考点12 动能 势能和机械能（解析版）

考点12动能势能机械能一、动能1．定义：物体由于运动而具有的能。2．影响因素：物体的质量和速度①当质量相同时，速度越大，动能越大；②当速度相同时，质量越大，动能越大。二、势能1．重力势能定义：物体处于某一高度时具有的势能。2．影响因素：物体的质量和高度①当质量相同时，高度越大，重力势能越大；②当高度相同时，质量越大，重力势能越大。3．弹性势能定义：物体由于发生弹性形变所具有的势能。三、机械能1．定义：动能和势能的总和为机械能；2．在一定条件下，动能和势能可以相互转化。例1（2022年模拟）一架直升机匀速飞上高空的过程中，直升机的（）A．动能增大，重力势能不变，机械能增大 B．动能不变，重力势能增大，机械能增大 C．动能不变，重力势能减小，机械能减小 D．机械能转化过程中总量不变【答案】B【解析】解：直升飞机在匀速上升的过程中质量不变，速度不变，动能不变；质量不变，高度变大，重力势能增大；机械能等于动能和重力势能之和，所以机械能增大，故选项ACD错误，B正确。故选：B。例2（2022年模拟）下列过程中，属于势能转化为动能的是（）A．向上抛出的石子 B．从坡顶匀速滑到坡底的自行车 C．竖直向下落得越来越快的冰雹 D．足球场上越滚越慢的足球【答案】C【解析】解：A、向上抛出的石子在上升过程中，它的动能不断减小，势能不断增加，是动能不断转化为势能的过程。B、从坡顶匀速滑到坡底的自行车，它的动能不变，势能减小，不是势能转化为动能。C、竖直向下落得越来越快的冰雹，势能不断减小，动能不断增加，这个过程是冰雹的势能不断转化为动能的过程。D、足球场上越滚越慢的足球，势能为0，动能逐渐减小，是因为足球克服摩擦力做功消耗了动能，是动能转化为其他形式的能。故选：C。例3（2022年模拟）如图所示，用滑轮匀速提升同一重物G，可以看作省力杠杆的是________滑轮（选填“A”或“B”）；物体上升时，它的重力势能________（选填“增大”“不变”或“减小”）。不计摩擦和滑轮重力，若力F2的大小为10牛，可判断力F1的大小为________牛。【答案】B；增大；20。【解析】解：（1）A是定滑轮，本质是等臂杠杆，不省力，也不费力；B是动滑轮，本质是动力臂是阻力臂二倍的杠杆，省一半力，F2的大小为10牛，则物体的重力为20N；（2）使用定滑轮不省力也不费力，故F1的大小为20N；（3）物体上升时，高度升高，质量不变，故它的重力势能增大。故答案为：B；增大；20。一．选择题（共9小题）1．跳伞运动员在匀速下降的过程中，他的（）A．动能变大 B．动能变小 C．势能变大 D．势能变小【答案】D【解析】解跳伞运动员在空中匀速下降的过程中，质量不变，速度不变，所以动能不变；高度减小，所以重力势能减小。故选：D。2．运动员投向篮筐的篮球，在空中飞行时（）A．只具有动能 B．只具有重力势能 C．既有动能，也有重力势能 D．既无动能，也无重力势能【答案】C【解析】在空中飞行的篮球，篮球在运动（有一定的速度），所以具有动能；篮球离地面有一定高度，所以还具有重力势能；故选：C。3．如图所示，杂技表演者在离板后的上升过程中，她的（）A．重力势能增大，动能增大 B．重力势能增大，动能减小 C．重力势能减小，动能减小 D．重力势能减小，动能增大【答案】B【解析】解：杂技表演者上升时，质量不变，速度减小，动能减小；高度增大，重力势能增大。故选：B。4．下列物体中：①拧紧的钟表发条；②扔在空中的橡皮；③被拉伸的弹簧；④充满气的气球；具有弹性势能的是（）A．①②③④ B．①③④ C．只有① D．只有①③【答案】B【解析】解：（1）机械钟表内的发条被卷紧后，其发生了弹性形变，故①具有弹性势能；（2）扔在空中的橡皮，没有发生弹性形变，故②不具有弹性势能；（3）被拉伸的弹簧，发生了弹性形变，故③具有弹性势能；（4）充满气的气球，发生了弹性形变，故④就有弹性势能；故①③④都具有弹性势能，故ACD不符合题意，B符合题意。故选：B。5．2022年2月8日，中国美少女谷爱凌在北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台决赛中获得金牌。如图所示是她在此次比赛中的场景，她在雪地上加速下滑的过程中（）A．重力势能不变 B．动能减小 C．重力对她做了功 D．支持力对她做了功【答案】C【解析】解：AB、谷爱凌加速下滑，质量不变，高度变小，重力势能减小，速度变大，动能变大，故AB错误；C、谷爱凌在重力的方向上通过了距离，所以重力做了功，故C正确；D、由于沿支持力的方向没有移动距离，所以支持力没有做功，所以D错误。故选：C。6．如图所示，如果忽略空气阻力，由空中A处竖直抛向高处的小球经过B、C两位置时，以下物理量中，不变的是（）A．速度 B．动能 C．重力势能 D．机械能【答案】D【解析】解：由空中A处竖直抛向高处的小球经过B、C两位置时，小球没有发生弹性形变，不具有弹性势能；此过程中，小球质量不变，速度减小，所以动能变小；同时高度增加，所以重力势能变大；忽略空气阻力，小球的机械能守恒，故机械能不变。故选：D。7．如图所示为运动员在比赛中投掷铅球的场景。铅球离手后，在空中飞行过程中，动能随时间变化图像为（）A． B． C． D．【答案】A【解析】解：如图，铅球在整个飞行过程中，质量不变，铅球一直在运动，动能不为零。从出手到最高点过程中，速度减小，此过程动能减小；在下落的过程中，速度不断增大，此过程动能增大。所以整个过程中铅球的动能先减小再增大，故排除BD；铅球处于最高点时竖直方向速度为0，但水平方向仍然有速度，因此动能不为0，故排除C，故只有A项正确。故选：A。8．图是甲、乙两辆相同小车的s﹣t图像，则（）A．甲车的重力势能大 B．甲车的动能大 C．乙车的动能大 D．缺乏条件，无法判断【答案】B【解析】解：A．由于高度未知，故两车的重力势能的大小未知，故A错误；BCD．甲车的速度为：v甲＝＝＝1.8m/s；乙车的速度为：v乙＝＝＝0.9m/s，故甲车的速度大，由于两个小车相同，说明小车的质量相同，甲车的速度大，故甲车的动能大，故B正确，CD错误。故选：B。9．如图所示，甲、乙是两个相同的小球，在同一高度将甲、乙两球抛出：甲球以速度v竖直向下抛出后落地；乙球以速度v竖直向上抛出至最高点A后落地，若不考虑空气阻力，下列说法正确的是（）A．抛出时刻，甲球的动能比乙球的动能小 B．抛出时刻，甲球的机械能比乙球的机械能大 C．乙球在上升至最高点的过程中动能逐渐减小为零 D．甲球落地时的速度大于乙球落地时的速度【答案】C【解析】解：A.抛出时刻，甲球和乙球的速度和质量都相同，则甲的动能等于乙球的动能，故A错误；B.抛出时刻，甲球的动能与乙球的重力势能相同；二者高度相同质量相同，则重力势能相同。根据“机械能＝动能+重力势能”可知，两球的机械能相等，故B错误；C.乙球在上升至最高点的过程中，动能会逐渐转化为重力势能，即动能逐渐减小为零，故C正确；D.两球落地时，机械能全部转化为动能，则二者动能相等，即甲球落地时的速度等于乙球落地时的速度，故D错误。故选：C。二．填空题（共7小题）10．如图甲在升旗仪式中旗杆顶端A的装置是________滑轮（选填“定”或“动”），国旗在匀速上升过程中动能________（选填“增大”、“不变”或“减小”）。如图乙所示的冰球比赛中，球被击打飞出主要表明力可以改变物体的________。【答案】定；不变；运动状态。【解析】解：旗杆顶端A装置的轴不能随物体一起移动是定滑轮，其本质是等臂杠杆，使用它不省力，但是可以改变用力方向；国旗在匀速上升过程中，质量不变，速度不变，动能不变；球被击打飞出后球的运动方向和速度都发生了变化，说明力改变了球的运动状态。故答案为：定；不变；运动状态。11．神舟十三号载人飞船历时半年的出征，于2022年4月16日返回地球，在返回舱降落的过程中，以地面为参照物，返回舱是________的（选填“运动”或“静止”），舱内物体的重力势能________，其惯性________（后两空均选填“增大”、“不变”或“减小”）【答案】运动；减小；不变。【解析】解：在返回舱降落的过程中，以地面为参照物，返回舱相对于地面发生了位置的变化，所以返回舱是运动的。物体的重力势能与物体的质量和距离参照面的高度有关。返回舱降落的过程中，舱内物体的质量不变，高度减小，所以，舱内物体的重力势能减小。惯性是物体本身固有的属性，惯性的大小只与物体的质量有关，降落过程中，舱内物体的质量不变，所以惯性不变。故答案为：运动；减小；不变。12．如图是卫星的轨道示意图。人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行时，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。卫星在运行过程中机械能守恒。当卫星从远地点向近地点运动时，它的重力势能________（增大/减小），速度越来越________（快/慢），动、势能的转化是________。【答案】减小；快；势能转化为动能。【解析】解：卫星从远地点到近地点运动过程中，速度变大，高度减小，重力势能减小，动能变大，重力势能转化为动能。故答案为：减小；快；势能转化为动能。13．下列物体中只具有动能的是________；只具有势能的是________；既具有动能，又具有势能的是________（均选填序号）。A.飞向篮筐的篮球； B.在平直公路上行驶的汽车； C.绷紧的橡皮筋；D.安装在墙上的空调； E.正在着陆的火星探测器。【答案】B；C、D；A、E。【解析】解：A.飞向篮筐的篮球，此时蓝球有高度，也有速度，所以既具有动能，又具有重力势能；B.在平直公路上行驶的汽车，此时汽车有速度，没有高度，所以只具有动能；C.绷紧的橡皮筋，橡皮筋发生了弹性形变，有弹性势能，所以只具有势能；D.安装在墙上的空调，空调有高度，没有速度，所有空调只有重力势能；E.正在着陆的火星探测器，有高度，也有一定的速度，所以既具有动能，又具有重力势能。故答案为：B；C、D；A、E。14．如图所示，是北京冬奥会高山滑雪比赛中运动员穿越旗门时的场景，以旗门为参照物，运动员是________（选填“运动”或“静止”）的；图（b）中运动员碰撞旗杆时，旗杆发生弯曲，说明________；运动员从山上向终点下滑的过程中，他的________转化为动能。【答案】运动；力可以改变物体的形状；重力势能【解析】解：以旗门为参照物，运动员与旗门的位置发生改变，因此运动员是运动的；运动员碰撞旗杆时，旗杆发生弯曲，说明力可以改变物体的形状；运动员从山上向终点下滑的过程中，他质量不变，高度变小，重力势能变小；质量不变，速度变大，动能变大；他的重力势能转化为动能。故答案为：运动；力可以改变物体的形状；重力势能。15．如图所示，分别使用A、B两滑轮匀速提起重力为10牛的同一物体，其中________可以看作等臂杠杆（选填“A”或“B”）；若不计摩擦和滑轮重力，所需竖直向上的拉力F2为________牛。当物体匀速上升时，它的机械能________（选填“增大”、“不变”或“减小”）。【答案】A；5；增大。【解析】解：由图知，A图中滑轮不随货物一起升降是定滑轮，本质是等臂杠杆，它的好处是可以改变力的方向；B是动滑轮，本质是动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆，不计滑轮重和摩擦，能省一半力，则拉力F2＝G＝×10N＝5N；分别用力F1、F2匀速提起重为10牛的物体，物体匀速上升，质量不变，速度不变，动能不变，高度增加，重力势能增大，而机械能等于动能与势能之和，故在此过程中物体的机械能增大。故答案为：A；5；增大。16．2021年，高空坠物列入刑法。某日，小区楼下的轿车被高空落下的玻璃瓶砸出一个窟窿。警方根据小区监控，推算：玻璃瓶砸中车时速度约为20米/秒。请根据框图，从能量转换角度寻找肇事者大致楼层。（玻璃瓶由静止下落，下落过程中不计空气阻力）Ⅰ推导Ⅱ的依据是：当玻璃瓶质量一定时，________。②玻璃瓶下落过程中，重力势能转化为动能是通过________实现的。Ⅲ推导Ⅳ的依据是：________。分析表一和表二的数据及相关条件推算出肇事者大致在________层。表一表二速度（米/秒）动能（焦）重力势能（焦）楼层（层）127.21351612.819720202592428.831112839.23613【答案】①速度越大，动能越大；②重力做功；③量相等时，物体所处高度越高，重力势能越大；④7。【解析】解：①Ⅰ推导Ⅱ的依据是：当玻璃瓶质量一定时，速度越大，动能越大，因此知道玻璃瓶砸中车时的动能。②玻璃瓶下落过程中，重力势能转化为动能是通过重力做功实现的，动能在增大。③Ⅲ推导Ⅳ的依据是：质量相等时，物体所处高度越高，重力势能越大，知道重力势能大小，可以反推物体所处高度。④分析表一可知：玻璃瓶砸中车时的动能为20J；重力势能转化为动能，因此可知重力势能约也为20J；分析表二的数据及相关条件推算出肇事者大致在7层。故答案为：①速度越大，动能越大；②重力做功；③量相等时，物体所处高度越高，重力势能越大；④7。三．综合题（共2小题）17．为了模拟研究超载和超速带来的安全隐患，小野同学设计了如图所示的探究实验：将A、B、C三个小球从同一装置高度分别为hA、hB、hC的位置由静止滚下（mA＝mB＜mC，hA＝hC＞hB），推动小木块运动一段距离后停止。（1）该实验中所探究物体的动能是指________（选填“小球”或“小木块”）的动能。（2）在甲、丙两图所示的实验中，A、C两球刚滚到水平面时的速度________（选填“相等”或“不相等”）。（3）用来研究超速带来的安全隐患时，小野应选择________两图所示的实验进行比较；用来研究超载带来的安全隐患时，小野应选择________两图所示的实验进行比较。（4）实验装置中，如果水平面光滑，能否完成本实验的探究内容？________。理由是________。（5）后来小野分别用B球和C球将弹性相同的弹簧压缩到相同程度后再放手，如图丁所示，则两球离开弹簧时的速度________（选填“相等”或“不相等”）。【答案】（1）小球；（2）相等；（3）甲、乙；甲、丙；（4）不能；木块将做匀速直线运动，无法通过木块移动的距离来比较小球动能的大小；（5）不相等。【解析】解：（1））实验中让小球从斜面上某点由静止滚下，撞击在水平面上的木块，通过木块被推动距离s的大小，比较小球对木块做功的多少，判断小球动能的大小，这用到了转换法，实验中所探究物体的动能是指小球的动能；（2）小球从同一高度释放，运动到水平面时，它们的速度相等；（3）超速是指汽车的质量一定，速度越大，动能越大，选择质量相等到达水平面速度不同的甲、乙两图进行实验；超载是指汽车的速度一定，质量越大，动能越大，选择高度相等质量不相等的甲、丙两图进行实验；（4）水平面是光滑的，则木块在水平方向上受力为0，竖直方向上受到平衡力作用，根据牛顿第一定律，运动的物体在没有受到力的作用时，将一直做匀速直线运动，无法通过木块移动的距离来判定动能的大小；（5）用B球和C球将弹簧压缩到相同程度，弹簧的弹性势能相同，转化成的动能相同，两小球的质量不同，所以速度不同。故答案为：（1）小球；（2）相等；（3）甲、乙；甲、丙；（4）不能；木块将做匀速直线运动，无法通过木块移动的距离来比较小球动能的大小；（5）不相等。18．某物理兴趣小组研究物块从斜面由静止下滑至底端过程中势能变化量△Ep与动能变化量△Ek的大小关系。他们选取了倾角、长度相同但材料不同的斜面进行实验，已知玻璃表面最光滑，木板表面其次，石板表面较为粗糙。他们将物块放在斜面A位置由静止下滑，如图所示，用传感器测出物块在A、B、C、D、E五个位置时的势能Ep、动能Ek大小，并将数据记录在表格中。物块位置势能Ep/焦动能Ek/焦（玻璃表面）动能Ek/焦（木板表面）动能Ek/焦（石板表面）A1.000.000.00____