10.1机械能 同步练习2021-2022学年北师大版物理九年级全一册（有答案）

10.1机械能
一、单选题
1．小明在游乐园中玩蹦极，如果不考虑空气阻力与蹦极绳的质量，则关于它在下降过程中的能量分析，下列说法错误的是（　　）
A．弹性绳绷直前，人的重力势能全部转化成人的动能，人的动能一直增加
B．弹性绳绷直后，人的重力势能向弹性势能转化，动能不变
C．整个下落过程中人与蹦极绳组成的系统机械能守恒
D．下降到最低点，重力势能、动能最小，弹性势能最大
2．十三届全国人大三次会议表决通过了《中华人民共和国民法典》，其中把“高空坠物”纳入了违法行为，使受害者能依法追责。高空坠物过程中，下坠的物体（　　）
A．动能减少
B．动能不变
C．重力势能减小
D．重力势能增大
3．如图所示，小球以一初速度沿着粗糙轨道从a运动到d下列分析正确的是（　　）
A．小球从c到d的过程重力势能减少
B．小球在b，d两点机械能相等
C．小球在a，d两点重力势能相等
D．小球在d点的动能小于b点的动能
4．如图所示，将重为G物块放在一个长L、高为h的光滑斜面上，让物块由静止开始下滑，依次经过相距s的a、b两个点，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　）
A．物块在a点动能大
B．物块在b点动能大
C．物块在b点机械能大
D．物块从a滑到b时重力G做的功为Gs
5．如图，用轻质细线的一端栓住一个实心铁球，另一端固定在O点做成了一个摆，铁球从A点静止释放经过最低点B，摆至C点的过程，（不计空气阻力），下列说法正确的是（　　）
A．在C点铁球的动能最大
B．在B点铁球的势能最大
C．在C点瞬间将绳剪断，小球将竖直掉落下去
D．从A点摆至C点的过程，动能先减小后增大，重力势能先增大后减小
6．如图所示为游乐园的过山车运行的情境，下列说法正确的是（　　）
A．过山车从高处加速滑下的过程中，动能增加
B．过山车从高处加速滑下是由于受到惯性的作用
C．过山车从低处上升的过程中，重力势能减小
D．过山车从低处上升的过程中，重力势能转化为动能
7．竖直向上抛出一个小球，忽略空气阻力，小球到最高点后又落回的过程中，小球距抛出位置的高度h和运动时间t的关系图像如图所示。下列关于小球的判断正确的是（　　）
A．t2
时小球的动能最大
B．t2
和t3时小球的机械能相等
C．t1
时小球的机械能大于t3时小球的机械能
D．小球从t1到t2这段时间内，重力势能转化为动能
8．火星探测器经过7个月的长途飞行抵达火星附近，之后沿椭圆轨道绕火星运动，实现火星的远、近火点环绕探测，离火星最近的点叫近火点，离火星最远的点叫远火点，探测器沿椭圆轨道绕火星运动时，不受空气阻力，只发生动能和势能的相互转化，由近火点向远火点动时，探测器的（
）
A．动能增大，势能减小，机械能增大
B．动能减小，势能增大，机械能减小
C．动能增大，势能减小，机械能不变
D．动能减小，势能增大，机械能不变
9．如图所示，滚摆由最高点释放，旋转着下降到最低点后又上升，每次上升的最大高度逐渐降低。下列说法错误的是（　　）
A．下降时滚摆的重力势能在减少
B．实验现象表明滚摆动能和势能可以相互转化
C．下降时减少的重力势能等于增加的动能
D．上升的最大高度逐渐降低，说明机械能不守恒
10．雨滴从高空由静止开始下落，由于受空气阻力的作用，最终会以恒定的速度匀速下降。雨滴在空中下落的整个过程中（不计雨滴质量变化）（　　）
A．重力势能一直减小，机械能不变
B．动能先增大后不变，机械能一直减小
C．动能一直增大，机械能一直减小
D．重力势能先增大后减小，机械能不变
11．如图所示是某同学体育考试抛出一个实心球的一个场景，下列说法正确的是（
）
A．实心球离开手后还能继续运动，说明实心球受到惯性作用
B．实心球在空中运动过程中，运动状态不变
C．实心球在空中运动到最高点时的动能为零
D．实心球落回水平跑道后向前滚动，球受到的重力与跑道对它的支持力是一对平衡力
12．2021年6月17日，我国搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心成功发射。如图是火箭点火发射时的情景。点火后，神舟十二号载人飞船和火箭加速升空的过程中（　　）
A．神舟十二号载人飞船和火箭的势能不变
B．神舟十二号载人飞船和火箭的动能增大
C．神舟十二号载人飞船和火箭的机械能减小
D．神舟十二号载人飞船和火箭的机械能不变
13．骑自行车上坡时，要不断踩脚踏板，上坡的速度才能几乎保持不变，此时自行车（　　）
A．动能增加，势能减少
B．动能增加，势能增加
C．动能减小，势能不变
D．动能不变，势能增加
14．如图所示，是小球下落后压弹簧的示意图，a点是小球下落的最高点，b点是弹簧自然伸长点，c点是弹力与重力相等的点，d点是弹簧压缩后的最低点。以下说法正确的是（　　）
A．a点的动能最大
B．b点的重力势能最大
C．c点为动能最大
D．d点为弹性势能为零
15．如图所示，跳伞运动员在空中张开降落伞后匀速直线下降，下面说法中不正确的是（　　）
A．运动员的运动状态不变
B．运动员对绳子的拉力和绳子对他的拉力是一对相互作用力
C．在降落过程中，运动员的惯性大小不变
D．运动员的机械能守恒
二、多选题
16．下列说法中正确的是（　　）
A．只要有力对物体做功，物体的机械能就改变
B．高铁列车匀速上坡时动能转化为重力势能
C．一个物体做匀速直线运动其机械能可能减小
D．竖直向上抛出的篮球在竖直下落过程中增加的动能是由重力势能转化来的
17．如图所示是“探究动能大小与哪些因素有关”的实验装置。小球从斜面上某高度由静止开始释放，撞击静止于水平面上的木块，将木块推出一段距离。不计空气阻力，以下分析正确的是（　　）
A．小球动能的大小是通过推动木块移动的距离来反映的
B．小球释放前高度越高，小球推动木块移动的距离越大
C．小球在斜面向下运动的过程中，重力势能转化为动能
D．在斜面上向下运动的过程中，小球的机械能保持不变
18．如图，弹簧下端悬挂一个实心小球，用手托住小球，小球静止在A点，此时弹簧处于自然长度。释放小球，小球向下运动到最低点B（不超过弹簧弹性限度），小球从A点运动到B点的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．小球的重力势能一直在减少，小球的机械能守恒
B．小球减少的重力势能全部转化为动能
C．弹簧的弹性势能不断增大
D．小球运动到B点时，重力势能最小，动能最小
19．如图所示，小东将一把铁锁用绳子悬挂起来，把它拉到自己的鼻子附近，由静止释放，铁锁来回摆动，如图所示。铁锁摆动过程中，下列说法正确的是（　　）
A．绳子对铁锁的拉力与铁锁受到的重力是一对平衡力
B．铁锁始终不会超过释放时的高度
C．铁锁的动能和势能不断相互转化
D．若铁锁摆动到最低点时绳子突然断开，则铁锁将沿竖直方向下落
20．如图，弧形轨道ab段光滑，bc段粗糙，小球从a点经最低点b运动至c点。下列分析正确的是（　　）
A．小球不能回到原来的高度，说明小球在此过程能量不守恒
B．经过b点时，小球动能最大
C．从a到c的过程中，小球机械能守恒
D．从b到c的过程中，一部分机械能转化为内能
三、实验题
21．小明在老师的指导下用小球和弹簧等器材进行了如下实验与探究（不考虑空气阻力，g=10N/kg）；
让小球从某高度处由静止开始下落到竖直放置的轻弹簧上（如图甲），在刚接触轻弹簧的瞬间（如图乙），小球速度为5m/s，从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短（如图丙）的整个过程中，得到小球的速度v和弹簧缩短的长度?x之间的关系如图丁所示，其中A为曲线的最高点，已知轻弹簧每受到0.1N的压力就缩短1cm，并且轻弹在全过程中始终发生弹性形变。
（1）从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，小球动能的变化情况是___________，小球机械能的变化情况是___________；
（2）实验中所用小球的质量为___________kg，全过程中，弹簧中弹力的最大值为___________N；
（3）如图，当弹簧的压缩量最大时，小球的速度为0，此时，小球处于___________（填“平衡”或“非平衡”）状态。
22．物理兴趣小组的同学用如图所示的实验装置探究“物体动能的大小与物体的质量和速度的关系”，将钢球从某一高度由静止自由下摆释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。
实验次数
钢球质量/g
钢球下摆高度/cm
木块滑行距离/cm
1
20
20
30
2
40
20
58
3
60
20
（1）本实验钢球动能的大小是通过观察______来判断的；
（2）为了探究动能与质量的关系，他们让质量不同的钢球从相同高度摆下，目的是使钢球到达竖直位置的______相同。从表中1、2两次实验数据和现象可得出结论：______；
（3）在第3次实验中，木块被撞击后滑离出木板，需要重做本次实验，甲同学建议换用同样材料但较长的木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下摆的高度；你认为应当采用______（选填“甲”“乙”或“丙”）同学的建议比较科学合理。
23．如图甲、乙所示是分别探究“动能大小跟哪些因素有关”和“重力势能的大小跟哪些因素有关”的实验：
（1）在图甲实验中，让小球从斜面上自由滚下撞击水平面上的木块，通过观察小球撞击木块移动的距离大小来判断小球动能的大小；而图乙实验是让铅球从一定高度自由下落，通过比较铅球陷入沙坑的深度来判断铅球重力势能的大小。综合上述可知，这两个实验所采用的科学探究方法是______；
（2）在图甲实验中，若水平面绝对光滑且不计空气阻力，本实验将______（选填“能”或“不能”）达到实验目的，被撞击后的木块将在水平面上做______运动；
（3）由图乙（1）实验情景可得结论：当物体的高度一定时，物体的______越大，重力势能越大；
（4）若要探究物体重力势能与高度的关系，则需用______的两个铅球，让两个铅球从______落下，比较它们陷入沙子中的深度；
（5）如图乙（2）所示，C球由静止自由下落，D球沿光滑弯曲管道由静止滑下。实验表明，物体重力势能的大小与铅球通过的路径______（选填“有关”或“无关”）。
参考答案
1．B
详解：
A．如果不考虑空气阻力与蹦极绳的质量，弹性绳绷直前，人在重力的作用下向下做加速运动，人的质量不变，高度变小，人的重力势能减小，人的质量不变，速度变大，动能增大，人的重力势能全部转化成人的动能，人的动能一直增加，故A正确，不符合题意；
B．弹性绳刚好绷直后，人继续向下运动，人的重力大于弹性绳的弹力，向下做加速运动，当弹力等于人的重力时，速度最大，动能最大，当弹力大于重力时，速度减小，动能减小，运动员的动能先增大后减小，高度减小，重力势能减小，弹性绳发生的形变程度变大，弹性势能增大，人的重力势能向弹性势能和动能转化，故B错误，符合题意；
C．人与蹦极绳组成的系统只有动能和势能之间的转化，人与蹦极绳组成的系统机械能守恒，故C正确，不符合题意；
D．下降到最低点时，速度最小，动能最小，高度最小，所以人的重力势能最小，此时弹性绳发生的形变程度最大，弹性绳的弹性势能最大，故D正确，不符合题意。
故选B。
2．C
详解：
高空坠物在高空时具有重力势能，下落过程中，物体的高度降低，质量不变，重力势能减小；下坠的物体减小的重力势能转化成动能，故下落过程中物体的速度越来越大，动能增大，综合以上分析可知：C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
3．D
详解：
A．小球从c到d高度不断增加，质量不变，所以重力势能在增大，故A错误；
B．因为轨道粗糙，小球在运动过程中需要克服摩擦力做功，机械能在不断减小，在d点机械能小于b点，故B错误；
C．小球在a，d两点质量不变，但高度不同，所以重力势能不同，故C错误；
D．小球在d点机械能小于b点，重力势能相同，所以在d点的动能小于b点的动能，故D正确。
故选D。
4．B
详解：
AB．物块在光滑斜面上由静止开始下滑（不计空气阻力），在下滑过程中，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能变大；由于a点的位置要高于b点的位置，所以a处的重力势能大于b处的重力势能；物块在下滑过程中动能变大，所以物块在b点动能大。故B正确，A错误；
C．已知斜面是光滑的，不计空气阻力，物块下滑过程中机械能守恒。所以在a和b点的机械能相等，故C错误；
D．重力的分析竖直向下，物体从a到b过程中在重力方向上通过的距离小于s，所以从a滑到b时重力G做的功不是Gs，故D错误。
故选B。
5．C
详解：
A．在C点是右侧的最高点，此时速度为零，则动能最小，故A错误；
B．铁球在最低点B，高度最小，重力势能最小，故B错误；
C．在C点瞬间速度为零，将绳剪断，小球受到重力作用要向下运动，故C正确；
D．从A点摆至B点的过程中，铁球的质量不变、高度减小、速度增大，所以重力势能减小，动能增大，从B点摆至C点的过程中，铁球的质量不变、高度增大、速度减小，所以重力势能增大，动能减小。即从A点摆至C点的过程，动能先增大后减小，重力势能先减小后增大，故D错误。
故选C。
6．A
详解：
A．过山车从高处加速滑下的过程中，质量不变，速度增加，动能增加，故A正确；
B．过山车从高处加速滑下是由于重力的作用，并且惯性不是力，不能说受到惯性的作用，故B错误；
C．过山车从低处上升的过程中，质量不变，高度增加，重力势能增加，故C错误；
D．过山车从低处上升的过程中质量不变，速度减小，高度增加，动能减小，重力势能增加，动能转化为重力势能，故D错误。
故选A。
7．B
详解：
A．t2时小球的高度最大，重力势能最大，且此时在最高点，速度为零，动能最小，故A错误；
B
C．忽略空气阻力，说明机械能守恒，即每时每刻机械能都不变，都相等，故B正确；C错误；
D．小球从t1到t2这段时间内，高度变大，重力势能增加，速度变小，动能减小，故是动能转化为重力势能，故D错误。
故选B。
8．D
详解：
探测器由近火点向远火点动时，不受空气阻力，探测器的高度增高，重力势能增大，速度减小，动能减小，机械能不变。
故选D。
9．C
详解：
A．滚摆下降时，高度减小，所以重力势能减小，故A正确，不符合题意；
B．滚摆从最高点到最低点重力势能转化成动能，从低点到高点过程中，动能转化成重力势能，所以表明动能跟势能是可以互相转化的，故B正确，不符合题意；
C．因为每次上升的高度逐渐降低，所以摆动过程中，阻力在做功，机械能被消耗，所以下降时减小的重力势能不等于增加的动能，故C错误，符合题意；
D．因为上升的最大高度逐渐降低，所以机械能不断减小，所以滚摆的机械能不守恒，故D正确，不符合题意。
故选C。
10．B
详解：
A．雨滴从高空由静止开始下落，高度降低，故重力势能减小，由于受空气阻力的作用，克服阻力做功，机械能减小，故A错误；
B．雨滴从高空由静止开始下落，高度降低，速度变大，故动能变大，后匀速，故动能不变，动能先增大后不变，克服阻力做功，机械能一直减小，故B正确；
C．雨滴从高空由静止开始下落，速度先变大，后匀速，动能先增大后不变，故C错误；
D．下落过程中重力势能一直减小，克服阻力做功，机械能减小，故D错误。
故选B。
11．D
详解：
A．抛出去的实心球离开手后继续运动，是由于惯性的缘故，不能说是受到惯性，故A错误；
B．实心球在空中运动过程中，运动方向和速度大小改变，运动状态改变，故B错误；
C．实心球在空中运动到最高点时，其在水平方向上仍是运动的，动能不为零，故C错误；
D．实心球落回水平跑道后向前滚动，球受到的重力与跑道对它的支持力大小相等、方向相反、作用在同一物体上、作用在同一直线上，属于平衡力，故D正确。
故选D。
12．B
详解：
AB．神舟十二号载人飞船和火箭加速升空的过程中，高度变大，它们的重力势能变大，速度变大，动能变大，故A不符合题意，B符合题意；
CD．由于动能和重力势能变大，所以神舟十二号载人飞船和火箭的机械能变大，故CD不符合题意。
故选B。
13．D
详解：
在上坡的过程中，人和自行车的质量不变，所处的高度增加，其重力势能增加；质量不变，速度不变，动能不变。
故选D。
14．C
详解：
A．a点处小球刚开始向下运动，速度很小，动能较小，故A错误；
B．a点高度大于b点，a点重力势能大于b点重力势能，故B错误；
C．c点是弹力与重力相等的点，此时小球所受合力为0，速度最大，动能最大，故C正确；
D．d点是弹簧压缩后的最低点，形变程度最大，弹性势能最大，故D错误。
故选C。
15．D
详解：
A．跳伞运动员在空中张开降落伞后匀速直线下降，运动速度和方向不变，运动状态不变，故A正确，A不符合题意；
B．运动员对绳子的拉力和绳子对他的拉力大小相等，方向相反，作用在一条直线上，作用在不同物体上，所以是一对相互作用力，故B正确，B不符合题意；
C．在降落过程中，运动员的质量不变，惯性大小不变，故C正确，C不符合题意；
D．运动员匀速下降阶段，重力势能减小，动能不变，机械能减少，故D错误，D符合题意。
故选D。
16．CD
详解：
A．力对物体做功，物体的机械能不一定改变，如水平面上匀速运动的汽车，牵引力做功，但其质量不变，速度不变，故动能不变，且高度不变，重力势能不变，故机械能不变，故A错误；
B．高铁匀速上坡，重力势能虽然增大，但动能不变，不能说是动能转化为重力势能，故B错误；
C．物体在竖直向下进行匀速直线运动，物体的质量不变，速度不变，动能不变，高度变小，重力势能变小，物体运动时没有发生弹性形变，不考虑弹性势能，机械能变小，故C正确；
D．正在下落的篮球，其质量不变，速度变大，同时高度减小，故动能增大，重力势能减小，所以是将重力势能转化为动能的过程，故D正确。
故选CD。
17．ABC
详解：
A．本实验利用了转换法，将小球动能的大小通过推动木块移动的距离来反映的，故A正确；
B．小球释放前高度越高，下滑到水平面时获得的动能越大，小球推动木块移动的距离越大，故B正确；
C．小球在斜面向下运动的过程中，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能，故C正确；
D．在斜面上向下运动的过程中，小球受摩擦力作用，小球的机械能减小，故D错误。
故选ABC。
18．CD
详解：
A．小球在下落过程中，重力不变，弹力不断增大，开始一段时间内弹力较小，重力和弹力的合力方向向下，小球加速向下运动，当重力和弹力的合力方向向上时，小球减速向下运动，所以小球速度先增大后减小，小球质量不变，所以小球动能先增大后减小；小球的高度不断降低，所以小球的重力势能不断减小，小球的机械能不守恒，故A错误；
B．小球下落过程中，当重力和弹力的合力向下时，小球加速向下运动，弹簧不断增长，小球的重力势能转化为小球的动能和弹簧的弹性势能；当重力和弹力的合力向上时，小球的速度不断减小，弹簧不断增长，小球的重力势能和动能转化为弹簧的弹性势能，故B错误；
C．小球下落时，弹簧不断伸长，即其弹性形变增大，所以弹簧的弹性势能不断增加，故C正确；
D．小球运动到B点时，小球的高度最小，速度最小，小球的质量不变，所以小球的重力势能和动能都最小，故D正确。
故选CD。
19．BC
详解：
A．铁锁曲线运动，不是平衡状态，不受平衡力，故A错误；
B．铁锁受到空气阻力，要克服阻力做功，机械能减小，高度始终不会超过释放时的高度，故B正确；
C．铁锁从高处向低处摆动过程中，质量不变，高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，所以是重力势能转化为动能，从低处到高处相反，故C正确；
D．小球运动到最低点，速度最大，若此时绳子突然断开，速度方向水平，重力竖直向下，做曲线运动，故D错误。
故选BC。
20．ABD
详解：
A．小球不能回到原来的高度，是由于小球在bc段受到摩擦力，部分机械能转化为小球和bc段的内能，所以小球在此过程能量不守恒，A正确；
B．小球从a运动到b动能增大，从b运动到c动能减小，则在b点处小球动能最大，B正确；
C．从a到c的过程中，小球部分机械能转化为内能，机械能不守恒，C错误；
D．从b到c的过程中，小球与轨道存在摩擦，一部分机械能转化为内能，D正确。
故选ABD。
21．先变大，后变小
变小
0.1
6.1
非平衡
详解：
（1）[1]小球与弹簧刚接触时，所受的重力大于弹力，速度变大，即动能变大；弹簧被压缩过程，小球受到的弹力变大，当弹力等于重力时，速度最大，动能最大；弹簧继续被压缩，则弹力大于重力，小球开始减速，当弹簧被压缩到最短时，弹力最大，小球的速度为0，这个过程中，小球的动能减小，直到为0。所以小球的动能是先变大，再变小。
[2]小球压缩弹簧的过程，不考虑空气阻力，小球的机械能转化为弹簧的弹性势能，所以械能变小。
（2）[3]由图丁知，速度最大为5.1m/s，此时弹簧的形变量为0.1m，小球所受的弹力等于其重力，所以小球的重力
G=0.1N×10=1N
小球的质量
[4]弹簧的形变量为0.61m时，弹簧被压缩至最短，此时弹力最大为
F=0.1N×61=6.1N
（3）[5]弹簧压缩量最大时，小球的速度虽然瞬间为0，但受到向上的弹力和竖直向下的重力的作用，且弹力大于重力，所受的两个力不是平衡力，所以不是处于平衡状态。
22．木块被撞击后滑行的距离
速度
物体的速度相等时，质量越大，物体的动能就越大
甲
详解：
（1）[1]钢球动能的大小可以通过对外做功情况来判断，钢球对木块做功，木块移动，可以通过木块被撞击后滑行的距离来判断动能的大小。
（2）[2][3]探究动能与质量的关系，需要控制速度相同，他们让质量不同的钢球从相同高度摆下，相同的重力势能转为相同的动能，故速度相同；质量大的小球，木块移动的距离远，故结论是物体的速度相等时，质量越大，物体的动能就越大。
（3）[4]乙同学建议换一个较大的木块，要推动木块，需要小球的更大动能，丙同学建议降低钢球下摆的高度，减小了速度，影响动能的大小，影响实验结果，故选甲，不影响动能的大小，保证影响动能的只有一个因素，速度或者质量引起的，其他可能的影响因素必须相同。
23．转换法
不能
匀速直线
质量
质量相同
不同高度
无关
详解：
（1）[1]如图甲所示，实验中通过观察木块移动距离的长短，来判断小球动能的大小，这里用到的物理学研究的方法是转换法；图乙实验是让铅球从一定高度自由下落，通过比较铅球陷入沙坑的深度来判断铅球重力势能的大小，这里用到的物理学研究的方法是转换法，故这两个实验所采用的科学探究方法是转换法。
（2）[2][3]在图甲实验中，若水平面绝对光滑且不计空气阻力，撞击后的木块将保持匀速直线运动，不能通过木块移动的距离长短来判断小球动能的大小，所以本实验将不能达到实验目的。
（3）[4]
比较图乙（1）可知，球下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大。
（4）[5][6]若要探究物体重力势能与高度的关系，需要控制球的质量相同，下落的高度不同，即需用质量相同的两个铅球，让两球从不同高度下落，比较它们陷入沙子中的深度。
（5）[7]如图乙（2）所示，比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。