为动能，机械能不变，故B错误，C正确；运动员离开蹦床后上升过程中，动能转化为重力势能，故D错误。故选C。]
24．(2020·泰安)直升飞机以1 m/s的速度竖直匀速降落，下列有关说法中( )
①直升飞机受到的升力与重力大小相等 ②直升飞机的机械能减小
③直升飞机的升力小于重力 ④直升飞机的机械能不变
A．只有①④正确 B．只有①②正确
C．只有②③正确 D．只有③④正确
B [直升飞机匀速降落，处于平衡状态，受到重力和升力是平衡力，所以受到的升力与重力大小相等，①说法正确；直升飞机匀速降落，质量不变，速度不变，动能不变，高度减小，重力势能减小，直升飞机的机械能减小，②说法正确；由①可知直升飞机的升力等于重力，③说法错误；由②可知直升飞机的机械能减小，④说法错误。故选B。]
25．(2024·泰安)在“探究动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让小车从斜面上由静止滑下，撞击放在水平面上的木块，小车推动木块滑行一段距离后停止，实验过程如图所示。下列说法正确的是( )
A．实验中木块被推出距离的远近反映小车动能的大小
B．由甲、乙两图可知，小车动能的大小与质量有关
C．由乙、丙两图可知，小车动能的大小与速度有关
D．小车从斜面上滑下其重力势能转化为动能，机械能增大
A [实验中用木块被推出距离的远近表示小车动能的大小，这种探究物理问题的方法叫做转化法，故A正确；甲、乙两图小车在斜面上的高度不同，小车下行的速度不同，是探究速度对动能的影响，故B错误；乙、丙两图中小车的高度相同，质量不同，是探究质量对动能的影响，故C错误；小车从斜面上滑下的过程中，将重力势能转化为动能，机械能不会增大。故D错误。故选A。]
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