专题05 机械能（期中压轴题训练）九年级物理上学期新教材苏科版

专题05 机械能 1．如图所示，有一小球沿粗糙的曲面轨道ABCD从A点静止滑下，从D点抛出，虚线DEF为小球在空中的运动轨迹。其中C为轨道最低点，B、D、F三点等高，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．在C点的动能最大，E点的动能为零 B．从E点运动到F点的过程，小球的动能转化为重力势能 C．小球在E点的机械能小于在A点的机械能 D．小球从B运动到C和从C运动到D的过程中动能变化量相等 【答案】C 【详解】A．小球从A点运动到最低点C点的过程中，需要克服摩擦力做功，将重力势能转化为动能和内能，小球运动至最低点C点时，速度最大；小球从D点抛出后，小球运动到E点时，是空中运动轨迹的最高点，此时竖直方向的速度为零，但仍有水平方向的速度，所以动能并不为零，故A错误； B．从E点到F点是下降过程，小球高度降低重力势能减小、速度增大动能增大，将重力势能转化为动能，故B错误； C．小球从A点到D点在粗糙轨道运动，机械能因克服摩擦不断减少；从D点到E点在空中运动，只有重力做功，机械能守恒，因此E点机械能小于A点机械能，故C正确； D．B点、D点等高，二者重力势能相等，B点到C点的过程中，动能的增加量等于重力势能减少量与克服摩擦做功的差值；C点到D点过程中，动能减少量等于重力势能增加量与克服摩擦做功的和，因此两个过程动能变化量并不相等，故D错误。 故选C。 2．如图所示，小明在荡秋千，某次他摆动到右侧最高点A后，又开始向下摆动，经过点B和最低点C，然后摆动到与B点等高的D点后就返回。小明从A摆到D的过程中，下列说法正确的是（　　） A．小明在D点时的机械能最大 B．小明在C点的机械能小于D点的机械能 C．小明在A点的重力势能大于C点的动能 D．小明运动到D点瞬间，速度为0，此时小明受力平衡 【答案】C 【详解】AB．由题意知，A、D两点分别是小明从A经B、C至D点的两个最高点。在A、D两点速度为0，A点高于D点，所以小明在A点的机械能大于D点，机械能不守恒，原因是摆动过程中克服空气阻力做功，机械能不断减小，故C点的机械能大于D点的机械能。故AB错误； C．由于摆动过程中不断克服空气阻力做功，机械能逐渐减小，所以A点时机械能大于C点机械能，又A点时速度为0，只有重力势能，所以小明在A点的重力势能大于C点的动能，故C正确； D．运动到D点瞬间，速度为0，但小明受到的拉力和重力不在同一直线上，受力不平衡，故D错误。 故选C。 3．图甲所示的是某地的地形及其等高线图（闭合曲线由海拔高度相等的点连成，数字表示该处的海拔高度）。如图乙所示，研究人员正操作一架无人机对此地展开勘察。下列说法正确的是（　　） A．山间的溪水由B点流到A点时，重力势能转化为动能 B．无人机保持同一高度匀速盘旋过程中，不需要动力 C．无人机从A点向上飞到B点的过程中，重力势能不变 D．无人机从C点匀速爬升到D点的过程中，机械能不变 【答案】A 【详解】A．由等高线可知，B点海拔高于A点，溪水由B到A，高度降低、速度增大，重力势能转化为动能，故A正确； B．无人机保持同一高度匀速盘旋，需要克服空气阻力、竖直方向需要克服自身重力等，因此需要动力，故B错误； C．无人机从A到B，质量不变，高度升高，重力势能增大，故C错误； D．无人机从C匀速爬升D，高度升高，重力势能增大，动能不变，机械能增大，故D错误。 故选A。 4．《天工开物》是我国古代的科学著作，书中记载着大量的古代农业机械，其中写道：“凡河滨有制筒车者，堰陂障流，绕于车下，激轮使转，挽水入筒，一一倾于枧内，流入亩中。昼夜不息，百亩无忧。”该段文字描述了筒车这样一种以水流为动力，把低处的水匀速提升到高处的机械（如图甲所示），图乙为筒车的简化图。下列说法正确的是（　　） A．取水筒内的水，在取水处时动能最大 B．接水槽内的水流至河岸的过程中，动能转化为重力势能 C．从取水处到倒水处（水未流出时），取水筒中水的动能转化为重力势能 D．取水筒内的水，从取水处到倒水处（水未流出时），机械能一直在增大 【答案】D 【详解】A.取水筒内的水，从取水处到倒水处，速度和质量不变，动能不变，故A错误。 B.接水槽内的水流至河岸的过程中，质量不变，速度变大，高度变小，动能变大，重力势能变小，重力势能转化为动能，故B错误。 CD.取水筒内的水，从取水处到倒水处，动能不变，重力势能增大，机械能一直在增大，动能没有转化为重力势能，故C错误，D正确。 故选D。 5．如图，系好弹性绳的蹦极运动员，离开平台由静止开始下落。经过一段时间，第一次到达最低点，此过程忽略空气阻力，下列分析正确的是（　　） A．运动员下落过程受惯性作用 B．运动员的动能先增大后减小 C．运动员始终受到两个力作用 D．最低点时运动员受平衡力作用 【答案】B 【详解】A．惯性是物体的固有属性，惯性不是力，不能说“受惯性作用”，只能说“由于惯性”“具有惯性”，故A错误； B．运动员下落分为两个阶段：第一阶段，弹性绳未伸直时，只受重力，加速下落，动能增大；第二阶段，弹性绳伸直后，重力大于弹力，仍加速下落，动能继续增大，当弹力等于重力时，速度最大，动能最大；此后弹力大于重力，减速运动，动能减小，因此运动员的动能先增大后减小，故B正确； C．运动员下落初期，弹性绳未伸直时，只受重力作用；弹性绳伸直后，受到重力和弹力的作用，故C错误； D．最低点时，虽然运动员的速度为零，此时弹性绳的弹性形变最大，弹力最大，弹力大于重力，则运动员此时受力不平衡，故D错误。 故选B。 6．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．起飞到E点的过程中，导弹的机械能不变 B．F点到G点的过程中，导弹的机械能不变 C．H点到I点的过程中，导弹的机械能不变 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。 7．如图所示，a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线（不计空气阻力），其中________（选填“a”或“b”）是动能-高度关系图线，小石块达到的最大高度为________m，小石块在3m高时的机械能为________J。 【答案】 b 4 6 【详解】[1]竖直向上抛小石块，不计空气阻力，机械能守恒。上升过程中，高度增加，速度减小，动能减小。重力势能随增加而增加，如图，则b是动能-高度关系图线。 [2]由图可知，小石块达到的最大高度时重力势能最大，动能为0，所以最大高度为4m。 [3]由于机械能守恒，小石块在3m高时的机械能等于初始抛出时的机械能，如图，为6J。 8．如图所示，小球以某速度从点开始沿粗糙轨道运动，经点离开轨道，上升至最高点，又下落经过点。N位于、之间，O、、处在同一水平高度。不计空气阻力，小球经过、两点时重力势能_____，动能_____（以上两空选填“相等”或“不等”），小球经过点时的机械能_____（选填“大于”或“等于”或“小于”）经过点时的机械能。 【答案】 相等 不等 等于 【详解】[1][2]小球以某速度从点开始沿粗糙轨道运动，在轨道上运动过程中，要克服摩擦阻力做功，有部分机械能转化为其他形式的能，因此球到达P点的机械能一定小于在O点的机械能，O、P处在同一水平高度，球的重力势能相等，则球在P点的动能一定小于在O点的动能。 [3]忽略空气阻力，球从N点到Q点机械能守恒，因此球在N点的机械能等于Q点的机械能。 9．甲、乙是两个完全相同的皮球。如图所示，在同一高度同时以大小相等的速度，将甲球竖直向下抛出，乙球竖直向上抛出，不计空气阻力。落地前的运动过程中，甲球的动能___________（选填“增大”、“不变”或“减小”），刚到地面时的速度v甲___________v乙（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 【答案】 增大 等于 【详解】[1][2]甲乙皮球完全相同，皮球的质量相同，开始时，两个皮球所处的高度相同，重力势能相同；两个皮球的初速度相同，动能相同，因此两个小球的机械能相同；不计空气阻力，皮球在运动过程中只有动能和势能相互转化，运动过程中两个皮球的机械能守恒；落地前的运动过程中，皮球的高度减小，重力势能转化成动能，甲球的动能增大；落地时，两个皮球的重力势能全部转化为动能，且两个皮球的动能相同，质量相同，因此刚到地面时的速度v甲等于v乙，即。 10．按要求完成下列填空； (1)为了探究动能与质量的关系，楚楚设计的实验装置如图甲所示。实验过程如下：质量为、的两小球从斜面上同一高度下滑，。两小球撞击放在水平面上的木块，由于在水平面上滚动一段距离之后再撞击木块，最终木块在水平面上滑行的距离相同。于是楚楚根据这次实验情况得出结论：物体动能大小与质量无关。与我们已知的结论_________（选填“不符”或“相符”），请你评估他实验中的不足：________。 (2)图乙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，松手后小球被弹开，并撞击纸盒。假若水平面绝对光滑，本实验将______（选填“能”或“不能”）达到探究目的。 (3)图丙是探究物体重力势能与哪些因素有关的实验装置，三个相同木桩在沙中所处的初始深度______（选填“相同”或“不同”），a、b、c三个物体的质量关系为。图丙中b、c两物体从图示位置由静止释放，分别撞击B、C两木桩使之扎入沙坑的深度相同，______（选填“能”或“不能”）说明b、c两物体的初始重力势能相同。 (4)张工、李工两位是建筑设计师，均受某公司邀请参加某火车站进站段铁路工程的设计，最后张工上交了图丁所示的设计方案图，李工上交了图戊所示的设计方案图。若你是此公司代表，你将选择图______的设计方案，结合你学到的物理知识，请简要谈谈你选择的理由：_________。 【答案】(1) 不符 没有控制水平面上木块的起点位置相同 (2)不能 (3) 相同 能 (4) 戊 火车上坡过程中一部分动能转化为重力势能，可以降低车速，容易刹车 【详解】（1）[1]我们已知的结论是在物体运动速度一致的情况下，物体的质量越大，动能越大。楚楚根据实验情况得出结论与我们已知的结论是不相符的。 [2]控制变量法进行实验探究时，应遵循单一变量原则，观察图甲会发现，两次实验时木块放在水平面上的起点位置不同，会影响实验结论的准确性。 （2）假如水平面绝对光滑，根据牛顿第一定律可知，此时水平面上的木块在被撞击后会一直做匀速直线运动，而不会停止下来，我们就无法通过判断木块在被撞击后滑动的距离比较动能和质量的关系。 （3）[1]控制变量法进行实验探究时，应遵循单一变量原则，在探究物体重力势能与哪些因素有关的实验中，为了能通过木桩扎入沙坑的深度来准确反映物体重力势能的大小，需要控制木桩的初始条件相同，所以三个相同木桩在沙中所处的初始深度相同。 [2]重力势能的大小通过木桩扎入沙坑的深度来体现，b、c两物体从图示位置由静止释放，分别撞击B、C两木桩使之扎入沙坑的深度相同，说明b、c两物体对木桩做的功相同，也就意味着b、c两物体的初始重力势能相同，所以能说明。 （4）[1][2]选择图戊所示的设计方案；因为火车进站时为安全考虑，需要减缓行驶速度，图戊火车站进站段火车上坡过程中一部分动能转化为重力势能，可以降低车速，容易刹车，更安全。 11．一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示。则下列分析正确的是（     ） A．物块的最大重力势能是40 J B．物块下滑过程中机械能守恒 C．物块从静止开始沿斜面下滑到底端的过程中，克服摩擦力做功20 J D．当物块下滑2.0 m时，机械能损失了18 J 【答案】C 【详解】根据题意可知，在斜面顶端时，物块高度最高，重力势能最大；从静止开始，动能为0。到达斜面底端后，高度为0，重力势能为0；此时速度最大，动能最大，因此如图，I是重力势能的图像，II是动能的图像。 A．由分析可知，I图像，在时（斜面顶端），重力势能达到最大值，为30 J ，故A错误； B．由图可知，初始机械能 到达底端时，重力势能为0 J，动能为10 J，此时机械能 ，显然机械能减少了，所以机械能不守恒，故B错误； C．克服摩擦力做的功等于机械能的损失量。机械能损失 所以，克服摩擦力做功为20 J，故C正确； D．当时，重力势能为18 J 。动能为4 J ，此时总机械能 初始机械能为30 J ，所以损失的机械能为 ，故D错误。 故选 C。 12．如图甲所示，在垂直升降电梯的轿厢天花板上固定一轻质弹簧，弹簧的另一端连接木块1，木块2与木块1完全相同。某一过程中，轿厢的v-t图像和弹簧的l-t图像分别如图乙、丙所示（弹簧长度变化时的快慢情况为近似处理）。则下列判断不正确的是（     ） A．0~t4时间内，轿厢处于上升过程中 B．t1~t3时间内，木块2受到的合力为0 C．0~t5时间内，木块2的平均速度等于木块1的平均速度 D．t3~t5时间内，弹簧的弹性势能始终减小 【答案】D 【详解】A．v-t图像能体现速度大小，图乙给出的0~t1时间内做加速运动，然后匀速运动；根据丙图知，匀速运动时拉力等于重力，加速运动时弹簧的伸长比匀速时大，说明拉力大于重力，因加速运动时，较大的力与运动方向相同，说明物体和电梯一起向上加速运动的，最终减速运动时，弹簧的拉力小于重力，即较大的力与运动方向相反，说明0~t4时间内，是向上运动，故A正确； B．在时间内，由图像可知，轿厢在做匀速直线运动，则木块也在做匀速直线运动，合力为0，故B正确； C．时间内，两个木块运动时间和运动路程都相同，故两个木块平均速度也相等，故C正确； D．由图像可知，在时间内，弹簧长度先减小后增大，故弹簧的弹性势能也是先减小后增大，故D错误。 故选D。 13．如图所示，物体A通过轻质弹簧和轻质细绳与小球B连接，初始时用手托住小球B，使弹簧处于原长，然后释放小球B。小球B下落到最低点的过程中，A始终未离开地面，B未与地面接触，忽略阻力影响。下列说法正确的是（     ） A．小球B的速度最大时，弹簧的伸长量最大 B．只要弹簧的劲度系数足够大，A就一定不会离开地面 C．小球B的动能与弹簧的弹性势能之和先增大后减小 D．下落过程中弹簧弹力对B做的功等于B机械能的变化量 【答案】D 【详解】A．在小球B下落过程中，开始时重力大于弹力，小球做加速运动；当重力等于弹力时速度达到最大，之后弹力大于重力，小球做减速运动，直到速度为0时到达最低点。所以小球B在速度为0弹簧的伸长量最大，故A错误； B．弹簧最大弹力由小球B下落的机械能决定，与劲度系数无必然关系，劲度系数再大，最大弹力不变，A 仍有可能离地，故B错误； C．忽略阻力影响，可以认为机械能守恒，即弹簧的弹性势能、小球B的重力势能、小球B的动能之和保持不变。在小球B下落过程中，小球B的重力势能持续减小。根据能量守恒，弹簧的弹性势能和小球B的动能持续增大，故C错误； D．由C可知，B机械能的变化量等于弹簧的弹性势能变化量，功代表能量转化的量度，所以弹簧弹力对B做的功等于B机械能的变化量，故D正确。 故选D。 14．学校物理组研究了小球从高处落到竖直固定的弹簧上后又被弹起的运动情况，由于空气阻力，发现小球被弹起的高度比原高度低。于是记录下小球从高处开始下落到弹回的整个过程中，它的运动速度随时间变化的图像如图乙所示（速度为负值时，表明方向与原来的方向相反），图中b点为最高点，e点为最低点。下列说法中正确的个数是（　　） ①在t3时刻，小球处于平衡状态 ②在b点，小球所受重力大小等于弹力大小 ③小球在e点受到的弹力比在b点受到的弹力小 ④在cd段，小球做加速直线运动 A．0个 B．1个 C．2个 D．3个 【答案】A 【详解】时刻小球速度为0，是下落到最低点的时刻，此时弹簧压缩量最大，弹力大于重力，合力不为零，不是平衡状态，故①错误；b点是下落过程速度最大点，此时合力为0，小球受向下的重力、向上的弹力和向上的空气阻力，即，因此重力大小大于弹力大小，二者不相等，故②错误；e点是上升过程速度最大点，此时合力为0，小球受向上的弹力、向下的重力和向下的空气阻力，关系为，而b点弹力，因此，e点弹力更大，故③错误；cd段速度为负值，说明方向向上，速度的绝对值逐渐减小到0，表示速度的大小逐渐减小，因此小球做减速直线运动，故④错误。故有0个正确。 故选A。 15．如图甲是北京冬奥会自由式滑雪大跳台，运动员从60m高的A点静止滑下，从B点冲出。A点和C点在同一高度，阻力不可忽略。下列关于运动员的说法正确的是（　　） A．从A点到B点的过程中机械能减少 B．从B点冲出至落地机械能不变 C．在空中能到达C点 D．不能到达C点，说明能量不守恒 【答案】A 【详解】A．从A点到B点的过程中，由于阻力不可忽略，运动员需要克服阻力做功，机械能会转化为内能，所以机械能减少，故A正确； B．从B点冲出至落地，运动员要克服空气阻力做功，机械能会转化为内能，机械能是减少的，并非不变，故B错误； C．因为从A点到B点机械能已经减少，A点和C点在同一高度，所以运动员在空中不能到达C点，故C错误； D．不能到达C点是因为运动过程中克服阻力做功，机械能转化为内能，能量的总量是守恒的，并没有消失，故D错误。 故选A。 16．取一个轻质的圆柱形盒盖，在内侧粘上一个较重的铁球，如图放置在不太陡的斜面上，松开手后会发现盒盖向上滚动，关于滚动过程下列说法正确的是（　　） A．由于整体上移，滚动过程中整体的重力势能增加 B．虽然整体上移，但滚动过程中整体的重力势能不增加 C．向上滚动时动能转化为重力势能 D．适当减小铁球的质量，向上滚动过程至少可以滚过完整的一圈 【答案】B 【详解】A．系统（盒盖和铁球）能够自动向上滚动，是因为系统的总重力势能降低，转化为系统的动能。虽然盒盖的几何中心位置升高，但由于盒盖是轻质的，而铁球是较重的，系统的重心主要由铁球决定。在向上滚动的过程中，铁球的位置在降低，导致系统的总重力势能是减小的。故A错误； B．在向上滚动的过程中，较重的铁球位置下降，其减少的重力势能大于轻质盒盖位置升高所增加的重力势能，因此系统整体的重力势能是减小的。既然是减小，那么重力势能就没有增加。故B正确； C．系统从静止开始向上滚动，速度从零开始增加，动能增加。这个过程是系统整体的重力势能转化为动能。而“动能转化为重力势能”是物体向上减速运动时的能量转化过程，与题意不符。故C错误； D．由于盒盖是轻质的，盒盖的机械能可忽略不计，盒盖运动过程中，铁球的重力势能和动能相互转化。盒盖开始滚动时，铁球具有一定的重力势能，没有动能，向上滚动时，如果要滚过完整的一圈，则铁球的要经过盒子的最高点，此时铁球的高度要大于原来的高度，铁球的质量不变，则它的重力势能要大于开始时的重力势能，根据机械能守恒可知，即使不存在摩擦阻力，这也是不可能的，所以，不论是减小还是增大铁球的质量，都不可能向上滚动过程滚过完整的一圈，故D错误。 故选B。 17．在2023年杭州亚运会滑板女子街式决赛中，年仅13岁的中国小将崔宸曦夺得金牌．如图是U型滑台和运动员姿势的简化示意图．运动员在滑台甲处由静止自由下滑，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，不可能滑到滑台丙处的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．不计滑台摩擦和空气阻力，则运动员机械能守恒，以站立状态从甲开始滑行，到达丙时也是站立状态，两位置高度相同，重力势能相等，动能为零，所以运动员可能会滑到丙处，故A不符合题意； B．不计滑台摩擦和空气阻力，则运动员机械能守恒，以站立状态从甲开始滑行，到达丙时是全蹲状态，在甲处时重力势能大于在丙处时，所以运动员可能会滑到丙处，故B不符合题意； C．不计滑台摩擦和空气阻力，则运动员机械能守恒，以全蹲状态从甲开始滑行，到达丙时是站立状态，在甲处时重力势能小于在丙处时，所以运动员不可能滑到丙处，故C符合题意； D．不计滑台摩擦和空气阻力，则运动员机械能守恒，以全蹲状态从甲开始滑行，到达丙时也是全蹲状态，两位置高度相同，重力势能相等，动能为零，所以运动员可能会滑到丙处，故D不符合题意。 18．如图所示为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点自由释放，最高到达右侧圆弧槽B点处；然后再次滑下（忽略空气阻力）。则C点高度为（　　） A．H﹣h B．2H﹣h C．2h﹣H D．3h﹣H 【答案】C 【详解】物体在B处具有的重力势能为 则物体在水平面上消耗的机械能为 当物体从B处到达C处时，物体具有的重力势能为 则C点距离水平面的高度为 故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 19．如图所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，且处于原长状态。现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L（未超过弹性限度），则在圆环下滑到最大距离的过程中（　　） A．下滑到最大距离时，圆环速度最大 B．圆环的动能和弹簧的弹性势能之和一直增大 C．圆环重力势能与弹簧弹性势能之和先增大后减小 D．圆环的动能与重力势能相互转化，圆环的机械能守恒 【答案】B 【详解】A．由于圆环的初速度与末速度均为零，所以下滑到最大距离时，圆环速度为零，故A错误； B．由于圆环下滑过程中，圆环的重力势能转化为圆环的动能和弹簧的弹性势能，圆环的重力势能逐渐减小，所以圆环的动能和弹簧的弹性势能之和一直增大，故B正确； C．由于圆环与弹簧组成的系统机械能守恒；圆环的初速度与末速度均为零，其速度先增大后减小，则圆环的动能先增大后减小，则圆环重力势能与弹簧弹性势能之和先减小后增大，故C错误； D．圆环的重力势能转化为圆环的动能和弹簧的弹性势能，所以圆环的机械能减小，故D错误。 故选B。 20．如图甲所示，小景同学用粗细均匀的筷子一头缠上铁丝竖直漂浮在水中（水面足够大），制成了简易密度计，同桌小范忍不住把筷子向下缓慢按压一小段距离后释放，筷子上某点在水面上下区间不断振动，振动幅度变小，最终漂浮在水面上，以某时刻作为计时起点，小范绘制了该点上下振动幅度随时间变化图像如图乙所示，则（   ） A．筷子在时刻速度为0 B．筷子在时刻浮力小于重力 C．筷子在到过程作加速运动 D．筷子在振动过程中机械能守恒 【答案】B 【详解】A．由图可知，t2时刻后筷子向下运动，所以t2时刻速度不为零，故A不符合题意； B．由图可知，开始时，处于漂浮状态，浮力等于重力，t1时刻是距离最大处，排开水的体积减小，由阿基米德原理可知浮力减小，浮力小于重力，故B符合题意； C．由图可知，t2时刻是平衡点，浮力等于重力，在t2到t3过程中，筷子从平衡点向最大距离移动，排开水的体积增大，由阿基米德原理可知浮力增大，浮力大于重力，合力向上，做减速运动，故C不符合题意； D．由图可知，振动幅度变小，说明有能量损失，机械能不守恒，故D不符合题意。 故选B。 21．如图甲所示，将摆球悬挂在拉力传感器上后，再固定在O点，时刻摆球静止于点，将摆球拉至位置后，于时刻由静止释放，摆球在、间来回摆动，不计空气阻力。图乙是拉力传感器示数随时间的变化图像。分析图像可知：在时刻，小球运动到________（选填“点”、“AC之间”或“点”）；时刻，小球动能________（选填“增大”、“减小”或“先减小后增大”）；小球在点受到的合力为________N。 【答案】 AC之间 增大 0.4 【详解】[1]在摆球摆动过程中，在A、B两点时速度为0，拉力最小；在C点时速度最大，拉力最大。t2时刻拉力处于较小值且在增大过程中，说明小球从A点向C点运动，所以小球运动到AC之间。 [2] t2~t3时刻，拉力在增大，说明小球在从A点向C点运动，速度在增大，质量不变，可知小球动能增大。 [3]0~t0时刻摆球静止于C点，此时摆球受到的重力与拉力为平衡力，大小相等，由图乙得，此时摆球受到的拉力为0.6N，则小球重力为0.6N。摆动过程中，小球在C点受到竖直向下的重力，竖直向上的拉力，所以此时合力为 22．如图所示，在同一高度以大小相同的初速度分别竖直向上和斜向上将同一小球抛出，不计空气阻力，小球能到达的最高高度分别为和，则_________（＜/=/＞）；小球落地时的速度大小分别为和，则________（＜/=/＞）。 【答案】 ＞ = 【详解】[1]同一高度以大小相同的初速度抛出的小球，具有的动能相等。不计空气阻力，小球在运动过程中机械能守恒。竖直向上抛出的小球到达最高点时，动能全部转化为重力势能，而斜向上抛出的小球到达最高点时，速度不为0，即动能不为0，动能只有部分转化为重力势能，竖直向上抛出的小球到达最高点时具有的重力势能较大。当质量一定时，高度越高重力势能越大，故。 [2]同一高度以大小相同的初速度抛出的小球，具有的动能相等，而不计空气阻力，小球在运动过程中机械能守恒。故落地时的动能也相等。当质量一定时，动能只和速度有关，故小球落地时的速度大小。 23．为探究物体动能的大小与哪些因素有关，某实验小组利用斜面、质量不同的小钢球、木块等器材进行了如图所示的实验： (1)实验中小钢球的动能的大小是通过___________来判断的； (2)实验中通过甲、乙两图可以得出结论：___________； (3)若在进行甲、丙两图实验时，两次实验中木块被推动的距离相近，为了改进实验，下列方法可行的是___________； A．换用一个质量较大的木板 B．换用表面更粗糙的木板 C．丙图中换用质量更大（如4m）的钢球 D．降低钢球滚下时的高度 (4)若用A、B两个质量不同的小球（）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，同一木块受到撞击后相应移动距离___________（选填“”、“”或“”）。 (5)如图戊所示，2个相同的小球以同样的速度v沿着与水平方向均成角斜向上抛出，a图中斜面光滑且足够长，b图中小球被直接抛向空中，不计空气阻力。在a、b两图中，小球能到达的最高点离地高度分别为和（图中未画出）。则___________（//）。 【答案】(1)木块被推动距离的长短 (2)在质量相同时，物体的速度越大，动能越大 (3)C (4)= (5)> 【详解】（1）根据功和能的关系可知，小钢球对木块做功的多少反映小钢球的动能的多少，而做功的多少可由木块被推动距离的长短来确定，因此实验中小钢球的动能的大小是通过木块被推动距离的长短来判断的，用到了转换法。 （2）通过甲、乙两图可以看出，两图中小钢球的质量相等，甲图中小钢球的高度更高，到达水平面时的速度更大，木块被推动的距离更长，说明小钢球的动能更大，因此可得出在质量相同时，物体的速度越大，动能越大。 （3）通过甲、丙两图可以看出，两图中小钢球的高度相等，即到达水平面时的速度相同，丙图中小钢球的质量更大，因此两图探究的是动能大小与质量的关系。两次实验中木块被推动的距离相近，说明两个小钢球的动能大小相差不大，为了改进实验，使两次实验中木块被推动的距离相差较大，可以使两次小钢球的动能相差较大。 A．换用一个质量较大的木板，木板的粗糙程度不变，两次小钢球的质量和滚下时的高度不变，两次小钢球的动能大小不变，木块被推动的距离不变，没有改进实验效果，故A不符合题意； B．换用表面更粗糙的木板，水平面的摩擦阻力增大，两次木块被推动的距离都减小，达不到改进目的，故B不符合题意； C．因为动能的大小与质量有关，丙图中换用质量更大（如4m）的钢球，可增大小钢球的动能，从而增大丙图中木块被推动的距离，使两次实验中木块被推动的距离相差较大，改进实验效果，故C符合题意； D．降低钢球滚下时的高度，两次小钢球到达水平面的速度都减小，动能都减小，使两次实验中木块被推动的距离都减小，没有使两次实验中木块被推动的距离相差较大，没有改进实验效果，故D不符合题意。 故选C。 （4）弹簧的弹性势能与弹簧的形变程度有关，将同一弹簧压缩相同程度后，弹簧的弹性势能相等，而两个质量不同的小球的动能都是由弹性势能转化而来，所以两个小球的动能相等，撞击同一木块时，木块克服摩擦力所做的功相等，同一木块在同一水平面上受到的摩擦阻力相等，根据可知，两次木块受撞击后移动的距离相等，即。 （5）因为不计空气阻力且斜面光滑，所以两个小球运动过程中机械能守恒，a图中斜面光滑且足够长，小球运动到最高点时速度为0，动能为0，动能全部转化为重力势能，b图中小球被直接抛向空中，在最高点时竖直方向上速度为0，但水平方向上还有速度，所以动能不为0，动能没有全部转化为重力势能，因为2个相同的小球以同样的速度抛出，初始的动能相等，所以a图中小球在最高点的重力势能大于b图中小球在最高点的重力势能，又因为小球相同，质量相等，所以。 24．（1）为了探究动能与质量的关系，楚杭设计的实验装置如图甲所示，实验过程如下：质量为m、M的两小球从斜面上同一高度下滑，由于M在水平面上滑行一段距离之后再撞击木块，最终木块在水平面上滑行的距离相同。于是楚杭根据这次实验情况得出结论：物体动能大小与质量无关。与我们已知的结论不符。请你评估他实验中的不足：____________________________________； （2）如图乙，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； （3）如图丙，探究物体重力势能与哪些因素有关的实验，三个相同木桩在沙中所处的初始深度相同，甲、乙、丙三物体的质量关系为：m甲=m乙<m丙。图丙中乙、丙两物体从图示位置由静止释放，分别撞击B、C两木桩使之扎入沙坑的深度相同，______（选填“能/不能”）说明乙、丙的初始的重力势能相同； （4）张工、李工两位是建筑设计师，均受某公司邀请参加某火车站进站段铁路工程的设计，最后张工上交了如图丁所示的设计方案图，若你是此公司代表，你将选择 ______图的设计方案，结合你学到的物理知识，请简要谈谈你选择的理由是：______。 【答案】 没有控制水平面上木块的起点位置相同 不能 能 戍 火车上坡过程中一部分动能转化为重力势能，容易刹车 【详解】（1）[1]根据控制变量法可知探究动能与质量的关系需使小球到达水平面的速度相同，改变质量，还需控制水平面上木块的起点位置相同，所以实验中的不足是没有让木块从同一起点开始。 （2）[2]乙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。 （3）[3]重力势能大小通过木块陷入沙子的深度反应，图丙中乙、丙两物体从图示位置由静止释放，分别撞击B、C两木桩使之扎入沙坑的深度相同，能说明乙、丙的初始的重力势能相同。 （4）[4][5]根据动能与重力势能的转化可以知道丁图中火车进站时下坡，这一过程中有一部分重力势能转化为车的动能，就会使得车速提高，难以刹车，故不合理；戊图设计中利用上坡过程中一部分动能转化为重力势能，可以降低车速，容易刹车。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题05 机械能 1．如图所示，有一小球沿粗糙的曲面轨道ABCD从A点静止滑下，从D点抛出，虚线DEF为小球在空中的运动轨迹。其中C为轨道最低点，B、D、F三点等高，不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．在C点的动能最大，E点的动能为零 B．从E点运动到F点的过程，小球的动能转化为重力势能 C．小球在E点的机械能小于在A点的机械能 D．小球从B运动到C和从C运动到D的过程中动能变化量相等 2．如图所示，小明在荡秋千，某次他摆动到右侧最高点A后，又开始向下摆动，经过点B和最低点C，然后摆动到与B点等高的D点后就返回。小明从A摆到D的过程中，下列说法正确的是（　　） A．小明在D点时的机械能最大 B．小明在C点的机械能小于D点的机械能 C．小明在A点的重力势能大于C点的动能 D．小明运动到D点瞬间，速度为0，此时小明受力平衡 3．图甲所示的是某地的地形及其等高线图（闭合曲线由海拔高度相等的点连成，数字表示该处的海拔高度）。如图乙所示，研究人员正操作一架无人机对此地展开勘察。下列说法正确的是（　　） A．山间的溪水由B点流到A点时，重力势能转化为动能 B．无人机保持同一高度匀速盘旋过程中，不需要动力 C．无人机从A点向上飞到B点的过程中，重力势能不变 D．无人机从C点匀速爬升到D点的过程中，机械能不变 4．《天工开物》是我国古代的科学著作，书中记载着大量的古代农业机械，其中写道：“凡河滨有制筒车者，堰陂障流，绕于车下，激轮使转，挽水入筒，一一倾于枧内，流入亩中。昼夜不息，百亩无忧。”该段文字描述了筒车这样一种以水流为动力，把低处的水匀速提升到高处的机械（如图甲所示），图乙为筒车的简化图。下列说法正确的是（　　） A．取水筒内的水，在取水处时动能最大 B．接水槽内的水流至河岸的过程中，动能转化为重力势能 C．从取水处到倒水处（水未流出时），取水筒中水的动能转化为重力势能 D．取水筒内的水，从取水处到倒水处（水未流出时），机械能一直在增大 5．如图，系好弹性绳的蹦极运动员，离开平台由静止开始下落。经过一段时间，第一次到达最低点，此过程忽略空气阻力，下列分析正确的是（　　） A．运动员下落过程受惯性作用 B．运动员的动能先增大后减小 C．运动员始终受到两个力作用 D．最低点时运动员受平衡力作用 6．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．起飞到E点的过程中，导弹的机械能不变 B．F点到G点的过程中，导弹的机械能不变 C．H点到I点的过程中，导弹的机械能不变 D．整个过程中，在F点动能最大 7．如图所示，a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线（不计空气阻力），其中________（选填“a”或“b”）是动能-高度关系图线，小石块达到的最大高度为________m，小石块在3m高时的机械能为________J。 8．如图所示，小球以某速度从点开始沿粗糙轨道运动，经点离开轨道，上升至最高点，又下落经过点。N位于、之间，O、、处在同一水平高度。不计空气阻力，小球经过、两点时重力势能_____，动能_____（以上两空选填“相等”或“不等”），小球经过点时的机械能_____（选填“大于”或“等于”或“小于”）经过点时的机械能。 9．甲、乙是两个完全相同的皮球。如图所示，在同一高度同时以大小相等的速度，将甲球竖直向下抛出，乙球竖直向上抛出，不计空气阻力。落地前的运动过程中，甲球的动能___________（选填“增大”、“不变”或“减小”），刚到地面时的速度v甲___________v乙（选填“大于”、“小于”或“等于”）。 10．按要求完成下列填空； (1)为了探究动能与质量的关系，楚楚设计的实验装置如图甲所示。实验过程如下：质量为、的两小球从斜面上同一高度下滑，。两小球撞击放在水平面上的木块，由于在水平面上滚动一段距离之后再撞击木块，最终木块在水平面上滑行的距离相同。于是楚楚根据这次实验情况得出结论：物体动能大小与质量无关。与我们已知的结论_________（选填“不符”或“相符”），请你评估他实验中的不足：________。 (2)图乙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，松手后小球被弹开，并撞击纸盒。假若水平面绝对光滑，本实验将______（选填“能”或“不能”）达到探究目的。 (3)图丙是探究物体重力势能与哪些因素有关的实验装置，三个相同木桩在沙中所处的初始深度______（选填“相同”或“不同”），a、b、c三个物体的质量关系为。图丙中b、c两物体从图示位置由静止释放，分别撞击B、C两木桩使之扎入沙坑的深度相同，______（选填“能”或“不能”）说明b、c两物体的初始重力势能相同。 (4)张工、李工两位是建筑设计师，均受某公司邀请参加某火车站进站段铁路工程的设计，最后张工上交了图丁所示的设计方案图，李工上交了图戊所示的设计方案图。若你是此公司代表，你将选择图______的设计方案，结合你学到的物理知识，请简要谈谈你选择的理由：_________。 11．一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示。则下列分析正确的是（     ） A．物块的最大重力势能是40 J B．物块下滑过程中机械能守恒 C．物块从静止开始沿斜面下滑到底端的过程中，克服摩擦力做功20 J D．当物块下滑2.0 m时，机械能损失了18 J 12．如图甲所示，在垂直升降电梯的轿厢天花板上固定一轻质弹簧，弹簧的另一端连接木块1，木块2与木块1完全相同。某一过程中，轿厢的v-t图像和弹簧的l-t图像分别如图乙、丙所示（弹簧长度变化时的快慢情况为近似处理）。则下列判断不正确的是（     ） A．0~t4时间内，轿厢处于上升过程中 B．t1~t3时间内，木块2受到的合力为0 C．0~t5时间内，木块2的平均速度等于木块1的平均速度 D．t3~t5时间内，弹簧的弹性势能始终减小 13．如图所示，物体A通过轻质弹簧和轻质细绳与小球B连接，初始时用手托住小球B，使弹簧处于原长，然后释放小球B。小球B下落到最低点的过程中，A始终未离开地面，B未与地面接触，忽略阻力影响。下列说法正确的是（     ） A．小球B的速度最大时，弹簧的伸长量最大 B．只要弹簧的劲度系数足够大，A就一定不会离开地面 C．小球B的动能与弹簧的弹性势能之和先增大后减小 D．下落过程中弹簧弹力对B做的功等于B机械能的变化量 14．学校物理组研究了小球从高处落到竖直固定的弹簧上后又被弹起的运动情况，由于空气阻力，发现小球被弹起的高度比原高度低。于是记录下小球从高处开始下落到弹回的整个过程中，它的运动速度随时间变化的图像如图乙所示（速度为负值时，表明方向与原来的方向相反），图中b点为最高点，e点为最低点。下列说法中正确的个数是（　　） ①在t3时刻，小球处于平衡状态 ②在b点，小球所受重力大小等于弹力大小 ③小球在e点受到的弹力比在b点受到的弹力小 ④在cd段，小球做加速直线运动 A．0个 B．1个 C．2个 D．3个 15．如图甲是北京冬奥会自由式滑雪大跳台，运动员从60m高的A点静止滑下，从B点冲出。A点和C点在同一高度，阻力不可忽略。下列关于运动员的说法正确的是（　　） A．从A点到B点的过程中机械能减少 B．从B点冲出至落地机械能不变 C．在空中能到达C点 D．不能到达C点，说明能量不守恒 16．取一个轻质的圆柱形盒盖，在内侧粘上一个较重的铁球，如图放置在不太陡的斜面上，松开手后会发现盒盖向上滚动，关于滚动过程下列说法正确的是（　　） A．由于整体上移，滚动过程中整体的重力势能增加 B．虽然整体上移，但滚动过程中整体的重力势能不增加 C．向上滚动时动能转化为重力势能 D．适当减小铁球的质量，向上滚动过程至少可以滚过完整的一圈 17．在2023年杭州亚运会滑板女子街式决赛中，年仅13岁的中国小将崔宸曦夺得金牌．如图是U型滑台和运动员姿势的简化示意图．运动员在滑台甲处由静止自由下滑，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，不可能滑到滑台丙处的是（　　） A． B． C． D． 18．如图所示为两个光滑的圆弧槽和一段粗糙的水平面相连接的装置。将质量为m的物体从左侧圆弧槽A点自由释放，最高到达右侧圆弧槽B点处；然后再次滑下（忽略空气阻力）。则C点高度为（　　） A．H﹣h B．2H﹣h C．2h﹣H D．3h﹣H 19．如图所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，且处于原长状态。现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L（未超过弹性限度），则在圆环下滑到最大距离的过程中（　　） A．下滑到最大距离时，圆环速度最大 B．圆环的动能和弹簧的弹性势能之和一直增大 C．圆环重力势能与弹簧弹性势能之和先增大后减小 D．圆环的动能与重力势能相互转化，圆环的机械能守恒 20．如图甲所示，小景同学用粗细均匀的筷子一头缠上铁丝竖直漂浮在水中（水面足够大），制成了简易密度计，同桌小范忍不住把筷子向下缓慢按压一小段距离后释放，筷子上某点在水面上下区间不断振动，振动幅度变小，最终漂浮在水面上，以某时刻作为计时起点，小范绘制了该点上下振动幅度随时间变化图像如图乙所示，则（   ） A．筷子在时刻速度为0 B．筷子在时刻浮力小于重力 C．筷子在到过程作加速运动 D．筷子在振动过程中机械能守恒 21．如图甲所示，将摆球悬挂在拉力传感器上后，再固定在O点，时刻摆球静止于点，将摆球拉至位置后，于时刻由静止释放，摆球在、间来回摆动，不计空气阻力。图乙是拉力传感器示数随时间的变化图像。分析图像可知：在时刻，小球运动到________（选填“点”、“AC之间”或“点”）；时刻，小球动能________（选填“增大”、“减小”或“先减小后增大”）；小球在点受到的合力为________N。 22．如图所示，在同一高度以大小相同的初速度分别竖直向上和斜向上将同一小球抛出，不计空气阻力，小球能到达的最高高度分别为和，则_________（＜/=/＞）；小球落地时的速度大小分别为和，则________（＜/=/＞）。 23．为探究物体动能的大小与哪些因素有关，某实验小组利用斜面、质量不同的小钢球、木块等器材进行了如图所示的实验： (1)实验中小钢球的动能的大小是通过___________来判断的； (2)实验中通过甲、乙两图可以得出结论：___________； (3)若在进行甲、丙两图实验时，两次实验中木块被推动的距离相近，为了改进实验，下列方法可行的是___________； A．换用一个质量较大的木板 B．换用表面更粗糙的木板 C．丙图中换用质量更大（如4m）的钢球 D．降低钢球滚下时的高度 (4)若用A、B两个质量不同的小球（）将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，同一木块受到撞击后相应移动距离___________（选填“”、“”或“”）。 (5)如图戊所示，2个相同的小球以同样的速度v沿着与水平方向均成角斜向上抛出，a图中斜面光滑且足够长，b图中小球被直接抛向空中，不计空气阻力。在a、b两图中，小球能到达的最高点离地高度分别为和（图中未画出）。则___________（//）。 24．（1）为了探究动能与质量的关系，楚杭设计的实验装置如图甲所示，实验过程如下：质量为m、M的两小球从斜面上同一高度下滑，由于M在水平面上滑行一段距离之后再撞击木块，最终木块在水平面上滑行的距离相同。于是楚杭根据这次实验情况得出结论：物体动能大小与质量无关。与我们已知的结论不符。请你评估他实验中的不足：____________________________________； （2）如图乙，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； （3）如图丙，探究物体重力势能与哪些因素有关的实验，三个相同木桩在沙中所处的初始深度相同，甲、乙、丙三物体的质量关系为：m甲=m乙<m丙。图丙中乙、丙两物体从图示位置由静止释放，分别撞击B、C两木桩使之扎入沙坑的深度相同，______（选填“能/不能”）说明乙、丙的初始的重力势能相同； （4）张工、李工两位是建筑设计师，均受某公司邀请参加某火车站进站段铁路工程的设计，最后张工上交了如图丁所示的设计方案图，若你是此公司代表，你将选择 ______图的设计方案，结合你学到的物理知识，请简要谈谈你选择的理由是：______。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $