12.1 第2课时 动能和势能的相互转化-【拔尖特训】2024-2025学年九年级上册物理(苏科版)

34 第2课时 动能和势能的相互转化 ▶ “答案与解析”见P19 1. 如图所示为上海“明珠线”某轻轨车站的设计 方案图,与站台连接的轨道有一定坡度,从节 能的角度分析,这样的设计可以让列车无动 力滑行进站时将 能转化为 能储存起来,此过程中机械能总量 . (第1题) 2. (2023·齐齐哈尔)人造地球卫星沿椭圆轨道 绕地球运行,如图所示,离地球最近的一点叫 近地点,最远的一点叫远地点.已知卫星在运 行过程中机械能保持不变,在卫星从远地点 向近地点运动的过程中,势能 ,速度 .(增大/减小) (第2题) (第3题) 3. (2023·泰州)如图所示,小明沿滑道从顶端 匀速下滑的过程中,小明的 ( ) A. 重力势能减小,机械能减小 B. 动能不变,机械能不变 C. 重力势能减小,动能增大 D. 重力势能不变,机械能减小 答案讲解 4. (2023·南通)从空中落下的排球先 后在草地和水泥地面上弹起,你认 为排球运动的轨迹最有可能是( ) A. B. C. D. 5. 小明利用所学的物理知识,制作了“会跳的卡 片”,如图甲所示为他制作的“会跳的卡片”, 用手把它平压在桌面上,使橡皮筋伸长,迅速 松手后,卡片就会弹跳起来,图中A 为外表 面,B 为内表面,实验时应把 面紧贴 桌面后松手,橡皮筋能对卡片 ,使卡 片向上运动.小明还利用相同的橡皮筋和卡 纸做了如图乙、丙所示的两张卡片,压平后图 (乙/丙)中卡片可以弹跳得更高一些. (第5题) 6. (2023·盐城)小华利用橡皮筋和钩码制作了 如图所示的“魔罐”.他在水平地面上用手将 “魔罐”推出,滚动一段时间后,它能自动折 返.“魔罐”被推出后向前滚动的过程中( ) A. 动能转化为弹性势能 B. 弹性势能转化为动能 C. 重力势能转化为弹性势能 D. 弹性势能转化为重力势能 (第6题) (第7题) 7. (2023·无锡)在水平地面上铺一张白纸,将 皮球表面涂黑,使其分别从不同高度处自由 下落,在纸上留下黑色圆斑A、B,如图所示. 下列说法中,正确的是 ( ) A. 皮球下落过程中动能转化为重力势能 B. 皮球落地后发生形变的过程中动能转化 为弹性势能 C. 形成圆斑B 时皮球是从更高处下落的 D. 形成圆斑A时皮球接触地面后形变程度更小 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(苏科版)九年级上 知 识 讲 解 35 8. 滑板是深受青少年喜爱的一项体育运动.如 图所示为U形滑台和运动员姿势的简化示 意图.运动员在滑台A 处由静止自由下滑, 不计滑台摩擦和空气阻力,仅依靠滑行过程 中运动员姿势的自然(不用力)变化,最有可 能滑到滑台C 处的是 ( ) (第8题) A. B. C. D. 9. (2022·荆州)篮球是很多同学喜爱的运动项 目.某次篮球比赛过程中,篮球的部分运动轨 迹如图所示,下列说法中,正确的是 ( ) A. 篮球经过相同高度的B、C 两点时,机械能 相等 B. 篮球第一次反弹后到达最高点D 时,动 能为零 C. 篮球经过B、E 两点时,动能可能相等 D. 篮球在整个过程中机械能守恒 (第9题) (第10题) 10. (2022·天津)在“探究动能和重力势能相互 转化”的实验中,采用如图所示的实验装置. 用细线把一个质量为m 的小球悬挂起来, 将小球从B 位置拉到A 位置,再由静止释 放,观察小球在A→B→C 的过程中的高度 和速度的变化,并测出了小球在A、B、C 三 个位置时动能和重力势能的值,从而分析该 过程中动能和重力势能之间的转化,数据如 表所示. 运动过程或位置 A A→B B B→C C 动能Ek的大小 或变化情况 0 增 加 4.98J 减 少 0 重力势能Ep的 大小或变化情况 5.00J 减 少 0 增 加 4.97J (1) 小球在图中的C 位置时,受到 个力的作用. (2) 从实验中可以看出,小球在A→B 的过 程中速度不断增加,高度不断降低,这个过 程中重力势能逐渐转化为 ;在能量 转化的过程中,机械能在逐渐减少,这主要 是由于小球受到 的作用. (3) 在实验中,如果换用质量为2m 的小球, 其他条件不变,那么小球到达B 位置时的 机械能 (大于/等于/小于)质量为 m 的小球到达B 位置时的机械能. 11. 如图所示,弹簧的左端固定,右端连接一个 小球,把它们套在光滑的水平杆上,a 是压 缩弹簧后小球由静止释放的位置,b是弹簧 处于原长时小球的位置,c是小球到达最右 端时的位置.小球从a运动到c的过程中, 在 (a/b/c)位置时机械能最大;从 b运动到c的过程中,小球的动能转化为弹 簧的 . (第11题) (第12题) 12. 如图所示,一弹性球从距离地面的高度为 H1处由静止开始沿直线下落,由于空气阻 力的存在,反弹过程中距离地面的最大高度 为H2.下落途中动能和重力势能相等的位 置距离地面的高度为h1,上升途中动能和 重力势能相等的位置距离地面的高度为 h2,则h1 1 2H1 ,h2 1 2H2. (>/=/<) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十二章　机械能和内能 10. (1) 重物 (2) A B (3) 错误 没有控制重物下落的高度相同 [解析](1) 本实验的研究对象是重 物,让重物自由下落到平放在细沙表 面的小桌上,通过观察桌腿下陷的深 度来判断重物的重力势能大小,这是 转换法的应用.(2) 在步骤A和B中, 重物的质量相等而下落高度不等,由 此可判断重力势能的大小与重物下落 高度的关系.(3) 小明的观点是错误 的;要探究重力势能大小是否与重物 质量有关,必须在改变重物质量时控 制下落高度相同,而步骤B与C没有 控制重物下落高度相同. 11. A B [解析]A 将纸盒撞得更 远,表明A 推动纸盒做的功更多,滚 到斜面底端时A 的动能更大.因为 A、B 是分别从同一斜面的相同高度 由静止释放的,所以它们滚到斜面底 端时的速度相同,A 的动能大,是因 为它的质量大;因为A、B 的外形相 同,所以它们的体积相同,据ρ= m V 可 知,A 是铜制的,B 是铝制的. 12. (1) 不同 纸盒移动的距离 (2) 不同 (3) AB之间 [解析](3) 将 小球自A 处由静止释放,小球在AB 之间运动时,水平方向受弹力和摩擦 力作用,动能最大点应对应速度最大 的时刻,即弹力与摩擦力相等的时刻, 故应在AB 之间. 第2课时 动能和势能的相互转化 1. 动 重力势 减少 2. 减小 增大 3. A 4. A 5. B 做功 乙 [解析]实验时应把 B 面紧贴桌面后松手,此时橡皮筋才 能发生弹性形变.橡皮筋发生弹性形 变,对卡片做功,将橡皮筋的弹性势能 转化为卡片的动能.图乙、丙中的两张 卡片,压平后,图乙中橡皮筋的弹性形 变程度大,故可以对外做的功多,故图 乙中卡片可以弹跳得更高一些. 6. A [解析]“魔罐”在滚动的时候具 有动能,向前滚动的过程中,“魔罐”的 动能逐渐转化为橡皮筋的弹性势能, 当“魔罐”的动能减小至零时,橡皮筋 的弹性势能最大,“魔罐"开始折返,在 “魔罐”滚回来的过程中,橡皮筋的弹 性势能减小,“魔罐”的动能增大,则折 返的过程中,橡皮筋的弹性势能转化 为“魔罐”的动能.综上所述,A符合 题意. 7. B [解析]皮球在下落的过程中, 高度减小,重力势能减小,速度变大, 动能变大,重力势能转化为动能,A错 误;当皮球接触地面时,皮球会发生形 变,皮球的动能转化为皮球的弹性势 能,B正确;皮球的动能越大,转化成 的弹性势能越大,则皮球的形变程度 越大,在地面上形成的圆斑越大,故形 成圆斑A 时皮球接触地面后形变程 度更大,即皮球是从更高处下落的, C、D错误. 8. B [解析]根据题意可知,整个过 程中机械能守恒,A、B 处的高度相 同,A 处时人应站立,重心较高,人的 重力势能较大,O 处时人半蹲,重心较 低,人在A、O 两处的高度差大,有较 多的重力势能转化为动能;B 处时人 全蹲,重心低,人在O、B 两处的高度 差小,到达B 处时,人还有动能没转化 为重力势能,能运动到C处.故B正确. 9. C [解析]由题图中篮球反弹的高 度逐渐变低可知,篮球在整个过程中 机械能逐渐变小,即篮球在整个过程 中机械能不守恒,A、D错误;篮球第 一次反弹后到达最高点D 时,篮球在 竖直方向上的速度变为零,但水平方 向上的速度并不为零,因此动能不为 零,B错误;篮球在E 点比在B 点的 机械能小,机械能是动能和势能之和, 由于E 点比B 点的高度低,因此篮球 在E 点比在B 点的重力势能小,则篮 球经过B、E 两点时的动能可能相等, C正确. 10. (1) 2 (2) 动能 空气阻力 (3) 大于 [解析](1) 小球在图中的 C位置时,受到重力和细线施加的拉 力,共2个力的作用.(2) 小球在A→ B 的过程中速度不断增加,动能就不 断增加;高度不断降低,重力势能就不 断减少,这个过程中重力势能逐渐转 化为动能.在能量转化的过程中,由于 小球受到空气阻力的作用,其机械能 逐渐减少.(3) 在实验中,小球在A 位 置时的动能为0,其机械能以重力势 能的形式存在;在B 位置时的重力势 能为0,其机械能以动能的形式存在; 若换用质量为2m 的小球,其他条件 不变,则在A 位置时质量为2m 的小 球的重力势能(机械能)大于质量为m 的小球的重力势能(机械能),到达B 位置时质量为2m 的小球的动能(机 械能)大于质量为m 的小球的动能 (机械能). 11. b 弹性势能 [解析]因为水平 杆光滑,所以小球从a运动到b的过 程中,在水平方向上只受到弹簧向右 的推力的作用,小球的速度增大,动能 增大,弹簧的弹性势能不断转化为小 球的动能;小球从b运动到c的过程 中,在水平方向上只受到弹簧向左的 拉力的作用,小球的速度减小,动能减 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 91 小,小球的动能不断转化为弹簧的弹 性势能,综上可知,小球在从a运动到 c的过程中,在b 位置时的动能最 大.因为小球的高度不变,小球的重力 势能不变,所以小球动能最大的位置 b也是小球机械能最大的位置. 12. < > [解析]若球从距离地面 的高度为H1处由静止开始沿直线下 落的过程中没有空气阻力,球下落到 1 2H1 处(A 点,题图中未画出)时,重 力势能大小等于初始位置的1 2 ,且球 下落时减小的重力势能全部转化为动 能,球在初始位置的重力势能有1 2 转 化为动能,此时动能和重力势能相等; 由于空气阻力的存在,球下落过程中 减小的重力势能有一部分转化为动 能,另一部分要克服空气阻力做功,所 以球到达A 点时,重力势能减小到初 始位置的1 2 ,但转化为的动能小于此 时球的重力势能,要使球的动能等于 重力势能,球还要继续下落,所以 h1< 1 2H1. 同理,若球从地面反弹到 高度为 H2 处的过程中没有空气阻 力,球上升到1 2H2 处(B 点,题图中 未画出)时,增大的重力势能大小等于 最高点的1 2 ,且球上升过程中减小的 动能全部转化为重力势能,此时球的 动能和重力势能相等;但由于空气阻 力的存在,球上升时减小的动能有一 部分转化为重力势能,另一部分要克 服空气阻力做功,所以球到达B 点 时,动能大于此时的重力势能,要使球 的重力势能等于动能,球应继续上升, 所以h2> 1 2H2. 专题特训（四）　机械能的 分析与求解 1. 不是 先变大后变小 小于 是 [解析]小球从最高点下落到与弹簧刚 接触的阶段,重力势能转化为动能,动 能增大;由图乙知,t1时刻弹力F=0, 此时小球刚接触弹簧,t2 时刻弹力F 达到最大值80N,此时弹簧发生的形 变最大,小球到达最低点;t1~t2 时间 段内,弹力F 逐渐增大,在F 未增大 到50N阶段,G>F,小球加速向下, 小球的动能增大,当F=50N时,F= G,小球的速度最大,动能最大,此后 由于F>G,小球减速向下,小球的动 能减小,由上述分析可知,t1 时刻小 球的动能不是最大的,小球从最高点 到最低点的运动过程中,动能的变化 情况是先变大后变小.由图乙知, t3时刻弹力F=0,此时弹簧刚好恢 复原状,t2~t3时间段内,弹簧的弹性 势能转化为小球的动能和重力势 能.小球增加的动能小于弹簧减少的 弹性势能.由图乙知,小球上下运动的 过程中每次弹力达到最大时值都相 等,说明小球和弹簧总的机械能守恒. 2. B [解析]钩码落地前,将P 和钩 码看成一个整体,整体向下加速运动, Q 向上加速运动,Q 的质量不变,速 度变大,高度升高,故Q 的重力势能 和动能都增大,机械能增大,对Q 进 行受力分析可知F>2mg,对P 和钩 码的整体进行受力分析可知F< mg+2mg=3mg,故A错误,B正确; 钩码落地后、P 落地前,因为P 和Q 的重力相等,故P 和Q 均做匀速运 动,P 匀速下降,Q 匀速上升,由于P 的质量不变,速度不变,高度降低,故 P 的动能不变,重力势能变小,机械能 变小,又由于P 做匀速直线运动,故 P 受平衡力作用,故F=2mg,故C、D 错误. 3. C [解析]由图可以看出每次发声 的时间间隔不相等,A错误;每次发声 的时间间隔逐渐变小,说明乒乓球上 升的高度越来越小,整个过程中乒乓 球的机械能变小,B错误;乒乓球的机 械能越来越小,则乒乓球每次弹起时 的动能依次减小,乒乓球每次与台面 碰撞时的弹性势能越来越小,故最大 形变程度越来越小,C正确,D错误. 4. 2∶1 2∶1 2∶9 [解析]在弹 簧下悬挂物体,静止时,物体受到的弹 力F 与重力G 二力平衡,F=G,据题 有F1=F2,由F=kΔx 可得Δx= F k ,Δx1 Δx2= F1 F2× k2 k1= 2 1 ,由 Ep= 1 2kΔx 2可得 Ep1 Ep2 = k1 k2× Δx1 Δx2 2 = 1 2× 2 1 2 =21. 设如图甲所示的情 况下,弹簧1、2的伸长量均为Δx,则 F1 F2= k1Δx k2Δx= 1 2 ,F1= 1 2F2 ① ,据 力的平衡条件有F1+F2=G物 ②, 由①②可得有F1= 1 3G物 ③ ,F2= 2 3G物 ④ ,Ep甲 = 1 2k1Δx 2 + 1 2k2Δx 2=32k1Δx 2 ⑤.如图乙所 示的情况下,据力的平衡条件和题意 有F1'=G物 ⑥,F2'=G物 ⑦,由 F=kΔx和③⑥可知,Δx1'=3Δx;由 F=kΔx 和④⑦可知,Δx2'= 3 2Δx , Ep乙 = 1 2k1 × (3Δx)2 + 12k2× 3 2Δx 2 =274k1Δx 2 ⑧,由⑤⑧可 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 02