3.2机械能 同步练习（含解析）

3.2机械能
一、选择题
1．2025年1月 20 日，神舟二十号载人飞行任务标识发布（如图）。“神二十”是中国载人航天工程发射的第二十艘神舟系列载人飞船。下列说法正确的是（ ）
A．空间站组合体在轨稳定运行过程中机械能守恒
B．漂浮在空间站中的航天员重力势能为零
C．飞船在升空过程中，只存在动能和势能的相互转化
D．空间站组合体在太空中沿椭圆轨道绕地球运行，在近地点时动能最小
2．2025年亚冬会在哈尔滨顺利闭幕，如图为跳台滑雪运动示意图，虚线表示运动员从助滑开始，直到下落至着陆坡的运动轨迹。在运动过程中，下列说法正确的是 （　　）
A．运动员从A 到B的过程中速度逐渐增大
B．运动员从 B到C的过程中动能不变
C．运动员在A 点和C 点的重力势能相等
D．整个滑行过程中，运动员的机械能守恒
3．彩虹滑道是近几年很火的游玩项目。如图甲，游客坐在橡皮圈上，就能顺着滑道快速下滑。图乙是这个游乐项目的简化图，AB是彩虹滑道部分，BC是水平的人工草皮减速带。下面说法正确的是（　　）
A．游客坐在橡皮圈下滑时，以橡皮圈为参照物，游客是运动的
B．在BC段滑行时，速度越来越慢，橡皮圈和减速带之间的摩擦力会变大
C．从A点滑到B点，游客和橡皮圈的重力势能全都转化成其动能
D．从A点滑到C点，游客和橡皮圈的机械能会变小
4．缓震鞋垫能够有效减轻跑步或走路过程中的震动，从而增加舒适感。为检验鞋垫的缓震性能，开展如图所示实验，将鸡蛋从一定高度掉落（不计空气阻力），观察到鸡蛋被弹起，且没有破裂，下列说法正确的是（　　）
A．从下落到刚接触鞋垫，鸡蛋的重力势能转化为动能
B．从下落到刚接触鞋垫，鸡蛋的机械能不守恒
C．下落到最低点时，鞋垫的弹性势能最小，鸡蛋的机械能最大
D．从最低点上升到刚好离开鞋垫，鸡蛋的动能一直增大
5．2024年9月25日，中国东风洲际导弹划破天际，如图所示，其飞行过程分为初段（燃烧储存的燃料，加速上升）、中段（发动机关闭，依靠惯性飞行，、两点距离地面等高）、末段（发动机再次打开，加速俯冲）。下列有关东风洲际导弹的说法中错误的是（　　）
A．在初段机械能来自于燃料的化学能
B．在最高点动能为零
C．在段机械能不守恒
D．在末段重力势能减小
6．体育考试时，某同学将同一篮球以不同弧线从A点投向B点，空气阻力不可忽略且大小恒定，则下列说法正确的是（　　）
A．篮球沿着两条弧线从A点运动到B点，机械能都先增加后减小
B．篮球在弧线1和弧线2的最高点时动能都为零
C．从A点到B点，篮球重力势能的增加量弧线1大于弧线2
D．若篮球在B点的机械能相等，则在A点弧线l的机械能大于弧线2
7．如图为正在运输货物的无人机，下列说法正确的是（ ）
A．无人机上升过程中，货物的机械能一定增大
B．无人机水平匀速飞行时，货物的动能保持不变
C．无人机在某一高度悬停时，货物的机械能一定为零
D．无人机下降过程中，货物的势能可能不变
8．滑板深受青少年喜欢，如图是型滑台和运动员姿势的简化示意图。运动员在滑台A处由静止下滑，仅依靠滑行，滑到与A相同高度的滑台B处时静止。据图分析下列对运动员的有关描述，错误的一项是（　　）
A．从A滑到B过程中受非平衡力作用
B．若在O处站立起来，运动员动能变小
C．为滑到C点，可在B处竖直向上跳
D．从A滑到B过程中机械能变小
9．探究物体的动能跟哪些因素有关的实验装置如图所示。关于该实验说法正确的是（ ）
A．水平面越光滑越好 B．实验研究的是木块的动能大小
C．小球由斜面滚下，重力势能转化为动能 D．小球质量越大，动能越大
10．为探究重力势能与质量关系，如图所示小沈选择了体积不同的实心铝球a、b，体积相同的实心铜球c和铝球d以及平整的橡皮泥进行实验。下列关于本实验说法不正确的是（ ）
A．实验时要让球从同一高度自由落下
B．本实验器材还可以探究重力势能与高度的关系
C．研究a球和b球可以验证重力势能与质量的有关
D．比较球落在橡皮泥中的凹陷程度来反映重力势能的大小
二、填空题
11．2024年巴黎奥运会10米跳台冠军全红婵，从地面匀速走到10米高台的过程中，其动能 ，重力势能 ，机械能总量 （均选填“增大”或“减小”或“不变”）。
12．2025年2月27日，长征二号将目前我国空间分辨率最高的商业遥感卫星四维高景一号03、04星顺利送入预定轨道。如图，运载火箭点火后向下喷出熊熊烈焰，使火箭上升，说明力的作用是 的。火箭升空的速度越来越快，此过程中，03、04星的重力势能 ，机械能 。（后两空填“增大”“减小”或“不变”）
13．如图为某款“投篮玩具”的设计原理示意图，当用手向下按压投射装置A端时，C端与底座相连的橡皮筋被拉长；松手后，橡皮筋快速回弹，投射装置将小球抛向篮筐，忽略空气阻力。橡皮筋收缩时，弹性势能转化为小球的 。小球上升到最高点时，动能 零（选填“为”或“不为”），此时机械能 抛出点的机械能（选填“＞”、“=”或“＜”）。
14．如图所示，单摆小球从左侧A点由静止释放经过最低点B然后到达右侧最高点C点（忽略绳子形变）。
(1)小球摆动到 点时动能最大；
(2)若小球到达C点时，所受的外力突然全部消失，则小球将 。
(3)由图分析可知，小球从A点运动到C点过程中，机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。
15．篮球运球投篮是杭州体育中考的项目之一。被抛出后的篮球运动轨迹如图所示，a、c两点处于同一高度。
(1)篮球由a运动到b的过程中，势能逐渐 （填“减小”、“不变”或“增大”），运动到最高点b时，其动能为 （填“零”或“非零”）。
(2)篮球在a点的动能_ 在c点的动能（填“<”“=”或“>”）。
16．年轻人酷爱挑战惊险刺激的过山车活动如图甲，图乙所示为模拟过山车的某一段，过山车从处由静止滑下，沿轨道先后经过、、、、，其中与等高、与等高。（已知过山车与轨道之间的机械摩擦不能忽略）
(1)过山车从到的过程中，机械能 ；（选填“守恒”或“不守恒”）
(2)过山车经过点时的动能 经过点时的动能。（（选填“＞”“＝”或“＜”）
17．弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结构如图甲所示，图乙是小科玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过程，其中b是弹簧处在原长的状态。在玩弹跳杆过程中，小科在 （选填“b前”、“b时”或“b后”）具有的动能最大；在b→c的过程中，能量转化为 。
18．如图为人造卫星沿椭圆轨道绕地球运动的示意图。卫星离地球中心最近的点叫做近地点，离地球中心最远的点叫做远地点。
(1)卫星从近地点向远地点绕地球运行时，动能和势能是如何转化的？答： 。在太空中机械能是守恒的，因此 （填“近”或“远”）地点的重力势能最大；
(2)在卫星绕地球运动过程中，卫星在近地点的速度 （填“大于”“小于”或“等于”）远地点速度。
19．如图甲所示，将小球从弹簧正上方的某处静止释放，它的高度随时间变化的情况如图乙所示。小球最终静止在弹簧上时，弹簧长为40厘米。
（1）比较t2时刻的机械能 （选填“>”或“<”或“=”）t3时刻的机械能；
（2）t1时刻小球处于 （选填“平衡”或“非平衡”）；
（3）在整个运动过程中，小球速度最大的时刻为 （选填“t1”、“t2”或“t3”）。
三、探究题
20．在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小丽同学设计了如图所示甲、乙、丙三次实验。让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。
(1)要探究动能大小与物体质量的关系时应保证铁球达到水平面的速度相同，为了达到这一目的所采取的具体操作方法是使小球 ；
(2)选用甲、丙两次实验可以得出的结论是 。
(3)该实验是通过观察 来比较铁球动能的大小，从而得出结论的，这里所用的研究方法的是 。
(4)若水平面绝对光滑，铁球与纸盒将做 运动。
21．为探究“重力势能大小与质量的关系”，小明提出猜想：质量越大，重力势能越大。实验步骤如下：
步骤一：选择同种材质不同质量的三只金属实心小球，如图甲。
步骤二：在一个铝盘中放入大约2厘米厚的细沙，将米尺竖直立在细沙内，零刻度线与沙面齐平，如图乙。
步骤三：在一定高度H静止释放小球，当小球静止在沙坑中时，记录相关距离。
步骤四：？，更换小球，重复步骤三、多次实验并计算沙坑的凹陷距离如下表。
金属小球 释放的高度H/厘米 沙坑的凹陷距离/厘米
A 70 1.20
B 70 0.64
C 70 0.74
(1)步骤四中的？处的操作是 。
(2)用图乙中的H、H1和H2来表示沙坑的凹陷距离 。
(3)实验中发现小球撞击沙坑后效果不明显，请提出一个具体的改进建议： 。
(4)分析实验数据发现与猜想不同，重新思考后小明换用如图丙所示小球进行实验，得到了预想的结果。请结合所学知识，解释原实验与预想结果不一致的原因 。
试卷第1页，共3页
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《3.2机械能》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 A A D A B D B C C B
1．A
【详解】A．空间站组合体在轨稳定运行过程中存在机械能内部转化，没有空气阻力，即没有其他能量的转化，可知机械能守恒，故A正确；
B．重力势能与物体的质量和高度有关，质量与位置无关，即在太空中，空间站的质量不为零，可知重力势能不为零，故B错误；
C．飞船在升空过程中，需要燃烧燃料为其提供能量，可知磁过程中内能转化为机械能，故C错误；
D．在绕地运行时，空间站组合体机械能守恒，在近地点高度较小，重力势能减小，可知动能较大，故D错误。
故选A。
2．A
【详解】A．从A到B的过程中，运动员的重力势能转化为动能，运动员的动能增大，运动员的质量不变，所以运动员的速度逐渐增大，故A正确；
B．运动员从B到C，动能转化为重力势能，所以动能会减小，故B错误；
C．运动员从A到C需要克服阻力做功，机械能会减小，C点的重力势能小于A点，故C错误；
D．整个滑行过程中，存在能量损失，运动员的机械能会减小，所以运动员的机械能不守恒，故D错误。
故选A。
3．D
【详解】A．以橡皮圈为参照物，游客的位置没有改变，所以游客处于静止状态，故A错误；
B．游客在BC段滑行的过程中，橡皮圈与减速带之间压力不变。接触面的粗糙程度也不变，所以橡皮圈与减速带之间的摩擦力将不变，故B错误；
C．从A点滑到B点，在下滑过程中，克服摩擦做功，重力势能一部分转化为内能，重力势能一部分转化成其动能，故C错误；
D．从A点滑到C点，游客和橡皮圈克服摩擦做功，机械能减小，故D正确。
故选D。
4．A
【详解】A．从下落到刚接触鞋垫，鸡蛋高度降低，速度增大，质量不变，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能，故A正确；
B．不计空气阻力，从下落到刚接触鞋垫，只有重力做功，鸡蛋机械能守恒，故B错误；
C．下落到最低点时，鞋垫弹性形变最大，弹性势能最大；此时鸡蛋速度为0，动能为0，机械能最小，故C错误；
D．从最低点上升到刚好离开鞋垫过程中，鸡蛋的重力与受到的弹力相等时，速度最大，之后速度减小，因此，动能先增大后减小，故D错误。
故选A。
5．B
【详解】A．在初段燃烧储存的燃料，加速上升，将燃料燃烧的化学能转化为导弹的机械能，故A正确，不符合题意；
B．在最高点有向前的速度，动能不为零，故B错误，符合题意；
C．在ab段导弹位于大气层内，飞行过程中，与空气摩擦生热，一部分机械能转化为内能，机械能减小，在段机械能不守恒，故C正确，不符合题意；
D．末段发动机再次打开，加速俯冲，质量不变，高度减小，重力势能减小，故D正确，不符合题意。
故选B。
6．D
【详解】A．篮球沿着两条弧线从A点运动到B点，运动过程中需要克服空气阻力做功，消耗一部分机械能，机械能会减小，故A错误；
B．篮球在弧线1和弧线2的最高点速度不为零，动能都不为零，故B错误；
C．重力势能与质量和高度有关，从A点到B点，弧线1与弧线2两种情况下，篮球的质量不变，增加的高度相同，所以篮球重力势能的增加量相等，故C错误；
D．由图可知，篮球通过弧线1运动的路程较大，克服空气阻力做功消耗的机械能较多，若篮球在B点的机械能相等，则在A点弧线l的机械能大于弧线2，故D正确。
故选D。
7．B
【详解】A．无人机上升过程中，重力势能增大，但速度可能减小，导致动能减小，因此，机械能不一定增大，故A错误；
B．无人机水平匀速飞行时，货物的质量不变，速度不变，则动能不变，故B正确；
C．无人机在某一高度悬停时，货物的动能为0，但距离地面有一定的高度，因此重力势能不能为0，机械能不为0，故C错误；
D．无人机下降过程中，货物的质量不变，高度降低，重力势能会减小，故D错误。
故选B。
8．C
【详解】A．从A滑到B过程中运动状态发生改变，不是平衡状态，所以受非平衡力作用，故A正确，不符合题意；
B．若在O处站立起来，运动员的重心变高，部分动能转化为重力势能，所以动能变小，故B正确，不符合题意；
C．运动员在滑台A处下滑，仅依靠滑行，滑到与A相同高度的滑台B处时静止；若想滑到C点，只需运动员到达B点时，速度不为0，具有一定的动能即可到达，运动员在B点时静止，用力竖直向上跳起一段高度，还会落在B点，不能到达C点，故C错误，符合题意；
D．运动员仅依靠滑行，滑到与A相同高度的滑台B处时静止，A点和B点的动能相同，A点运动员站立重心较高，B点运动员全蹲重心较低，所以滑到B点时，重力势能变小，则从A滑到B过程中机械能变小，故D准确，不符合题意。
故选C。
9．C
【详解】A．如果表面足够光滑，木块被撞击后将做匀速直线运动，无法根据木块移动的距离判断小球动能的大小，故A错误；
B．实验通过木块移动的距离来反映小球的动能大小，探究的是小球的动能，故B错误；
C．小球从斜面滚下，重力势能越来越小，速度越来越快，动能越来越大，是将重力势能转化为动能，故C正确；
D．影响动能大小的因素有质量和速度，速度一定时，小球的质量越大，动能越大。选项中没有说明小球速度一定，不能确定动能大小，故D错误。
故选C。
10．B
【详解】A．为探究重力势能与质量关系，需要控制小球的高度相同，因此实验时要让球从同一高度自由落下，故A正确，不符合题意；
B．探究重力势能与高度的关系，需要控制小球的质量相同，而实验中小球的质量不同，因此无法探究重力势能与高度的关系，故B错误，符合题意；
C．a球和b球的质量不同，因此可以验证重力势能与质量之间的关系，故C正确，不符合题意；
D．实验中运用转换法，通过观察橡皮泥的凹陷程度来反映重力势能的大小，故D正确，不符合题意。
故选B。
11． 不变 增大 增大
【详解】[1][2][3]全红婵从地面匀速走到10米高台的过程中，质量不变，速度不变，则动能不变；高度增加，则重力势能增加，机械能等于动能和势能的总和，动能不变，重力势能增加，则机械能增加。
12． 相互 增大 增大
【详解】[1]火箭点火后向下喷出高温、高压的燃气，同时燃气推动火箭腾空而起，说明力的作用是相互的。
[2][3]03、04星加速升空过程中，质量不变，速度增大，动能增大，高度不断增大，重力势能增大，故卫星的机械能增大。
13． 机械能 不为 =
【详解】[1]橡皮筋收缩时，它的弹性势能减小，小球的速度和高度都在增大，即机械能增大，那么弹性势能转化为小球的机械能；
[2]小球上升到最高点时，竖直方向上的速度为零，而水平方向上的速度不为零，因此此时动能不为零；
[3]忽略空气阻力，即机械能没有损失，因此机械能等于抛出时的机械能。
14．(1)B
(2)静止
(3)不守恒
【详解】（1）动能的大小与物体的质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能就越大。 单摆小球从左侧A点由静止释放，在向下摆动的过程中，高度降低，重力势能转化为动能，速度越来越大；到达最低点B时，高度最低，速度最大，此时动能最大；从B点向右侧最高点C点摆动的过程中，速度逐渐减小，动能逐渐转化为重力势能。 所以小球摆动到B点时动能最大。
（2）当小球到达C点时，速度为0，此时所受的外力突然全部消失，根据牛顿第一定律，小球将处于静止状态。
（3）由图可知，小球从A点运动到C点过程中，C点的高度低于A点的高度，说明小球的机械能有损失，即机械能不守恒。这是因为在小球摆动过程中，要克服空气阻力做功，一部分机械能转化为其它形式的能。
15．(1) 增大 非零
(2)>
【详解】（1）[1][2]篮球由a运动到b的过程中，质量不变，速度减小，动能减小，高度升高，重力势能增加，动能转化成重力势能，篮球的势能逐渐增大；运动到最高点b时，篮球在竖直方向的速度为0，在水平方向的速度不为0，其动能为非零。
（2）由图知，篮球每次上升到最高点的高度越来越低，说明篮球的机械能不守恒，由于受到空气阻力，篮球的机械能越来越小；由此可知，篮球在a点的机械能小于c点的机械能，a、c两点的高度相同，重力势能相同，因此篮球在a点的动能大于在c点的动能。
16．(1)不守恒
(2)＞
【详解】（1）过山车从a到b的过程中，克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，所以过山车从a到b的过程中机械能不守恒。
（2）a与d等高，在a与d两点，过山车的重力势能相等，过山车先通过a点，再到达d点，因为机械能的总量减小，所以过山车在a点的动能大于在d点的动能。
17． b前 动能转化为重力势能
【详解】[1]a→b的过程中，小科先加速后减速，在到达b之前，当弹簧的弹力等于人的重力时，小科的速度最大，动能最大，即b前某时的动能是最大的；
[2]b→c的过程中，即离开地面上升的过程，小科的速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，所以该过程中是动能转化为重力势能。
18．(1) 动能转化为重力势能 远
(2)大于
【详解】（1）[1][2]卫星从近地点向远地点绕地球运行时，高度变大，速度变慢，即重力势能变大，动能变小，动能转化为重力势能，在太空中只有机械能的相互转换，故机械能是守恒的，远地点速度最小，高度最大，因此远地点的重力势能最大。
（2）在太空中只有机械能的相互转换，故机械能是守恒的，卫星从近地点向远地点绕地球运行时，动能转化为重力势能，远地点的动能最小，重力势能最大，故卫星在近地点的速度大于远地点速度。
19． > 平衡 t1
【详解】（1）[1]小球最终静止，这说明在运动的过程中，克服空气的阻力做功，机械能转化为内能，所以小球的机械能是不守恒的，且逐渐减小，t2时刻的机械能大于t3时刻的机械能。
（2）[2]小球向下运动的过程中，未接触弹簧前，小球在重力的作用下向下做加速运动；接触弹簧后，开始的弹力小于重力，小球继续向下做加速运动，当弹簧的长度为40cm时，弹力等于重力，即t1时刻小球处于平衡，此时的速度是最大的。
（3）[3]小球继续向下运动，弹力大于重力，小球做减速运动，所以在整个运动过程中，小球速度最大的时刻为t1。
20．(1)让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止滚下
(2)物体质量相同时，速度越大，动能越大
(3) 纸盒被铁球推动距离的大小 转换法
(4)匀速直线
【详解】（1）让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止滚下，可以让铁球达到水平面的速度相同。
（2）由图示实验可知，甲、丙两次实验，球的质量相同，甲滚下的高度大于丙滚下的高度，甲到达斜面底端时的速度较大，甲将纸盒推动得更远，说明甲的动能更大，由此可得：物体质量相同时，速度越大，动能越大。
（3）该实验是通过观察纸盒被铁球推动距离的大小来比较铁球动能的大小，这种研究方法称为转换法。
（4）水平面光滑，则不存在摩擦力，铁球与纸盒水平方向不受力的作用，根据牛顿第一定律，铁球与纸盒将做匀速直线运动。
21．(1)抹平沙坑
(2)H1-H-H2
(3)增加金属球的质量
(4)见解析
【详解】（1）在步骤三结束后需抹平沙坑更换小球，重复步骤三。
（2）由图可知，沙坑的凹陷距离为H1-H-H2。
（3）小球撞击沙坑后效果不明显的原因是小球的重力 势能太小，影响重力势能的因素有质量和高度，质 量越大，高度越高，重力势能越大，所以需增加金属球的质量（或增加小球下落高度）。
（4）原实验C球质量大于A球，但体积也变大，导致小球落到沙坑时，压力对压强的影响小于受力面积的影响。
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