内容正文:
第3节 合理利用机械能
情境夯基础 打牢根基 掌握核心知识
一、选择题
1. [2024连云港]2024年4月25日,我国长征运载火箭成功将神舟十八号载人飞船送往预定轨道。载人飞船离开地面加速上升的过程中 ( )
A.动能增大,重力势能不变
B.动能增大,重力势能增大
C.动能不变,重力势能不变
D.动能不变,重力势能增大
2.[2024安徽]如图所示为某次蹦极运动的精彩瞬间,若一游客绑上安全绳之后从平台上由静止开始下落,则从开始下落至第一次到达最低点的过程中,游客的( B )
第2题图
A.动能一直增大 B.重力势能一直减小
C.机械能保持不变 D.机械能一直增大
3.[2024自贡]很多同学都玩过荡秋千,下列说法正确的是 ( )
第3题图
A.秋千荡到最低点时只有动能
B.秋千荡到最高点时有重力势能和动能
C.从最低点荡到最高点的过程中重力势能转化为动能
D.从最高点荡到最低点的过程中动能增大,重力势能减少
4.[2023枣庄]掉在地上的弹性小球会跳起,但是越跳越低。如图所示为小球在地面弹跳的频闪照片,下列说法不正确的是 ( )
第4题图
A.小球越跳越低,说明小球的机械能逐渐减少
B.从A点运动到B点,小球的重力势能转化为动能
C.经过相同高度的B、C两点时,小球的重力势能相同
D.经过相同高度的B、C两点时,小球的动能相同
二、填空题
5. [2024临夏州]某科技兴趣小组用两个输液用的瓶子,从瓶口以下约6 cm处截断,将截断处用胶水黏合在一起,再从瓶口的橡胶塞中心穿一根长约20 cm的细木棒,用两条悬线拴住木棒的两端,将悬线固定在支架上,就构成了如图所示的滚摆。在滚摆从上到下运动的过程中重力势能主要转化为 能;滚摆每次上升的高度逐渐减小,说明滚摆的机械能 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
第5题图
6.如图,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是压缩弹簧后小球静止释放的位置,b是弹簧原长时小球的位置,c是小球到达最右端的位置。则小球从a运动到c的过程中,在 b (选填“a”“b”或“c”)位置动能最大;从b到c的过程中,小球的动能转化为弹簧的 ,小球从a运动到b的过程中,机械能总量 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
第6题图
三、简答题
7.[2024毕节三模]如图甲所示为公路旁的避险车道,是在公路旁修建的供速度失控(刹车失灵)车辆驶入的减速专用车道,避险车道常设计为较陡的上坡道型,且在避险车道上铺设较厚的碎沙石;图乙为避险车道的简化示意图,请应用你所学的物理知识分析下列有关避险车道的问题。
第7题图
(1)避险车道上铺设碎沙石的目的是什么?
(2)若装载着相同质量货物的同款货车A、B,刹车失灵后,先后冲上了避险车道后停下来,分别停在M、N两点,请判断停在哪一点的货车进入避险车道时的速度更大?并结合功能的关系说明你判断的理由。(不计空气阻力)
四、实验与科学探究题
8.小强用如图所示装置,通过观察木块滑动的距离来判断“物体的动能大小与哪些因素有关”。图甲、乙、丙中摆长L相同,钢球A、B的质量mA<mB,悬线与竖直方向之间的夹角θ1<θ2。
第8题图
(1)图甲、乙中,同时由静止释放A、B两球,观察到它们并排摆动且始终相对静止,同时到达竖直位置,这表明两钢球在摆动过程中任一时刻速度大小与钢球的 无关;图乙中木块被撞得远些,说明 。
(2)本实验中通过比较木块滑动的距离大小来判断钢球撞击木块C前的动能大小,这种研究方法叫 (选填“控制变量法”或“转换法”)。
(3)根据乙、丙所示的探究过程,观察到图丙中木块C撞得更远,可得出结论:
。
(4)在探究钢球动能与质量的关系时,有同学提议可以在水平桌面上将同一根弹簧压缩相同的程度,分别弹出质量不同的钢球(设钢球在运动过程中所受的摩擦力不计)去撞击木块(如图丁所示),该方案 (选填“可行”或“不可行”),理由是 。
情境提思维 综合提升 灵活运用知识
1.(多项选择)图甲中过山车从A点出发,从B点自由滑行先后经过C、D、E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,则关于B到E点的过程下列说法正确的是 ( )
第1题图
A.过山车在C点的动能比在E点大
B.若在D点时,一切外力消失,过山车将保持静止
C.从D到E的过程中,过山车的重力势能全部转化为动能
D.在B点时,过山车的机械能最大
2.[2024广州]如图,某同学将篮球掷向地面,经过甲位置后碰到地面,接着向上反弹经过乙位置,忽略空气的作用力。
第2题图
(1)篮球直径为24.6 (选填“mm”“cm”或“dm”),质量为0.6 kg,g取10 N/kg,则该篮球受到的重力为 N。
(2)请在图中乙位置画出篮球的受力示意图。
(3)篮球经过甲、乙两位置时的机械能和重力势能如表所示,则篮球与地面碰撞过程损失的机械能为 J,在乙位置时的动能为 J。
位置
机械能/J
重力势能/J
甲
13
6
乙
12
10
答案精析
【情境夯基础】
1.B 2.B 3.D
4.D 【解析】A.小球跳起时,由于与空气的摩擦,在弹跳过程中部分机械能转化为内能,所以机械能逐渐减少,故正确;B.从A点运动到B点,小球做加速运动,速度变大,动能增加,高度减小,重力势能减小,即小球的重力势能转化为动能,故正确;C.B、C两点高度相同,小球的质量不变,所以B、C两点小球的重力势能相同,故正确;D.小球从B点运动到C点时,由于与空气的摩擦,机械能逐渐减少,B、C两点小球的重力势能相同,而C点的机械能小于B点的机械能,所以C点的动能小于B点的动能,故错误。
5.动 变小
6.b 弹性势能 变大
【解析】水平杆光滑,则小球在运动过程中不受摩擦阻力,故机械能守恒,即机械能总量不变;小球从a运动到b的过程中,弹簧的形变程度减小,其弹性势能减小,小球的速度变大,动能变大,弹簧的弹性势能转化为小球的动能,而小球的重力势能不变,所以小球的机械能总量变大;到达b点时,弹簧恢复原状,不计摩擦阻力,其弹性势能全部转化为小球的动能;再从b运动到c时,弹簧被拉伸,小球的动能再逐渐转化为弹簧的弹性势能,小球的动能变小,因此,在b点时小球的动能最大。
7.答:(1)增大失控车辆与避险车道之间的摩擦力。(2)N点速度更大。理由:质量相同的货车,失控时的速度越大,具有的动能越大,转化为的重力势能越大,冲上避险车道的位置就越高,所以停在N点的货车进入避险车道时的速度更大。
8.(1)质量 钢球动能的大小与质量有关 (2)转换法
(3)钢球动能的大小与速度有关 (4)不可行
弹簧的弹性势能转换成钢球的动能,钢球的动能与其质量和速度都有关,改变其质量,钢球的速度也会发生改变,该方案存在两个变量,故不可行
【情境提思维】
1.AD 【解析】A.对比图乙中C、E两点可知,C点过山车的动能大于E点时的动能,故正确;B.由图乙可知,在D点时过山车的动能不为零,有一定速度,所以若此时一切外力消失,过山车将一直运动下去,故错误;C.D点到E点的过程中,过山车速度越来越快,过山车重力势能转化为动能,同时克服阻力做功,一部分机械能转化为内能,故错误;D.整个过程中,过山车克服阻力做功,机械能逐渐变小,所以过山车的机械能在B点最大,故正确。
2.(1)cm 6 (2)如答图所示 (3)1 2
第2题答图
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