一、选择题
第 4 节 机械能及其转化
测试时间:15 分钟
下列物体在运动过程中,动能转化为重力势能的是( )
自由下落的雨滴
水平行驶的汽车
向坡底滑行的小车
向上投出的篮球
答案 D 某一物体动能转化为重力势能的过程应是速度减小,高度增加的过程。向上投出的篮球,质量不变,速度减小, 高度增加,则动能减小,重力势能增加,是动能转化为重力势能的过程,D 符合题意。
如图所示,一个小球由静止从光滑曲面的顶端自由滑下,若它在顶端的重力势能为 55 J,则滑到底端的动能是( )
A.45 J B.50 J C.55 J D.60 J
答案 C 小球由静止从光滑曲面顶端滑下,也就是说在顶端时,只有重力势能,滑下过程中重力势能转化为动能,滑到底端时只有动能,故动能为 55 J。
电梯匀速上升过程中,电梯的( )
动能保持不变
机械能保持不变
重力势能保持不变
动能转化为重力势能
答案 A 电梯匀速上升,质量不变,速度不变,故动能保持不变,A 正确;高度增加,重力势能增加,故 C 错误;机械能增加,故 B 错误;动能不变,重力势能增加,故动能没有转化为重力势能,故 D 错误。
玩溜溜球时如果不用力将球向下掷出,球就不能自动回到手上,如图是向下掷出溜溜球后球自动回到手上过程的示意图,
下列有关此过程分析不正确的是( )
球向下运动时,势能转化为动能
在绳全部展开时,球的动能最大
球上升时,提拉绳子可对球做功
球竖直上升时,机械能总量不变
答案 D 球向下运动时,质量不变,高度降低,速度增大,所以势能转化为动能,故 A 正确;在绳全部展开时,球高度最低, 重力势能最小,同时速度最大,所以动能最大,故 B 正确;球上升时,提拉绳子对球有一个向上的力,球在力的方向上通过了距离,所以对球做了功,故 C 正确;球竖直上升时,由于存在空气阻力和绳、轴等部位的摩擦,会有一部分机械能转化为其他形式的能,机械能总量变小,故 D 错误。
如图所示是跳水运动员跳板跳水时的情景,跳板跳水运动有起跳、腾空、落水几个阶段,若不计空气阻力,从腾空到落水的过程中( )
动能增加,机械能增加
重力势能减小,机械能减少
动能先减小后增大,机械能不变
重力势能先减少后增大,机械能不变
答案 C 运动员上升过程中质量不变,速度减小,动能减小;质量不变,高度增大,重力势能增大;达到最高点动能为零。在下降的过程中,质量不变,速度增大,高度减小,动能增大,重力势能减小。在整个过程中,不计空气阻力,机械能是守恒
的,机械能不变。故选 C。
把篮球抛向空中,忽略空气阻力,哪一图线能正确反映球离手后至落回地面前机械能(E)与篮球离地高度(h)的关系( )
答案 A 把篮球抛向空中,忽略空气阻力,只有动能和势能的相互转化,机械能不变。
如图是小明自制的弹弓,小明站在楼上用 20 N 的力将弹弓的橡皮筋拉伸 15 cm,将质量为 20 g 的小石块沿水平方向射
出 20 m,弹弓距离地面的高度为 7 m,关于此过程说法正确的是(g 取 10 N/kg)( )
橡皮筋弹射石块时,对石块做的功为 3 J
橡皮筋弹射石块时,对石块做的功为 400 J
小明拉伸橡皮筋时,对橡皮筋做的功为 140 J
石块下落过程中,重力做功为 1.4 J
答案 D 石块下落过程中,重力做功 W=Gh=mgh=0.02 kg×10 N/kg×7 m=1.4 J。
如图所示,小球在 A 点由静止开始释放,向右侧摆动,B 点是小球摆动的最低点,C 点是小球摆动到右侧的最高点,且 A、
C 两点到 B 点的竖直距离 hA>hC。在小球从 B 点摆动到 C 点的过程中,下列说法正确的是( )
小球的运动状态保持不变
小球的机械能总量逐渐减小
绳的拉力对小球做了功
小球的动能全部转化为重力势能
答案 B 因小球摆动过程中运动方向不断变化,则其运动状态在变化,A 选项错误;小球从 A 到 B 的过程中,大部分重 力势能转化为动能,从 B 到 C 的过程中,大部分动能转化为重力势能,由于有空气阻力,摆动过程中部分机械能转化为内能, 所以机械能总量减少,动能不可能全部转化为重力势能,选项 B 正确,选项 D 错误;绳对小球有拉力,但是拉力的方向与其运动方向时刻垂直,所以绳的拉力对小球不做功,C 选项错误。
步行是一种简易的健身运动,小华根据自己的腿长和步距画出了如图所示的步行示意图,对步行时重心的变化进行了分析,当两脚一前一后着地时重心降低,而单脚着地迈步时重心升高,因此每走一步都要克服重力做功。如果小华的质量为50 kg,根据图中小华测量的有关数据,可计算出他每走一步克服重力所做的功为(g 取 10 N/kg)( )
A.30 J B.300 J C.25 J D.250 J
答案 C 重心升高 h=65 cm-
N/kg×0.05 m=25 J。
二、填空题
(65cm)2 - (25cm)2=5 cm=0.05 m;每走一步克服重力做的功为 W=Gh=mgh=50 kg×10
滚摆从图中的位置 1 静止释放,下降经过位置 2,继续下降,再上升到达最高点 3,这三个位置:滚摆重力势能最大的是 、动能为零的是 、机械能最大的是 。(填写位置序号)
10.答案 1 1 和 3 1
解析 因为存在空气阻力,滚摆在上升和下降的过程中机械能减小了,故每次滚摆上升的最大高度会比前一次低。重力势能的大小与物体的质量和高度有关,滚摆的质量是不变的,故滚摆在位置最高(位置 1)时重力势能最大;滚摆在位置 1 和位置 3 速度都为零,而动能的大小与物体的质量和速度有关,速度为零,动能也为零。因为滚摆在运动的过程中机械能不
守恒,而是一直在减小,故在位置 1 时机械能最大。
在小球从 O 点由静止开始沿 x 轴竖直下落的过程中,小球某种形式的能量 E 随下落高度 x 变化的图象如图所示。若不计空气阻力,那么这种能量是 (选填“动能”、“重力势能”或“弹性势能”)。
答案 动能
解析 小球下落(不计空气阻力)时,重力势能转化为动能,重力势能随着下落高度的增大而减小,动能随着下落高度的增大而增大。分析图象可知,小球的能量 E 随着下落高度的增大而增大,故这种能量是动能。
暴雨天,在山体滑坡的地方,极易发生泥石流。原因之一是,在雨水的作用下,滑坡处的泥石与地面(泥石)之间的
减小了。泥石流在向下游流动的过程中, (填主要的能量转化)。与水流相比,由于相同体积泥石流的质量较大,故具有的 能较大,其造成的破坏和损失更大。因此,暴雨天,尤其在山体滑坡的地方,要加强防范泥石流灾害。
答案 摩擦力 重力势能转化为动能 机械
解析 在雨水的作用下,滑坡处的泥石与地面(泥石)之间的摩擦力减小了;泥石流向下游流动,高度降低,速度变大,重力势能转化为动能;重力势能的大小与质量和高度有关,动能的大小与速度和质量有关,与相同体积的水流相比,泥石流的质量较大,相同的高度,相同的速度,泥石流的重力势能和动能都较大,因此机械能也较大。
如图是自动回转的“魔罐”,橡皮筋两头分别固定在罐子的顶部和底部,中间系一个钩码,当你将“魔罐”在水平地面上滚出后,它能自动滚回来的原因是 能转化为 能,将“魔罐”滚动出去而不是平移出去,目的
是 。
13.答案 弹性势 动 使橡皮筋发生弹性形变,获取弹性势能
解析 “魔罐”在开始滚动的时候,具有动能,滚动的过程中,动能转化为弹性势能,当动能为零时,弹性势能最大,“魔罐” 开始向回滚动,在“魔罐”滚回来的过程中弹性势能减小,动能增大,弹性势能转化为动能;将“魔罐”滚动出去而不是平 移出去,目的是使橡皮筋发生弹性形变,获取弹性势能。
第 4 节 机械能及其转化
基础闯关全练拓展训练
1.(2019 山东滨州滨城一模)2018 俄罗斯世界杯足球赛中,某球员传球时足球的运动轨迹如图所示,下列分析不正确的是
( )
在不计空气阻力的情况下,足球从离开脚后到达最高点的过程中,球的机械能不变
在最高点时,球的动能大于零
足球在下落过程中,脚对足球一直在做功
球在整个运动过程中,运动状态不断改变
答案 C 在不计空气阻力的情况下,足球离开脚后,只有重力势能与动能的转化,所以球的机械能不变,A 说法正确;由图知,球是沿斜上方运动,到达最高点时仍具有向右运动的速度,所以,球的动能大于零,B 说法正确;足球在下落过程中,脚没有对足球施加力的作用,所以脚对球没有做功,C 说法错误;球在整个运动过程中,一直只受向下的重力的作用,所以运动状态不断改变,D 说法正确。
2.(2018 黑龙江哈尔滨道里一模)如图所示的情景中,重力势能转化为动能的过程是( )
答案 D 将弓拉弯时,人对弓做功,弓形状发生改变,产生了弹性势能;松手后,箭离开弓的过程中,弓对箭做功,使箭的速度变大,弓的弹性势能转化为箭的动能,A 不合题意;撑杆跳运动员撑起过程,所处的高度增加,其速度减小,动能转化为重力势能,B 不合题意;杠铃被举起时,其速度变慢,所处的高度增加,动能转化为重力势能,C 不合题意;运动员下落时,所处的高度降低,重力势能减小,其速度增加,动能增加,重力势能转化为动能,D 符合题意。
3.铅球被推出手后,在某一时刻它的动能是 200 J,重力势能是 120 J,此时它的机械能为 J。
答 案 320
解析 铅球的机械能就是其动能和势能之和。
4.(2019 安徽马鞍山一模)如图所示的单摆,如果不考虑空气阻力的影响,小球将在 ABC 间不停地往复运动。小球从 A 运动到
B 的过程中,机械能 (选填“逐渐变小”或“保持不变”);绳子的拉力对小球 (选填“做功”或
“不做功”)。
答案 保持不变 不做功
解析 不考虑空气阻力的影响,小球将在 ABC 间不停地往复运动,机械能守恒,即机械能总量保持不变;单摆摆动过程中, 绳子对小球有拉力的作用,但小球并没有在拉力的方向上移动距离,所以绳子的拉力对小球不做功。
5.简要回答有关水电站的下列问题。
从能量转化的角度说明水电站的工作原理。
建设水电站选址时,从能量利用角度来看,你将选择图甲所示的 A 址还是选择图乙所示的 B 址?并说明理由?
答案 (1)水从高处流下,水的重力势能转化为动能,水流推动水轮机发电,水的动能转化为电能。
(2)B 址,理由见解析。
解析 (1)水电站是通过将水的重力势能转化为动能再转化为电能来发电的;(2)B 址与水库的高度差比 A 址与水库的高度差大,相同质量的水流下时转化成的动能更多,转化成的电能也就相应多。
能力提升全练拓展训练
1.弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结构如图甲所示。图乙是小希玩弹跳杆时由最低位
置上升到最高位置的过程,针对此过程,下列分析正确的是 ( )
在 a 状态时弹簧的弹性势能最大,小希的机械能为零
a→b 的过程中,弹簧的弹力越来越大,在 b 状态时弹力最大
b→c 的过程中,弹簧的弹性势能转化为小希的重力势能
a→c 的过程中,小希先加速后减速,在 b 状态时速度最大
答案 A 由图可知,a 状态时弹簧的形变程度最大,弹簧的弹性势能最大,小希处于最低位置,高度为 0、速度为 0,故小希的重力势能和动能均为 0,由于小希的机械能等于动能加重力势能,所以小希的机械能为零,故 A 正确。a→b 的过程中, 弹簧的形变程度变小,所以弹簧的弹力越来越小,到达 b 状态时,弹簧恢复到原长,所以此时弹力为 0,故 B 错误。b→c 的过程,即离开地面上升的过程,小希的速度减小,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小希的重力势能,故 C 错误。a→b 的过程中,开始一段时间内,弹簧的形变量较大,向上的弹力大于向下的重力,小希做加速运动, 随着弹簧形变量的减小,弹力减小,当弹力等于重力时,小希的速度达到最大,弹力继续减小,向上的弹力小于向下的重力时,小希做减速运动,而 b→c 的过程中,小希在重力作用下做减速运动,所以,a→c 的过程中,小希先加速后减速,在 b 状态时速度并不是最大(此时只受重力作用,处于减速阶段),故 D 错误。
2.(2018 四川成都中考)如图所示,小邦在国色天乡玩蹦极,不考虑空气阻力,关于他在下降过程中的能量分析,下列说法正确的是( )
弹性绳绷直前,重力势能增大,动能减小
弹性绳绷直前,重力势能减小,动能不变
下降到最低点,动能最小,弹性势能最大
下降到最低点,重力势能最大,弹性势能最小
答案 C 弹性绳绷直前,人在重力作用下加速下落,重力势能减小,动能增大,A、B 错误;绳绷直后,人继续下落,弹性绳的伸长量逐渐增大,对人向上的拉力逐渐增大,下降到最低点,人的速度为零,此时人的重力势能最小,动能最小,弹性绳的弹性势能最大,C 正确,D 错误。
3.(2019 河北石家庄新华一模)图中 AOB 是光滑轨道,A 点的高度大于 B 点的高度,让小球由 A 点静止开始自由落下,沿轨道
AOB 到达 B 点后离开(不计空气阻力),从 A 点到 O 点的过程中 能转化为 能,小球到达 B 点后由于 会继续运动,它的运动轨迹 a、b、c、d 最符合实际的是 。
答案 重力势 动 惯性 c
解析 因为不计空气阻力,AOB 完全光滑,小球运动时其机械能守恒;从 A 点到 O 点的过程中,高度变小,重力势能转化为动能;小球到达 B 点后由于惯性,仍要保持原来的运动状态,所以会继续运动;小球离开 B 点后,仍然运动,具有动能,它会沿原来的方向斜向上运动,d 不符合题意,动能转化成重力势能,到达最高点后,仍然具有水平方向的速度,故动能不能全部转化成重力势能,所以小球不会达到与 A 点等高的位置,a、b 不符合题意,正确满足这个条件的只有曲线 c。
三年模拟全练拓展训练
1.(2019 湖北仙桃一模,8,★☆☆)如图所示,先用绳子把一个铁锁悬挂起来,然后把铁锁拿到紧挨自己的鼻子,松手后,铁锁
向前摆动又摆回来。有关铁锁在摆动过程中的能量转化,下列说法正确的是( )
铁锁下降到最低点,动能最小
铁锁上升到最高点,重力势能最小
铁锁下降过程中,重力势能转化为动能
铁锁回摆后能碰到鼻子,因为铁锁的机械能始终不变
答案 C 铁锁下降到最低点时,重力势能转化成动能,其动能最大,故 A 错误、C 正确;铁锁上升到最高点,高度最大,其重力势能最大,故B 错误;铁锁在摆动过程中不断克服空气阻力做功,机械能减小,所以铁锁回摆后不能碰到鼻子,故D 错误。
2.下列关于机械能的说法中正确的是( )
“弓开如满月,箭去似流星”,在将箭射出时,弓的弹性势能转化为箭的动能
“飞流直下三千尺,疑是银河落九天”,在水下落过程中是弹性势能转化为动能
骑自行车的人在奋力蹬车前进时,是人的重力势能转化为车的动能
荡秋千时,当秋千在最高处时,动能最大,重力势能最小
答案 A 箭射出去时,弓的形变程度变小,弹性势能减小;箭由静止变为运动,动能增大;弓的弹性势能大部分转化为箭的动能,故 A 正确。
3.(2019 安徽亳州蒙城一模,8,★☆☆)图甲所示是小明从家到学校的一条水平公路,爱动脑筋的他做了这样的设想:要是将从家到学校的路挖成一个“V”字形,如图乙所示,那么只要从家骑上自行车后,不用刹车也不用蹬脚踏板,等车停下来就可以到达学校了。请你从能量转化与守恒的角度分析小明的设想在现实生活中不能实现的原因
是 。
答案 自行车对外做了功,自身的机械能减少
解析 骑车过程中要克服车轮与地面、转轴间的摩擦和空气阻力做功,使自身的机械能减小,所以不蹬脚踏板不能到达学校。
4.2016 年 4 月 24 日定为首个中国航天日,是为了纪念我国首枚人造卫星东方红一号发射成功, 卫星加速升空的过程中重力势能 ,动能 ,机械能 。(均选填“变大”“变小”或“不变”) 答案 变大 变大 变大
解析 卫星加速升空的过程中,质量不变,速度变大,高度变大,故动能和重力势能均变大,而机械能=势能+动能,所以机械能也变大。
5.(2018 广东广州模拟,25,★★☆)如图是一则公益广告:现如今随着入住高楼的人们越来越多,高空抛物的现象也屡屡发
生。高空抛物有非常大的危险性,一个鸡蛋从 18 楼抛下来就可以砸碎行人头骨。请从能量的角度解释高空落下的鸡蛋能砸伤人的原因。(4 分)
答案 见解析
解析 高空中的鸡蛋具有很大的重力势能,下落过程中重力势能大部分转化为动能,在落地前鸡蛋具有很大的动能,砸向行人时会造成较大的伤害。
五年中考全练拓展训练
1.(2019 湖南长沙中考,24,★☆☆)下列有关机械能及其转化的说法正确的是( )
弯弓射箭,箭的动能转化为弓的弹性势能
拦河大坝使上游的水位升高,提高了水的重力势能
蹦床运动员从高处落下,其动能转化为重力势能
人造卫星从近地点飞向远地点时势能减小,动能增大
答案 B 将弓拉弯时,人对弓做功,弓形状发生改变,产生了弹性势能;松手后,弓对箭做功,弓的弹性势能转化成箭的动能,故A 错误;拦河坝为了提高上游水位,质量一定,高度越高,水的重力势能越大,故 B 正确;从最高处落下,运动员的质量不变,高度减小,重力势能减小,转化成了动能,运动员的速度增大,故 C 错误;人造卫星从近地点飞向远地点时高度增大, 重力势能增大,故D 错误。
2.如图所示,直升机悬停在空中,下列对直升机能量的分析,正确的是( )
直升机具有重力势能
直升机的动能不断转化为重力势能
直升机的重力势能不断转化为动能
直升机的机械能在不断增大
答案 A 直升机悬停在空中,故具有重力势能;由于质量、高度和速度保持不变,故重力势能和动能保持不变,所以机械能也保持不变。综合分析可知 A 选项正确,B、C、D 选项错误。
3.(2019 山东烟台中考,8,★☆☆)如图所示,小球沿轨道由静止从 A 处经 B、C 运动到 D 处的过程中,忽略空气阻力和摩擦力, 则( )
小球在 A 处的动能等于在 D 处的动能
小球在 A 处的动能大于在 D 处的动能
小球在 B 处的机械能小于在 C 处的机械能
小球在 B 处的机械能等于在 C 处的机械能
答案 D 忽略空气阻力和摩擦力时,机械能守恒,则小球在运动过程中重力势能和动能相互转化,但机械能总量不变。
4.图为某蹦床运动员从床面上 A 点起跳后腾空瞬间的照片,根据照片信息估测此时运动员脚尖到床面的距离约为 (选填“0.8 m”“1.8 m”或“3.8 m”);运动员在空中下落的过程中,他的 能转化为动能。
答案 1.8 m 重力势
解析 蹦床运动员的身高约 1.7 m,脚尖到床垫的距离和身高差不多,所以约为 1.8 m;运动员在高处具有重力势能,在下落时重力势能转化为动能。
5.(2018 四川广安中考,16,★☆☆)小明站在匀速上升的观光电梯里,此时他的重力势能增大,动能 (选填“增
大”、“减小”或“不变”);用吸尘器“吸”灰尘时,灰尘是由于空气流速越大,压强 被“吸”入吸尘器的。答案 不变 越小
解析 小明站在匀速上升的观光电梯里,他的速度和质量都不变,故动能不变;用吸尘器“吸”灰尘时,吸尘器内空气流速大、压强小,吸尘器外的空气流速小、压强大,在压强差的作用下灰尘被“吸”入吸尘器中。
6.如图所示,是承承在乒乓球比赛中,高抛发球时的情景。不计空气阻力,请你回答下列问题:
在乒乓球上升的过程中,乒乓球的能量是如何转化的?其机械能如何变化?
乒乓球运动到最高点时,是否处于平衡状态?请说明理由。
答案 (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的动能转化为重力势能,由于不计空气阻力,则机械能不变。
(2)乒乓球运动到最高点时,处于非平衡状态,因为乒乓球此时只受重力的作用。
解析 (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的质量不变,速度变小,动能减小,同时高度升高,重力势能变大,动能转化为重力势能;机械能为动能和势能之和,不计空气阻力,机械能不变;(2)见答案。
