课时10. 4 机械能及其转化-【帮课堂】2024-2025学年八年级物理下册同步学与练[北师大版(北京) (2024)]

第十章 功和机械能 课时10.4 机械能及其转化 2022年课程标准 物理素养 3.1.1了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。 3.2.1知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。 物理观念：能列举能量转化和转移的实例，知道能量在转化和转移过程中是守恒的，认识机械功，是与能量转化或转移密切相关的物理量，知道它的含义；能用能量转化和守恒的观点解释常见的自然现象，解决日常生活中的有关问题，形成初步的能量观念。 科学思维：知道能量的利用存在效率问题，100％的能量利用率只是一种理想情况；能用能量转化与守恒的规律对有关具体问题进行科学推理，并形成结论。 科学探究：能通过观察周围事物，发现并提出关于能量的问题，能根据已有知识对问题作出猜想和假设；能根据控制变量法制订简单的探究方案；能用表格、图像等多种方式展示实验数据，并通过分析和处理数据得出实验结论；能撰写实验报告，书面或口头表述科学探究的过程和结果。 科学态度与责任：培养学生勇于探索、严谨认真的科学态度；能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义，增强学习物理学的动力。 机械能及其转化 1、 机械能：动能和势能的统称。（机械能=动能+势能）单位是：J。 2、 动能和势能之间可以互相转化的。方式有：动能和重力势能之间可相互转化；动能和弹性势能之间可相互转化。方法：判断动能和势能的相互转化情况时，先运用动能和势能的影响因素分析得出物体所具有的动能和势能的大小变化情况，那么能的转化情况就是变小的那种形式的能转化成变大的那种形式的能。 3、 例如:一个物体从高处下落，物体的重力势能转化成它的动能；弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成箭的动能；蹦床运动员从高处落下，与蹦床接触后，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能；滚摆下降时，重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能；单摆上升和下降过程中动能和重力势能发生相互转化． 4、 机械能守恒：只有动能和势能的相互转化，机械能的总和保持不变。人造地球卫星绕地球转动，机械能守恒；近地点动能最大，重力势能最小；远地点重力势能最大，动能最小。近地点向远地点运动，动能转化为重力势能。 问题一：基础 【角度1】机械能概念 【典例1】如图所示，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点。关于摆球，下列说法中正确的是（　　） A．如果A点到B点的过程中机械能守恒，则A、B两点等高 B．在B点时处于平衡状态 C．在O点时重力势能最大 D．从A点到O点动能转化为重力势能 【答案】A 【详解】A．如果A点到B点的过程中机械能守恒，则A、B两点机械能相等。A、B两点速度均为零，动能均为零，所以重力势能相等，质量不变，则A、B两点等高，故A正确； B．在B点时摆球受到竖直向下的重力和沿着绳子向上的拉力，两个力不在同一直线上，所以受力不平衡，处于非平衡状态，故B错误； C．在O点时摆球高度最低，则重力势能最小，故C错误； D．从A点到O点，摆球质量不变，速度变大，高度降低，则动能变大，重力势能变小，重力势能转化为动能，故D错误。 故选A。 【变式1-1】 如图所示，滑块M正沿桌面向右做匀速直线运动，已知滑块N重4N，滑块M重10N，不计绳重及滑轮与绳之间的摩擦。关于此过程，下列说法正确的是（　　） A．定滑轮起到了省力的作用 B．滑块M的机械能减小 C．滑块M受到的摩擦力为4N D．滑块N的机械能不变 【答案】C 【详解】A．定滑轮的作用是改变力的方向，故A错误； B．滑块M正沿桌面向右做匀速直线运动，滑块M的速度不变，动能不变，高度不变，重力势能不变，机械能不变，故B错误； C．N处于平衡状态，受拉力和重力，拉力与重力是平衡力，故拉力的大小为4N，滑块M处于平衡状态，受平衡力，向左的拉力和向右的摩擦力，向左的拉力为4N，故滑块M受到的摩擦力为4N，故C正确； D．滑块N的速度不变，动能不变，高度降低，重力势能减小，机械能减小，故D错误。 故选C。 【变式1-2】 在北京冬奥会自由式滑雪空中技巧比赛中，我国运动员徐梦桃勇夺桂冠，其滑行路线如图所示。在她滑行过程中，下列说法正确的是（　　） A．在A点时机械能为0 B．从A点滑行到C点的过程中重力势能不断变大 C．从C点滑行到D点的过程中，减少的动能全部转化成了重力势能 D．在B点的速度大于与其等高的D点的速度 【答案】D 【详解】A．A点虽然静止，动能为0，但由于在高处而具有重力势能，则机械能不为0，故A错误； B．从A点滑行到C点的过程中，高度降低，质量不变，所以重力势能变小，故B错误； C．从C点滑行到D点的过程中，由于克服摩擦力做功，一部分机械能转化为了内能，所以减少的动能没有全部转化为重力势能，故C错误； D．运动员在滑动的过程中存在摩擦，运动员的一部分机械能转化为内能，所以B点的机械能大于D点的机械能；由于BD的高度相同，重力势能相同，则B点的动能要大于D点的动能，所以在B点的速度大于在D点的速度，故D正确。 故选D。 问题二： 【角度1】转化 【典例1】机械能的转化 ．蹦极运动简化后与下列情景相似：如图甲所示，弹性细绳的一端固定在O点，另一端系着一个小球，小球从O点释放后上下往复运动。由于空气阻力作用，最终会停在O点下方的某个位置。已知小球速度v与下落高度h的关系如图乙所示，细绳拉力F与下落高度h的关系如图丙所示。根据图像可知，下列描述正确的是 （  ） A．弹性细绳原长为1.5m B．小球在下落过程中动能先变大后不变 C．小球下落到最低点时受平衡力 D．已知小球在下落过程中减少的重力势能等于它所受重力做的功。不计空气阻力，则弹性细绳的最大弹性势能为7.2J 【答案】D 【详解】A．从图丙可以看到，当时，细绳拉力F开始有数值，这说明了弹性细绳的原长是1.2m，故A错误； B．动能大小由质量和速度决定，小球质量不变，由乙图可知小球速度先增大后减小，故小球下落过程中动能先增大后减小，故B错误； C．由乙图可知小球在1.5m后开始做减速运动，从此往后绳子拉力一直大于小球重力，因此小球下落到最低点时绳子对其拉力大于小球重力，故小球在最低点不受平衡力，故C错误； D．由乙图可知小球下降高度总共2.4m，在1.5m后开始做减速运动，可知小球在1.5m处受到绳子的拉力等于其重力，由丙可知1.5m处小球受到拉力为3N,则小球重力为3N,小球在下落过程中减少的重力势能等于它所受重力做的功，则弹性细绳的最大弹性势能为 故D正确。 故选D 。 【变式1-1】 如图所示，小明在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小球，另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置，C点是小球从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小球从A点到C点的运动过程，不考虑空气阻力，下列说法中正确的是（　　） A．从A点到B点，绳子弹性势能增大 B．从B点到C点，小球的动能先增大后减小 C．小球到达C点时的动能为零，受力平衡 D．小球到达C点时的动能等于它在A点时的重力势能 【答案】B 【详解】A．B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置，即为绳子原长，从A点到B点，绳子没有被拉伸，没有受到弹力，弹性势能为0，所以弹性势能不变，故A错误； B．从B点到C点，绳子的形变量逐渐变大，小球受到的向上的拉力逐渐变大，刚开始拉力小于重力，小球做加速运动，后来拉力大于重力，小球将做减速运动，可知小球的速度先变大后变小，小球的质量不变，所以小球的动能先增大后减小，故B正确； C．小球到达C点时的动能为零，拉力大于重力，受力不平衡，故C错误； D．不计空气阻力，机械能守恒，小球在A点时的重力势能等于小球到达C点时的动能加上绳子的弹性势能，故D错误。 故选B。 【变式1-2】 “反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，将弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连。打开扣环，体验者从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经过B点时轻绳的弹力等于人的重力，最高能到达C点。对此过程，下列描述正确的是（　　） A．弹性绳的弹性势能在B点时最大 B．人从B到C的过程中，动能一直减少 C．人从A到B的过程中，动能先增加后减少 D．人从A到C的过程中，重力势能增加，动能一直减少 【答案】B 【详解】A．扣环打开前，弹性绳的弹性形变程度最大，弹性势能最大，经过B点时轻绳的弹力等于人的重力，在B点时速度最快，弹性形变不是最大，弹性势能不是最大，故A错误； B．B点时弹性轻绳对人的弹力等于人的重力，速度最大，人从B到C的过程中，质量不变，高度增大，重力势能增大，速度减小，动能减小，故B正确； C．人从A到B的过程中，质量不变，高度增大，重力势能增大，速度增大，动能增大，故C错误； D．人从A到C的过程中，质量不变，高度增大，重力势能增加；AB段速度逐渐变大，动能逐渐变大；BC段速度逐渐变小，动能逐渐变小，故D错误。 故选B。 问题三：机械能守恒 【角度1】条件 【典例1】 ．如图所示在水平台面上，一根弹簧左端固定，右端连接一金属滑块，点是弹簧保持原长时滑块的位置；开始时用力推滑块压缩弹簧到A位置，释放滑块，B是滑块能到达的最右端，AO>OB，滑块从A位置滑到B位置的过程中（滑块到达某一位置是指滑块中心到达该位置上方，不计空气阻力），下列说法正确的是（    ） ①速度最快的位置在AO之间 ②弹簧对滑块弹力最大的位置在A点 ③滑块从A位置滑到B位置的过程中机械能不变 ④滑块最终可能停在O点的右侧 A．①② B．②④ C．①②④ D．①②③④ 【答案】C 【详解】①②③从A到B，因为 AO>OB 说明此过程存在摩擦力；金属滑块从A运动到O的过程中，因弹簧处于压缩状态而对滑块有水平向右的弹力；开始时用力推滑块压缩弹簧到A位置，此时弹性形变最大，弹力最大；开始时，弹力大于摩擦力，滑块做加速运动；当弹力等于摩擦力时，滑块的速度最大；继续运动到O的过程中，弹力小于摩擦力，滑块做减速运动；滑块从O运动到B的过程中，因弹簧处于伸长状态而对滑块有水平向左的弹力，则滑块的速度不断减小，所以速度最大点在AO之间，而由于摩擦力的存在，滑块和弹簧整个过程机械能逐渐减小，因而滑块的机械能不守恒，故①②正确，③错误； ④金属滑块运动到B点，速度为零，停止运动，但是由于弹簧要恢复原来的形状，受到水平向左的弹力作用，所以金属滑块可能不会保持静止，有可能向左运动，直到在水平方向上受到的弹力和摩擦力相等，故物体最终可能停在O的右侧，故④正确。 故选C。 【变式1-1】 ．嫦娥五号返回器用类似“打水漂”（钱学森弹道）的方式着陆地球；其着陆过程的部分轨迹简化如图所示，其中B、C两点高度相同，AB段返回器的动能________；BC段返回器的机械能________；CD段返回器的动能增加量________重力势能的减小量，以上三空正确的是（　　） A．变大 不变 小于 B．变小 不变 小于 C．变小 不变 大于 D．变大 变大 大于 【答案】B 【详解】AB段，返回器的质量不变，高度变大，重力势能变大，是返回器的动能转化为重力势能，所以返回器的动能变小；BC段，由于在大气层外，没有阻力做功，机械能守恒，返回器的机械能不变；CD段，返回器的重力势能不仅转化为动能，同时由于要克服摩擦，部分重力势能转化为内能，所以CD段返回器动能增加量小于重力势能的减小量。 故选B。 【变式1-2】 如图是某运动员在一次撑竿跳高过程中的多个状态，若不计空气的阻力，以下分析正确的是（   ） A．运动员助跑可以增大动能 B．运动员到最高点时重力势能最小 C．运动员从最高点下落的过程中，机械能一直增大 D．运动员撑竿上升的过程中，竿的弹性势能全部转化为运动员的动能 【答案】A 【详解】A．运动员助跑是为了增大运动员的运动速度，从而提高运动员的动能，故A正确； B．重力势能大小的影响因素：质量、被举高的高度；运动员到最高点时，质量不变，高度最大，所以重力势能最大，故B错误； C．由于不计空气的阻力，所以运动员从最高点下落的过程中，机械能保持不变，故C错误； D．运动员撑竿上升的过程中，竿的弹性势能一部分转化为运动员的动能，一部分转化为运动员的重力势能，故D错误。 故选 A。 【基础强化】 一、单选题 1．在2022年2月8日举行的北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台的决赛中，我国选手谷爱凌获得金牌。如图所示是她离开跳台向上滑行的某个瞬间，当她离开跳台上升到最高处时，具有最大的（不忽略空气阻力）（　　） A．机械能 B．动能 C．弹性势能 D．重力势能 【答案】D 【详解】A．本题因为不忽略空气阻力，在从跳台上升的过程中还要克服空气阻力做功，因此机械能从运动员离开跳台后就是一直在减小的，故此时机械能不是最大。故A不符合题意； BD．当运动员离开跳台上升的过程中，动能转化为重力势能，到达最高点时，因高度最大，重力势能达到最大，动能最小。故B不符合题意，Ｄ符合题意； C．本例未涉及到弹性势能的知识，故C不符合题意。 故选D。 2．我国“神舟十号”飞船与“天宫二号”完成自动交会对接任务，在返回地球匀速下降过程中，它的（　　） A．动能增加，势能减少，机械能不变 B．动能减少，势能不变，机械能增加 C．动能不变，势能增加，机械能减少 D．动能不变，势能减少，机械能减少 【答案】D 【详解】“神舟十号”飞船与“天宫二号”完成自动交会对接任务，在返回地球匀速下降过程中，其质量不变，速度不变，故动能不变；同时其质量不变，高度减小，故其重力势能变小，所以机械能变小。 故选D。 3．如图所示的摩天轮是武汉的一个地标建筑一“东湖之眼”，直径达49.9米，有28个座舱，游客可以通过它看到东湖的别样之美。若小明随座舱在竖直平面内匀速转动，则下列说法正确的是（  ） A．以座椅为参照物，小明是运动的 B．从最高点转动到最低点的过程中， 小明的重力势能变大 C．从最高点转动到最低点的过程中，小明的动能变大 D．从最低点转动到最高点的过程中，小明的机械能变大 【答案】D 【详解】A．小明随座舱在竖直平面内匀速转动的过程中，相对于座椅的位置没有改变，所以以座椅为参照物小明是静止的，故A错误； B．物体的重力势能与质量和高度有关，从最高点转动到最低点的过程中，质量不变，高度变小，小明的重力势能变小，故B错误； C．物体的动能与质量和速度有关，从最高点匀速转动到最低点的过程中，质量和速度都不变，动能不变，故C错误； D．小明从最低点匀速转动到最高点的过程中，质量不变，速度不变，高度变大，即动能不变，重力势能变大，机械能变大，故D正确。 故选D。 4．如图，光滑的斜面与粗糙的水平面平滑连接，弹簧左端固定。表面粗糙的物块从点自由滑下，在点刚好接触弹簧的右端，在点物块的速度减小为零，不计空气阻力，以下说法正确的是（　　） A．物块从点自由下滑是由于物块重力的作用 B．物块在点时受到的重力与支持力是一对平衡力 C．物块滑到点时，竖直方向上合力不为零 D．物块滑到点时，重力势能全部转化为弹性势能 【答案】A 【详解】A．物块从点自由下滑时受到垂直斜面的支持力和竖直向下重力的作用，重力沿斜面向下的分力使物块下滑，故A正确； B．物块从点自由下滑时受到垂直斜面的支持力和竖直向下重力的作用，二力方向不是作用在同一条直线上，不是一对平衡力，故B错误； C．物块滑到点时，竖直方向保持相对静止，受到的支持力和自身的重力是一对平衡力，竖直方向上合力为零，故C错误； D．物块在粗糙的水平面上运动时受到摩擦力的作用，物块滑到点时，重力势能一部分转化为弹性势能，另一部分转化为内能，故D错误。 故选A。 5．2024年3月4日，U20女足亚洲杯首战，中国队凭借霍悦欣在比赛最后时刻打入的精彩远射，1比1战平上届亚军。如图所示是比赛中的场景，小刚和小亮运用所学物理知识对比赛中的一些现象进行分析，下列说法中全部正确的一组是（　　） ①足球在上升过程中动能转化为重力势能 ②踢出去的足球能继续向前飞行是因为受到惯性的作用 ③足球在空中飞行时受到重力和向前的推力 ④足球能被头顶飞，说明力能改变物体的运动状态 ⑤足球在空中飞行时，运动员一直对足球做功 ⑥足球在空中飞行时，如果外力全部消失，足球将保持静止 A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 【答案】B 【详解】①足球在上升过程中，速度减小，高度增大，是动能转化为重力势能，故①正确； ②踢出去的足球能继续向前飞行是由于足球具有惯性，仍保持原来的运动状态，惯性不是力，不可以说受到惯性的作用，故②错误； ③足球在空中飞行时受到重力，但不受向前的推力，故③错误； ④足球能被头顶飞，运动状态改变，说明力能改变物体的运动状态，故④正确； ⑤空中飞行的足球，运动员没有施加力，不做功，故⑤错误； ⑥足球在空中飞行时，如果外力全部消失，足球将保持原来的速度做匀速直线运动，故⑥错误。 综上所述，正确的序号有②④，共2个，故B正确，ACD错误。 故选B。 6．小明将一排球竖直向上抛出，排球离开手后竖直向上运动到一定高度又落回地面，不计空气阻力，关于排球离开手后的运动过程中，下列说法正确的是（　　） A．排球在上升过程中小明对排球做功 B．排球在下落过程中排球的动能减小 C．排球在上升到最高点时不受力 D．排球在下落过程中重力势能转化为动能 【答案】D 【详解】A．排球在上升过程中，小明不再对排球施加力，所以小明对排球不做功，故A错误； B．排球在下落过程中，质量不变，速度逐渐变大，排球的动能变大，故B错误； C．排球在上升到最高点时，不计空气阻力，排球只受到竖直向下的重力作用，故C错误； D．排球下落的过程，质量不变，速度增加，高度减小，故重力势能减小，动能增加，所以是将重力势能转化为动能的过程，故D正确。 故选D。 7．运动员在蹦床比赛过程中（不计空气阻力），下列说法中正确的是（　　） A．运动员在空中下落过程中（未接触蹦床前），动能转化为重力势能 B．运动员落到蹦床上继续向下运动的过程中，动能一直在增加 C．运动员离开蹦床后上升过程中，动能转化为重力势能，机械能不变 D．运动员上升到最高点时，速度为零，机械能为零 【答案】C 【详解】A．运动员在空中下落过程中（未接触蹦床前），质量不变、高度减小，重力势能减小；质量不变、速度变大，动能变大，重力势能转化为动能，故A错误； B．运动员落到蹦床上继续向下运动的过程中，受到弹力的作用，弹力会逐渐变大，开始时，弹力小于重力，所以运动员继续向下做加速运动；当弹力等于重力时，速度最大，继续向下运动，弹力大于重力，则运动员做减速运动，故整个过程中，运动员的动能先变大后变小，故B错误； C．运动员离开蹦床后上升过程中，质量不变、高度变大，重力势能变大；质量不变、速度变小，动能变小，动能转化为重力势能，不计空气阻力，机械能不变，故C正确； D．运动员上升到最高点时，速度为零，动能为0；但有一定的高度，具有重力势能，所以机械能不为零，故D错误。 故选C。 8．嫦娥五号返回器用类似“打水漂”（钱学森弹道）的方式着陆地球；其着陆过程的部分轨迹简化如图所示，其中B、C两点高度相同，AB段返回器的动能________；BC段返回器的机械能________；CD段返回器的动能增加量________重力势能的减小量，以上三空正确的是（　　） A．变大 不变 小于 B．变小 不变 小于 C．变小 不变 大于 D．变大 变大 大于 【答案】B 【详解】AB段，返回器的质量不变，高度变大，重力势能变大，是返回器的动能转化为重力势能，所以返回器的动能变小；BC段，由于在大气层外，没有阻力做功，机械能守恒，返回器的机械能不变；CD段，返回器的重力势能不仅转化为动能，同时由于要克服摩擦，部分重力势能转化为内能，所以CD段返回器动能增加量小于重力势能的减小量。 故选B。 9．2024年4月25日，搭载“神舟十八号”载人飞船的“长征二号”F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，如图所示。火箭加速升空的过程中，下列说法不正确的是（    ） A．火箭的动能转化为重力势能 B．火箭的运动状态发生了变化 C．火箭受到非平衡力的作用 D．高温的燃气对火箭做了功 【答案】A 【详解】A．火箭加速升空的过程中，火箭的质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大，不是动能转化为重力势能的过程，故A错误，A符合题意； B．火箭加速升空的过程中，火箭的速度增大，它的运动状态发生了变化，故B正确，B不符合题意； C．火箭加速升空的过程中，火箭的运动状态发生了变化，火箭受到非平衡力的作用，故C正确，C不符合题意； D．火箭加速升空的过程中，高温的燃气对火箭施加了向上的作用力，火箭向上移动了距离，高温的燃气对火箭做了功，故D正确，D不符合题意。 故选A。 10．图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E五点。图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则下列说法正确的是（　　）    A．在D点时一切外力消失，过山车将保持静止状态 B．B点到D点的过程中，过山车的机械能是守恒的 C．D点到E点的过程中，过山车速度越来越快，过山车机械能没有转化为内能 D．过山车的机械能在B点最大 【答案】D 【详解】A．由图示知，D点时，过山车的水平方向的速度不为0，则此时一切外力消失，据牛顿第一定律知，过山车不能保持静止，而是沿水平方向做匀速直线运动，故A错误； B．由图示知，B点的重力势能等于E点的动能，而B点的机械能等于此时的动能与重力势能之和，E点的机械能等于此时的动能，所以从B到E机械能减小，部分机械能转化为内能，机械能不守恒，那么从B到D机械能不守恒，故BC错误； D．因为整个过程机械能不守恒，有部分机械能转化为内能，所以在最开始点的B点，机械能最大，故D正确。 故选D。 11．如图，细线上端固定，下端拉着小球在竖直平面内摆动，A、B是球摆动过程中的最高点，C是最低点，不计空气阻力，则（　　） A．球在C点时受力平衡 B．球在A点时速度最大 C．球在A点时绳子突然断开，小球将静止不动 D．球在B点时所受外力同时消失，小球将静止不动 【答案】D 【详解】A．球在C点时，不是处于平衡状态，所以受到的不是平衡力，故A错误； BCD．小球在A、B两点时，是摆动过程中的最高点，此时的动能最小，速度最小为0，若在A点时绳子突然断开，小球由于受到重力的作用，会向下运动，若在B点时，所受的外力同时消失，则球会保持静止不动，故A、C错误，D正确。 故选D。 12．如图所示，一小球从粗糙的固定轨道A处由静止开始运动，经过B处，再向上运动到轨道右端的最高点C处（图中并没画出，轨道足够长）。以下说法中，正确的是（　　） A．C处离地高度一定等于A处离地高度 B．C处离地高度可能高于B处离地高度 C．小球在B处的机械能可能小于在C处的机械能 D．小球运动到轨道右端的最高点C处时，受力平衡 【答案】B 【详解】A．由于轨道粗糙，存在摩擦力做功，所以小球从A到C的过程中，机械能不断减少。故小球在A处的机械能大于在C处的机械能；C处与A处的动能都为0，故C离地高度小于等于A处离地高度，故A不符合题意； BC．此过程机械能不守恒，小球在B处的机械能大于等于在C处的机械能，但是小球C处的重力势能有可能大于在B处的重力势能，C处离地高度可能高于B处离地高度，故C不符合题意，B符合题意； D．小球运动到轨道右端的最高点C处时，一定会折返向下运动，不是平衡状态，受力不平衡，故D不符合题意。 故选B。 13．如图所示，小红用平行于斜面的拉力把物体从A点匀速拉至B点，忽略摩擦和空气阻力，以物体为研究对象，下列图像正确的是（　　）    A．   B．   C．   D．   【答案】B 【详解】A．图中s-t图像时一条水平的直线，表示物体静止不同，故A错误； B．图中表示动能一直不变，物体被推动过程中质量不变，速度大小不变，动能大小不变，故B正确； C．物体推动过程中质量不变，高度不断上升，重力势能变大，图中表示重力势能一直不变，故C错误； D．物体的动能不变，重力势能变大，机械能为动能与势能的总和，则机械能不断变大，图中表示机械能一直不变，故D错误。 故选B。 14．2022年11月30日，神舟十五号与神舟十四号乘组首次实现“太空会师”。如图所示，在加速升空的过程中，神舟十五号载人飞船的（　　）    A．动能不变 B．重力势能减少 C．机械能减少 D．机械能增加 【答案】D 【详解】中国神舟十五号载人飞船加速向上运动的过程中，其质量不变，速度增大，则动能增大；同时高度增加，其重力势能增大；此过程中空间站不具有弹性势能，因机械能等于动能与势能的总和，所以它的机械能增大，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 15．如图将一小球置于一弹簧上方，放手后，小球向下运动，到达A位置小球刚好与弹簧接触，到达B位置小球的速度变为零，则对于此过程分析下列说法错误的是（　　） A．从A到B位置过程中，小球的机械能全部转化为弹簧的弹性势能 B．从A到B位置过程中，小球受到弹力一直变大 C．从A到B位置过程中，小球的速度先变大再变小，到B位置为零 D．从A到B位置过程中，小球开始时受到的弹力小于重力，后来受到的弹力大于重力 【答案】A 【详解】A．从A到B位置过程中，小球的机械能大部分转化为弹簧的弹性势能，但也有一部分会由于空气阻力、摩擦等转化为内能，故A错误，符合题意； B．从A到B位置过程中，弹簧的形变程度逐渐加大，所以小球受到弹力一直变大，故B正确，不符合题意； C．从A到B位置过程中，小球开始时受到的弹力小于重力，继续加速，后来受到的弹力大于重力，小球开始减速，所以小球是先加速，再减速，到B位置速度变为0；故C正确，不符合题意； D．从A到B位置过程中，开始时弹簧的形变程度小，小球受到的弹力小于重力，后来弹簧的形变程度增大，小球受到的弹力大于重力，弹力与重力的关系是变化的，故D正确，不符合题意。 故选A。 二、多选题 16．十三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．动能增大 C．重力势能减小 D．重力势能增大 【答案】BC 【详解】物体在下落过程中质量不变、高度降低，重力势能减小，质量不变、速度逐渐增大，动能增大，故AD不符合题意，BC符合题意。 故选BC。 17．将小球竖直向上抛出，小球到达最高点后加速落回地面。小球在运动过程中先后经过M、N两点，小球在这两点具有动能和势能的大小如图所示。下列判断正确的是（　　）    A．小球在上升过程中动能转化为重力势能 B．小球在M点的速度比在N点的速度小 C．小球在M点的高度比在N点的高度低 D．小球在运动过程中机械能的总量保持不变 【答案】AB 【详解】A．小球上升过程中质量不变、速度减小、高度增加，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能，故A正确； B．由图知道 ，小球在M点的动能小于小球在N点的动能，可知小球在M点的速度比在N点的速度小，故B正确； C．由图知道，小球在M点的重力势能比在N点的大，所以M点离地高度比在N点的高，故C错误； D．由图知道，小球在M点的重力势能+动能大于小球在N点的重力势能+动能，说明小球在运动过程中机械能不守恒，故D错误。 故选AB。 18．下列关于功和能的说法中正确的是（　　） A．机械做功越快，功率就越大 B．作用在物体上的某个力越大，这个力对该物体做的功就越多 C．在平衡力作用下运动的木块，其机械能可能发生变化 D．在空中竖直自由下落的篮球，其增加的动能是由重力势能转化来的 【答案】ACD 【详解】A．功率表示做功快慢，机械做功越快，表示功率就越大，故A正确； B．做功多少与两个因素有关，一个是作用在物体上的力，一个是这个力的方向上的距离，因此作用在物体上的某个力越大，这个力对该物体做的功不一定越多，还与距离有关，故B错误； C．在平衡力作用下运动的木块，其速度大小不变，即动能不变，但其重力势能可以发生变化，如可以匀速上升等，因此其机械能可能发生变化，故C正确； D．在空中竖直自由下落的篮球，高度减小，重力势能减小，速度增加，动能增加，其增加的动能是由重力势能转化来的，故D正确。 故选ACD。 19．如图所示，某同学正在看护玩滑板车的弟弟。只见随着弟弟连续地用脚蹬地，滑坂路来越快；而停止蹬地后，滑板越来越慢；下坡时不用蹬地，滑板也会越来越快。请你针对文中提到的现象进行判断，下列说法中正确的是（　　） A．下坡时滑板和人的重力势能转化为动能 B．弟弟连续蹬地滑板越来越快，使滑板加速前进的力是脚对地面的作用力 C．停止蹬地，滑板和弟弟仍然能继续前进是因为他们具有惯性 D．停止蹬地，滑板和弟弟最终停下来是因为阻力改变了他们的运动状态 【答案】ACD 【详解】A．下坡时，滑板和人的质量不变，高度变小，重力势能变小，速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能，故A正确； B．滑滑板时，人用脚蹬地，给地面一个向后的力，因为物体间力的作用是相互的，所以脚受到地面一个向前的力，使滑板前进，故弟弟连续蹬地滑板越来越快，使滑板加速前进的力是地面对脚的作用力，故B错误； C．停止蹬地，滑板和弟弟继续前进因为他们具有惯性，仍然要保持原来的运动状态，故C正确； D．停止蹬地，滑板车在前进的过程中，受到地面的阻力的作用，力可以改变滑板车的运动状态，最终会停下来，故D正确。 故选ACD。 20．如图所示，小朋友沿着滑梯匀速下滑的过程中，下列说法中不正确的是（忽略空气阻力）（　　） A．他受重力、支持力和摩擦力的共同作用 B．他受重力、支持力、下滑力和摩擦力的共同作用 C．他的重力势能转化成了动能和内能 D．他的重力势能减小，动能增大，机械能不变 【答案】BCD 【详解】AB．小朋友沿着滑梯匀速下滑的过程中，受到竖直向下的重力，垂直于滑梯表面向上的支持力，沿滑梯表面向上的摩擦力，故A正确，B错误，A不符合题意，B符合题意； CD．沿着滑梯匀速下滑的过程中，他的质量不变，速度不变，因此动能大小不变，高度降低，重力势能减小，机械能减小，因此重力势能没有转化为动能，而是机械能转化为内能，故CD错误，CD符合题意； 故选BCD。 三、实验题 21．如图所示是“探究动能的大小与什么因素有关”的实验装置。 表面 毛巾 棉布 木板 摩擦力 最大 较大 最小 小车运动距离 最近 较远 最远 （1）在实验中，通过观察物体B 来比较小球A动能的大小； （2）为了探究动能的大小与质量的关系，应该选用质量 （选填“相同”或“不同”）的小球，从斜面 （选填“相同”或“不同”）的位置由静止释放； （3）完成实验后，同学们还想到学习牛顿第一定律时，也用到了斜面：让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，在三个不同的表面上能滑行的距离不同（如上表），小车在这三个表面上滑行的过程中克服摩擦力做功 （选填“相等”或“不相等”）。 【答案】 被撞后移动的距离 不同 相同 相等 【详解】（1）[1]本实验利用转换法，通过观察物体B被小球A撞击后移动的距离比较小球A动能的大小，物体B被撞击的越远，说明小球A的动能越大。 （2）[2][3]根据控制变量法，探究动能的大小与质量的关系，应选用质量不同的小球，控制小球的速度不变，方法是：用质量不同的小球从斜面不同的位置由静止释放，小球到达斜面底端时具有不同的速度。 （3）[4]同一小车在同一斜面的同一高度，小车具有的重力势能不变。由静止滑下，小车的重力势能转化为动能，小车到达平面上时具有的动能也相同，小车在平面上运动时，克服摩擦力做功，并最终停下来，则克服摩擦力做的功等于其减小的动能，由于三种情况下小球减小的动能相同，所以小车在这三个表面上滑行的过程中克服摩擦力做功相等。 22．小明为研究动能大小与哪些因素有关，设计了如图实验，让小球静止从斜面顶端滚下后与固定在右端的弹簧碰撞，斜面底端和水平面平滑相接，请结合实验回答下列问题： （1）实验中通过 反映小球动能的大小；实验中让同一小球从斜面上不同高度滚下，当高度 （选填“越大”或“越小”）时，观察到弹簧被压缩得越短，说明小球动能大小与 有关。 （2）为了研究动能大小是否和物体质量有关，应该让不同质量的小球从斜面上相同的高度滚下，这样做的目的是 。 （3）实验中小明发现小球压缩弹簧后被弹簧弹回到斜面上，为了研究小球被弹回到斜面上的高度与哪些因素有关，小明分别将玻璃板、木板和毛巾铺在接触面（含斜面和平面）上进行实验，而保证小球质量和高度 （选填“相同”或“不同”），发现当小球在玻璃表面滚动时被弹回的高度最大，在毛巾表面滚动时被弹回的高度最小，因此小明认为小球被弹回的高度与 有关。 （4）小明在（3）实验所得结论基础上进行推理，接触面越光滑小球被弹回的越高，如果接 触面光滑到没有摩擦，那么小球将 。 A．不能上升到初始高度，最终静止在平面上 B．上升到初始高度后静止 C．能上升到初始高度，并在斜面和弹簧之间往复运动 【答案】 弹簧被压缩的程度 越大 速度 使小球到达斜面底端的速度相同 相同 接触面粗糙程度 C 【详解】（1）[1]实验中通过弹簧被压缩的程度反映小球动能的大小，采用了转换法，将不易观察的动能大小转化为容易观察的弹簧被压缩的程度。 [2]高度越高，小球重力势能越大，转化的动能越大，弹簧被压缩的程度越大。 [3]从不同高度滚下，小球到达水平面时的速度不同，从越高的地方滚下的小球，到达水平面时的速度越大，动能越大，说明小球的动能与速度有关。 （2）[4]由前面的探究可知，动能大小与速度有关，故在探究动能与质量的关系时，需要控制小球的速度相同，即让不同质量的小球从斜面上相同的高度滚下。 （3）[5]为了研究小球被弹回到斜面上的高度与哪些因素有关，要控制小球的动能相同，因此小球的质量和下落高度应相同。 [6]小球的动能相同，但在不同界面上，回弹高度不同，玻璃板、木板和毛巾存在的差异是粗糙程度不同，故小球被弹回的高度与接触面的粗糙程度有关。 （4）[7]接触面越光滑小球被弹回的越高，如果接触面光滑到没有摩擦，小球机械能守恒，因此小球能回到初始高度，并在斜面和弹簧之间往复运动。 故选C。 23．小明为研究动能大小与哪些因素有关，设计了如图实验，让小球静止从斜面上滚下后与固定在右端的弹簧碰撞，斜面底端和水平面平滑相接，请结合实验回答下列问题： （1）实验中通过弹簧被压缩的程度反映小球动能的大小，这是运用了科学探究的 （选填“控制变量法”或“转换法”）； （2）为了研究动能大小是否和物体质量有关，应该让不同质量的小球从斜面上相同的高度静止滚下，这样做的目的是使小球运动到水平面时的 相同； （3）实验中，小明发现小球压缩弹簧后被弹簧弹回到斜面上，为了研究小球被弹回到斜面上的高度与哪些因素有关，小明分别将玻璃板、木板和毛巾铺在接触面（含斜面和平面）上进行实验，让同一小球在斜面上相同高度滚下，发现当小球在玻璃表面滚动时被弹回的高度最大，在毛巾表面滚动时被弹回的高度最小，因此小明认为小球被弹回的高度与 有关； （4）小明在（3）实验所得结论基础上进行推理，接触面越光滑小球被弹回得越高，如果接触面光滑，没有摩擦，那么小球将 。（选择下面的选项填空） A．沿着斜面匀速直线运动    B．不能上升到初始高度，最终静止在水平面上 C．上升到初始高度后静止    D．能上升到初始高度，并在斜面和弹簧之间往复运动 【答案】 转换法 速度 接触面粗糙程度 D 【详解】（1）[1]小球压缩弹簧，对弹簧做功，做功的多少反映了小球动能的多少，弹簧被压缩的程度越大，说明小球的动能越大，则实验中可以通过弹簧被压缩的程度来反映小球动能的多少，这种方法叫转换法。 （2）[2]要研究动能大小与质量的关系，由控制变量法的应用可知，就要控制速度不变，让质量变化。速度是通过起始点的高度来控制的，则让不同质量的小球从斜面上相同的高度由静止滚下，这样做的目的是使小球运动到水平面时的速度相同。 （3）[3]根据控制变量法，在研究小球被弹回到斜面上的高度与哪些因素有关时，需要保证小球质量和在斜面上滚下时的高度相同，在不同的表面上，小球被弹回的高度不同可知，小球被弹回的高度与接触面的粗糙程度有关。 （4）[4]由（3）可知，接触面越光滑小球被弹回的越高。由此推理，如果接触面光滑到没有摩擦，只有动能和势能相互转化，机械能保持不变，那么小球能上升到初始高度，并在斜面和弹簧之间往复运动，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 【素养提升】 四、科普阅读题 24．阅读下面文字，回答问题． 小轮车 小轮车是指车轮半径为20英寸的自行车．车身一般采用合金材料制成，可以承受从几米高的地方快速落下的冲力．车把可以转动360度，前后轮都装有供脚踩的“火箭筒”等． 小轮车运动是近年来兴起的一项极富挑战性的新型体育运动．常见的比赛平地花式赛最基本的动作有后轮点地跳、前轮点地跳、擦轮、定车、飘、过桥等．赛场上，运动员首先用力蹬车加速上升，越过最高坡道，而后又疾驰而下，跨过不同坡道，不断上升、下降，最终冲向终点．比赛过程中，优秀运动员一次可跨越几个坡道．车手们的精彩表现给观众带来了速度、力量与美的享受．     （1）小轮车的车身一般采用韧性好、硬度大的合金材料制成，这样做的目的是：       （2）运动员用力蹬车可加速上升，表明力可以改变物体的 ，到达坡道最高点时自行车仍要继续向前运动，这是因为自行车具有       （3）运动员骑车离地飞跃到最高空时，如果不考虑空气阻力，小轮车只受到 力，下落过程中，重力势能逐渐变 ，动能变 【答案】 可以承受从几米高的地方快速落下的冲力 运动状态 惯性 重 小 大 【详解】(1)[1]小轮车在比赛过程中，需要承受从几米高的地方快速落下的冲力，因此对构成它的材料要求比较高，韧性好，硬度大。 (2)[2][3]对车施加力的作用后，车的速度发生变化，说明力可以改变物体的运动状态；物体具有保持原来运动状态不变的性质，称为惯性。 (3)[4]飞跃在高空的小轮车，不考虑空气对它的作用力，只受到重力作用。 [5][6]小轮车下落时，高度降低，重力势能变小。下落的过程中，速度变大，动能变大。 【能力培优】 五、计算题 25．跳伞是一项极具挑战的运动，现在越来越受到人们的真发。在某次跳伞训练过程中，一位体重为60ON的运动员从空中悬停的直升机上由静止开始竖直跳下，其速度与时间的关系如图所示，经15s下落210m后，再匀速直线下落15s.求: （1）运动员在这30s内下落的总高度； （2）这30s内重力做的功； （3）匀速下降时重力做功的功率； （4） 0-30s过程中人的动能、重力势能、机械能如何变化? 【答案】（1）300m   （2）1.8×105J   （3）3600W（4）动能先增大后减小最后不变，重力势能减小，机械能减小 【详解】(1)由题可知，运动员在0−15s下落的路程为s1=210m，由图象可知，15s后运动员以6m/s的速度做匀速直线运动，则运动员在15−30s通过的路程为： s2=vt2=6m/s×15s=90m； 运动员在这30s内下落的总高度为： h= 210m+90m=300m； (2)重力做的功为： W=Gh=600N×300m=1.8×105J； (3)匀速下降时，重力做功的功率为： P=Fv=Gv=600N×6m/s=3.6×103W。 (4) 由图知0到30s人的速度先增加后不变，动能也是先增加再不变，高度一直减小，重力势能也一直减小，由于空气阻力的影响，机械能会转化为内能，所以机械能减小。 答：(1)运动员在这30s内下落的总高度为300m； (2)这30s内重力做的功为1.8×105J； (3)匀速下降时重力做功的功率为3.6×103W。 (4)动能是先增加再不变，高度一直减小，重力势能也一直减小，由于空气阻力的影响，机械能会转化为内能，所以机械能减小。 26．2022年6月17日，我国自主设计的航空母舰“中国人民解放军海军福建舰”，完成前期建造，开始舾装和系泊试验。福建舰全长300多米，满载排水量8万余吨，采用非常先进的全舰综合电力管理系统和电磁弹射系统。航母舰载机在甲板跑道（长度100m）起飞时，在发动机推力（认为不变）、弹射器推力和平均阻力（约为舰载机所受重力的0.1倍）共同作用下、沿直线由静止加速到起飞速度（此时舰载机所受的重力和升力相等），舰载机开始离开甲板（舰载机滑行时竖直向上的升力计算公式为Fn=ρSCv2，其中ρ是空气密度，认为不变，S是机翼有效面积，C是飞机升力系数，由飞机外形决定，v是飞机飞行速度）。舰载机自重25t时，经弹射器弹射后起飞速度为50m/s。若舰载机因任务需要增重至30.25t，求： (1)舰载机增重后的起飞速度； (2)与增重前相比、弹射器将舰载机弹射起飞需要多消耗的能量。（g取10Nkg，飞机起飞时的动能计算公式为计算结果用科学计数法表示并保留两位小数） 【答案】(1)55m/s (2)1.50×106J 【详解】（1）舰载机增重前的重力 当舰载机加速到起飞速度时，舰载机所受的重力和升力相等，则舰载机的升力为 此时舰载机经弹射器弹射后起飞速度为50m/s，则 舰载机增重后的重力 舰载机增重后的起飞速度 （2）增重前弹射器将舰载机弹射起飞需要的能量 增重后弹射器将舰载机弹射起飞需要的能量 需要多消耗的能量 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十章 功和机械能 课时10.4 机械能及其转化 2022年课程标准 物理素养 3.1.1了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。 3.2.1知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。 物理观念：能列举能量转化和转移的实例，知道能量在转化和转移过程中是守恒的，认识机械功，是与能量转化或转移密切相关的物理量，知道它的含义；能用能量转化和守恒的观点解释常见的自然现象，解决日常生活中的有关问题，形成初步的能量观念。 科学思维：知道能量的利用存在效率问题，100％的能量利用率只是一种理想情况；能用能量转化与守恒的规律对有关具体问题进行科学推理，并形成结论。 科学探究：能通过观察周围事物，发现并提出关于能量的问题，能根据已有知识对问题作出猜想和假设；能根据控制变量法制订简单的探究方案；能用表格、图像等多种方式展示实验数据，并通过分析和处理数据得出实验结论；能撰写实验报告，书面或口头表述科学探究的过程和结果。 科学态度与责任：培养学生勇于探索、严谨认真的科学态度；能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义，增强学习物理学的动力。 机械能及其转化 1、 机械能：动能和势能的统称。（机械能=动能+势能）单位是：J。 2、 动能和势能之间可以互相转化的。方式有：动能和重力势能之间可相互转化；动能和弹性势能之间可相互转化。方法：判断动能和势能的相互转化情况时，先运用动能和势能的影响因素分析得出物体所具有的动能和势能的大小变化情况，那么能的转化情况就是变小的那种形式的能转化成变大的那种形式的能。 3、 例如:一个物体从高处下落，物体的重力势能转化成它的动能；弯弓射箭时，弓的弹性势能转化成箭的动能；蹦床运动员从高处落下，与蹦床接触后，运动员的动能转化成蹦床的弹性势能；滚摆下降时，重力势能转化为动能，上升时动能转化为重力势能；单摆上升和下降过程中动能和重力势能发生相互转化． 4、 机械能守恒：只有动能和势能的相互转化，机械能的总和保持不变。人造地球卫星绕地球转动，机械能守恒；近地点动能最大，重力势能最小；远地点重力势能最大，动能最小。近地点向远地点运动，动能转化为重力势能。 问题一：基础 【角度1】机械能概念 【典例1】 如图所示，摆球由A点静止释放，经过最低点O到达B点。关于摆球，下列说法中正确的是（　　） A．如果A点到B点的过程中机械能守恒，则A、B两点等高 B．在B点时处于平衡状态 C．在O点时重力势能最大 D．从A点到O点动能转化为重力势能 【变式1-1】 如图所示，滑块M正沿桌面向右做匀速直线运动，已知滑块N重4N，滑块M重10N，不计绳重及滑轮与绳之间的摩擦。关于此过程，下列说法正确的是（　　） A．定滑轮起到了省力的作用 B．滑块M的机械能减小 C．滑块M受到的摩擦力为4N D．滑块N的机械能不变 【变式1-2】 ．在北京冬奥会自由式滑雪空中技巧比赛中，我国运动员徐梦桃勇夺桂冠，其滑行路线如图所示。在她滑行过程中，下列说法正确的是（　　） A．在A点时机械能为0 B．从A点滑行到C点的过程中重力势能不断变大 C．从C点滑行到D点的过程中，减少的动能全部转化成了重力势能 D．在B点的速度大于与其等高的D点的速度 问题二： 【角度1】转化 【典例1】机械能的转化 ．蹦极运动简化后与下列情景相似：如图甲所示，弹性细绳的一端固定在O点，另一端系着一个小球，小球从O点释放后上下往复运动。由于空气阻力作用，最终会停在O点下方的某个位置。已知小球速度v与下落高度h的关系如图乙所示，细绳拉力F与下落高度h的关系如图丙所示。根据图像可知，下列描述正确的是 （  ） A．弹性细绳原长为1.5m B．小球在下落过程中动能先变大后不变 C．小球下落到最低点时受平衡力 D．已知小球在下落过程中减少的重力势能等于它所受重力做的功。不计空气阻力，则弹性细绳的最大弹性势能为7.2J 【变式1-1】 如图所示，小明在做模拟“蹦极”的小实验，一根橡皮筋一端系一个小球，另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小球自然下垂时下端所在的位置，C点是小球从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小球从A点到C点的运动过程，不考虑空气阻力，下列说法中正确的是（　　） A．从A点到B点，绳子弹性势能增大 B．从B点到C点，小球的动能先增大后减小 C．小球到达C点时的动能为零，受力平衡 D．小球到达C点时的动能等于它在A点时的重力势能 【变式1-2】 “反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，将弹性轻绳的上端固定在O点，拉长后将下端固定在体验者的身上，并与固定在地面上的扣环相连。打开扣环，体验者从A点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经过B点时轻绳的弹力等于人的重力，最高能到达C点。对此过程，下列描述正确的是（　　） A．弹性绳的弹性势能在B点时最大 B．人从B到C的过程中，动能一直减少 C．人从A到B的过程中，动能先增加后减少 D．人从A到C的过程中，重力势能增加，动能一直减少 问题三：机械能守恒 【角度1】条件 【典例1】 如图所示在水平台面上，一根弹簧左端固定，右端连接一金属滑块，点是弹簧保持原长时滑块的位置；开始时用力推滑块压缩弹簧到A位置，释放滑块，B是滑块能到达的最右端，AO>OB，滑块从A位置滑到B位置的过程中（滑块到达某一位置是指滑块中心到达该位置上方，不计空气阻力），下列说法正确的是（    ） ①速度最快的位置在AO之间 ②弹簧对滑块弹力最大的位置在A点 ③滑块从A位置滑到B位置的过程中机械能不变 ④滑块最终可能停在O点的右侧 A．①② B．②④ C．①②④ D．①②③④ 【变式1-1】 ．嫦娥五号返回器用类似“打水漂”（钱学森弹道）的方式着陆地球；其着陆过程的部分轨迹简化如图所示，其中B、C两点高度相同，AB段返回器的动能________；BC段返回器的机械能________；CD段返回器的动能增加量________重力势能的减小量，以上三空正确的是（　　） A．变大 不变 小于 B．变小 不变 小于 C．变小 不变 大于 D．变大 变大 大于 【变式1-2】 如图是某运动员在一次撑竿跳高过程中的多个状态，若不计空气的阻力，以下分析正确的是（   ） A．运动员助跑可以增大动能 B．运动员到最高点时重力势能最小 C．运动员从最高点下落的过程中，机械能一直增大 D．运动员撑竿上升的过程中，竿的弹性势能全部转化为运动员的动能 【基础强化】 一、单选题 1．在2022年2月8日举行的北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台的决赛中，我国选手谷爱凌获得金牌。如图所示是她离开跳台向上滑行的某个瞬间，当她离开跳台上升到最高处时，具有最大的（不忽略空气阻力）（　　） A．机械能 B．动能 C．弹性势能 D．重力势能 2．我国“神舟十号”飞船与“天宫二号”完成自动交会对接任务，在返回地球匀速下降过程中，它的（　　） A．动能增加，势能减少，机械能不变 B．动能减少，势能不变，机械能增加 C．动能不变，势能增加，机械能减少 D．动能不变，势能减少，机械能减少 3．如图所示的摩天轮是武汉的一个地标建筑一“东湖之眼”，直径达49.9米，有28个座舱，游客可以通过它看到东湖的别样之美。若小明随座舱在竖直平面内匀速转动，则下列说法正确的是（  ） A．以座椅为参照物，小明是运动的 B．从最高点转动到最低点的过程中， 小明的重力势能变大 C．从最高点转动到最低点的过程中，小明的动能变大 D．从最低点转动到最高点的过程中，小明的机械能变大 4．如图，光滑的斜面与粗糙的水平面平滑连接，弹簧左端固定。表面粗糙的物块从点自由滑下，在点刚好接触弹簧的右端，在点物块的速度减小为零，不计空气阻力，以下说法正确的是（　　） A．物块从点自由下滑是由于物块重力的作用 B．物块在点时受到的重力与支持力是一对平衡力 C．物块滑到点时，竖直方向上合力不为零 D．物块滑到点时，重力势能全部转化为弹性势能 5．2024年3月4日，U20女足亚洲杯首战，中国队凭借霍悦欣在比赛最后时刻打入的精彩远射，1比1战平上届亚军。如图所示是比赛中的场景，小刚和小亮运用所学物理知识对比赛中的一些现象进行分析，下列说法中全部正确的一组是（　　） ①足球在上升过程中动能转化为重力势能 ②踢出去的足球能继续向前飞行是因为受到惯性的作用 ③足球在空中飞行时受到重力和向前的推力 ④足球能被头顶飞，说明力能改变物体的运动状态 ⑤足球在空中飞行时，运动员一直对足球做功 ⑥足球在空中飞行时，如果外力全部消失，足球将保持静止 A．1个 B．2个 C．3个 D．4个 6．小明将一排球竖直向上抛出，排球离开手后竖直向上运动到一定高度又落回地面，不计空气阻力，关于排球离开手后的运动过程中，下列说法正确的是（　　） A．排球在上升过程中小明对排球做功 B．排球在下落过程中排球的动能减小 C．排球在上升到最高点时不受力 D．排球在下落过程中重力势能转化为动能 7．运动员在蹦床比赛过程中（不计空气阻力），下列说法中正确的是（　　） A．运动员在空中下落过程中（未接触蹦床前），动能转化为重力势能 B．运动员落到蹦床上继续向下运动的过程中，动能一直在增加 C．运动员离开蹦床后上升过程中，动能转化为重力势能，机械能不变 D．运动员上升到最高点时，速度为零，机械能为零 8．嫦娥五号返回器用类似“打水漂”（钱学森弹道）的方式着陆地球；其着陆过程的部分轨迹简化如图所示，其中B、C两点高度相同，AB段返回器的动能________；BC段返回器的机械能________；CD段返回器的动能增加量________重力势能的减小量，以上三空正确的是（　　） A．变大 不变 小于 B．变小 不变 小于 C．变小 不变 大于 D．变大 变大 大于 9．2024年4月25日，搭载“神舟十八号”载人飞船的“长征二号”F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，如图所示。火箭加速升空的过程中，下列说法不正确的是（    ） A．火箭的动能转化为重力势能 B．火箭的运动状态发生了变化 C．火箭受到非平衡力的作用 D．高温的燃气对火箭做了功 10．图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E五点。图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则下列说法正确的是（　　）    A．在D点时一切外力消失，过山车将保持静止状态 B．B点到D点的过程中，过山车的机械能是守恒的 C．D点到E点的过程中，过山车速度越来越快，过山车机械能没有转化为内能 D．过山车的机械能在B点最大 11．如图，细线上端固定，下端拉着小球在竖直平面内摆动，A、B是球摆动过程中的最高点，C是最低点，不计空气阻力，则（　　） A．球在C点时受力平衡 B．球在A点时速度最大 C．球在A点时绳子突然断开，小球将静止不动 D．球在B点时所受外力同时消失，小球将静止不动 12．如图所示，一小球从粗糙的固定轨道A处由静止开始运动，经过B处，再向上运动到轨道右端的最高点C处（图中并没画出，轨道足够长）。以下说法中，正确的是（　　） A．C处离地高度一定等于A处离地高度 B．C处离地高度可能高于B处离地高度 C．小球在B处的机械能可能小于在C处的机械能 D．小球运动到轨道右端的最高点C处时，受力平衡 13．如图所示，小红用平行于斜面的拉力把物体从A点匀速拉至B点，忽略摩擦和空气阻力，以物体为研究对象，下列图像正确的是（　　）    A．   B．   C．   D．   14．2022年11月30日，神舟十五号与神舟十四号乘组首次实现“太空会师”。如图所示，在加速升空的过程中，神舟十五号载人飞船的（　　）    A．动能不变 B．重力势能减少 C．机械能减少 D．机械能增加 15．如图将一小球置于一弹簧上方，放手后，小球向下运动，到达A位置小球刚好与弹簧接触，到达B位置小球的速度变为零，则对于此过程分析下列说法错误的是（　　） A．从A到B位置过程中，小球的机械能全部转化为弹簧的弹性势能 B．从A到B位置过程中，小球受到弹力一直变大 C．从A到B位置过程中，小球的速度先变大再变小，到B位置为零 D．从A到B位置过程中，小球开始时受到的弹力小于重力，后来受到的弹力大于重力 二、多选题 16．十三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．动能增大 C．重力势能减小 D．重力势能增大 17．将小球竖直向上抛出，小球到达最高点后加速落回地面。小球在运动过程中先后经过M、N两点，小球在这两点具有动能和势能的大小如图所示。下列判断正确的是（　　）    A．小球在上升过程中动能转化为重力势能 B．小球在M点的速度比在N点的速度小 C．小球在M点的高度比在N点的高度低 D．小球在运动过程中机械能的总量保持不变 18．下列关于功和能的说法中正确的是（　　） A．机械做功越快，功率就越大 B．作用在物体上的某个力越大，这个力对该物体做的功就越多 C．在平衡力作用下运动的木块，其机械能可能发生变化 D．在空中竖直自由下落的篮球，其增加的动能是由重力势能转化来的 19．如图所示，某同学正在看护玩滑板车的弟弟。只见随着弟弟连续地用脚蹬地，滑坂路来越快；而停止蹬地后，滑板越来越慢；下坡时不用蹬地，滑板也会越来越快。请你针对文中提到的现象进行判断，下列说法中正确的是（　　） A．下坡时滑板和人的重力势能转化为动能 B．弟弟连续蹬地滑板越来越快，使滑板加速前进的力是脚对地面的作用力 C．停止蹬地，滑板和弟弟仍然能继续前进是因为他们具有惯性 D．停止蹬地，滑板和弟弟最终停下来是因为阻力改变了他们的运动状态 20．如图所示，小朋友沿着滑梯匀速下滑的过程中，下列说法中不正确的是（忽略空气阻力）（　　） A．他受重力、支持力和摩擦力的共同作用 B．他受重力、支持力、下滑力和摩擦力的共同作用 C．他的重力势能转化成了动能和内能 D．他的重力势能减小，动能增大，机械能不变 三、实验题 21．如图所示是“探究动能的大小与什么因素有关”的实验装置。 表面 毛巾 棉布 木板 摩擦力 最大 较大 最小 小车运动距离 最近 较远 最远 （1）在实验中，通过观察物体B 来比较小球A动能的大小； （2）为了探究动能的大小与质量的关系，应该选用质量 （选填“相同”或“不同”）的小球，从斜面 （选填“相同”或“不同”）的位置由静止释放； （3）完成实验后，同学们还想到学习牛顿第一定律时，也用到了斜面：让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，在三个不同的表面上能滑行的距离不同（如上表），小车在这三个表面上滑行的过程中克服摩擦力做功 （选填“相等”或“不相等”）。 22．小明为研究动能大小与哪些因素有关，设计了如图实验，让小球静止从斜面顶端滚下后与固定在右端的弹簧碰撞，斜面底端和水平面平滑相接，请结合实验回答下列问题： （1）实验中通过 反映小球动能的大小；实验中让同一小球从斜面上不同高度滚下，当高度 （选填“越大”或“越小”）时，观察到弹簧被压缩得越短，说明小球动能大小与 有关。 （2）为了研究动能大小是否和物体质量有关，应该让不同质量的小球从斜面上相同的高度滚下，这样做的目的是 。 （3）实验中小明发现小球压缩弹簧后被弹簧弹回到斜面上，为了研究小球被弹回到斜面上的高度与哪些因素有关，小明分别将玻璃板、木板和毛巾铺在接触面（含斜面和平面）上进行实验，而保证小球质量和高度 （选填“相同”或“不同”），发现当小球在玻璃表面滚动时被弹回的高度最大，在毛巾表面滚动时被弹回的高度最小，因此小明认为小球被弹回的高度与 有关。 （4）小明在（3）实验所得结论基础上进行推理，接触面越光滑小球被弹回的越高，如果接 触面光滑到没有摩擦，那么小球将 。 A．不能上升到初始高度，最终静止在平面上 B．上升到初始高度后静止 C．能上升到初始高度，并在斜面和弹簧之间往复运动 23．小明为研究动能大小与哪些因素有关，设计了如图实验，让小球静止从斜面上滚下后与固定在右端的弹簧碰撞，斜面底端和水平面平滑相接，请结合实验回答下列问题： （1）实验中通过弹簧被压缩的程度反映小球动能的大小，这是运用了科学探究的 （选填“控制变量法”或“转换法”）； （2）为了研究动能大小是否和物体质量有关，应该让不同质量的小球从斜面上相同的高度静止滚下，这样做的目的是使小球运动到水平面时的 相同； （3）实验中，小明发现小球压缩弹簧后被弹簧弹回到斜面上，为了研究小球被弹回到斜面上的高度与哪些因素有关，小明分别将玻璃板、木板和毛巾铺在接触面（含斜面和平面）上进行实验，让同一小球在斜面上相同高度滚下，发现当小球在玻璃表面滚动时被弹回的高度最大，在毛巾表面滚动时被弹回的高度最小，因此小明认为小球被弹回的高度与 有关； （4）小明在（3）实验所得结论基础上进行推理，接触面越光滑小球被弹回得越高，如果接触面光滑，没有摩擦，那么小球将 。（选择下面的选项填空） A．沿着斜面匀速直线运动    B．不能上升到初始高度，最终静止在水平面上 C．上升到初始高度后静止    D．能上升到初始高度，并在斜面和弹簧之间往复运动 【素养提升】 四、科普阅读题 24．阅读下面文字，回答问题． 小轮车 小轮车是指车轮半径为20英寸的自行车．车身一般采用合金材料制成，可以承受从几米高的地方快速落下的冲力．车把可以转动360度，前后轮都装有供脚踩的“火箭筒”等． 小轮车运动是近年来兴起的一项极富挑战性的新型体育运动．常见的比赛平地花式赛最基本的动作有后轮点地跳、前轮点地跳、擦轮、定车、飘、过桥等．赛场上，运动员首先用力蹬车加速上升，越过最高坡道，而后又疾驰而下，跨过不同坡道，不断上升、下降，最终冲向终点．比赛过程中，优秀运动员一次可跨越几个坡道．车手们的精彩表现给观众带来了速度、力量与美的享受．     （1）小轮车的车身一般采用韧性好、硬度大的合金材料制成，这样做的目的是：       （2）运动员用力蹬车可加速上升，表明力可以改变物体的 ，到达坡道最高点时自行车仍要继续向前运动，这是因为自行车具有       （3）运动员骑车离地飞跃到最高空时，如果不考虑空气阻力，小轮车只受到 力，下落过程中，重力势能逐渐变 ，动能变 【能力培优】 五、计算题 25．跳伞是一项极具挑战的运动，现在越来越受到人们的真发。在某次跳伞训练过程中，一位体重为60ON的运动员从空中悬停的直升机上由静止开始竖直跳下，其速度与时间的关系如图所示，经15s下落210m后，再匀速直线下落15s.求: （1）运动员在这30s内下落的总高度； （2）这30s内重力做的功； （3）匀速下降时重力做功的功率； （4） 0-30s过程中人的动能、重力势能、机械能如何变化? 26．2022年6月17日，我国自主设计的航空母舰“中国人民解放军海军福建舰”，完成前期建造，开始舾装和系泊试验。福建舰全长300多米，满载排水量8万余吨，采用非常先进的全舰综合电力管理系统和电磁弹射系统。航母舰载机在甲板跑道（长度100m）起飞时，在发动机推力（认为不变）、弹射器推力和平均阻力（约为舰载机所受重力的0.1倍）共同作用下、沿直线由静止加速到起飞速度（此时舰载机所受的重力和升力相等），舰载机开始离开甲板（舰载机滑行时竖直向上的升力计算公式为Fn=ρSCv2，其中ρ是空气密度，认为不变，S是机翼有效面积，C是飞机升力系数，由飞机外形决定，v是飞机飞行速度）。舰载机自重25t时，经弹射器弹射后起飞速度为50m/s。若舰载机因任务需要增重至30.25t，求： (1)舰载机增重后的起飞速度； (2)与增重前相比、弹射器将舰载机弹射起飞需要多消耗的能量。（g取10Nkg，飞机起飞时的动能计算公式为计算结果用科学计数法表示并保留两位小数） 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$