第3章 能量的转化与守恒
第2节 机械能(第1课时)
一、机械能分类
动能和势能统称为________。
1．动能：物体由于________而具有的能。
2．重力势能：物体由于被________而具有的能。
弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能。
二、动能和势能影响因素的探究
1．影响动能的因素是物体的________和________。质量相同时，速度大的物体具有的动能大；速度相同时，质量大的物体具有的动能大。
2．影响重力势能的因素是物体的________和________。质量相同时，高度大的物体重力势能大；高度相同时，质量大的物体重力势能大。
3．同一物体的________越大，其弹性势能越大。
A组 基础训练
1．若甲物体的速度比乙物体的速度大，则( )
A．甲物体的动能一定比乙物体的动能大
B．乙物体的动能一定比甲物体的动能大
C．甲、乙两物体的动能一定相等
D．甲、乙两物体的动能无法比较
2．(杭州中考)如图所示是蹦床运动员表演的情景，运动员从最低点到达最高点的过程中，运动员的动能和重力势能变化情况分别是( )
A．动能减小，重力势能增大
B．动能增大，重力势能减小
C．动能先增大后减小，重力势能增大
D．动能先减小后增大，重力势能减小
第2题图
3．小松妈妈去百货大楼购物，自动扶梯把她从一楼匀速送到二楼的过程中，她的( )
A．动能增大，势能增大，机械能增大
B．动能增大，势能增大，机械能不变
C．动能不变，势能增大，机械能不变
D．动能不变，势能增大，机械能增大
4．现代农业利用喷药无人机喷洒农药，安全又高效，如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药，此过程中，喷药无人机的( )
第4题图
A．动能减小、重力势能减小
B．动能减小、重力势能不变
C．动能不变、重力势能减小
D．动能不变、重力势能不变
5．扬州城区的高层建筑越来越多，但高空抛物却存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的( )
A．弹性势能 B．重力势能 C．体积 D．阻力
6．下列物体具有动能的是( )
A．静止不动的课桌 B．挂在树上的椰子
C．拉长了的橡皮筋 D．正在行驶的汽车
7．如图是物体在空中飞行过程中动能Ek随时间t变化的曲线，运动的物体可能是( )
A．由静止下落的乒乓球
B．竖直向上垫起的排球
C．离开脚后在地上滚动的足球
D．从肩上斜向上投掷出去的铅球
第7题图
第8题图
8．如图为自动垂直升降式车库的停车过程示意图。下列关于汽车匀速上升时的说法，正确的是( )
A．动能增加，重力势能不变
B．动能增加，重力势能增加
C．动能不变，重力势能不变
D．动能不变，重力势能增加
9．洒水车沿街道匀速行驶，将水洒向路面。在此过程中，它的动能将________，这是因为__________________________。质量较大的喜鹊与质量较小的燕子在空中飞行，如果它们的动能相等，那么________飞得快。
10.利用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”。将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L都相同，θ1＜θ2，小球A、B的质量分别为mA、mB(mA＜mB)。
第10题图
(1)如图甲、乙所示，同时释放A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置。这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的________无关。
(2)如图甲、乙所示，观察到B球能将木块C撞得更远。由此可得出结论：________________________________________________________________________。
(3)图乙中小球B到达竖直位置时的速度________(填“大于”、“小于”或“等于”)图丙中小球B到达竖直位置时的速度。
(4)如图乙、丙所示，丙中木块C滑行得更远些，由此可得出结论：___________________。
B组 自主提高
11．改革开放以来，我国的航天事业得到了空前的发展，并取得了举世瞩目的成就。如图所示为我国神舟号飞船返回舱减速降落的情景。返回舱在此过程中( )
第11题图
A．动能减小，重力势能减小
B．动能增大，重力势能增大
C．动能不变，重力势能减小
D．动能减小，重力势能不变
12．用如图所示的装置探究“物体动能的大小与什么因素有关”，下列说法正确的是( )
第12题图
A．实验中探究的是木块的动能
B．实验中木块被撞得越远，说明钢球对木块做的功越多，钢球的动能就越大
C．研究动能大小与速度的关系时，应该让钢球从斜面的相同高度处由静止滚下
D．实验时若木块与水平面间无摩擦，仍然可以得出实验结论
13．我们知道，动能的大小与物体的质量、速度有关。那么，哪个因素对动能的影响更大呢？对表中数据进行分析，能初步得出：________对动能的影响更大。
物体 动能
抛出去的篮球 约30J
行走的牛 约60J
百米冲刺时的运动员 约4000J
第14题图
14．在探究动能大小与质量关系的两次实验中，小球从同一高度由静止开始释放时的场景如图所示，木板固定在水平面上。该实验中小球的动能是由______________转化而来的，实验时是通过比较木块在木板上滑行的________来比较动能大小的。图中错误的操作是________________________________________________________________________。
改正错误后进行实验，发现乙图木块滑出得远些，则可以得出结论：__________________。
第15题图
15．小江同学利用一个弹珠、三根材料和厚度相同、长宽不同的橡皮条，探究“橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系”。他依次将橡皮条固定在弹弓上，如图所示，在弹性范围内，拉伸相同的伸长量，将弹珠在同一位置沿水平方向弹射出去，测得弹射的水平距离，数据如下表：
次数 橡皮条 橡皮条宽/cm 橡皮条长/cm 弹射的水平距离/m
1 a 0.50 20.00 10.10
2 b 0.50 30.00 8.20
3 c 1.00 20.00 14.00
请回答以下问题：
(1)实验中，是通过比较_________________________来间接反映橡皮条的弹性势能大小。
(2)比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的________有关。
(3)比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能还与橡皮条的________有关。
(4)用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最大的橡皮条是________。
A．窄面长的 B．宽面长的 C．窄面短的 D．宽面短的
16.小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。
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的下落高度有关
猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关
第16题图
为此小夏设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)。
实验数据如下表：
实验序号 铅球代号 铅球质量/g 下落高度/m 陷入沙中的深度/m
① A 200 0.5 0.1
② B 400 0.5 0.25
③ C 200 1 0.2
④ D 200 1 0.2
(1)本实验中，采用的研究问题的方法是__________。(写出一种方法即可)
(2)本实验中，铅球的重力势能大小是通过______________________来反映的。
(3)为验证猜想二，应比较________(填实验序号)，得到的结论是：当质量相同时，________________________________。
(4)比较③④，得到的结论是_________________________________________________。
(5)经进一步实验和分析，小夏大胆给出重力势能(Ep)的表达式“Ep＝mgh”，并去办公室询问了老师，得以证实，小夏高兴不已，回到教室后，根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面的动能，其中B球的动能为________J。(忽略空气阻力，g＝10N/kg)
参考答案
【课堂笔记】
一、机械能 1.运动 2.举高
二、1.质量 速度 2.质量 高度 3.弹性形变
【课时训练】
1—5.DCDAB 6—8.DDD
9．减小 洒水车的质量减小了 燕子
10．(1)质量 (2)速度相同时，物体质量越大，动能越大 (3)小于 (4)质量相同时，物体速度越大，它的动能就越大
11—12.AB
13．速度
14．重力势能 距离 未保持木块初始位置相同 在速度相同的情况下，质量越大，动能越大
15．(1)弹珠被弹射的水平距离 (2)长度 (3)宽度 (4)D
16．(1)控制变量法 (2)铅球陷入沙中的深度 (3)①③
物体所处的高度越高，重力势能越大 (4)物体的重力势能与物体运动的路径无关 (5)2
第2节 机械能(第2课时)
机械能守恒
1．物体通常既具有动能，又具有势能。
2．当物体只受重力和弹性力时(不受阻力时)，机械能总量________，即动能减少了多少，势能就增加多少；势能减少了多少，动能就增加多少。
A组 基础训练
第1题图
1．(盘锦中考)如图所示为小球在地面弹跳的频闪照片。根据此图，以下分析正确的是( )
A．小球在下落时，它的重力势能减小，动能不变
B．小球在上升时，它的重力势能减小，动能减小
C．小球在弹跳过程中，它的高度下降，机械能减小
D．小球在弹跳过程中，它的高度下降，机械能不变
2．如图为一种充满刺激的游戏项目云霄飞车。那种风驰电掣、有惊无险的快感令人着迷。游戏中通常先由电动机将设备和人提升到最高处后释放，人随设备飞速滑落并依次绕过不同的轨道。对于这一游戏过程，下列说法中正确的是( )
第2题图
A．在轨道的最高点，人的动能最大
B．在轨道的最低点，人的重力势能最大
C．在轨道上加速下滑时，人的重力势能减小，动能增大
D．电动机将设备和人匀速提升过程中，人的机械能不变
第3题图
3．(宁德中考)如图所示是北斗导航系统某一卫星的轨道示意图。已知该卫星沿椭圆轨道绕地球运行的过程中机械能守恒。该卫星从远地点向近地点运行过程中，重力势能、动能、速度的变化是( )
A．重力势能增加、动能减小、速度减小
B．重力势能增加、动能减小、速度不变
C．重力势能减小、动能增加、速度增加
D．重力势能不变、动能不变、速度不变
4．如图所示，斜面与水平面在M点通过小圆弧相连，弹簧左端固定，原长时右端在N点，小物块从斜面上P点由静止滑下，与弹簧碰撞后又返回到P点，则不正确的是( )
第4题图
A．小物块从P点向M点运动过程中，重力势能减小
B．小物块从P点向M点运动过程中，机械能减小
C．小物块从P点向N点运动过程中，机械能不变
D．弹簧被压缩到最短时，弹簧的弹性势能最大
5．如图所示的光滑轨道，BC为水平面，小球从A点静止释放运动到C点的过程中，小球的动能和重力势能的变化情况是( )
第5题图
A．A到B小球的重力势能不变
B．A到B小球的动能减少
C．B到C小球的重力势能增大
D．B到C小球的动能不变
第6题图
6．如图所示，木块沿斜面从顶端匀速下滑的过程中，木块的( )
A．重力势能减小，动能增大
B．重力势能减小，机械能减小
C．动能不变，机械能不变
D．重力势能不变，机械能减小
7．平昌冬奥会越野滑雪比赛中，如图所示，运动员(图中用小球代替)以初速度v沿着凹凸不平的滑道从a点滑到d点的过程中( )
A．运动员在b、d两点的动能相等
B．运动员从b点到c点的过程中机械能减小
C．运动员在a、d两点的动能相等
D．运动员从c点到d点的过程中重力势能减小
第7题图
第8题图
8．质量为m的小环穿在固定的光滑曲杆上，从某点A静止释放后沿曲杆运动，如图所示。不计空气阻力，下列说法正确的是( )
A．只要A点高于D点，小环就能到达D点
B．若小环能到达D点，离开D点后将竖直向下运动
C．小环从A点到D点，重力势能一直减小，机械能不变
D．小环从A点到B点，动能一直增加，机械能不变
9．如图所示，物体M与弹簧一端相连，系在绳子末端的小球从A处由静止开始释放，经最低点B，撞击物体M后反弹，并使M在光滑水平面上向右运动，最终到达最右端D点。(图中C点是弹簧原长时的末端，均不计空气阻力)
第9题图
(1)小球从A到B的过程中，能量的转化情况是____________________。
(2)小球在最低点B时，受到的力________(填“是”或“不是”)平衡力。
(3)物体M从C到D的过程中，动能大小变化情况是__________(填“一直变大”、“一直变小”或“先变大后变小”)。
10.在同一粗糙水平面固定两个不同斜面，小华同学研究相同的两个小球A、B分别沿不同的斜面运动，用频闪照相机每隔0.1s拍摄了小球滚动时的不同位置，图上数字为闪光时刻编号，位置间距如图所示。
第10题图
(1)甲图中A球在斜面上运动的速度________(填“增大”、“减小”或“不变”)，机械能________(填“增加”、“减小”或“不变”)。
(2)乙图中小球B从2位置运动到4位置的这段时间内平均速度v＝________m/s，小球B沿斜面运动过程中的动能________，重力势能________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)若两个小球从斜面上运动到斜面底部时与相同的木块碰撞，碰撞之后图________(填“甲”或“乙”)中木块运动距离较大。
B组 自主提高
第11题图
11.如图，小球先以速度v竖直向上抛出，后以速度v沿光滑斜面向上运动(斜面足够长)，两次上升的高度分别为h1和h2，则h1和h2的关系是( )
A．h1>h2 B．h1
12.如图甲所示，一根轻质(质量忽略不计)弹簧竖直固定在水平面上。t＝0s时，将一个重为60N的金属小球从弹簧正上方某处由静止释放，小球下落压缩弹簧至最低点后，又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出该过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示，则下列说法中错误的是( )
A．t2时刻小球的动能最小
B．t2到t3时间内，小球的动能先增加后减小
C．t2到t3时间内，弹簧减少的弹性势能等于小球增加的动能
D．小球在运动过程中，惯性大小始终不变
第12题图
第13题图
13.原长为l的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个小钢球，将钢球从O点释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距离为2l，如图所示。则能反映钢球从O点运动到A点的过程中，其动能Ek随运动距离s变化的关系图像可能是( )
第14题图
14.图甲是投掷实心球的场景(不计空气阻力)。小明分析了实心球自脱手至落地过程的能量转化，画出了其势能的大小随时间变化的曲线如图乙。班中其他同学也模仿着画出此过程中实心球动能的大小随时间变化的大致曲线如图丙①②③，请选出其中正确的曲线________(填“①”、“②”或“③”)，并说明理由。理由：_________________________
________________________________________________________________________。
15.如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在一压力传感器上，压力传感器是电阻阻值随受到压力的增大而减小的变阻器(压力不超过最大值)，压力传感器、电流表、定值电阻和电源组成一电路。压力传感器不受力时电流表示数是I0。t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。整个过程中，不计能量损失，电流表示数I随时间t变化的图像如图乙所示。回答下列问题。
第15题图
(1)0～t1这段时间内，说明小球的动能和重力势能变化及理由。
(2)说明弹性势能最大的时刻及理由。
参考答案
【课堂笔记】
2．保持不变
【课时训练】
1—5.CCCBD 6—8.BBD
9．(1)重力势能转化为动能 (2)不是 (3)一直变小
10．(1)不变 减小 (2)0.8 增大 减小 (3)乙
11—13.CCD
14．② 实心球在上升的过程中，速度越来越小，动能越来越小；当上升到最高点时，水平方向上速度不为零，此时动能达到最小值但不为0；在下落的过程中，速度越来越大，动能越来越大
15．(1)小球的动能和重力势能变化：重力势能转化为动能，并且减小的重力势能等于增大的动能；t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度由静止释放；t1时刻时，电流表示数为I0，表示压力传感器不受力，也就是小球没有落在弹簧上，小球处于下落状态，在此过程中，小球质量不变，速度不断变大，高度不断降低，所以不计能量损失，重力势能转化为动能，并且减小的重力势能等于增大的动能。 (2)弹性势能最大的时刻为t2时刻；t2时刻时，电流表示数最大，表示压力传感器的电阻阻值最小，表明压力传感器受到的压力最大，说明此时小球把弹簧压缩到最低点，弹簧的弹性形变程度最大，弹性势能最大。
