第3章 能量的转化与守恒（3.1-3.2） 同步练习（含解析）

3.1～3.2 能量及其形式 机械能
一、填空题
1．天体的运行、河水的流淌、候鸟的飞翔、人类的行走等都属于__________运动，这些做机械运动的物体都具有 ____________能。
2．人和动物消耗的能量可以从食物中得到，食物中储存的能量属于__________能，汽油、木材、煤炭等燃料中都储存着能量，这种能量属于__________ 能，各种发电站能够提供大量的__________能，电磁辐射具有能量，这种能量叫做 ___________能。
3．一中学生骑自行车加速上坡的过程中，他的动能__________，势能____________，机械能___________。（填“增大”“不变”或“减小”）
4．皮球从某一高度释放，落地后反弹上升，上升的最大高度比释放时的高度低一些，皮球上升的过程重力势能 ___________，皮球在整个运动过程中的机械能_________。（填“增加”“减少”或“不变”）
5．撑杆跳高是一项技术性很强的体育运动，完整的过程可以简化成如图所示的三个阶段：持竿助跑，撑竿起跳上升，越竿下落。在到达最高点的过程中，动能和_________转化为________；下落过程中__________能逐渐增加。
6．高空抛物现象被称为“悬在城市上空的痛”。据报道：一个30 g的鸡蛋从18楼抛下来就可以砸破行人的头骨，从25楼抛下可使人当场死亡。由此可知，鸡蛋的重力势能与___________有关，下落过程是将重力势能转化为_____________。
7．如图所示，倾斜轨道上的滚动体由A处自由释放，向B处滚动（不计摩擦及空气阻力），所受重力的方向___________。有三位同学分别对此过程作了以下判断，你认为其中正确的是 ____________（填序号）。
①滚动体在A处受力平衡；
②滚动体在B处的势能小于在A处的势能；
③滚动体在A处的动能大于在B处的动能。
二、选择题
8．如图所示是高速公路避险车道示意图。当高速行驶的汽车出现刹车失灵时，可通过进入避险车道快速降低车速直至停止。避险车道的作用是降低汽车因高速行驶而具有的哪种能量带来的危害( )
A．动能 B．势能 C．内能 D．电能
9．为了研究动能的大小与哪些因素有关，教材中设计了“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，不正确的是( )
A．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小钢球动能的大小
B．该实验研究的基本方法是控制变量法，如分别控制小钢球滚下的高度、小钢球的质量不变等
C．在选择实验器材时，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
D．实验过程中，让同一小钢球从不同高度滚下，目的是让小球获得不同的运动速度
10．诗句“飞流直下三千尺，疑似银河落九天”描述了瀑布的壮观。瀑布飞流而下时，水的( )
A．动能增加，重力势能增加 B．动能减少，重力势能增加
C．动能减少，重力势能减少 D．动能增加，重力势能减少
11．如图所示的单摆，小球在ab间往复摆动的过程中，下列说法中正确的是( )
A．小球在a点时的动能最大
B．小球在b点时的动能最大
C．小球在c点时的动能最大
D．小球由c到a的运动过程冲，重力势能不断转化为动能
12．如图所示，小球沿轨道由静止从A处运动到D处的过程中，忽略空气阻力和摩擦力，仅有动能和势能相互转化，则( )
A．小球在A处的动能等于在D处的动能
B．小球在A处的动能大于在D处的动能
C．小球在B处的机械能小于在C处的机械能
D．小球在B处的机械能等于在C处的机械能
13．小玲同学把两个50 g的钩码挂到弹簧测力计的挂钩上（如图甲所示），图乙是弹簧测力计的示数。下列有关说法错误的是( )
A．称量时弹簧测力计中的弹簧在拉力的作用下发生了形变
B．称量时钩码的重力势能减少，弹簧的弹性势能增加
C．弹簧测力计的示数为1N
D．钩码的质量与它受到的重力成正比
14．如图所示是杂技演员演出过程的示意图。男演员从甲处用力向上起跳，落下后踩在跷跷板的a端，能把站在b端的女演员弹到乙处。由于存在阻力，故( )
A．男演员的体重必须要大于女演员的体重
B．甲处男演员的势能一定要大于乙处女演员的势能
C．男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能
D．女演员刚弹起时的动能与她站在乙处时的机械能相等
三、综合题
15．了解了“重力势能”知识的小东同学，想用身边的器材（铅球）来探究影响重力势能大小的因素，其探究程序如下：
(1)猜想：
a．重力势能大小可能与物体的质量有关；
b．重力势能大小可能与物体的高度有关。
（2）实验提供的实心铅球的质量分别为2kg、2kg、3kg，细沙（足够多），刻度尺，两个相同大纸盒，请你利用上述器材，帮他设计实验方案、验证猜想、完成实验步骤。
实验步骤：
A．将适量的沙子放进大纸盒里拨平；
B．取质量为________的铅球各一个，将两球分别对准纸盒位置提高到相同高度然后放手，用刻度尺量出铅球所砸沙坑的深度后进行比较；
C．取质量为____________的铅球各一个，将两球分别对准纸盒位置提高到不同高度然后放手，用刻度尺量出铅球所砸沙坑的深度后进行比较。
(3)通过对该实验的探究，B步骤得到的结论是：重力势能跟________有关，C步骤得出的结论是重力势能跟____________________有关。
16.小敏想探究小球滚上斜面的最大高度与斜面倾角和小球质量的关系，她将两个斜面AO与OB对接成如图所示的装置进行实验。
①让质量为5g的小球，在斜面AO上高H处由静止释放，球沿斜面滚下，经O点滚上斜面OB，测量小球达到的最大高度h，将数据记录在表中，改变斜面OB的倾角θ，重复实验。
②用质量为7g的小球重复上述实验，将数据记录在表中。
实验序号
小球质量m／g
小球在斜面AO上的释放高度H/cm
斜面OB的倾角θ
小球在斜面OB上的最大高度h/cm
1
5
10
40°
9.0
2
30°
8.6
3
20°
8.0
4
7
10
40°
9.0
5
30°
8.6
6
20°
8.0
(1)实验1、2、3（或4、5、6）说明小球在斜面OB上能达到的最大高度与 _____有关。
(2)实验______（选择序号）说明小球在斜面OB上能达到的最大高度与小球质量无关。
(3)如果斜面没有摩擦，那么小球在斜面OB上能达到的最大高度是____________cm。
17．观看了电视播放的飞机在空中水平飞行投弹攻击地面目标的军事演习后，军事迷小兵对炮弹离开飞机后影响其水平飞行距离大小的因素产生了两个猜想：①飞机水平飞行的速度越大，炮弹离开飞机后飞行的水平距离越远；②炮弹离开飞机后飞行的水平距离跟飞机飞行高度有关。为了验证猜想，小兵在老师的指导下进行了如图所示的实验。
(1)让小球从光滑斜槽上的A点自由滑下，经C点后沿水平方向离开斜槽，最后落在地面上的P1点。
(2)保持斜槽的高度不变，让小球从斜槽上的B点自由滑下，经C点离开斜槽，最后落在地面上的P2点。此时小球经过C点的速度_____________（填“大于”“等于”或“小于”）上一步中小球经过C点的速度，由此可证明猜想①是__________（填“正确”或“错误”）的。
(3)为了验证猜想②，应控制小球离开C点时的大小不变。小兵增加h的高度，仍让小球从A点自由滑下，此时小球落在地面上的P3点，比较OP3和__________（填“OP1”或“OP2”）可得结论：飞机飞行的高度越高，炮弹离开飞机后飞行的水平距离越__________（填“大”或 “小”）。
参考答案
1．机械 机械
2．化学 化学 电 电磁
3．增大 增大 增大 解析：由于是加速上坡，速度与高度均增加，所以动能、重力势能、机械能均增大。
4．增加 减少 解析：解答本题的关键是正确理解重力势能的概念以及决定重力势能大小的因素。重力势能是物体由于被举高而具有的能，它与物体的质量和高度有关，皮球在上升的过程中，质量不变，高度增大，故重力势能增加，而皮球上升的最大高度比释放时的高度低一些，说明上升到最大高度时皮球的重力势能比释放时的小，故皮球在整个运动过程中的机械能减少了。
5．弹性势能 重力势能 动 解析：撑竿起跳上升时，动能和弹性势能转化为重力势能，下降时重力势能转化为动能。
6．高度 动能 解析：重力势能的大小与物体的高度及物体的质量有关，在质量一定的情况下，高度越高，重力势能越大。高处的物体在下落过程中，将重力势能转化为动能。
7．竖直向下 ② 解析：(1)只要在地琼附近，不论物体是静止还是运动，都受到重力的作用，重力的方向竖直向下，所以滚动体受到的重力方向是竖直向下的。 (2)物体由A处释放，向B处滚动的过程中，受到重力的作用，不计摩擦和空气阻力，所以受力不平衡；由于质量不变，所处高度降低，所以重力势能减少，速度增大，所以动能增加。故选②。
8．A 解析：当汽车高速行驶时，其速度非常大，动能非常大，若汽车出现刹车失灵，则在发生交通事故时，其能对外做的功多，造成的危害非常大，故在该情况下可以进入避险车道，见题目中的插图，即让汽车的动能转化为重力势能，从而可以快速降低车速，避免交通事故的发生。
9．C 解析：小钢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，故A选项说法正确；球的动能与质量和速度都有关系，故应采用控制变量法，如分别控制小钢球滚下的高度、小钢球的质量等，故B选项说法正确；斜面的光滑程度影响小钢球滚下的速度，木块的质量和软硬影响碰撞的程度，所以在选择实验器材时，需要考虑斜面的光滑程度、木块的质量和软硬等因素，故C选项说法不正确；球滚到水平面上时获得的速度与球在斜面上的初始高度有关，使同一小钢球从不同高度滚下，目的是让小钢球获得不同的运动速度，故D选项说法正确。
10．D 解析：瀑布的水落下时，其高度在减小，速度在增大，故其重力势能减少，动能增加，重力势能转化为动能，答案为D。
11．C 解析：单摆在摆动过程中，从最高点到最低点时速度在增大，高度在减小，重力势能转化为动能，从最低点到最高点的过程中，速度在减小，高度在增加，动能转化为重力势能，即在最高点时重力势能最大，在最低点时动能最大，因此正确的答案是C。
12．D 解析：在小球运动过程中，由于忽略空气阻力和摩擦力，所以小球的机械能保持不变，动能与重力势能相互转化，由A到B和由C到B的过程中，重力势能转化为动能，而由B到C和由B到D的过程中，动能转化为重力势能。在机械能保持不变的情况下，D处高度小于A处高度，故小球在A处的重力势能大于小球在D处的重力势能，所以小球在D处的动能大于小球在A处的动能。正确的选项只有D。
13．D解析：钩码向下拉弹簧，弹簧长度变长，形状发生改变，两个50 g的钩码挂在弹簧测力计下端时，对弹簧的拉力为1N，使弹簧伸长，钩码向下移动，钩码重力势能减小，弹簧弹性势能增大，所以A、B、C说法均正确；钩码质量是钩码本身的一种属性，不能说钩码质量与它受到的重力成正比，应说其重力与质量成正比。答案为D。
14．C 解析：甲处的男演员要想把女演员弹到乙处，由于乙处高于甲处，且存在阻力，所以男演员刚离开跳台时的机械能一定大于女演员的在乙处的机械能，男演员向上跳起时具有动能和重力势能，女演员到达乙处后静止不动，只具有重力势能，所以男演员的体重不一定大于女演员的体重，同时，男演员的重力势能也不一定大于女演员的重力势能，故A、B不符合题意，C符合题意；由于存在阻力，所以女演员弹起时的动能大于她站在乙处时的机械能，D不符合题意。
15．(2)B.2 kg、3 kg C．2 kg、2kg (3)质量 高度
16．(1)斜面OB的倾角θ (2)1、4（或2、5，或3、6） (3)10
解析：(1)由表中实验1、2、3（或4、5、6）可知，在小球质量一定的情况下，斜面倾角越小，小球上升的最大高度越小，由此可知小球在斜面OB上能达到的最大高度与斜面OB的倾角θ有关。
(2)由表中实验1、4或2、5或3、6的数据可知，在斜面倾角一定时，小球质量不同，小球上升的最大高度相同，由此可知：小球在斜面OB上能达到的最大高度与小球质量无关。(3)如果斜面没有摩擦，那么小球在斜面OB上能达到的最大高度是10 cm。
17．(2)大于 正确 (3)速度 OP1 大
解析：小球从斜面上自由滑下的过程中，重力势能转化为动能，从斜面的越高处滑下，运动到C点时的速度越大，则小球从C点抛出后，抛出的水平距离越远；要验证与高度的关系，需要控制小球在C点的抛出速度相同，改变OC的高度，比较小球在C点的速度相同、OC不同时，小球两次的水平距离，即可得出结论。