第2节 机械能(2)
[学生用书A32]
1．[2019·潍坊]无人机已被应用于诸多领域，如图所示是一款四翼无人机。在无人机匀速上升过程中，对其分析正确的是( C )
图3－2－11
A．质量增加
B．动能增加
C．重力势能增加
D．机械能不变
2．[2019·杭州押题]学校举行运动会，九(1)班李雷同学在跳远运动的几个阶段如图所示，则他( D )
图3－2－12
A．在助跑阶段机械能不变
B．在起跳时机械能为零
C．经过最高点时动能最大
D．经过最高点时重力势能最大
3．[2019·淄博]如图所示，小球沿轨道由静止从A点向D点运动的过程中(小球和轨道间存在摩擦)，下列说法错误的是( C )
图3－2－13
A．小球在A点的重力势能最大
B．小球在B点的速度最大
C．小球在C点和B点的机械能相等
D．小球不能到达D点
4．[2019·兰州改编]关于机械能及其转化，下列说法中不正确的是( C )
A．冰壶从离开手到停下来的过程中，机械能逐渐减小
B．降落伞匀速下降的过程中，重力势能变小，动能不变
C．只要物体的位置发生变化，物体的重力势能就一定会发生变化
D．电梯匀速上升时，动能不变，重力势能增大，机械能增大
5．[2019·宁波模拟]网球落到水平地面后又会跳起来。如图是用频闪照相机拍摄的记录一只网球落地后运动过程的照片，照片中位置1和位置2高度相等，位置3高于位置1和2。则( B )
图3－2－14
A．该网球在位置1、2和3的机械能相等
B．该网球在位置1、2和3时，位置3的动能最小
C．该网球在位置1、2和3时，位置3的重力势能最小
D．该网球在位置1、2的机械能相等，在位置3的机械能最大
6．[2019·永康模拟]“低碳生活，绿色出行”的理念正逐渐被人们所接受。同学们骑“共享单车”时发现，自行车的轮胎和脚蹬上都有凹凸不平的花纹，这是为了增大__摩擦力__；有时骑自行车下陡坡，没有踩踏脚蹬速度会越来越快，这是因为__重力势能转化为动能__(从能量转化的角度分析)。
7．甲站在0.5m/s匀速上行的自动扶梯上，乙站在0.7m/s匀速下行的自动扶梯上。甲的质量小于乙的质量，某时刻他们的位置如图所示，该时刻甲的重力势能__小于__乙的重力势能，甲的机械能__小于__乙的机械能。(均选填“大于”“等于”或“小于”)
图3－2－15
8．[2019·泰安]如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是( B )
图3－2－16
A．弹簧被压缩到最短时，弹性势能最小
B．小物块从c向a运动的过程中，重力势能减小
C．小物块从b向a运动的过程中，动能增加
D．小物块在整个运动过程中，机械能守恒
9．“套圈”被抛出后的运动轨迹如图所示(不计空气阻力)，下列说法正确的是( D )
图3－2－17
A．“套圈”由a到b的过程中，动能逐渐增大
B．“套圈”在b点的机械能大于在a点的机械能
C．“套圈”由b到c的过程中，机械能逐渐变小
D．“套圈”由a到b再到c的过程中，重力势能先变大后变小
10．[2019·杭州富阳区期中]如图所示，小球在A点由静止释放后向右侧摆动，B点是小球摆动的最低点，C点是小球摆到右侧的最高点，且A、C两点到B点的竖直距离hA＞hC。下列说法中不正确的是( C )
图3－2－18
A．A点的机械能最大
B．小球的机械能总量逐渐变小
C．小球的机械能总量保持不变
D．小球的动能和重力势能可以相互转化
11．[2019·绍兴押题]如图所示，是将橡胶球于水面之上一定高度a处静止释放的情景，其中c点表示橡胶球第一次刚接触水面，d点表示橡胶球所能到达的水面下最深处，b点表示橡胶球第一次反弹上来的最高位置(整个过程不计空气阻力)。
图3－2－19
(1)橡胶球从a点运动到第一次反弹上来的最高位置b点的整个过程中，橡胶球的机械能__不守恒__(选填“守恒”或“不守恒”)。
(2)橡胶球在下落时第一次刚接触水面c点时的动能__大于__(选填“大于”“小于”或“等于”)反弹上来到达c点时的动能。
【解析】
(1)a点是释放时小球的最高点，b点是第一次反弹起来的最高点，两者动能都为0，即两者的重力势能等于机械能。因为b点的高度小于a点的高度，所以b点的重力势能小于a点的重力势能，即b点的机械能小于a点的机械能，所以小球的机械能不守恒。(2)小球在下落时第一次刚接触水面c点后到反弹起来到达c点的过程中，它受到水的阻力作用，机械能减小，因此第一次接触c点时的动能大于反弹起来到达c点时的动能。
12．蹦极是一项极限运动。如图所示是蹦极的简化示意图，弹性绳一端固定在O点，另一端系住运动员，运动员从O点自由下落，A点处弹性绳自然伸直。B点是运动员受到的重力与弹性绳对运动员拉力相等的点，C点是蹦极运动员到达的最低点，运动员从O点到C点的运动过程中忽略空气阻力，则从O点到C点运动员动能__先增大后减小__；重力势能__一直减小__；从A点到C点的过程中弹性绳的弹性势能__一直增大__。(均选填“一直减小”“一直增大”或“先增大后减小”)
图3－2－20
13.如图所示，小雨在公园里滑滑梯，他分别沿三条长短不同的路径滑到地面，在不考虑摩擦和空气阻力的情况下，他到达滑梯最底端时的速度大小是相同的，请解释原因。
图3－2－21
【答案】
滑梯的高度一定，小雨的质量一定，所以小雨下滑前的重力势能一定。不考虑摩擦和空气阻力，机械能是守恒的，因此到达滑梯最底端时小雨的动能相同，速度大小相同。
14．【核心素养：科学思维】
[2019·宁波校级二模]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，则( C )
图3－2－22
A．t1时刻，小球的动能最大
B．t2时刻，弹簧的弹性势能最小
C．t2～t3这段时间内，弹簧的弹性势能逐步减少
D．t2～t3这段时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能
15．【核心素养：实验探究】
[2018·潍坊]某同学在探究弹性势能大小与形变量的关系时，猜测弹性势能可能与形变量x成正比，也可能与形变量的平方x2成正比。用如图装置进行探究，将弹簧套在光滑竖直杆上且底端固定在水平面上，刻度尺与杆平行，进行了如下操作：
图3－2－23
①弹簧处于自由状态时，读出其上端距水平面的高度h0；
②将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出此时弹簧上端到水平面的高度h1；
③释放小铁块，当铁块上升到最大高度时，读出铁块下端到水平面的高度h2；
④改变弹簧的压缩长度，重复步骤②③，将测出的数据记录在表格中，并计算出弹簧的形变量x、形变量的平方x2和小铁块上升的距离Δh。
实验次数
h0(m)
h1(m)
h2(m)
x(m)
x2(m2)
Δh(m)
1
0.50
0.40
0.55
0.10
0.01
0.15
2
0.50
0.30
0.90
0.20
0.04
0.60
3
0.50
0.20
1.55
0.30
0.09
1.35
4
0.50
0.15
2.00
0.35
0.12
1.85
(1)实验中弹簧的形变量x＝__h0－h1__(用所测物理量符号表示)。
(2)本实验中，弹簧弹性势能大小是通过__D__来间接反映的。
A．h1
B．h2
C．h2－h0
D．h2－h1
(3)该同学根据表中数据分别作出图乙Δh－x和图丙Δh－x2图像，由此得到的结论是弹簧弹性势能的大小与__形变量的平方(x2)__成正比。第2节 机械能(1)
[学生用书B30]
1．高空抛物是极不文明的行为，会造成很大的危害。因为高处的物体具有较大的( B )
A．弹性势能
B．重力势能
C．体积
D．重力
2．如图所示，运动员在射箭比赛时总是要把弓拉得很弯，其主要目的是( C )
图3－2－1
A．增大箭的弹性势能
B．增大箭的重力势能
C．增大弓的弹性势能
D．使箭沿直线运动
3．[2019·郴州]一架飞机在高空中水平匀速飞行，向灾区投放救灾物资。该飞机在此过程中( B )
A．动能不变
B．动能减小
C．重力势能不变
D．重力势能增大
4．[2018·杭州西湖区校级月考]关于弹性势能，下列说法正确的是( D )
A．当弹簧变长时，它的弹性势能一定增大
B．弹性势能的大小跟使弹簧发生形变的物体有关
C．弹性势能的大小与弹簧原来的长度有关
D．同一根弹簧，在压缩和伸长相同长度时(均在弹性限度内)弹性势能的大小是相等的
5．[2019·临沂改编]如图所示，在“探究动能的大小跟哪些因素有关”的实验中，下列说法正确的是( D )
图3－2－2
A．实验所用斜面和水平面都必须是光滑的
B．木块向前滑行的过程中动能保持不变
C．小球质量越大，到达斜面底端的速度越大
D．木块被撞击后滑行的越远，说明小球的动能越大
6．下列四幅图片是生活和生产中的场景，对其能量变化的描述中，错误的是( A )
图3－2－3
A．图甲中，货物被匀速提高后动能增加了
B．图乙中，列车速度增大后动能增加了
C．图丙中，握力计发生变形后弹性势能增加了
D．图丁中，飞机升空后重力势能增加了
7.如图所示，氦气球释放后，若它的运动可看成是匀速上升，则上升过程中氦气球的动能__不变__，机械能__增大__。(均选填“增大”“不变”或“减小”)
图3－2－4
8．[2019·杭州押题]某同学在探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验中，所用的实验装置如图所示。A为小球，B为木块。
图3－2－5
次数
小球的质量m
小球下落的高度h
小球到达底端的速度v
木块移动的距离s(cm)
小球的动能Ek
1
大
h0
v0
60.8
最大
2
中
h0
v0
48.2
大
3
小
h0
v0
24.5
较小
(1)根据该同学设计的实验数据表格，可以看出，他的猜想是：物体动能大小与__(小球的)质量__有关。
(2)本实验中，小球下落的高度h都放置为h0的目的是__控制小球刚进入水平面时的(初)速度相同__。
(3)如果第1次实验中，木块运动到了长木板的末端之外，在不更换实验器材的条件下，解决的办法是__降低小球开始下落时的高度__。
9．[2019·长春]2019年6月5日，我国航天完成首次海上发射，用长征十一号运载火箭将七颗卫星送入太空。火箭加速升空过程中，这七颗卫星的动能( C )
A．变小
B．不变
C．变大
D．无法判断
10．[2018·襄阳]在排球比赛中，小明把排球竖直向上抛出，排球在运动中动能E随时间t变化的图像最接近的是( A )
A
B
C
D
11．[2019·德清二模]如图为农用扬场机的示意图。谷物脱粒后，谷粒、糠皮及少量碎石的混合物在快速转动的轮轴和皮带的带动下被抛出，谷粒、糠皮、碎石落地的远近不同，从而形成1、2、3三堆，达到分离的目的。其中2是__谷粒__。从能量的角度看，它们在运动过程中能够分离，是因为__动能不同__。
图3－2－6
12．小明看到运动员拉弓射箭时，弓拉得越弯，箭射得越远。小明猜想：弹性势能的大小可能与物体的弹性形变程度有关。
图3－2－7
(1)为验证其猜想是否正确，他设计了如下实验(弹簧被压缩后未超过其弹性限度)：如图所示，将同一个弹簧压缩__不同__(选填“相同”或“不同”)的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰撞处于同一位置的相同木块，分析比较木块__移动的距离__，从而比较弹性势能的大小。
(2)若水平面绝对光滑，本实验将__不能__(选填“能”或“不能”)达到探究目的。
13．[2019·天津]小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：
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所在高度有关。
为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌的桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。
图3－2－8
按上述方案进行实验，其实验数据如表所示。
实验序号
铁块质量m(g)
铁块距桌面高度H(cm)
桌腿进入沙子的深度h(cm)
①
20
20
1.9
②
20
30
2.9
③
20
40
3.8
④
30
20
2.9
⑤
40
20
4.1
(1)实验中通过比较__桌腿进入沙子的深度h__来判断物体重力势能的大小。
(2)为了验证猜想一，需选择表中__①④⑤__(填实验序号)三组数据进行分析。
(3)分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是
__质量相同的物体，高度越大，重力势能越大__。
14．【核心素养：实验探究】
[2019·金华校级一模]某学校“牛顿小组”的同学在探究重力势能的实验中用到三个体积相同的小球，它们的质量关系为m1＜m2＝m3，实验的情景如图所示(h1＝h2＜h3)。
图3－2－9
(1)通过小球陷入细沙的深度来反映重力势能的大小，应用的科学方法是__转换法__(选填“转换法”或“类比法”)。
(2)分析甲、乙两种情况可知，重力势能的大小与物体的__质量__有关。
(3)同学们还发现小球离地面越高，下落到地面所用的时间越长，他们测出了小球自由下落高度h和下落时间的平方t2的数据见表，分析数据，写出h与t2的关系式为__h＝4.9t2__。
实验次数
1
2
3
4
5
6
h(m)
2.45
4.9
7.35
9.8
12.25
14.7
t2(s2)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
15.【核心素养：物理观念】
图3－2－10
[2019·湘西州]如图所示是某段高速公路上的标志牌，它规定小型客车最高行驶速度不得超过100km/h，大型客车、载货汽车最高行驶速度不得超过80km/h。请用科学知识解释：为什么在同样的道路上，对不同车型设定不一样的最高行驶速度？
【答案】
在相同的道路上，不同车型的机动车质量不同，速度相同时，质量大的动能大，制动距离大，质量小的动能小，制动距离小。当制动距离相同时，不同车型限速就不同。
