第07讲 机械能（预习）-【暑假自学课】2025年新九年级物理暑假提升精品讲义（苏科版2024）

第07讲 机械能 内容导航——预习三步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 练习题 讲典例：教材习题学解题、快速掌握解题方法 练题型 强知识：6大核心题型精准练 第二步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第三步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 动能 1、的概念 （1）能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。 （2）单位：焦耳，符号J。 （3）理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。 ②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。 2、功与能的关系 （1）功是一个过程量，能量是一个状态量。功是描述一个力对物体作用过程中所取得成效的物理量，它是相对于一个过程而言能量是指一个物体具有能够对外做工的本领。 （2）具有能量的物体不一定在做功，但正在做功的物体一定具有能量。 （3）一个物体能够对外做的功越多，它具有的能量就越大。 3、动能概念：物体由于运动而具有的能，叫做动能。一切物体都具有动能。 （1）一切物体都具有动能（运动是绝对的）。 （2）影响动能大小的因素：物体的质量和速度。物体的质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。当物体的质量一定时，物体运动的速度越大其动能越大，物体的速度越小其动能越小，具有相同运动速度的物体，质量越大动能越大，质量越小动能越小。 4、探究动能的大小与哪些因素有关 （1）提出问题：动能的大小与哪些因素有关？ （2）猜想和假设：动能的大小可能与物体的质量有关，还可能与物体的运动速度有关 （3）实验方法：控制变量法和转换法 （4）实验器材：斜面、钢球、木块 （5）实验步骤： ①让同一个钢球从斜面的不同高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近； ②换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近。 （6）实验现象： ①同一钢球从不同高度滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球滚到平面上时的速度越大，木块被推得越远； ②质量不同的钢球从同一高度滚下，钢球滚到平面上时的速度相同。质量越大的钢球将木块推得越远。 （7）得出结论： ①物体动能的大小与物体的运动速度有关，物体运动速度越大，物体的动能越大； ②物体动能的大小与物体的质量有关，物体的质量越大，物体的动能越大。 （8）归纳总结：动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大 知识点二：势能 1、势能：弹性势能和重力势能统称为势能。 2、重力势能 （1）重力势能概念：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。 （2）影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。当物体的质量一定时，物体距零势能面的高度越大，其重力势能越大，物体距零势能面的高度越小，其重力势能越小；当物体距零势能面的高度一定时，物体质量越大其重力势能越大，物体质量越小其重力势能越小，物体的质量越大，举得越高，其重力势能就越大。 3、探究重力势能的大小与哪些因素有关？ （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验设计：让高处的重物下落，将小木桩打入沙中，比较小木桩陷入的深度。应用控制变量法确定要探究的量；应用转换法，通过小木桩陷入的深度来反映重力势能的大小。 （3）实验过程： ①让同一重物从不同的高度静止落下，撞击相同的两个小木桩，从较高处下落的重物将小木桩撞入沙中深些 ②用质量不同的重物，分别从同一高度处由静止落下，撞击相同的两个小木桩，质量大的重物将小木桩撞入沙中深些 （3）实验结论：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。 4、弹性势能 （1）弹性势能概念：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。 （2）影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度。同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。当弹簧本身的性质相同时，形变越大，它具有的弹性势能就越大，形变越小，具有的弹性势能就越小；当弹簧形变相同时，性质不同的弹簧弹性势能不同。 5、探究弹性势能的大小与哪些因素有关 （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验设计：‌使用两根材料不同的弹簧A和B（‌长度和粗细相同）‌，‌小球、‌木块和长刻度尺。‌将弹簧按照不同的压缩长度安装好，‌确保弹簧被压缩的长度在弹性限度内。‌将小球置于弹簧的右端，‌放手后观察小球弹出的距离，‌以及木块被推动的距离。‌ （3）实验操作‌ 第一次实验中，‌将弹簧压缩到一定的长度ΔL1，‌记录木块被推动的距离S1。‌ 第二次实验中，‌将弹簧压缩到长度ΔL2（‌ΔL2＞ΔL1）‌，‌再次记录木块被推动的距离S2。‌ （4）数据分析：‌比较S1和S2的距离，‌如果S2的距离大于S1，‌说明弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。‌‌ （5）实验结论：同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。 知识点三：动能和势能的相互转化 1、机械能：动能和势能之和称为机械能。动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和势能是机械能的两种表现形式。 2、动能和重力势能之间可以相互转化：动能和重力势能之间的相互转化一般发生在只受重力作用下的运动过程中，例如滚摆在下降的过程中，越转越快，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能；滚摆在上升过程中，越转越慢，它的重力势能越来越大，动能越来越小，动能转化为重力势能。 3、动能和弹性势能之间也可以相互转化：它可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间，例如，从高处落下的皮球与地面撞击的过程中，由于皮球发生弹性形变，皮球的动能转化为弹性势能，皮球在恢复形变的过程中，它的弹性势能转化为动能．拉弯的弓把箭射出去的过程中，拉弯的弓具有弹性势能，射出去的箭具有动能，这是弓的弹性势能转化为箭的动能。 4、机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 5、各种形式的能量都可以相互转化：如电能可以转化为光能和内能；太阳能可以转化为电能等，动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式，能量转化过程中一种能量减少，另一种能量增加。 6、水能的利用 （1）我们的祖先利用水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉。 （2）修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机。将发电机装在水轮机的上面，并把它们的轴连接在一起，由水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。 7、风能的利用 （1）我们的祖先利用风力鼓起帆来推动船航行。 （2）风吹动风车，带动发电机发电。在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田联 在一起供电。 教材习题01 请说明为什么高空坠物的危害很大。 解题方法 从重力势能影响因素（质量、高度）和能量转化（重力势能→动能）分析，高度h和质量m越大，下落时转化的动能越大，冲击力大，危害就大。 【答案】高空坠物危害大是因为物体被举高后具有重力势能，高度越高、质量越大，重力势能越大。下落时重力势能转化为动能，动能大，冲击力大，易伤人毁物。 教材习题02 如图是某轻轨车站的设计方案示意图。与站台连接的轨道有一定的坡度。请你从节能的角度分析这样设计的优点。 解题方法 利用能量转化，进站时列车动能→重力势能“储存”；出站时重力势能→动能“释放”，减少额外动力消耗，实现节能。 【答案】列车进站，上坡时动能转化为重力势能，储存能量；出站时，重力势能转化为动能，补充能量，节能。 教材习题03 在水平地面上铺一张纸，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。皮球从较高处下落形成的圆斑是图中的哪一个？你判断的依据是什么？ 解题方法 依据重力势能与高度关系，高度越高重力势能越大，下落转化的动能越大，皮球与纸撞击形变越大，圆斑越大，据此判断较高处下落对应的圆斑。 【答案】较高处下落形成的圆斑是A。依据：高度越高，重力势能越大，下落转化的动能越大，皮球形变越大，圆斑越大。 题型一 探究影响动能因素的实验 1．如图所示“探究动能的大小与什么因素有关”的实验中，下列说法正确的是（　　） A．小球推动木块移动的距离与小球释放的高度无关 B．小球动能的大小是通过推动木块移动的距离反映 C．实验中斜面和水平面必须是光滑的 D．木块向前滑行的过程中机械能守恒 【答案】B 【详解】A．小球释放的高度越高，小球进入水平面时的速度越大，推动木块移动的距离越远，小球推动木块移动的距离与小球释放的高度有关，故A错误； B．小球动能的大小是通过推动木块移动的距离反映，推动木块移动的距离越大，则小球进入水平面时的动能越大，采用了转换法，故B正确； C．实验中斜面可以是光滑的，水平面不能是光滑的，若水平面光滑，则木块被推动后做匀速直线运动，无法通过木块被推动的距离远近来比较小球动能的大小，故C错误； D．木块向前滑行的过程中质量不变，速度变小，动能变小，高度不变，重力势能不变，所以木块的机械能变小，机械能不守恒，故D错误。 故选B。 2．如图是小明探究“动能大小与哪些因素有关”的实验装置。在探究小车速度对其动能的影响时，应保持小车 不变，使小车多次从 （选填“相同”或“不同”）高度下滑进行实验。小明两次实验操作，第一次木块被撞得近，小车到达水平面的动能为E1，木块受到的摩擦力为f1，第二次木块被撞得远，小车到达水平面的动能为E2，木块受到的摩擦力为f2，E1 E2，f1 f2（选填“>”、“=”或“<”）。 【答案】 质量 不同 < = 【详解】[1][2]物体的动能大小与物体的质量和速度大小有关，研究动能与其中一个因素的关系时，要控制另外一个因素不变。在探究小车速度对其动能的影响时，应保持小车质量不变，只改变速度大小。因小车下滑到水平面的速度大小取决于小车从斜面自由下滑的高度，故要使小车多次从斜面不同高度下滑进行实验。 [3]根据转换法的思想，实验中是通过木块被撞后移动的距离来判断小车动能大小的，木块被撞后移动的距离越远，则小车的动能越大，因此第二次木块被撞得远，则第二次小车到达水平面的动能大，即E1<E2。 [4]影响滑动摩擦力大小的因素为压力大小和接触面的粗糙程度。小明两次实验操作中因木块对水平面的压力大小和接触面的粗糙程度不变，故两次实验中木块受到的摩擦力大小相同，即f1=f2。 3．为了模拟研究汽车超载和超速带来的安全隐患，小明设计了如图甲、乙、丙所示的探究实验，将A、B、C三个小球先后从同一装置，高度分别为的位置由静止滚下（、），推动小木块运动一段距离后静止，请你根据生活经验和所学的物理探究方法，对以下问题进行解答。 (1)实验中，探究的动能是指（　　）（选填正确选项前的字母）； A．小球在斜面上的动能 B．小球撞击木块时的动能 C．木块被小球撞击时的动能 (2)用来研究超速安全隐患时需要控制不变的量是 ，实验时应选择 两个图所示实验进行比较；用来研究超载安全隐患时，应选择 两个图所示实验进行比较； (3)小球从斜面由静止滚到底部的过程中，实际上就是 能转化为动能的过程，在这个过程中，忽略斜面的摩擦力对小球的影响，其机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）； (4)实验中，小球在这三个水平表面上滑行的过程中，推动木块克服摩擦做功最多的是球 （选填“A”、“B”或“C”）。 【答案】(1)B (2) 质量 甲、乙 甲、丙 (3) 重力势 不变 (4)C 【详解】（1）A.小球下落到水平面时因为具有动能才能撞击木块运动，所以实验中探究的动能是指小球撞击木块时的动能，故选B。 （2）[1]研究超速安全隐患即探究速度不同时对动能大小的影响，需要控制质量不变。 [2]由图可知，甲、乙两图中，小球质量相等，下落高度不等，滑到斜面底端撞击木块时的速度不同，所以实验时应选择甲、乙两个图所示实验进行比较。 [3]用来研究超载安全隐患即探究质量不同时对动能大小的影响，需要控制速度不变即下滑的高度相等，故应选择甲、丙两个图所示实验进行比较。 （3）[1]小球从斜面由静止滚到底部的过程中，高度减小，速度增大，质量不变，重力势能减小，动能增大，所以下滑过程中实际上就是重力势能转化为动能的过程。 [2]小球从斜面由静止滚到底部的过程中，忽略斜面的摩擦力对小球的影响，能量只在动能和重力势能之间转化，其机械能不变。 （4）小球在这三个水平表面上滑行的过程中，丙图中木块移动的距离最远，说明小球C推动木块克服摩擦做功做的功最多，故选C小球。 4．用相同的斜面可以探究“影响动能大小的因素”和“阻力对物体运动的影响”。 (1)小车在斜面上下滑的过程中，它的 转化为动能，其动能大小是通过被碰木块移动的距离来反映的；如果小车的质量不同，可以观察到被碰木块移动的距离不同，木块在水平面上滑行的过程中所受摩擦力的大小 （选填“相同””或“不相同”）；若木块重为2N，被碰后移动了0.3m，则这个过程中，重力所做的功为 J； (2)在图甲所示装置基础上，添加毛巾、玻璃可以探究“阻力对物体运动的影响”，通过观察小车在不同水平面上的运动情况，可以发现：同样条件下，水平面对小车的阻力越小，小车前进得越远，推理可知，物体的运动 （选填“需要”或“不需要”）力来维持。 【答案】(1) 重力势能 相同 0 (2)不需要 【详解】（1）[1]小车在斜面上下滑的过程中，速度变大，高度变小，重力势能变小，动能变大，它的重力势能转化为动能，其动能大小是通过被碰木块移动的距离来反映的。 [2]如果小车的质量不同，可以观察到被碰木块移动的距离不同，木块在水平面上滑行的过程中因压力大小和接触面粗糙程度不变，所受摩擦力的大小相同。 [3]若木块重为2N，被碰后移动了0.3m，则这个过程中，因没有重力方向移动距离，所做的功为0J。 （2）在图甲所示装置基础上，添加毛巾、玻璃可以探究“阻力对物体运动的影响”，通过观察小车在不同水平面上的运动情况，可以发现：同样条件下，水平面对小车的阻力越小，小车前进得越远，速度减小得越慢，推理可知，若小车在水平方向上不受力的作用，小车的速度不会变小，小车做匀速直线运动，故物体的运动不需要力来维持。 题型二 探究影响物体弹性势能因素的实验 5．小明观察到篮球落地后会被弹起，但弹起的高度不同，小明问同学们“篮球弹起的高度与那些因素有关呢”？小聪说：“可能与篮球下落时的高度有关，也可能与地面的材料有关”。小龙说：“可以用一个篮球从不同高度下落到地板上，测量反弹的高度”。小华取来一个篮球按照小龙的方法进行测试并记录每次下落的高度和反弹的高度。四名同学进行的科学探究活动属于“进行实验收集证据”这环节的是（　　） A．小明 B．小聪 C．小龙 D．小华 【答案】D 【详解】A．小明问同学们“篮球弹起的高度与那些因素有关呢”？，是提出问题环节，故A选项不符合题意； B．小聪说：“可能与篮球下落时的高度有关，也可能与地面的材料有关”，是猜想与假设环节，故B选项不符合题意； C．小龙说：“可以用一个篮球从不同高度下落到地板上，测量反弹的高度”，是设计实验环节，故C选项不符合题意； D．小华取来一个篮球按照小龙的方法进行测试并记录每次下落的高度和反弹的高度，是进行实验环节，故D选项符合题意。 故选D。 6．如图，是研究弹簧弹性势能与其形变程度关系的实验装置，小球压缩弹簧，并撞击纸盒。假若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能/不能”）达到探究目的。 【答案】不能 【详解】图中弹簧将小球弹开的过程，消耗弹性势能，产生动能，将弹簧的弹性势能转化为小球动能的过程。小球推动纸盒移动一段距离后都要停下来，是因为水平面有摩擦力，木块克服摩擦做功，机械能转化为内能。若水平面绝对光滑，木块就会做匀速直线运动，无法比较木块移动距离的远近，达不到探究目的。 7．小李在探究“弹簧弹性势能的大小跟哪些因素有关”时，提出了如下猜想： 猜想一：弹簧弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。 猜想二：弹簧弹性势能的大小与弹簧的材料有关。 为了验证上述猜想，小李选用材料不同的三根弹簧A、B和C（长度和粗细均相同），一把长刻度尺，小球、木块各一个，设计了如下图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同，实验数据如下表所示。 实验序号 所使用的弹簧 弹簧形变量/cm 木块移动的距离/cm 1 弹簧A 2 3.5 2 弹簧A 5 6.2 3 弹簧A 8 10.6 4 弹簧B 5 8.7 5 弹簧C 5 11.5 6 弹簧C 6 13.1 (1)弹簧将小球弹开的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的 能。 (2)实验中通过比较 来判断弹簧弹性势能的大小，这种研究问题的方法叫 法。 (3)为了验证猜想一，应选择表中1、2、3三组数据进行分析。由此得出的结论是：弹簧材料相同时， 越大，弹簧的弹性势能越大。 (4)为了验证猜想二，应选择表中 （填实验序号）三组数据进行分析。 (5)若水平面绝对光滑，则小李 （选填“能”或“不能”）完成本实验。 (6)实验后，用质量不同的两个小球将同一弹簧压缩到相同程度，放手后用小球撞击木块的方法来验证小球动能与其质量的关系。这样做 （选填“能”或“不能”）完成验证。 【答案】(1)动 (2) 木块移动的距离 转换 (3)弹簧形变量 (4)2、4、5 (5)不能 (6)不能 【详解】（1）弹簧将小球弹开的过程中，弹簧的弹性势能减小，小球的动能增加，所以弹簧的弹性势能转化为小球的动能。 （2）[1][2]实验中采用了转换法，通过比较木块移动的距离来判断弹簧弹性势能的大小。 （3）由表中1、2、3三组数据可知，弹簧的材料相同时，弹簧形变量越大，木块移动的距离越远，弹簧弹性势能越大。 （4）为了验证猜想二：弹簧弹性势能的大小与弹簧的材料有关，应保证弹簧的长度、粗细、弹簧被压缩的程度相同，而弹簧的材料不同，故应选择表中2、4、5三组数据进行分析。 （5）若水平面绝对光滑，没有阻力作用，木块被撞后将做匀速直线运动，不能通过被撞击的距离来比较动能大小，则小李不能完成本实验。 （6）小球动能与质量和速度都有关，用质量不同的两个小球将同一弹簧压缩到相同程度，放手后用小球撞击木块，不能保证两个小球的速度相同，所以此方法不能来验证小球动能与其质量的关系。 题型三 弹性势能大小的比较 8．如图所示，水平面上一轻质弹簧固定在竖直墙壁上，一小球将其由自然伸长时的A点压缩至B点。随后释放小球，其离开弹簧并最终静止于C点（图中未画出），下列说法正确的是（      ） A．由A到B的过程中，弹簧的弹性势能在减小 B．由B到A的过程中，弹簧的弹性势能在增大 C．由B到C的过程中，小球的动能一直在减小 D．由B到C的过程中，小球的动能先增大后减小 【答案】D 【详解】A．由A到B的过程中，弹簧被压缩，弹性形变量增大，所以弹簧的弹性势能在增大，故A错误； B．由B到A的过程中，弹簧从压缩恢复到原长，形变量减小，弹簧的弹性势能在减小，故B错误； CD．由B到C的过程中，小球从静止变为运动，最后又静止于C点，速度先变大后变小，所以小球的动能先增大后减小，故C错误，D正确。 故选D。 9．如图所示，光滑水平桌面上的弹性小球被弹出后，经过A点和B点后落到地面，又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。下列有关小球的运动，描述正确的是（　　） A．小球反弹经过D点时动能为零 B．小球从A点运动到B点的过程中机械能不断减少 C．若将弹性小球表面涂黑，则会在C、F两点留下等大的黑色圆斑 D．小球经过E点的机械能大于经过G点的机械能 【答案】D 【详解】A．从轨迹来看，小球既有水平方向的速度又有竖直方向的速度，小球在最高点时，竖直方向速度为零，水平方向速度不为零，则小球在 D点的动能不为零，故A错误； B．小球从A点运动到B点的过程中，因光滑桌面没有摩擦阻力，小球处于平衡状态，其速度大小不变，又高度不变，所以动能和重力势能不变，故机械能不变，故B错误； C．弹性势能大小与弹性形变程度有关，黑色圆斑的大小能反映小球弹性形变程度，圆斑越大，形变越大，小球在C点与在F点时相比较，小球的动能与重力势能都为零，而每次小球反弹到的最高点都比上一次的最高点低，说明小球机械能逐渐变小，所以小球到达C点前的机械能大于到达F点前的机械能，故小球在C点的弹性势能大于在F点的弹性势能，小球在 C点的圆斑要大于在F点的圆斑，故C错误； D．小球在多次弹起过程中，机械能逐渐变小，而E点在G点之前，故小球经过E点的机械能大于经过G点的机械能，故D正确。 故选D。 10．如图所示是小球刚接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程，这个过程中弹簧的弹性势能的变化情况是 ，要探究小球下落压缩弹簧时弹簧的最大压缩量与小球的质量的关系，需分别让质量不同的小球从 自由下落，压缩同一弹簧，并分别测出 通过比较，从而得出结论。 【答案】 变大 同一高度 弹簧的最大压缩量 【详解】（1）[1]由题意知，小球刚接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，弹簧的形变程度变大，弹簧的弹性势能变大。 （2）[2][3]要探究弹簧的最大压缩量与小球的质量的关系，采用控制变量法进行实验，即使用质量不同的小球，控制它们从同一高度自由下落，压缩同一弹簧，分别测出弹簧的最大压缩量进行比较。若最大压缩量不同，则说明最大压缩量与小球的质量有关，并得出最大压缩量与小球的质量的关系。 题型四 探究响动重力势能因素的实验 11．图中甲、乙两个质量不同但体积相同的小球从相同高度静止释放到同一沙坑中（忽略空气阻力），乙球下落过程中经过P、Q两点，下列说法正确的是（　　） A．释放瞬间，两球的重力势能相等 B．落到沙坑中时，沙坑凹陷程度大的小球质量大 C．乙球在P点的机械能大于在Q的机械能 D．从释放到着地，两球所受重力做的功相等 【答案】B 【详解】A．重力势能的大小与质量和高度有关，释放瞬间，两球所处高度相同，但两球质量不同，所以两球的重力势能不相等，故A错误； B．在测量影响小球重力势能大小的因素时，沙坑的凹陷程度被用来反映小球重力势能的大小。不同质量的小球从同一高度落下，沙坑凹陷程度不同。质量越大的小球打在沙坑上，沙坑凹陷程度就越大，说明其重力势能越大。故B正确； C．忽略空气阻力，机械能守恒，故乙球在P点和Q点的机械能相等，故C错误； D．从释放到着地，两球下落的高度相同，但两球质量不同，重力不同，所以，根据可知，两球所受重力做的功不相等。故D错误。 故选B。 12．小华利用饮料瓶和水、装有沙子的纸盒探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，三次实验情景如图所示。她通过观察 来比较重力势能的大小，她应选择 两组实验探究物体重力势能的大小与物体质量的关系．饮料瓶下落过程中将重力势能转化为 能。 【答案】 沙子的形变程度 ①② 动 【详解】[1]实验中，她通过观察沙子的形变程度来比较重力势能的大小，形变程度越大，表明物体的重力势能越大，采用了转换法。 [2]为了探究物体重力势能的大小与物体质量的关系，应控制高度相同，改变质量大小，应选择①②两组实验。 [3]饮料瓶下落过程中，质量不变，速度变大，高度变小，它的动能变大，重力势能变小，将重力势能转化为动能。 13．高空抛物被称为“悬在城市上空的痛”，其强大的打击力对人们的生命安全构成了严重威胁。《中华人民共和国民法典》已明确规定，禁止从建筑物中抛掷物品．小明想知道高空抛物对地面打击力的大小与哪些因素有关。 他猜想：高空抛物对地面打击力的大小与物体的质量和抛出时离地面的高度有关。 小明用实验来探究高空抛物造成危害的因素。他认为小球从高处自由落下砸到木桩上能对木桩做功，使木桩陷入沙土中．然后设计了如图所示的实验（，）。 (1)实验中根据 来判断小球对木桩打击力的大小。 (2)小球由高处自由下落的过程中，重力势能转化为 。通过观察、两小球的实验可知，当高度相同时，小球对木桩打击力的大小与 有关。 (3)通过观察 两小球的实验可知，当小球质量相同时，小球落下时离木桩的高度越高，对木桩的打击力越 。 (4)小明还想探究小球打击力的大小与运动轨迹是否有关，于是找来一根光滑管道，把小球从与小球高度相同的管道顶端释放，发现木桩陷入沙土的深度与小球作用的深度相同，由此判断小球对木桩打击力的大小与小球的运动轨迹 （选填“有关”或“无关”）。 (5)与同学讨论之后，小明还发现：同一重物从同一高度由静止自由下落对水平地面产生的打击力，比被竖直向下推出下落时对同一水平地面产生的打击力小，这是为什么呢？请你说明其中的道理。 (6)结合日常生活中的经历，你认为还有哪些因素会影响高空抛物对地面打击力的大小？（写出一个因素即可） 【答案】(1)木桩陷入沙土的深度 (2)动能 质量 (3)B、C 大 (4)无关 (5)见解析 (6)见解析 【详解】（1）实验中木桩受到球的撞击，陷入沙土，可以根据木桩陷入沙土的深度来判断小球对木桩打击力的大小，这种方法称为转换法。 （2）[1]小球在下落过程中，质量不变，高度减小，速度变大，将重力势能转化为动能。 [2]比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球下的木桩陷入沙土的深度更大，说明当高度相同时，小球对木桩打击力的大小与物体的质量有关。 （3）[1][2]比较B、C两球，两球质量相同，下落路径也相同，C球的下落高度大于B球的下落高度，发现C球下的木陷入沙土的深度更大，说明C球的重力势能较大，由此可得出结论：当小球质量相同时，小球落下时离木桩的高度越高，对木桩的打击力越大。 （4）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，但木陷入沙土的深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。 （5）同一物体竖直向下推出下落时，除了具有重力势能，还具有一定的初始动能，根据机械能守恒定律可知，在下落过程中，重物达到地面具有的总机械能比从同一高度由静止自由下落的机械能更大，因此同一重物从同一高度由静止自由下落对水平地面产生的打击力，比被竖直向下推出下落时对同一水平地面产生的打击力小。 （6）物体的形状会影响高空抛物对地面的打击力大小，如物体在空中运动时还会受到空气阻力，蓬松的物体受到的空气阻力相对较大，下落的速度相对较慢，会影响对地面的打击力；并且根据可知，压力一定时受力面积不同的物体对地面的压强不同，如相同压力的情况下下方为锥状的物体对地面的压强大于下方为平面的物体，因此不同形状的物体对地面的打击力也不同。 题型五 单摆和滚摆运动时的能量变化情况 14．如图所示，在滚摆实验中，滚摆不断地做上下往复运动，滚摆每次上升的高度总比上次要低一些。下列说法正确的是（    ） A．滚摆下降过程中，动能转化为重力势能 B．滚摆上升过程中，重力势能转化为动能 C．滚摆上下往复运动过程中，机械能总量不变 D．滚摆上下往复运动过程中，机械能总量减小 【答案】D 【详解】A．滚摆下降过程中，质量不变，它的高度降低，重力势能减小，速度增大，动能增大，重力势能转化为动能，故A错误； B．滚摆上升过程中，它的质量不变，高度增加，重力势能增加，速度减小，动能减小，上升过程中动能转化成重力势能，故B错误； CD．实验过程中滚摆会逐渐停下来，克服摩擦做功，机械能总量会减小，故C错误，D正确。 故选D。 15．如图所示，小明将一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近A处，稳定后松手，铁锁来回摆动，则下列说法正确的是（　　） A．铁锁从A处摆动到B处，重力势能先变大后变小 B．铁锁从A处摆动到B处，动能先变大后变小 C．若不计空气阻力，铁锁可能会打到小明 D．铁锁的质量再大一些，有可能会打到小明 【答案】B 【详解】AB．铁锁从A处摆动到最低点时，质量不变，速度变大，动能变大，高度变小，重力势能变小；铁锁从最低点摆动到B处时，质量不变，速度减小，动能减小，高度升高，重力势能增大；所以铁锁从A处摆动到B处，重力势能先变小后变大，动能先变大后变小，故A错误，B正确； C．不考虑空气阻力，铁锁来回摆动过程中的最高点保持不变，机械能守恒，所以铁锁摆回时不会打到小明，故C错误； D．铁锁的质量再大一些，铁锁来回摆动过程中机械能守恒，铁锁来回摆动过程中的最高点保持不变，所以不会打到小明，故D错误。 故选B。 16．滚摆从图中的位置1静止释放，下降到位置2，后再上升到达最高点位置3，随后再次下降。这三个位置中，滚摆重力势能最大的是位置 （填写图中数字序号），在此过程中滚摆机械能是 （选填“增大”、“减小”或“不变”）的。 【答案】 1 减小 【详解】[1][2]滚摆是重力势能和动能相互转化的机械，故滚摆升到最高点后，放开手，可以看到滚摆旋转着下降，越转越快，到最低点时滚摆转而上升，直到回到比原来略低的位置；滚在最高点位置1时重力势能最大，滚摆运动过程中会受到空气阻力，克服摩擦做功，机械能有一部分转化为内能，机械能减小。 17．如图所示，单摆小球从A点由静止释放经过最低点B然后到达C点（忽略空气阻力）。则小球摆动到 （选填“A”“B”或“C”）点时动能是最大的；若小球到达C点时，所受的外力突然全部消失，则小球 （选填“保持静止”、“继续做曲线运动”、“做匀速直线运动”）。若A与C等高，则小球从A运动到C过程中，机械能 （填：“守恒”或“不守恒”）（忽略绳子形变） 【答案】 B 保持静止 守恒 【详解】[1]影响动能大小的因素：质量和速度，质量越大，速度越大，动能越大。小球的质量一定，摆动到B点时的速度最大，动能最大。 [2]当小球到达C点时，速度为0，此时小球所受各力突然全部消失，根据牛顿第一定律，物体将保持这一状态，所以小球将处于静止状态。 [3]忽略空气阻力，且A点与C点等高，则没有外力对小球做功，小球在摆动过程中只有动能和势能的转化，故小球从A运动到C过程中机械能是守恒的。 题型六 物体运动过程中各种机械能的变化情况 18．滑雪运动是一项既有趣又对身体有益的活动，图甲中滑雪者从A点出发，先后经过B、C、D、E点。图乙是滑雪者在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，下列说法正确的是（　　） A．全过程滑雪者的动能在E点时最大 B．全过程滑雪者的重力势能一直在减小 C．B点重力势能的大小等于E点动能的大小 D．全过程滑雪者的机械能保持不变 【答案】C 【详解】A．由图乙可知，全过程滑雪者的动能在C点时最大，故A错误； B．滑雪者质量不变，从B点到C点，高度降低，重力势能减小，从C点到D点，高度升高，重力势能增大，从D点到E点，高度降低，重力势能减小，故B错误； C．由图乙可知，B点重力势能大于E点重力势能，故C正确； D．在这个过程中，由于存在摩擦等阻力，滑雪者的机械能会有部分转化为内能，机械能减小，故D错误。 故选C。 19．在哈尔滨亚冬会自由式滑雪空中技巧混合团体决赛中，中国队表现出色。运动员从高空下落时的情景如题图所示。在下落过程中，运动员的（　　） A．动能减小 B．重力势能减小 C．重力势能不变 D．机械能增加 【答案】B 【详解】ABC．运动员从高空下落时，高度减小，质量不变，重力势能减小；速度变大，质量不变，动能增大，故AC不符合题意，B符合题意； D．运动员下落过程中需克服空气阻力做功，将部分机械能转化为内能，机械能减小，故D不符合题意。 故选B。 20．我国著名科学家钱学森于20世纪40年代提出的一种新型导弹弹道模型，我国的东风17超高音速导弹等很多新型尖端导弹正是基于此理论设计。图示为某此类导弹的飞行路线图，OE段发动机点火，导弹以极快的速度穿出大气层升至高空；E点发动机关闭，导弹依靠惯性继续上升至一定高度后向下俯冲，会被加速到极高的速度；进入大气层后，导弹在稠密大气层边缘无动力“多次弹跳、平衡滑翔”，I-J段发动机重新启动加速后精确打击目标。下列关于该导弹的说法正确的是（　　） A．从起飞到E点的过程中，机械能不变 B．F点到G点的过程中，机械能不变 C．H点到I点的过程中，导弹的机械能守恒 D．整个过程中，在F点动能最大 【答案】B 【详解】A．从起飞到E点的过程中，发动机持续做功，导弹的动能和重力势能都在增加，且燃料化学能转化为机械能，因此机械能不断增加，故A错误； B．F点到G点的过程中，导弹在大气层之外，不会受到空气阻力作用，机械能不变，故B正确； C．H点到I点的过程中，导弹在大气层边缘“弹跳滑翔”，虽然无动力，但与空气相互作用会产生能量损耗，且重力势能和动能在相互转化过程中存在能量损失，因此机械能不守恒，故C错误； D．整个过程中，F点是导弹俯冲加速的起点，此时高度最高，重力势能最大，但动能并非最大；导弹在俯冲过程中速度持续增加，在接近目标时（如I-J段）速度达到最大，动能也最大，故D错误。 故选B。 21．10月19日，“奔跑吧·少年”2024年陕西省青少年体育俱乐部射箭联赛总决赛在礼泉县袁家村举行。如图所示，用力将弓拉弯，说明力改变物体的 ，松手后箭被射出，射出的箭在空中下落的过程中，重力势能主要转化为 能。 【答案】 形状 动 【详解】[1]用力将弓拉弯，弓的形状发生变化，说明力可以改变物体的形状。 [2]射出的箭在空中下落的过程中，质量不变，高度越来越低，重力势能越来越小，速度越来越大，动能越来越大，因此重力势能主要转化为动能。 22．某中学生设计了一种U形酸菜坛，如图所示，采用一端放另一端取，达到先入先出的效果。晓畅的妈妈从左侧放入要腌制的原材料，原材料匀速下降时动能 （选填“变大”“变小”或“不变”），从右侧取出腌好的酸菜，这时U形酸菜坛左右两侧液面 （选填“相平”“左高右低”或“左低右高”），该酸菜坛实质上是一个 。 【答案】 不变 相平 连通器 【详解】[1]原材料匀速下降时，其质量不变，速度不变，而动能的大小与质量和速度有关，所以动能不变。 [2][3]由图可知，泡菜坛是一个上端开口、下端连通的容器，因此该泡菜坛实际上是一个连通器，根据连通器原理，当液体不流动时，连通器各部分中的液面高度总是相平的。从右侧取出腌好的酸菜后，若液体不再流动，左右两侧液面相平。 知识导图记忆 知识目标复核 1．知道动能、重力（弹性）势能及机械能的概念。 2．了解影响动能、重力（弹性）势能大小的因素。 3．掌握探究影响动能、重力势能大小的实验过程。 4．了解机械能的转化。 一、单选题 1．2025年2月8日，第九届亚冬会自由式滑雪女子U型场技巧赛，中国选手李方慧以95.25分的绝对优势夺得首金。图甲为滑雪U型场的比赛场地，图乙为该场地的横截面的示意图。比赛时，运动员从A点滑下，经U型雪道从B点竖直向上飞出并完成动作，然后又从B点返回U型雪道。下列关于该运动叙述正确的是（   ） A．在B点上方冲击到最高点时，动能最大 B．从空中的最高点下落的过程中机械能逐渐增大 C．从A点加速下滑的过程中动能越来越小 D．从A点加速下滑的过程中重力势能越来越小 【答案】D 【详解】A．在B点上方冲击到最高点时，速度最小，动能最小，故A错误； B．从空中的最高点下落的过程中动能增大，重力势能减小，因为受空气阻力的作用，所以机械能减小，故B错误； C．从A点加速下滑的过程中速度增大，动能增大，故C错误； D．从A点加速下滑的过程中高度减小所以重力势能越来越小，故D正确。 故选D。 2．蹦床是一项运动员利用蹦床反弹来表现杂技技巧的竞技运动，属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。下列关于运动员在蹦床运动中包含的物理知识（忽略空气阻力），说法正确的是（　　） A．运动员离开蹦床上升过程中，弹性势能转化为重力势能 B．运动员从最高点下落到达蹦床前，重力势能转化为动能 C．运动员从接触蹦床到最低点，只有重力势能和弹性势能的转化 D．运动员从最低点到离开蹦床，只有弹性势能和动能的转化 【答案】B 【详解】A．运动员离开蹦床上升过程中，动能转化为重力势能，此时已没有弹性势能参与转化，故A错误； B．运动员从最高点下落到达蹦床前，高度降低，速度增加，重力势能减小，动能增加，重力势能转化为动能，故B正确； C．运动员从接触蹦床到最低点，不仅有重力势能和弹性势能的转化，还有动能参与转化，故C错误； D．运动员从最低点到离开蹦床，不仅有弹性势能和动能的转化，还有重力势能参与转化，故D错误。 故选B。 3．一个小球从A点由静止开始下落，速度越来越大，相继经过B、C两点，如图所示。若A、B两点间的距离等于B、C两点间的距离，下列说法正确的是（    ） A．小球在下落过程中，重力势能增大 B．小球在下落过程中，机械能增大 C．小球所受的重力在AB段做的功小于在BC段做的功 D．小球所受的重力在AB段做功的功率小于在BC段做功的功率 【答案】D 【详解】A．小球下落过程中，质量不变，高度降低，重力势能减小，A错误； B．小球下落过程中，若不计空气阻力，机械能守恒；若考虑空气阻力，部分机械能转化为内能，机械能减小，所以小球下落过程中机械能不可能增大，故B错误； C．根据功的计算公式W=Fs，小球重力G不变，AB和BC距离相等，即s相等，那么重力在AB段和BC段做的功W=Gh相等，故C错误； D．小球下落速度越来越大，AB和BC距离相等，根据，可知通过AB段时间大于通过BC段时间。又因为AB和BC段重力做功W相等，根据功率公式，时间t越大，功率P越小，所以重力在AB段做功功率小于在BC段做功功率 ，故D正确。 故选D。 4．如图所示在水平台面上，一弹簧左端固定，右端连接一金属球，O点是弹簧保持原长时金属球的位置。开始时用力推金属球压缩弹簧到A位置，释放金属球，B是金属球能到达的最右端，AO>OB，金属球从A位置滑到B位置的过程中（不计空气阻力），下列说法正确的个数是（　　） ①弹簧对金属球弹力最大的位置在A点 ②金属球速度最快的位置一定在AO之间 ③金属球在从A位置滑到B位置的过程中机械能不变 A．0个 B．1个 C．2个 D．3个 【答案】C 【详解】从A到B，因为AO>OB，说明此过程存在摩擦力；①②③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，故①②正确，③错误；故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 5．如图所示，一根细线上端固定，末端系着一小球，细线被拉直且长度不变，小球从左侧A点由静止释放，经过B、C、D点摆到右侧的最高点E，已知E点比A点低，B点和D点等高，C点是小球摆动的最低点。关于小球摆动的整个过程，下列说法正确的是（　　） A．小球在B、D两点具有的机械能相等 B．小球在C点受到细线的拉力与它拉细线的力是一对相互作用力 C．小球在C点受到细线的拉力与它受到的重力是一对平衡力 D．小球从C点到E点的过程中动能全部转化为重力势能 【答案】B 【详解】AD．已知E点比A点低，说明小球运动过程中机械能不守恒。小球从A到C的过程中，大部分重力势能转化为动能；从C到E的过程中，大部分动能又转化为重力势能。因为与空气之间有摩擦，摆动过程中部分机械能转化为内能，所以机械能总量减少，小球在B点具有的机械能大于D点具有的机械能，故AD错误； B．小球在C点受到细线的拉力与它拉细线的力，作用在不同的物体上、方向相反、大小相等、作用在同一条直线上，是一对相互作用力，故B正确； C．小球在C点不处于平衡状态，因此受到细线的拉力与它受到的重力不是一对平衡力，故C错误。 故选B。 6．2025年4月30日“神州19”号载人飞船返回舱接近地面时，反推发动机点火，返回舱减速下降。在减速下降过程中，返回舱的（　　） A．动能减小，重力势能减小，机械能不变 B．动能不变，重力势能减小，机械能减小 C．动能减小，重力势能减小，机械能减小 D．动能减小，重力势能增加，机械能不变 【答案】C 【详解】动能的大小与物体的质量和速度有关。返回舱质量不变，但因 “减速下降”，速度减小，因此动能减小。 重力势能与物体的质量和高度有关。返回舱质量不变，但高度不断降低，因此重力势能减小。 机械能为动能与势能之和。综合以上分析，返回舱在减速下降过程中动能减小，重力势能减小，机械能减小。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 7．如图甲所示，放在水平地面上的物体，受到方向不变的水平拉力F的作用，其F﹣t和v﹣t图像分别如图乙、丙所示，下列说法正确的是（　　） A．当t=1s时，物体处于静止状态，摩擦力是0 B．当t=3s时，物体处于匀速直线运动状态，受到摩擦力是7N C．4~6s内，拉力F做功的功率是10W D．2~4s内，物体的机械能保持不变 【答案】C 【详解】A．由图丙知，0~2s，物体的速度为0，处于静止状态，图乙中，此时间段内，拉力F为3N，则静摩擦为3N，因为此过程，拉力与摩擦力是一对平衡力，它们的大小相等，故A错误； B．由图丙知，t=3s时，物体的速度是在增大过程中的瞬间，不是处于匀速直线运动状态，故B错误； C．由图丙知，4~6s，物体的速度保持为2m/s，处于匀速直线运动状态，由图乙知，此过程，拉力为5N，拉力的功率，故C正确； D．2~4s内，物体的速度增大，质量不变，高度不变，动能增大，重力势能不变，则机械能增大，故D错误。 故选C。 8．如图是某次训练时的场景，一名解放军战士正从悬停的直升机上，通过一根软绳匀速竖直滑向地面。已知直升机与舱内人员的总质量为M，解放军战士的质量为m，不计绳重，下列说法正确的是（　　） A．战士所受重力与软绳对他的摩擦力是一对相互作用力 B．直升机旋翼对空气的作用力与空气对旋翼的作用力是一对平衡力 C．直升机和战士的机械能总量保持不变 D．空气对直升机旋翼的作用力F=（M+m）g 【答案】D 【详解】A．战士所受重力与软绳对他的摩擦力都作用在战士身上，方向相反，作用在一条直线上，由于匀速下滑，所以二力大小相等，是一对平衡力，故A错误； B．直升机旋翼对空气的作用力与空气对旋翼的作用力作用在两个物体上，大小相等，方向相反，作用在一条直线上，是一对相互作用力，故B错误； C．直升机悬停，机械能不变；战士匀速下滑，动能不变，重力势能减小，故直升机和战士的机械能总量减小，故C错误； D．将直升机和战士看做一个整体，该整体受到空气对直升机旋翼的作用力与直升机和战士的总重力平衡，根据二力平衡知识可知，空气对直升机旋翼的作用力为F=（M+m）g，故D正确。 故选D。 二、填空题 9．如图所示，某同学将篮球掷向地面，篮球碰到地面后斜向上反弹，甲、乙是篮球运动过程中经过的两个位置。篮球经过甲、乙两位置时的动能和重力势能如表所示，则篮球的运动路径是 （选填“由甲到乙”或“由乙到甲”），该过程中篮球的重力对篮球 （选填“做功”或“不做功”），篮球的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。 位置 动能/J 重力势能/J 甲 12 7 乙 10 12 【答案】 由乙到甲 做功 不守恒 【详解】[1]由表格中数据可知，甲位置的机械能为 乙位置的机械能为 故甲位置的机械能小于乙位置的机械能，故篮球的运动路径是由乙到甲。 [2]该过程中篮球在重力的方向上通过了距离，所以重力对篮球做功。 [3]篮球在甲、乙两位置时机械能的大小不同，故该过程中篮球的机械能不守恒。 10．如图所示，多人秋千是这两年兴起的一种游乐设备，体验者只需要配合秋千的节奏用身体发力，就可以使秋千在一定范围内越荡越高。该过程中，绳子的拉力对秋千 （选填“做功”或“不做功”），秋千的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。 【答案】 不做功 不守恒 【详解】[1]绳子对秋千的拉力，沿绳子向上，秋千运动的方向与拉力的方向垂直，所以秋千没有在拉力的方向上移动一段距离，所以绳子的拉力对秋千不做功。 [2]由题意可知，体验者配合秋千的节奏用身体发力，秋千在一定范围内越荡越高，即秋千的机械能逐渐增大，所以秋千的机械能不守恒。 11．如图所示，是篮球在空中飞行的一段轨迹，忽略空气阻力； (1)从A到B的过程中，篮球的运动状态 （选填“有”或“没有”）改变； (2)球在A点机械能 球在 B点机械能；（选填“>”“=”或“<”） (3)若在最高点，球所受的力全部消失，则球将处于 状态。（选填“静止”或“匀速直线运动”） 【答案】(1)有 (2)= (3)匀速直线运动 【详解】（1）从A到B的运动过程中，球速度的大小和方向都发生了变化，所以球的运动状态发生了改变。 （2）忽略空气阻力，球的机械能守恒，所以球在A点的机械能等于球在B点的机械能。 （3）球在最高点时，竖直方向上的速度为0，在水平方向上有一定的速度，若球所受的力全部消失，根据牛顿第一定律可知，球将做匀速直线运动。 12．如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定在水平面上，钢球从C点由静止释放，经过B点到达最低点O，然后到达另一侧与B点等高的A点时刚好速度为零。由C点到B点过程中，一部分 能转化为动能，整个过程中 点的动能最大，从最低点O到A点的过程中，机械能的总量 （选填“变大”“变小”或“不变”），理由是 。 【答案】 重力势 O 变小 见解析 【详解】[1]粗糙的弧形轨道竖直固定在水平面上，钢球从C点由静止释放，由C到B点过程中，高度减小，速度增大，重力势能转化为动能。 [2]钢球在整个运动过程中，由于轨道粗糙，存在摩擦力。钢球从C点到O点的过程中，重力势能转化为动能和内能，到达O点时重力势能全部转化为动能和内能，此时动能最大。从O点到A点，动能又转化为重力势能和内能。所以整个过程中O点的动能最大。 [3][4]从最低点O到A点的过程中，钢球需要克服摩擦力做功，机械能转化为内能，所以机械能的总量变小。 13．如图所示为蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端系在运动员双脚上，另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落，在A点弹性绳正好处于原长；在B点运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等；在C点是运动员到达的最低点。（整个过程忽略空气阻力，弹性绳的自重不计）则从O点到C点的过程中，运动员的动能 （选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”）。 【答案】先增大后减小 【详解】O点到A点，运动员自由下落，其重力势能转化为动能，动能增大，A点到B点的过程中，重力大于弹性绳对运动员拉力，因此速度越来越大，动能越来越大，到达B时速度达到最大，动能最大，B点到C点的过程中，弹力大于重力，速度减小，动能减小，从O点到C点的过程中，运动员的动能先增大后减小。 14．2023年5月23日，我国科考队再次登上珠穆朗玛峰，进行“珠峰科考”，科考队员在登山的过程中，重力势能 （选填“增大”“减小”或“不变”）；午餐时间，科考队员们能够闻到食物的香气，这是 现象。 【答案】 增大 扩散 【详解】[1]重力势能与物体的质量和高度有关，高度越高，重力势能越大，科考队员在登山的过程中，质量不变，高度增加，重力势能增大。 [2]能够闻到食物的香气说明分子在永不停息地做无规则运动，这种现象叫做扩散现象。 三、实验题 15．小明同学骑自行车上学途中，要经过一段上坡路。他思考：物体以相同初速度冲上斜坡后运动的最大距离可能跟哪些因素有关呢？他和小华商量后提出以下猜想： 猜想一：可能与斜坡的粗糙程度有关； 猜想二：可能与物体的质量大小有关； 猜想三：可能与斜坡的倾角大小有关。 他们将与水平面平滑连接的长木板以角度θ（可改变）倾斜固定，并找来质量不同的小木块若干、光滑的斜面M（物块在斜面M上滑动时可忽略物块所受的摩擦力）和轻弹簧P等实验器材进行探究。 (1)他们上网查找得知：初速度相同的汽车关闭发动机后在路面滑行时，路面越粗糙，汽车滑行的距离越短。由此他们认为猜想一是 的； (2)为了验证猜想二，小明在老师的帮助下一起设计了如图甲所示的装置。实验时将质量不同的小木块从斜面M的同一高度自由滑下，就可以使木块以 的初始速度滑上长木板，通过比较木块冲上长木板的 就可以验证猜想二； 小华设计了如图乙所示的装置进行实验，他认为只要让不同质量的小木块分别将同一弹簧压缩到相同程度后自由释放，也可以验证猜想二。老师告诉小华这一设计方案是不可行的，理由是： ； (3)他们保持长木板的粗糙程度和木块的初速度相同，分别改变木块的质量m和长木板的倾角θ，测得木块冲上长木板后运动的最大距离x，实验数据如表。分析数据可知： ①最大距离x与质量m （选填“有关”或“无关”）； ②最大距离x随长木板倾角θ变化的关系是：θ角增大时， 。 m/kg 1.2 1.0 0.5 0.3 θ/度 10 20 30 30 40 45 45 50 55 55 60 65 x/m 1.76 1.57 1.45 1.45 1.38 1.37 1.37 1.36 1.37 1.37 1.39 1.42 【答案】(1)正确 (2) 相同 最大距离 见解析 (3) 无关 木块上滑的最大距离x先减小后增大 【详解】（1）根据路面越粗糙汽车滑行距离越短，可以说明滑行的最大距离与斜坡的粗糙程度有关，因此猜想一正确。 （2）[1][2]猜想二是验证最大距离与物体质量大小有关，因此应当控制其他量不变，即控制斜面倾角、释放位置相同，只改变质量，所以实验时将质量不同的小木块从斜面M的同一高度自由滑下，就可以使木块以相同的初始速度滑上长木板，通过比较木块冲上长木板的最大距离就可以验证猜想二。 [3]若用图乙做实验，因为同一弹簧压缩到相同程度后弹性势能相等，弹出的小木块动能也相等，则质量大的小木块速度小，无法控制小木块初速度相等，所以这一设计方案是不可行的。 （3）[1]分析表格数据可知，斜面倾角相同时，不同质量的木块冲上长木板后运动的最大距离相同，说明最大距离x与质量m无关。 [2]由实验数据可以发现，从10°到50°这个过程，最大距离随着倾斜角度的增加在减小；从50°到65°这个过程，最大距离随着倾斜角度的增加在增大；故得结论：θ角增大时，木块上滑的最大距离x先减小后增大。 16．在杭州亚运会跳水项目中全红婵再一次上演“水花”消失术，为我国争得两枚金牌。运动员跳台比赛中入水时的水花大小与什么因素有关呢？小明经查阅资料知道：跳水运动员入水时的水花大小可能与运动员的入水速度、迎水面积（下落时与水的接触面积）及入水角度等有关。为了检验自己的猜想，他利用如图所示装置进行了多次模拟实验。 组别 距离水面高度 迎水面积 入水角度 水花大小 ① 1m 10 大 ② 1m 10 中 ③ 1m 10 小 ④ 1m 5 很小 (1)“入水时的水花太小可能与运动员入水速度、迎水面积及入水角度有关”，这是科学探究中的________。 A．提出问题 B．猜想与假设 C．分析与论证 (2)小明将质量相同的小球分别由a、b、c三条通道口由静止释放（如图所示），他的目的是探究运动员入水时水花大小与 的关系。若用相同质量而大小不同的小球，从同一位置沿同一个路径释放，是为了探究入水时 对水花大小的影响。 (3)为了研究迎水面积对入水时的水花大小的影响，可选择 两组进行比较。 (4)通过分析实验结果，可以得出结论：同一运动员入水速度相同时，迎水面积 ，入水角度 ，入水时水花越小。 【答案】(1)B (2) 入水角度 迎水面积 (3)③④ (4) 越小 越大 【详解】（1）科学探究包括提出问题、猜想与假设、分析与论证等过程，“入水时的水花大小可能与运动员的质量大小、入水速度、迎水面积及入水角度有关”这是科学探究中的猜想与假设，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 （2）[1]将质量相同的小球分别由a、b、c三条通道口由静止释放，控制了入水速度和迎水面积相同，改变了入水角度，所以他的目的是探究运动员入水时水花大小与入水角度的关系。 [2]用相同质量而大小不同的小球，从同一位置沿同一个路径释放，控制了入水速度和入水角度相同，改变了迎水面积，所以他的目的是探究运动员入水时水花大小与迎水面积的关系。 （3） 为了研究迎水面积对入水时水花大小的影响可选择③④两组进行比较，因为要研究迎水面积对入水时水花大小的影响，需要控制入水角度，距离水面高度相同。 （4）[1][2]通过对表格中实验数据分析，可以得出结论：同一运动员入水速度相同时，迎水面积越小，入水角度越大，水花越小。 17．在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物A、B、C的质量关系为，木桩相同。木桩和重物位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、C将木桩打入沙中的深度相同。 (1)重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度判断 （选填“重物”或“木桩”）的重力势能大小。这种研究方法是 （选填“控制变量法”或“转换法”）； (2)比较 两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和重物下落高度的关系，得出的结论是：质量相同的物体，被提升的高度越高，重力势能越大； (3)结合（2）中的实验结论，通过比较B和C两个重物将木桩打入沙中的深度 （选填“能”或“不能”）得出物体的重力势能与其质量有关的结论； (4)如图丙所示，是某一重物从某高度处由静止下落的过程中，下落高度与时间的关系图。在下面的四个选项中，描述重力对该重物做功大小与下落时间关系最接近的图线是______； A． B． C． D． (5)结合本实验和所学知识，分析图丁所示的水坝，发电机安装在 位置较为合理（选填“C”或“D”）。 【答案】(1) 重物 转换法 (2)A、B (3)能 (4)C (5) D 【详解】（1）[1][2]物体重力势能的大小不能直接观察出来，可以通过重物撞击木桩陷入沙中的深度来比较重力势能的大小，陷入的深度越深，表明重力势能越大，这种研究物体的方法叫转换法。 （2）探究重力势能的大小和重物下落高度的关系时，根据控制变量法可知，应控制物体的质量一定，改变物体下落的高度；所以应该比较A、B两个重物将木桩打入沙中的深度。由题意和图甲可知，重物A、B质量相等，重物B的高度大于重物A的高度，由图乙可知，重物B将木桩打入沙中的深度大于重物A将木桩打入沙中的深度，所以可得出的结论是：物体的质量一定时，高度越高，重力势能越大。 （3）由（2）得出的实验结论为，物体的质量一定时，高度越高，重力势能越大。乙图中，重物B、C将木桩打入沙中的深度相同，由（2）得出的实验结论可知，若将C提高到与B相同高度，C下方木桩打入沙中的深度将更大，大于B下方木桩打入沙中的深度；结合B、C质量相等可得，当高度一定时，物体的质量越大，将木桩打入沙中的深度越大，物体的重力势能越大。 （4）结合图丙下落高度与时间的关系图像，及重力做功公式 可知，物体下落速度越来越大，重力做功增大的速度也越来越快，故ABD不符合题意，故C符合题意。故选C。 （5）与上游相同水位高度相比较，在C、D点中，上游相对于D点的高度更高，具有的重力势能更大，水下降到D点时可以转化为现多的动能，发电时可以产生更多的电能，故发电机安装在D位置较为合理。 18．小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球M和m（M的质量大于m），分别从不同的高度H和h（H>h）由静止开始滚下，实验过程如图所示，请完成以下问题。 (1)小明是通过观察木块移动的距离来判断小球动能的大小的，这种研究方法叫 。 (2)对比甲、乙两图可知:在 一定时，物体的 越大，其动能越大；乙、丙两图，不同质量的小球从斜面同一高度由静止滚下，到达斜面底端时速度 （选填“相同”或“不相同”）。 (3)该实验中研究物体的动能是指 （选填“小球”或“木块”）的动能。若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的。 (4)在丙组实验中，若木块被撞后滑出木板，则需要重做本组实验。A同学建议换用同样材质较长的木板，B同学建议换一个较大的木块，C同学建议降低钢球下滑的高度。你认为应当采用 （选填“A”“B”或“C”）同学的建议。 【答案】(1)转换法 (2) 质量 速度 相同 (3) 小球 不能 (4)A 【详解】（1）小球动能的大小不容易直接观察，通过观察木块被小球推动的距离来判断小球动能的大小的，这种研究方法叫转换法。 （2）[1][2]对比甲、乙两图可知，同一个小球从不同高度处滚下，在质量一定时，物体的速度越大，其动能越大； [3]乙、丙两图，不同质量的小球从斜面同一高度由静止滚下，到达斜面底端时速度相同。 （3）[1]该实验中研究物体的动能是指小球动能，通过观察小球推动木块移动距离来判断小球动能的大小。 [2]若水平面绝对光滑，小球推动木块运动，木块永远不会停止，无法比较木块移动的距离，将不能达到探究目的。 （4）在丙组实验中，若木块被撞后滑出木板，需要重做本组实验。要知道丙实验应该与乙实验进行比较，必须使两个质量不同的小球从相同高度滚下，保证小球到达斜面底端时速度相同，故方案C不可行，还需要控制木块与木板间的摩擦力相同，也就是要控制木块与木板间压力和接触面粗糙程度相同，故方案B不可行，A同学建议换用同样材质较长的木板，这样可以满足以上控制变量的要求，故A方案可行，故选A。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第07讲 机械能 内容导航——预习三步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 练习题 讲典例：教材习题学解题、快速掌握解题方法 练题型 强知识：6大核心题型精准练 第二步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第三步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 动能 1、的概念 （1）能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。 （2）单位：焦耳，符号J。 （3）理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。 ②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。 2、功与能的关系 （1）功是一个过程量，能量是一个状态量。功是描述一个力对物体作用过程中所取得成效的物理量，它是相对于一个过程而言能量是指一个物体具有能够对外做工的本领。 （2）具有能量的物体不一定在做功，但正在做功的物体一定具有能量。 （3）一个物体能够对外做的功越多，它具有的能量就越大。 3、动能概念：物体由于运动而具有的能，叫做动能。一切物体都具有动能。 （1）一切物体都具有动能（运动是绝对的）。 （2）影响动能大小的因素：物体的质量和速度。物体的质量越大，速度越大，物体具有的动能就越大。当物体的质量一定时，物体运动的速度越大其动能越大，物体的速度越小其动能越小，具有相同运动速度的物体，质量越大动能越大，质量越小动能越小。 4、探究动能的大小与哪些因素有关 （1）提出问题：动能的大小与哪些因素有关？ （2）猜想和假设：动能的大小可能与物体的质量有关，还可能与物体的运动速度有关 （3）实验方法：控制变量法和转换法 （4）实验器材：斜面、钢球、木块 （5）实验步骤： ①让同一个钢球从斜面的不同高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近； ②换用质量不同的钢球，让它们从斜面的同一高度自由滚下，推动木块移动，比较两次木块被推距离的远近。 （6）实验现象： ①同一钢球从不同高度滚下，钢球碰撞木块时的速度不同。高度越高，钢球滚到平面上时的速度越大，木块被推得越远； ②质量不同的钢球从同一高度滚下，钢球滚到平面上时的速度相同。质量越大的钢球将木块推得越远。 （7）得出结论： ①物体动能的大小与物体的运动速度有关，物体运动速度越大，物体的动能越大； ②物体动能的大小与物体的质量有关，物体的质量越大，物体的动能越大。 （8）归纳总结：动能的大小与物体的质量和运动速度有关。质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大 知识点二：势能 1、势能：弹性势能和重力势能统称为势能。 2、重力势能 （1）重力势能概念：物体由于被举高而具有的能量，叫做重力势能。 （2）影响重力势能大小的因素：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。当物体的质量一定时，物体距零势能面的高度越大，其重力势能越大，物体距零势能面的高度越小，其重力势能越小；当物体距零势能面的高度一定时，物体质量越大其重力势能越大，物体质量越小其重力势能越小，物体的质量越大，举得越高，其重力势能就越大。 3、探究重力势能的大小与哪些因素有关？ （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验设计：让高处的重物下落，将小木桩打入沙中，比较小木桩陷入的深度。应用控制变量法确定要探究的量；应用转换法，通过小木桩陷入的深度来反映重力势能的大小。 （3）实验过程： ①让同一重物从不同的高度静止落下，撞击相同的两个小木桩，从较高处下落的重物将小木桩撞入沙中深些 ②用质量不同的重物，分别从同一高度处由静止落下，撞击相同的两个小木桩，质量大的重物将小木桩撞入沙中深些 （3）实验结论：物体的质量和物体所处的高度。物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。 4、弹性势能 （1）弹性势能概念：物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能。 （2）影响弹性势能大小的因素：弹性形变程度。同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。当弹簧本身的性质相同时，形变越大，它具有的弹性势能就越大，形变越小，具有的弹性势能就越小；当弹簧形变相同时，性质不同的弹簧弹性势能不同。 5、探究弹性势能的大小与哪些因素有关 （1）实验方法：控制变量法和转换法 （2）实验设计：‌使用两根材料不同的弹簧A和B（‌长度和粗细相同）‌，‌小球、‌木块和长刻度尺。‌将弹簧按照不同的压缩长度安装好，‌确保弹簧被压缩的长度在弹性限度内。‌将小球置于弹簧的右端，‌放手后观察小球弹出的距离，‌以及木块被推动的距离。‌ （3）实验操作‌ 第一次实验中，‌将弹簧压缩到一定的长度ΔL1，‌记录木块被推动的距离S1。‌ 第二次实验中，‌将弹簧压缩到长度ΔL2（‌ΔL2＞ΔL1）‌，‌再次记录木块被推动的距离S2。‌ （4）数据分析：‌比较S1和S2的距离，‌如果S2的距离大于S1，‌说明弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。‌‌ （5）实验结论：同一物体在弹性形变范围内的弹性形变程度越大，弹性势能就越大。 知识点三：动能和势能的相互转化 1、机械能：动能和势能之和称为机械能。动能和势能都属于机械能，动能是物体运动时具有的能量，势能是存储着的能量，动能和势能是机械能的两种表现形式。 2、动能和重力势能之间可以相互转化：动能和重力势能之间的相互转化一般发生在只受重力作用下的运动过程中，例如滚摆在下降的过程中，越转越快，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能；滚摆在上升过程中，越转越慢，它的重力势能越来越大，动能越来越小，动能转化为重力势能。 3、动能和弹性势能之间也可以相互转化：它可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间，例如，从高处落下的皮球与地面撞击的过程中，由于皮球发生弹性形变，皮球的动能转化为弹性势能，皮球在恢复形变的过程中，它的弹性势能转化为动能．拉弯的弓把箭射出去的过程中，拉弯的弓具有弹性势能，射出去的箭具有动能，这是弓的弹性势能转化为箭的动能。 4、机械能守恒：如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总和不变，或者说，机械能是守恒的。 5、各种形式的能量都可以相互转化：如电能可以转化为光能和内能；太阳能可以转化为电能等，动能和势能的相互转化只是能量相互转化中的一种形式，能量转化过程中一种能量减少，另一种能量增加。 6、水能的利用 （1）我们的祖先利用水流冲击水轮转动，用来汲水、磨粉。 （2）修筑拦河坝来提高上游的水位，在坝底安装水轮机。将发电机装在水轮机的上面，并把它们的轴连接在一起，由水轮机带动发电机发电。一定量的水，上、下水位差越大，水的重力势能越大，能发出的电就越多。 7、风能的利用 （1）我们的祖先利用风力鼓起帆来推动船航行。 （2）风吹动风车，带动发电机发电。在风力资源丰富的地区，可以同时安装几十台到几百台风力发电机，组成“风车田联 在一起供电。 教材习题01 请说明为什么高空坠物的危害很大。 解题方法 从重力势能影响因素（质量、高度）和能量转化（重力势能→动能）分析，高度h和质量m越大，下落时转化的动能越大，冲击力大，危害就大。 教材习题02 如图是某轻轨车站的设计方案示意图。与站台连接的轨道有一定的坡度。请你从节能的角度分析这样设计的优点。 解题方法 利用能量转化，进站时列车动能→重力势能“储存”；出站时重力势能→动能“释放”，减少额外动力消耗，实现节能。 教材习题03 在水平地面上铺一张纸，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。皮球从较高处下落形成的圆斑是图中的哪一个？你判断的依据是什么？ 解题方法 依据重力势能与高度关系，高度越高重力势能越大，下落转化的动能越大，皮球与纸撞击形变越大，圆斑越大，据此判断较高处下落对应的圆斑。 题型一 探究影响动能因素的实验 1．如图所示“探究动能的大小与什么因素有关”的实验中，下列说法正确的是（　　） A．小球推动木块移动的距离与小球释放的高度无关 B．小球动能的大小是通过推动木块移动的距离反映 C．实验中斜面和水平面必须是光滑的 D．木块向前滑行的过程中机械能守恒 2．如图是小明探究“动能大小与哪些因素有关”的实验装置。在探究小车速度对其动能的影响时，应保持小车 不变，使小车多次从 （选填“相同”或“不同”）高度下滑进行实验。小明两次实验操作，第一次木块被撞得近，小车到达水平面的动能为E1，木块受到的摩擦力为f1，第二次木块被撞得远，小车到达水平面的动能为E2，木块受到的摩擦力为f2，E1 E2，f1 f2（选填“>”、“=”或“<”）。 3．为了模拟研究汽车超载和超速带来的安全隐患，小明设计了如图甲、乙、丙所示的探究实验，将A、B、C三个小球先后从同一装置，高度分别为的位置由静止滚下（、），推动小木块运动一段距离后静止，请你根据生活经验和所学的物理探究方法，对以下问题进行解答。 (1)实验中，探究的动能是指（　　）（选填正确选项前的字母）； A．小球在斜面上的动能 B．小球撞击木块时的动能 C．木块被小球撞击时的动能 (2)用来研究超速安全隐患时需要控制不变的量是 ，实验时应选择 两个图所示实验进行比较；用来研究超载安全隐患时，应选择 两个图所示实验进行比较； (3)小球从斜面由静止滚到底部的过程中，实际上就是 能转化为动能的过程，在这个过程中，忽略斜面的摩擦力对小球的影响，其机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）； (4)实验中，小球在这三个水平表面上滑行的过程中，推动木块克服摩擦做功最多的是球 （选填“A”、“B”或“C”）。 4．用相同的斜面可以探究“影响动能大小的因素”和“阻力对物体运动的影响”。 (1)小车在斜面上下滑的过程中，它的 转化为动能，其动能大小是通过被碰木块移动的距离来反映的；如果小车的质量不同，可以观察到被碰木块移动的距离不同，木块在水平面上滑行的过程中所受摩擦力的大小 （选填“相同””或“不相同”）；若木块重为2N，被碰后移动了0.3m，则这个过程中，重力所做的功为 J； (2)在图甲所示装置基础上，添加毛巾、玻璃可以探究“阻力对物体运动的影响”，通过观察小车在不同水平面上的运动情况，可以发现：同样条件下，水平面对小车的阻力越小，小车前进得越远，推理可知，物体的运动 （选填“需要”或“不需要”）力来维持。 题型二 探究影响物体弹性势能因素的实验 5．小明观察到篮球落地后会被弹起，但弹起的高度不同，小明问同学们“篮球弹起的高度与那些因素有关呢”？小聪说：“可能与篮球下落时的高度有关，也可能与地面的材料有关”。小龙说：“可以用一个篮球从不同高度下落到地板上，测量反弹的高度”。小华取来一个篮球按照小龙的方法进行测试并记录每次下落的高度和反弹的高度。四名同学进行的科学探究活动属于“进行实验收集证据”这环节的是（　　） A．小明 B．小聪 C．小龙 D．小华 6．如图，是研究弹簧弹性势能与其形变程度关系的实验装置，小球压缩弹簧，并撞击纸盒。假若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能/不能”）达到探究目的。 7．小李在探究“弹簧弹性势能的大小跟哪些因素有关”时，提出了如下猜想： 猜想一：弹簧弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。 猜想二：弹簧弹性势能的大小与弹簧的材料有关。 为了验证上述猜想，小李选用材料不同的三根弹簧A、B和C（长度和粗细均相同），一把长刻度尺，小球、木块各一个，设计了如下图所示的实验装置进行探究。实验中，木块起始位置相同，实验数据如下表所示。 实验序号 所使用的弹簧 弹簧形变量/cm 木块移动的距离/cm 1 弹簧A 2 3.5 2 弹簧A 5 6.2 3 弹簧A 8 10.6 4 弹簧B 5 8.7 5 弹簧C 5 11.5 6 弹簧C 6 13.1 (1)弹簧将小球弹开的过程中，弹簧的弹性势能转化为小球的 能。 (2)实验中通过比较 来判断弹簧弹性势能的大小，这种研究问题的方法叫 法。 (3)为了验证猜想一，应选择表中1、2、3三组数据进行分析。由此得出的结论是：弹簧材料相同时， 越大，弹簧的弹性势能越大。 (4)为了验证猜想二，应选择表中 （填实验序号）三组数据进行分析。 (5)若水平面绝对光滑，则小李 （选填“能”或“不能”）完成本实验。 (6)实验后，用质量不同的两个小球将同一弹簧压缩到相同程度，放手后用小球撞击木块的方法来验证小球动能与其质量的关系。这样做 （选填“能”或“不能”）完成验证。 题型三 弹性势能大小的比较 8．如图所示，水平面上一轻质弹簧固定在竖直墙壁上，一小球将其由自然伸长时的A点压缩至B点。随后释放小球，其离开弹簧并最终静止于C点（图中未画出），下列说法正确的是（      ） A．由A到B的过程中，弹簧的弹性势能在减小 B．由B到A的过程中，弹簧的弹性势能在增大 C．由B到C的过程中，小球的动能一直在减小 D．由B到C的过程中，小球的动能先增大后减小 9．如图所示，光滑水平桌面上的弹性小球被弹出后，经过A点和B点后落到地面，又被多次弹起，图中虚线为小球的运动轨迹。下列有关小球的运动，描述正确的是（　　） A．小球反弹经过D点时动能为零 B．小球从A点运动到B点的过程中机械能不断减少 C．若将弹性小球表面涂黑，则会在C、F两点留下等大的黑色圆斑 D．小球经过E点的机械能大于经过G点的机械能 10．如图所示是小球刚接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程，这个过程中弹簧的弹性势能的变化情况是 ，要探究小球下落压缩弹簧时弹簧的最大压缩量与小球的质量的关系，需分别让质量不同的小球从 自由下落，压缩同一弹簧，并分别测出 通过比较，从而得出结论。 题型四 探究响动重力势能因素的实验 11．图中甲、乙两个质量不同但体积相同的小球从相同高度静止释放到同一沙坑中（忽略空气阻力），乙球下落过程中经过P、Q两点，下列说法正确的是（　　） A．释放瞬间，两球的重力势能相等 B．落到沙坑中时，沙坑凹陷程度大的小球质量大 C．乙球在P点的机械能大于在Q的机械能 D．从释放到着地，两球所受重力做的功相等 12．小华利用饮料瓶和水、装有沙子的纸盒探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，三次实验情景如图所示。她通过观察 来比较重力势能的大小，她应选择 两组实验探究物体重力势能的大小与物体质量的关系．饮料瓶下落过程中将重力势能转化为 能。 13．高空抛物被称为“悬在城市上空的痛”，其强大的打击力对人们的生命安全构成了严重威胁。《中华人民共和国民法典》已明确规定，禁止从建筑物中抛掷物品．小明想知道高空抛物对地面打击力的大小与哪些因素有关。 他猜想：高空抛物对地面打击力的大小与物体的质量和抛出时离地面的高度有关。 小明用实验来探究高空抛物造成危害的因素。他认为小球从高处自由落下砸到木桩上能对木桩做功，使木桩陷入沙土中．然后设计了如图所示的实验（，）。 (1)实验中根据 来判断小球对木桩打击力的大小。 (2)小球由高处自由下落的过程中，重力势能转化为 。通过观察、两小球的实验可知，当高度相同时，小球对木桩打击力的大小与 有关。 (3)通过观察 两小球的实验可知，当小球质量相同时，小球落下时离木桩的高度越高，对木桩的打击力越 。 (4)小明还想探究小球打击力的大小与运动轨迹是否有关，于是找来一根光滑管道，把小球从与小球高度相同的管道顶端释放，发现木桩陷入沙土的深度与小球作用的深度相同，由此判断小球对木桩打击力的大小与小球的运动轨迹 （选填“有关”或“无关”）。 (5)与同学讨论之后，小明还发现：同一重物从同一高度由静止自由下落对水平地面产生的打击力，比被竖直向下推出下落时对同一水平地面产生的打击力小，这是为什么呢？请你说明其中的道理。 (6)结合日常生活中的经历，你认为还有哪些因素会影响高空抛物对地面打击力的大小？（写出一个因素即可） 题型五 单摆和滚摆运动时的能量变化情况 14．如图所示，在滚摆实验中，滚摆不断地做上下往复运动，滚摆每次上升的高度总比上次要低一些。下列说法正确的是（    ） A．滚摆下降过程中，动能转化为重力势能 B．滚摆上升过程中，重力势能转化为动能 C．滚摆上下往复运动过程中，机械能总量不变 D．滚摆上下往复运动过程中，机械能总量减小 15．如图所示，小明将一个铁锁用绳子悬挂起来，将铁锁拉到自己的鼻子附近A处，稳定后松手，铁锁来回摆动，则下列说法正确的是（　　） A．铁锁从A处摆动到B处，重力势能先变大后变小 B．铁锁从A处摆动到B处，动能先变大后变小 C．若不计空气阻力，铁锁可能会打到小明 D．铁锁的质量再大一些，有可能会打到小明 16．滚摆从图中的位置1静止释放，下降到位置2，后再上升到达最高点位置3，随后再次下降。这三个位置中，滚摆重力势能最大的是位置 （填写图中数字序号），在此过程中滚摆机械能是 （选填“增大”、“减小”或“不变”）的。 17．如图所示，单摆小球从A点由静止释放经过最低点B然后到达C点（忽略空气阻力）。则小球摆动到 （选填“A”“B”或“C”）点时动能是最大的；若小球到达C点时，所受的外力突然全部消失，则小球 （选填“保持静止”、“继续做曲线运动”、“做匀速直线运动”）。若A与C等高，则小球从A运动到C过程中，机械能 （填：“守恒”或“不守恒”）（忽略绳子形变） 题型六 物体运动过程中各种机械能的变化情况 18．滑雪运动是一项既有趣又对身体有益的活动，图甲中滑雪者从A点出发，先后经过B、C、D、E点。图乙是滑雪者在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，下列说法正确的是（　　） A．全过程滑雪者的动能在E点时最大 B．全过程滑雪者的重力势能一直在减小 C．B点重力势能的大小等于E点动能的大小 D．全过程滑雪者的机械能保持不变 19．在哈尔滨亚冬会自由式滑雪空中技巧混合团体决赛中，中国队表现出色。运动员从高空下落时的情景如题图所示。在下落过程中，运动员的（　　） A．动能减小 B．重力势能减小 C．重力势能不变 D．机械能增加 20．我国著名科学家钱学森于20世纪40年代提出的一种新型导弹弹道模型，我国的东风17超高音速导弹等很多新型尖端导弹正是基于此理论设计。图示为某此类导弹的飞行路线图，OE段发动机点火，导弹以极快的速度穿出大气层升至高空；E点发动机关闭，导弹依靠惯性继续上升至一定高度后向下俯冲，会被加速到极高的速度；进入大气层后，导弹在稠密大气层边缘无动力“多次弹跳、平衡滑翔”，I-J段发动机重新启动加速后精确打击目标。下列关于该导弹的说法正确的是（　　） A．从起飞到E点的过程中，机械能不变 B．F点到G点的过程中，机械能不变 C．H点到I点的过程中，导弹的机械能守恒 D．整个过程中，在F点动能最大 21．10月19日，“奔跑吧·少年”2024年陕西省青少年体育俱乐部射箭联赛总决赛在礼泉县袁家村举行。如图所示，用力将弓拉弯，说明力改变物体的 ，松手后箭被射出，射出的箭在空中下落的过程中，重力势能主要转化为 能。 22．某中学生设计了一种U形酸菜坛，如图所示，采用一端放另一端取，达到先入先出的效果。晓畅的妈妈从左侧放入要腌制的原材料，原材料匀速下降时动能 （选填“变大”“变小”或“不变”），从右侧取出腌好的酸菜，这时U形酸菜坛左右两侧液面 （选填“相平”“左高右低”或“左低右高”），该酸菜坛实质上是一个 。 知识导图记忆 知识目标复核 1．知道动能、重力（弹性）势能及机械能的概念。 2．了解影响动能、重力（弹性）势能大小的因素。 3．掌握探究影响动能、重力势能大小的实验过程。 4．了解机械能的转化。 一、单选题 1．2025年2月8日，第九届亚冬会自由式滑雪女子U型场技巧赛，中国选手李方慧以95.25分的绝对优势夺得首金。图甲为滑雪U型场的比赛场地，图乙为该场地的横截面的示意图。比赛时，运动员从A点滑下，经U型雪道从B点竖直向上飞出并完成动作，然后又从B点返回U型雪道。下列关于该运动叙述正确的是（   ） A．在B点上方冲击到最高点时，动能最大 B．从空中的最高点下落的过程中机械能逐渐增大 C．从A点加速下滑的过程中动能越来越小 D．从A点加速下滑的过程中重力势能越来越小 2．蹦床是一项运动员利用蹦床反弹来表现杂技技巧的竞技运动，属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。下列关于运动员在蹦床运动中包含的物理知识（忽略空气阻力），说法正确的是（　　） A．运动员离开蹦床上升过程中，弹性势能转化为重力势能 B．运动员从最高点下落到达蹦床前，重力势能转化为动能 C．运动员从接触蹦床到最低点，只有重力势能和弹性势能的转化 D．运动员从最低点到离开蹦床，只有弹性势能和动能的转化 3．一个小球从A点由静止开始下落，速度越来越大，相继经过B、C两点，如图所示。若A、B两点间的距离等于B、C两点间的距离，下列说法正确的是（    ） A．小球在下落过程中，重力势能增大 B．小球在下落过程中，机械能增大 C．小球所受的重力在AB段做的功小于在BC段做的功 D．小球所受的重力在AB段做功的功率小于在BC段做功的功率 4．如图所示在水平台面上，一弹簧左端固定，右端连接一金属球，O点是弹簧保持原长时金属球的位置。开始时用力推金属球压缩弹簧到A位置，释放金属球，B是金属球能到达的最右端，AO>OB，金属球从A位置滑到B位置的过程中（不计空气阻力），下列说法正确的个数是（　　） ①弹簧对金属球弹力最大的位置在A点 ②金属球速度最快的位置一定在AO之间 ③金属球在从A位置滑到B位置的过程中机械能不变 A．0个 B．1个 C．2个 D．3个 5．如图所示，一根细线上端固定，末端系着一小球，细线被拉直且长度不变，小球从左侧A点由静止释放，经过B、C、D点摆到右侧的最高点E，已知E点比A点低，B点和D点等高，C点是小球摆动的最低点。关于小球摆动的整个过程，下列说法正确的是（　　） A．小球在B、D两点具有的机械能相等 B．小球在C点受到细线的拉力与它拉细线的力是一对相互作用力 C．小球在C点受到细线的拉力与它受到的重力是一对平衡力 D．小球从C点到E点的过程中动能全部转化为重力势能 6．2025年4月30日“神州19”号载人飞船返回舱接近地面时，反推发动机点火，返回舱减速下降。在减速下降过程中，返回舱的（　　） A．动能减小，重力势能减小，机械能不变 B．动能不变，重力势能减小，机械能减小 C．动能减小，重力势能减小，机械能减小 D．动能减小，重力势能增加，机械能不变 7．如图甲所示，放在水平地面上的物体，受到方向不变的水平拉力F的作用，其F﹣t和v﹣t图像分别如图乙、丙所示，下列说法正确的是（　　） A．当t=1s时，物体处于静止状态，摩擦力是0 B．当t=3s时，物体处于匀速直线运动状态，受到摩擦力是7N C．4~6s内，拉力F做功的功率是10W D．2~4s内，物体的机械能保持不变 8．如图是某次训练时的场景，一名解放军战士正从悬停的直升机上，通过一根软绳匀速竖直滑向地面。已知直升机与舱内人员的总质量为M，解放军战士的质量为m，不计绳重，下列说法正确的是（　　） A．战士所受重力与软绳对他的摩擦力是一对相互作用力 B．直升机旋翼对空气的作用力与空气对旋翼的作用力是一对平衡力 C．直升机和战士的机械能总量保持不变 D．空气对直升机旋翼的作用力F=（M+m）g 二、填空题 9．如图所示，某同学将篮球掷向地面，篮球碰到地面后斜向上反弹，甲、乙是篮球运动过程中经过的两个位置。篮球经过甲、乙两位置时的动能和重力势能如表所示，则篮球的运动路径是 （选填“由甲到乙”或“由乙到甲”），该过程中篮球的重力对篮球 （选填“做功”或“不做功”），篮球的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。 位置 动能/J 重力势能/J 甲 12 7 乙 10 12 10．如图所示，多人秋千是这两年兴起的一种游乐设备，体验者只需要配合秋千的节奏用身体发力，就可以使秋千在一定范围内越荡越高。该过程中，绳子的拉力对秋千 （选填“做功”或“不做功”），秋千的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。 11．如图所示，是篮球在空中飞行的一段轨迹，忽略空气阻力； (1)从A到B的过程中，篮球的运动状态 （选填“有”或“没有”）改变； (2)球在A点机械能 球在 B点机械能；（选填“>”“=”或“<”） (3)若在最高点，球所受的力全部消失，则球将处于 状态。（选填“静止”或“匀速直线运动”） 12．如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定在水平面上，钢球从C点由静止释放，经过B点到达最低点O，然后到达另一侧与B点等高的A点时刚好速度为零。由C点到B点过程中，一部分 能转化为动能，整个过程中 点的动能最大，从最低点O到A点的过程中，机械能的总量 （选填“变大”“变小”或“不变”），理由是 。 13．如图所示为蹦极运动的简化示意图，弹性绳一端系在运动员双脚上，另一端固定在跳台O点。运动员由静止开始自由下落，在A点弹性绳正好处于原长；在B点运动员受到的重力与弹性绳对运动员的拉力大小相等；在C点是运动员到达的最低点。（整个过程忽略空气阻力，弹性绳的自重不计）则从O点到C点的过程中，运动员的动能 （选填“增大”“减小”“不变”或“先增大后减小”）。 14．2023年5月23日，我国科考队再次登上珠穆朗玛峰，进行“珠峰科考”，科考队员在登山的过程中，重力势能 （选填“增大”“减小”或“不变”）；午餐时间，科考队员们能够闻到食物的香气，这是 现象。 三、实验题 15．小明同学骑自行车上学途中，要经过一段上坡路。他思考：物体以相同初速度冲上斜坡后运动的最大距离可能跟哪些因素有关呢？他和小华商量后提出以下猜想： 猜想一：可能与斜坡的粗糙程度有关； 猜想二：可能与物体的质量大小有关； 猜想三：可能与斜坡的倾角大小有关。 他们将与水平面平滑连接的长木板以角度θ（可改变）倾斜固定，并找来质量不同的小木块若干、光滑的斜面M（物块在斜面M上滑动时可忽略物块所受的摩擦力）和轻弹簧P等实验器材进行探究。 (1)他们上网查找得知：初速度相同的汽车关闭发动机后在路面滑行时，路面越粗糙，汽车滑行的距离越短。由此他们认为猜想一是 的； (2)为了验证猜想二，小明在老师的帮助下一起设计了如图甲所示的装置。实验时将质量不同的小木块从斜面M的同一高度自由滑下，就可以使木块以 的初始速度滑上长木板，通过比较木块冲上长木板的 就可以验证猜想二； 小华设计了如图乙所示的装置进行实验，他认为只要让不同质量的小木块分别将同一弹簧压缩到相同程度后自由释放，也可以验证猜想二。老师告诉小华这一设计方案是不可行的，理由是： ； (3)他们保持长木板的粗糙程度和木块的初速度相同，分别改变木块的质量m和长木板的倾角θ，测得木块冲上长木板后运动的最大距离x，实验数据如表。分析数据可知： ①最大距离x与质量m （选填“有关”或“无关”）； ②最大距离x随长木板倾角θ变化的关系是：θ角增大时， 。 m/kg 1.2 1.0 0.5 0.3 θ/度 10 20 30 30 40 45 45 50 55 55 60 65 x/m 1.76 1.57 1.45 1.45 1.38 1.37 1.37 1.36 1.37 1.37 1.39 1.42 16．在杭州亚运会跳水项目中全红婵再一次上演“水花”消失术，为我国争得两枚金牌。运动员跳台比赛中入水时的水花大小与什么因素有关呢？小明经查阅资料知道：跳水运动员入水时的水花大小可能与运动员的入水速度、迎水面积（下落时与水的接触面积）及入水角度等有关。为了检验自己的猜想，他利用如图所示装置进行了多次模拟实验。 组别 距离水面高度 迎水面积 入水角度 水花大小 ① 1m 10 大 ② 1m 10 中 ③ 1m 10 小 ④ 1m 5 很小 (1)“入水时的水花太小可能与运动员入水速度、迎水面积及入水角度有关”，这是科学探究中的________。 A．提出问题 B．猜想与假设 C．分析与论证 (2)小明将质量相同的小球分别由a、b、c三条通道口由静止释放（如图所示），他的目的是探究运动员入水时水花大小与 的关系。若用相同质量而大小不同的小球，从同一位置沿同一个路径释放，是为了探究入水时 对水花大小的影响。 (3)为了研究迎水面积对入水时的水花大小的影响，可选择 两组进行比较。 (4)通过分析实验结果，可以得出结论：同一运动员入水速度相同时，迎水面积 ，入水角度 ，入水时水花越小。 17．在探究“重力势能的大小与哪些因素有关”的实验中，重物A、B、C的质量关系为，木桩相同。木桩和重物位置如图甲所示。重物静止释放后，木桩被打击陷入沙中的情形如图乙所示，重物B、C将木桩打入沙中的深度相同。 (1)重物自由下落打击木桩，通过观察木桩陷入沙中的深度判断 （选填“重物”或“木桩”）的重力势能大小。这种研究方法是 （选填“控制变量法”或“转换法”）； (2)比较 两个重物将木桩打入沙中的深度，可判断重力势能的大小和重物下落高度的关系，得出的结论是：质量相同的物体，被提升的高度越高，重力势能越大； (3)结合（2）中的实验结论，通过比较B和C两个重物将木桩打入沙中的深度 （选填“能”或“不能”）得出物体的重力势能与其质量有关的结论； (4)如图丙所示，是某一重物从某高度处由静止下落的过程中，下落高度与时间的关系图。在下面的四个选项中，描述重力对该重物做功大小与下落时间关系最接近的图线是______； A． B． C． D． (5)结合本实验和所学知识，分析图丁所示的水坝，发电机安装在 位置较为合理（选填“C”或“D”）。 18．小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球M和m（M的质量大于m），分别从不同的高度H和h（H>h）由静止开始滚下，实验过程如图所示，请完成以下问题。 (1)小明是通过观察木块移动的距离来判断小球动能的大小的，这种研究方法叫 。 (2)对比甲、乙两图可知:在 一定时，物体的 越大，其动能越大；乙、丙两图，不同质量的小球从斜面同一高度由静止滚下，到达斜面底端时速度 （选填“相同”或“不相同”）。 (3)该实验中研究物体的动能是指 （选填“小球”或“木块”）的动能。若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的。 (4)在丙组实验中，若木块被撞后滑出木板，则需要重做本组实验。A同学建议换用同样材质较长的木板，B同学建议换一个较大的木块，C同学建议降低钢球下滑的高度。你认为应当采用 （选填“A”“B”或“C”）同学的建议。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$