5.4 机械能 同步练习（含解析）

4　机械能
【基础练习】
知识点 1　动能及其影响因素
1.下列物体具有动能的是(　　)
A.静止在高山上的石头
B.用力推,但没有被推动的汽车
C.举重运动员举起后静止在空中的杠铃
D.百米跑道上正在比赛的运动员
2.在“探究物体动能大小跟哪些因素有关”的实验中,让小球由静止开始沿斜面向下运动并撞击水平桌面上的木块,实验步骤如图1甲、乙、丙所示。

图1
(1)实验中,木块运动的距离越远,说明刚要撞击木块时小球具有的动能越　　　　。?
(2)通过比较甲、乙两次实验可得,物体动能的大小与　　　　有关。?
知识点 2　势能及其影响因素
3.如图2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(　　)

图2
A.增大箭的弹性势能 B.增大箭的动能
C.增大弓的弹性势能 D.使箭沿直线运动
4.为探究重力势能的大小与什么因素有关,小华利用带有四个铁钉的小方桌、沙箱及质量不同的重物设计并进行了如图3所示实验。

图3
(1)实验中通过观察　　　　　　　　　　　　来判断物体重力势能的大小。?
(2)若要探究重力势能大小与物体所处高度的关系,应选择图　　　　和图　　　　进行分析比较。?
(3)分析图乙和图丙,可以得出的结论是???????????????????　。?
知识点 3　动能与势能的相互转换
5.用细线将小球系好后,固定在天花板上,做成一个摆。

图4
如图4所示,小球从A点摆动到B点的过程中(　　)
A.速度变小,动能变大 B.速度变小,动能变小
C.速度变大,重力势能变小 D.速度变大,重力势能变大
【能力提升】
6.[2019·台州] 立定跳远时的动作分解如图5所示,在此过程中,运动员(　　)

图5
A.上升时,动能减小,势能减小 B.上升时,动能增大,势能增大
C.下落时,势能增大,动能减小 D.下落时,势能减小,动能增大
7.在中考体育考试中,小彤同学进行了实心球测试,对球运动的几个阶段,下列说法中正确的是(　　)
A.小彤捡起实心球,并将其缓慢举高的过程中,小彤对球做功,球的重力势能增加
B.小彤将球用力投出后,球在空中运动的过程中,小彤对球做功,球的机械能增加
C.小彤将球用力投出后,球在空中最高点时所受的合力为零
D.球落地后在水平地面上滚动一段距离停止,球在地面上滚动阶段,球的机械能不变
8.[2020·黄冈] 避险车道是在长且陡的下坡路段,行车道外侧增设的供刹车失灵车辆驶离正线并安全减速的专用车道。如图6所示是上坡型避险车道,避险车道上铺有很多小石子,车道尽头有废旧轮胎或防撞墙。下列分析错误的是(　　)

图6
A.小石子可以增大失控车辆与避险车道之间的摩擦力
B.失控车辆在避险车道上向上运动速度减小时,动能减小
C.失控车辆撞击废旧轮胎时,将动能转化成重力势能
D.在避险车道上停下来的失控车辆仍具有惯性
9.如图7所示是杂技演员演出时的过程示意图。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端的女演员弹上乙处。由于存在阻力,下列说法正确的是
(　　)

图7
A.男演员的质量必须要大于女演员的质量
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.女演员弹起时的动能与她站在乙处时的机械能相等
10.[2019·衢州改编]2019年衢江抽水蓄能电站开建,其工作原理如图8所示。用电低谷时(如深夜),电站利用电网多余电能把水从下水库抽到上水库中储存起来;用电高峰时,再利用上水库中的水发电。

图8
(1)蓄能时,水被抽到上水库,此过程是将电能转化为水的　　　　　　能。?
(2)抽水蓄能电站选址衢江黄坛口,不仅因为当地水资源丰富,同时还考虑到当地地势较陡,这样建成的电站上、下水库的高度差比较　　　　,有利于蓄能与发电。?
11.如图9所示,a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线(不计空气阻力),其中　　　　是动能-高度关系图线,小石块达到的最大高度为　　　　m,小石块在最高点时的机械能为　　　　J。?

图9
自|我|提|升
12.【例题】 有一种运动叫蹦极,如图10所示是蹦极运动的简化示意图。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大小与弹性绳对运动员的拉力大小相等的点,C点是蹦极运动员到达的最低点。运动员从O点到C点的过程中,忽略空气阻力,则(　　)

图10
A.运动员的速度一直减小
B.从O至A过程中运动员的机械能不守恒,从A至C过程中运动员的机械能守恒
C.从O至A过程中运动员的速度增大,从A至C过程中运动员的速度减小
D.从O至B过程中运动员的速度增大,从B至C过程中运动员的速度减小
【提示】 当运动员的重力大于弹性绳对运动员的拉力时,运动员做加速运动;当弹性绳对运动员的拉力大于运动员的重力时,运动员做减速运动。
【变式】 如图11所示,在光滑的水平台面上,一轻弹簧左端固定,右端连接一金属小球,O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置,然后释放小球,小球就在A、B间做往复运动(已知AO=OB)。小球从A位置运动到B位置的过程中,下列判断正确的是(不计空气阻力)(　　)

图11
A.小球的动能不断增加
B.弹簧的弹性势能不断减少
C.小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
D.在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
答案
1.D　[解析] 静止在高山上的石头由于没有运动,故没有动能;汽车没有被推动时处于静止状态,不具有动能;举重运动员举起后静止在空中的杠铃,由于处于静止状态,故不具有动能;百米跑道上正在比赛的运动员正在高速运动,故具有动能。
2.(1)大　(2)速度
3.C　[解析] 因为同一物体的弹性形变程度越大,弹性势能就越大,故运动员在射箭比赛时总是要把弓拉得很弯,就是让弓的弹性形变程度更大,获得更大的弹性势能。
4.(1)小方桌陷入沙中的深度
(2)甲　乙
(3)在高度相同时,质量越大的物体,重力势能越大
5.C　[解析] 小球从A点摆动到B点的过程中,速度增大,高度减小,则动能增大,重力势能减小,重力势能转化为动能。
6.D　[解析] 运动员上升时,质量不变,速度变小,高度变大,故动能减小,势能增大;运动员下落时,质量不变,速度变大,高度变小,故动能增大,势能减小。
7.A　[解析] 小彤捡起实心球并将其举起,小彤对球有作用力且球在力的方向上通过了距离,因此小彤对球做了功,球的高度增大,故球的重力势能增大。
8.C　[解析] 小石子表面较粗糙,在压力不变的情况下,可以增大失控车辆与避险车道之间的摩擦力;失控车辆在避险车道上向上运动速度减小时,质量不变,所以动能减小;失控车辆撞击废旧轮胎时,轮胎会发生弹性形变,具有弹性势能,即将动能转化成弹性势能;任何物体在任何情况下都有惯性,在避险车道上停下来的失控车辆仍具有惯性。
9.C　[解析] 甲处的男演员要想把女演员弹起到乙处,由于乙处高于甲处,则男演员的机械能一定大于女演员的机械能,男演员向上跳起,同时具有动能和重力势能,女演员到达乙处静止不动,只具有重力势能,所以男演员的质量不一定大于女演员的质量。如果男演员是自由下落,则男演员的质量一定大于女演员的质量。男演员向上跳起,同时具有动能和重力势能,女演员到达乙处静止不动,只具有重力势能,则甲处男演员的重力势能不一定大于乙处女演员的重力势能。如果男演员是自由下落,则甲处男演员的重力势能一定大于乙处女演员的重力势能。由于存在阻力,男演员克服阻力做功,会有一部分机械能转化为热能,机械能不断减小,所以男演员离开跳台时的机械能一定大于乙处女演员的势能。女演员弹起时动能转化为重力势能,由于存在阻力,克服阻力做功,动能没有全部转化为重力势能,所以女演员弹起时的动能大于她站在乙处时的机械能。
10.(1)机械(或重力势)　(2)大
[解析](1)蓄能时,水被抽到上水库中,电能转化为水的机械能。(2)抽水蓄能电站在发电时,从能量转化的角度看,是将水的机械能最终转化为电能,水的机械能越大,转化获得的电能越多,所以建成的电站上、下水库的高度差应该比较大,最初水的重力势能较大,有利于蓄能与发电。
11.a　4　2
12.【例题】 D
【变式】 D
[解析] 由题知,O点是弹簧保持原长时小球的位置,则AO段弹簧处于压缩状态,OB段弹簧处于拉伸状态;小球从A运动到O的过程中,弹簧逐渐恢复原状,弹性形变程度变小,弹性势能变小,小球所受弹力方向向右,速度不断增大,动能变大,此过程中弹性势能转化为动能;小球到达O点时,弹簧恢复原长,弹性势能为零,小球所受弹力为零,此时小球的速度最大,动能最大;小球从O运动到B的过程中,弹簧被拉长,弹性形变程度变大,弹性势能变大,此时小球所受弹力方向向左,速度不断减小,动能变小,此过程中动能转化为弹性势能。则小球从A位置运动到B位置的过程中:小球的动能先增加后减少;弹簧的弹性势能先减少后增加;小球运动到O点时的动能(最大)与此时弹簧的弹性势能(为零)不相等;水平台面光滑,且AO=OB,小球和弹簧组成的整体机械能守恒,所以在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变。