第10讲机械能(原卷版+解析)

浙教版9年级上册科学考点全突破第10讲机械能一、能量的相互转化1．各种形式的能量有：电能、热能、化学能、生物能，机械能（包括动能和势能）、光能、太阳能、水能、风能、原子核能、地热能、潮汐能等。2．能量的相互转化实质上是能量的转化和转移过程，包括“消耗能量”、“利用能量”和“获得能量”。能量的转化普遍存在，如动能转化为势能，化学能转化为电能，生物能转化为势能，电能转化为光能和热能等。3．能量：一个物体能够做功，这个物体就具有能量，能量的单位是焦耳。4．能量的转化和守恒定律①地球上大部分物质的能量直接或间接来源于太阳能，原子核能、地热能、潮汐能等的最终来源不是太阳。②能量守恒定律：能既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变，这就是能量转化和守恒定律。5.能量转移和转化的方向性①能量只能从高能量的物体传向低能量的物体，而不能自发的逆向传递，这就是能量转移和转化的方向性；②能量守恒定律告诉我们能量总量是不变的，但方向性告诉我们有些有用能量会越来越少的。根据能量守恒定律，永动机不能制造成功。注意：自然界的事物的运动和变化都必须遵循能的转化和守恒定律，但符合能量和守恒定律的事件却不一定能够发生。二、机械能1．机械能：动能和势能的总和，叫机械能。2．动能：物体由于运动而具有的能。动能的大小与物体的质量和速度有关，物体质量越大．运动速度越快，其动能也就越大。3．势能可分为重力势能和弹性势能。（1）重力势能是指物体由于被举高而具有的势能．它与物体的质量和物体被举高的高度有关，质量越大．被举得越高，势发生形变能越大。（2）弹性势能：物体由于而具有的势能，弹性形变越大，物体的势能就越大。重要提示：1）.一切运动的物体都具有动能。2）.物体只要被举高，就具有重力势能；物体发生弹性形变，就具有弹性势能。4．机械能守恒定律：动能和重力势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果不受阻力。机械能的总量保持不变。5．物体的动能和弹性势能也可以相互转化。特别提醒：特别提醒：在动能和势能的相互转化时，若有“物体匀速下落”或“物体在运动过程中有发热”或“物体表面粗糙”或不提“物体表面光滑”等字样时，均有部分机械能转化为内能，从而使机械能不守恒。科学探究科学探究：1．摆锤实验：用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后放手，在摆锤向下摆动过程中，重力势能变小，速度变大，摆锤的动能增大。当摆锤向上摆动过程中．速度变小，摆锤的动能减小，重力势能增大。2．滚摆实验：滚摆下降过程中，重力势能减小，转速增大，动能变大。当滚摆上升过程中，转速变小，动能变大，重力势能增大。实验表明：（1）物体的动能和重力势能可以相互转化。（2）物体的动能和弹性势能也可以相互转化。一、能量的形式1.我省每年5～9月是雷电的高发季节。雷电发生时可能有的运动是（

）①机械运动②生命运动③电运动④声运动⑤光运动⑥热运动⑦化学运动A.

①②③④

B.

②③④⑥

C.

③④⑤⑥

D.

①②④⑤2.自然界中存在着多种形式的能，下面对能的叙述中不正确的是（

）A.

贮存在食物中的能称为化学能

B.

钩码被举高后具有的能是动能

C.

声能是一种听得到的能量

D.

植物通过光合作用把光能转化为化学能3.（2020七上·镇海期中）随着中国经济的高速发展，高速铁路出行成为了人们日常的最佳选择。高速列车安全性好、速度快、能耗低，利用电力牵引，不消耗宝贵的石油等液体燃料。目前最快高铁已达到605km/h，高铁运行时能量的转化是（

）

A.

水能转化成电能

B.

电能转化为机械能

C.

电能转化为核能

D.

电能转化为内能4.（2019·德清模拟）冲击钻是一种打孔的工具。工作时，钻头在电动机带动下不断地冲击墙壁打出圆孔（如图所示）。冲击钻在工作的过程中（

）A.

只有电能和内能的转化

B.

只有电能和机械能的转化

C.

有电能、机械能和内能的转化

D.

没有机械能和内能的转化5.物体的运动形式是多样的，所以它们具有的能的形式也是多样的。汽车声具有________，家里的煤气具有________，通过电灯的电具有________。给小灯泡供电的干电池具有________，空中飞行的鸟具有________。6.（2021·婺城模拟）2020年6月23日，长征三号火箭将北斗三号全球卫P星导航系统最后一颗组网卫星送入太空预定轨道。请回答：（1）火箭在大气层中高速飞行时，外壳与空气剧烈摩擦，是通过________

方式使外壳内能增加，温度升高。为防止内部温度过高，火箭采用隔热性好的新型陶瓷作为防护层；（2）该火箭助推器主要燃料选用液氢，是因为液氢具有

(填字母编号)。A.较大的热值

B.较大的比热容

C.较高的沸点

D.较高的燃点二、动能和势能7.

2015年，东营市以优异成绩入选第四届全国文明城市，清洁车在美化城市环境方而起着重要作用．如图所示，清洁车匀速行驶，将水不停地洒在地上．下列有关说法错误的是（）A.

清洁车所受重力与地面对它的支持力是一对平衡力

B.

路上行人感觉清凉，是因为水蒸发要吸收热量

C.

洒水过程中清洁车的动能始终保持不变

D.

以清洁车为参照物，路两旁的树是运动的8.（2019九上·杭州期末）为了研究摆锤的摆动，小乐用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤从A点静止释放，利用频闪照相技术，拍摄摆锤在相同时间间隔的位置，如图所示。若不计空气阻力，下列说法正确的是（

）A.

从A到O的过程中，摆锤重力做功，所以机械能逐渐增大

B.

从A到O的过程中，摆锤重力势能减小，动能不变

C.

从O到B的过程中，摆锤克服重力做功，重力势能增大

D.

摆锤在B位置时只受重力和拉力，并且是这一对平衡力9.甲乙两车并排停着，当甲车司机看着乙车时，忽然感觉自己的车正在缓慢运动，但当他看地面时，却发现自己的车并没动。对此下列判断正确的是(

)A.

以地面为参照物甲车是运动的

B.

以乙车为参照物甲车是静止的

C.

以地面为参照物乙车是静止的

D.

以甲车为参照物乙车是运动的10.（2019·下城模拟）如图所示，无人机在空中匀速上升时，不断增加的能量是（

）A.

动能

B.

动能、重力势能

C.

重力势能、机械能

D.

动能、重力势能、机械能11.（2018九上·长兴月考）我国火箭回收方式是：火箭消耗完燃料后将自动脱离飞船，借助降落伞落回地面，如图所示，匀速下落过程中，关于火箭能量变化说法错误的是(

)A.

动能不变，机械能减小

B.

重力势能减小，机械能减小

C.

重力势能减小，转化为动能

D.

机械能减小，转化为热能12.（2020九上·海曙期末）某运动员做蹦极运动，如图甲所示，从高处0点开始下落，A点是弹性绳的自由长度，在B点运动员所受弹力恰好等于重力，C点是第一次下落到达的最低点。运动员所受弹性绳弹力F的大小随时间t变化的情况如图乙所示(蹦极过程视为在竖直方向的运动)下列判断正确的是(

)A.

从0点到A点再到B点过程中运动员机械能守恒

B.

从A点到B点再到C点过程中弹性绳的弹性势能先增大后减少

C.

从C点到B点再到A点过程中运动员动能先增大后减少，运动员所受重力小于F0

D.

从C点到B点再到A点过程中弹性绳的弹力一直减少，运动员所受重力大于F013.（2019九上·温岭月考）下图是同学们在科学课上利用易拉罐所做的几个实验。请分析回答：（1）如图甲是一个由易拉罐做的“魔罐”，如图所示橡皮筋穿过罐身，外面连到吸管。旋转吸管，将罐放在桌面上，它就会运动起来。这是因为罐中橡皮筋积蓄的________转化为动能。（2）如图乙让易拉罐从斜面上不同高度静止滚下，碰到同一木块上。此实验的目的是研究动能的大小与________的关系。14.（2018九上·金华月考）如图是皮球落地后弹跳过程中，每隔相等时间曝光一次所拍摄的照片。A、B是同一高度的两点，则A点的重力势能________

B点的重力势能（选填“大于”“小于”或“等于”）；此过程中皮球的机械能________

（选填“增大”“减小”或“不变”）。15.（2020九上·杭州月考）在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小丽同学设计了如图所示甲、乙、丙三次实验，让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平面上的纸盒相碰，铁球与纸盒在水平面上共同移动一段距离后静止。（1）要探究动能大小与物体质量的关系应选用________两图；实验中应保证________，为了达到这一目的所采取的具体操作方法是________。（2）选用甲、丙两次实验可以得出的结论________。（3）该实验是通过观察

纸盒被铁球推动距离

来比较铁球动能的大小，从而得出结论的。下面的四个实例中也采用这种研究方法的是

。A.认识电压时，我们可以用水压来类比

B.用磁感线来描述磁场

C.探究电功大小与哪些因素有关，通过灯泡的亮度来判断电流做功的多少

D.保持电阻不变，改变电阻两端电压，探究电流与电压关系。16.（2019九上·天台期中）为了模拟研究汽车超载和超速带来的安全隐患，小明选用小车、斜面、木板、钩码、木块等器材进行如下的实验探究：（1）实验中，通过比较小车推动木块距离的远近，来判断小车动能的大小，这种常用的实验方法是________法（选填“控制变量法”或“转换法”）；（2）为了研究汽车超速问题，实验中应选择________两个图进行比较，得到的结论是：小车的质量一定时，速度越大，则动能越大；（3）为了研究汽车超载问题，实验中应选择乙、丙两个图进行比较，得到的结论是：________。17.（2018九上·鄞州期中）学利用一个弹珠、三根材料和厚度相同、长宽不同的橡皮条，探究“橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系．”他依次将橡皮条固定在弹弓上，如图所示，在弹性范围内，拉伸相同的伸长量，将弹珠在同一位置沿水平方向弹射出去，测得弹射的水平距离，数据如下表：次数橡皮条橡皮条宽/cm橡皮条长/cm弹射的水平距离/m1甲0.52010.52乙0.5308.33丙1.02015.2请回答以下问题：（1）实验中，是通过比较________来间接反映橡皮条的弹性势能大小．（2）比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的________有关．（3）用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最大的橡皮条是________．A.窄面长的B.宽面长的C.窄面短的D.宽面短的18.（2019九上·婺城期中）某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H处静止下落，C球从距沙表面高2H处静止下落，D球从距沙表面高2H处的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)。实验测得A、B两球陷入沙坑深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙坑深度均为h3，且h1＜h2＜h3。（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过________来反映的。（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙坑深度更大，由此可得出结论：________。（3）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙坑深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径________(选填“有关”或“无关”)。19.（2021·金华模拟）小苏同学所在的兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”。他们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。他们的实验装置如图所示，把弹簧放在水平面上，其左端固定在墙上，AO等于弹簧原长，水平面O点左侧光滑，右侧粗糙。将物体M从O点压缩弹簧到P点，然后由静止释放，当物体M运动到O点与弹簧分开，最终运动到Q点静止。请补充完成他们的探究过程：（1）弹簧弹性势能的大小比较是通过________；（2）探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系，应该选用________(选填“相同"或“不同”)弹簧进行实验，并先后改变________之间的距离，测出OQ的距离，重复实验，测量多组数据并记录；（3）小苏的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中，他们运用到了________等两种科学方法。三、机械能守恒20.（2019·温州模拟）如图为小明同学骑电动平衡车匀速下坡的情景，对该同学的机械能变化说法正确的是（

）A.

动能不变，重力势能不变

B.

动能不变，重力势能减少

C.

动能减少，重力势能不变

D.

动能减少，重力势能减少21.（2020九上·下城期中）如图甲所示原长为l的橡皮筋一端固定在O点，另一端悬挂一个质量为m的小钢球，将钢球从O点释放，钢球运动到A点后开始向上返回，O、A两点间距离为2l。钢球从O点运动到A点的过程中，能表示其动能Ek随运动距离s变化关系的图像是图乙中的（

）A.

B.

C.

D.

22.（2018·拱墅模拟）一辆汽车从一斜坡顶端匀速行驶到底端，在这一过程中汽车的（

）A.

重力势能减小，动能增大

B.

重力势能减小，机械能减小

C.

动能不变，机械能不变

D.

重力势能不变，机械能减小23.跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员（

）A.

在助跑阶段，动能保持不变

B.

在起跳时，机械能最小

C.

在最高点时，动能最大

D.

从起跳到最高点的过程中，部分动能转化为重力势能24.如图所示，小伟在玩蹦蹦杆，蹦蹦杆中的弹簧向上弹起的过程中，小伟的重力势能、弹簧的弹性势能的变化是（）A.

重力势能减小，弹性势能增大

B.

重力势能增大，弹性势能减小

C.

重力势能减小，弹性势能减小

D.

重力势能增大，弹性势能增大25.如图表示一个人站在匀速上升的电梯上，下列分析正确的是（

）A.

电梯上升过程中，人的动能转化为重力势能

B.

电梯上升过程中，人的机械能不断增大

C.

电梯上升过程中，电梯对人的支持力做功为零

D.

人对电梯的压力与电梯对人的支持力是一对平衡力26.（2020九上·吴兴期中）蹦极是深受欢迎的户外运动，如图所示，不考虑空气阻力，关于蹦极者在下降过程中的能量分析，下列说法中正确的是________（可多选）

​​①弹性绳绷直前，重力势能减小，动能变大

②弹性绳绷直瞬间动能最大③下降到最低点动能最小

④下降到最低点弹性势能最大第10讲机械能【衔接导入】牛顿摆多年来，牛顿摆进行了多次翻新。但是，基本轮廓保持不变并且非常简单。奇数个几乎彼此不接触的球（通常是五个或七个）被悬挂在木制或金属框架上。球通常由不锈钢制成，在极少数情况下，由钛制成。由于其良好的弹性和低廉的价格，不锈钢是构造球的理想选择。每个球的特性（大小，重量，质量和密度）均相同，并使用两条等长的线悬挂。导线从框架的任一侧倾斜以与滚珠形成一个倒无底三角形。它们还有助于将摆锤的运动限制在与框架横杆平行的单个平面上。牛顿摆的操作与其结构一样简单。当一端的球被抬起并释放时，它撞击随后的静止球并将所有能量传递给它。通过一系列令人难以置信的快速传递，能量被传递到另一个终端的球上，迫使球向上摆动。终端球升至等于第一个球的高度，然后掉落下来击中静止的球。现在，能量和运动都沿相反的方向进行，最终将第一个球再次推出。接下来的过程一直持续，直到开始时传递的所有能量都被空气阻力、声能和摆动球体之间产生的任何热量所损耗。牛顿摆背后的物理学如前所述，牛顿摆展示了能量守恒定律和动量定律。能量守恒定律规定：“尽管可以将能量从一种形式转换为另一种形式，但它既不能创造也不能被破坏”。另一方面，动量守恒定律断言，孤立系统的动量是守恒/恒定的，即，当两个物体碰撞时，碰撞前后的动量保持不变。回到牛顿摆，静止时，球的势能为零，因为它们不能进一步向下移动（势能=mgh，静止时h=0），动能为零，因为它们不运动（运动）能量=1/2mv^2，静止时v=0）。同样，球也不带动量（动量=mv，静止时v=0）。但是，当第一个球被提起并离开时，它随着高度的增加而获得重力势能，而动能保持不变，为零。释放后，随着球体高度的降低，势能转化为动能。所有的势能在底部位置都转换为动能。而且，球在向下摆动时会获得动量，并在底部位置获得最大动量。在与下一个球撞击时，第一个球失去所有动能（因此，失去了所有动量）并陷入死胡同。但是，能量和动量不会丢失，因此必须将其转移到它击中的球上。第一个球在撞击时施加的力使第二个球略微压缩变形。压缩是能量以势能形式传输的象征。当第二个球试图保持其原始形状时，势能被转换为动能，并同时传递给下一个球。接下来的压缩-减压链以及因此的能量传递持续到最后一个球体。减压后的最后一个球体找不到随后的球来压缩并将能量传递给它。由于传递能量不是一个可行的选择，因此最终的球将倒数第二个球推向后方并向外推动。每个动作都有相等和相反的反应，对吗？由于在传递过程中没有能量损失，所以最终的球以与第一个球的下降速度相等的速度射出，因此表明动量得以保留！同样，最后一个球上升到与第一个下降高度相等的水平，表明所有能量也被保留了！【知识新授】一、能量的相互转化1．各种形式的能量有：电能、热能、化学能、生物能，机械能（包括动能和势能）、光能、太阳能、水能、风能、原子核能、地热能、潮汐能等。2．能量的相互转化实质上是能量的转化和转移过程，包括“消耗能量”、“利用能量”和“获得能量”。能量的转化普遍存在，如动能转化为势能，化学能转化为电能，生物能转化为势能，电能转化为光能和热能等。3．能量：一个物体能够做功，这个物体就具有能量，能量的单位是焦耳。4．能量的转化和守恒定律①地球上大部分物质的能量直接或间接来源于太阳能，原子核能、地热能、潮汐能等的最终来源不是太阳。②能量守恒定律：能既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体上，在转移和转化过程中，能的总量保持不变，这就是能量转化和守恒定律。5.能量转移和转化的方向性①能量只能从高能量的物体传向低能量的物体，而不能自发的逆向传递，这就是能量转移和转化的方向性；②能量守恒定律告诉我们能量总量是不变的，但方向性告诉我们有些有用能量会越来越少的。根据能量守恒定律，永动机不能制造成功。注意：自然界的事物的运动和变化都必须遵循能的转化和守恒定律，但符合能量和守恒定律的事件却不一定能够发生。二、机械能1．机械能：动能和势能的总和，叫机械能。2．动能：物体由于运动而具有的能。动能的大小与物体的质量和速度有关，物体质量越大．运动速度越快，其动能也就越大。3．势能可分为重力势能和弹性势能。（1）重力势能是指物体由于被举高而具有的势能．它与物体的质量和物体被举高的高度有关，质量越大．被举得越高，势发生形变能越大。（2）弹性势能：物体由于而具有的势能，弹性形变越大，物体的势能就越大。重要提示：1）.一切运动的物体都具有动能。2）.物体只要被举高，就具有重力势能；物体发生弹性形变，就具有弹性势能。4．机械能守恒定律：动能和重力势能可以相互转化，而且在转化过程中，如果不受阻力。机械能的总量保持不变。5．物体的动能和弹性势能也可以相互转化。特别提醒：特别提醒：在动能和势能的相互转化时，若有“物体匀速下落”或“物体在运动过程中有发热”或“物体表面粗糙”或不提“物体表面光滑”等字样时，均有部分机械能转化为内能，从而使机械能不守恒。科学探究：科学探究：1．摆锤实验：用细绳把摆锤悬挂起来，将摆锤拉到某一高度后放手，在摆锤向下摆动过程中，重力势能变小，速度变大，摆锤的动能增大。当摆锤向上摆动过程中．速度变小，摆锤的动能减小，重力势能增大。2．滚摆实验：滚摆下降过程中，重力势能减小，转速增大，动能变大。当滚摆上升过程中，转速变小，动能变大，重力势能增大。实验表明：（1）物体的动能和重力势能可以相互转化。（2）物体的动能和弹性势能也可以相互转化。例1．2021年10月3日，我国自主研制的“神舟十三号“载人飞船发射升空，在飞船刚离地上升的过程中（）A．动能增加，势能增加 B．动能不变，势能减少 C．动能减少，势能不变 D．动能减少，势能减少【解答】解：在飞船刚离地上升的过程中做加速运动，质量不变，速度变大，动能变大；高度变大，重力势能变大，故A正确。故选：A。例2．轻质弹簧的一端固定于竖直墙壁，另一端与一木块连接在一起，木块放在粗糙的水平地面上。在外力作用下，木块将弹簧压缩了一段距离后静止于A点，如图所示。现撤去外力，木块向右运动，当它运动到O点时弹簧恰好恢复原长。在此过程中（）A．木块的速度先增大后减小 B．木块的速度一直在增大 C．弹簧的弹性势能先减小后增大 D．弹簧减小的弹性势能等于木块增加的动能【解答】解：由题意可知，木块在A点时弹簧的形变量最大，则木块受到的弹力最大；木块运动到O点时弹簧恰好恢复原长，即此时形变量为0；水平地面是粗糙的，则木块向右运动时受到向左的摩擦力；AB、撤去外力木块向右运动过程中，开始阶段，木块所受弹簧的弹力大于滑动摩擦力，合力的方向向右，与运动方向相同，则木块做加速运动，其速度增大；木块向右运动时弹簧的形变量减小，弹力减小，当弹簧的弹力小于滑动摩擦力时，合力的方向向左，与运动方向相反，则木块做减速运动，其速度减小；由此可知，从A点到O点的过程中木块的速度先增大后减小，故A正确，B错误。C、木块向右运动的过程中，弹簧的形变量（压缩量）逐渐减小，其弹性势能一直减小，故C错误。D、因木块向右运动时受到摩擦力的作用，则弹簧减小的弹性势能转化为木块的动能、木块和地面的内能，根据能量守恒定律可知，弹簧减小的弹性势能大于木块增加的动能，故D错误。故选：A。例3．一颗番茄从手中由静止开始下落，撞击水面时溅起许多水珠（如图），同时番茄仍有较大速度并继续下沉。若不计一切机械能损耗，番茄从开始下落至刚好浸没时减少的势能（）A．等于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和 B．大于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和 C．等于所有溅起的水珠在空中上升过程中增加的机械能总和 D．小于所有溅起的水珠在空中上升过程中增加的机械能总和【解答】解：番茄从开始下落至刚好浸没时，此时番茄仍有较大速度，末状态与初状态相比，番茄的速度增大，其动能增大；番茄的高度减小，重力势能减小；同时溅起许多水珠，则这些水珠的动能和重力势能都增大（即所有溅起的水珠的机械能增大）；不计一切机械能损耗，根据机械能守恒定律可知，此过程中番茄减少的势能＝番茄增加的动能+所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和，所以番茄减少的势能大于所有溅起的水珠在撞击过程中增加的机械能总和。故选：B。例4．将皮球从离地某一高度O点处水平抛出，球落地后又弹起。它的O部分运动轨迹如图所示。（1）皮球运动到D点时的机械能小于（选填“大于”“等于”或“小于”）运动到C点时的机械能。（2）若将皮球表面涂黑，则会在地面M、N两处留下两个黑色圆斑，其中M处的圆斑大于（选填“大于”“等于”或“小于”）N处的圆斑。【解答】解：由于皮球在运动过程中受到空气阻力的作用，所以机械能会变小，从C点到D点的过程中，D点时皮球的机械能小于C点时的机械能。皮球从M点到N点，机械能减小，故皮球在M点的弹性势能大于N点的弹性势能，则表面涂黑的皮球在MN两点留下的黑色圆斑大小不相等，M点的圆斑较大。故答案为：小于；大于。例5．甲、乙是两个相同的小球，如图所示，在同一高度同时以大小相等的速度v，将甲球竖直向下抛出，乙球竖直向上抛出，若不考虑空气阻力，乙球在上升过程中能量转化情况是动能转化为重力势能；甲球落地时速度等于乙球落地时速度（选填“大于”、“小于”或“等于”）。【解答】解：（1）乙球在上升过程中，质量不变，速度减小，则动能减小，同时高度增大，重力势能增大，所以乙球在上升过程中是动能转化为重力势能。（2）由题知，甲、乙两球的质量相等，抛出时两球的速度相等，则最初两球的动能相等；抛出时的高度相同，则最初两球的重力势能也相同；因动能和势能统称为机械能，所以抛出时两球的机械能相同；由于不计空气阻力，则小球的机械能是守恒的，故落地时两球的机械能相同，又因为两球落地时高度相同，则重力势能相同，故两球落地时的动能也相同，根据动能大小的影响因素可知，两球落地时的速度相等。故答案为：动能转化为重力势能；等于。例6．利用如图装置进行“探究动能大小的影响因素”实验。用两根细绳将小球悬挂起来，拉起小球，将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ1的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L都相同，球A、B的质量大小为mA＜mB。（1）利用如图两根细绳悬挂小球，而不用一根细绳，其好处是便于控制小球的撞击方向，使木块沿同一直线运动。（2）图甲、乙中，同时释放A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置，这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的质量无关。（3）比较图甲、乙实验，观察到B球能将木块C撞得更远，由此可得出结论：速度相同时，物体质量越大，动能越大。（4）有同学将实验装置改成如图所示，用质量不同的铁球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，探究铁球的动能大小与质量的关系。这个实验方案是错误（选填“正确”或“错误”）的，因为铁球的动能相同，木块最终移动的距离相同。【解答】解：（1）若用一根细绳，小球的摆动方向会不稳定，利用如图两根细绳悬挂小球，便于控制小球的撞击方向，使木块沿同一直线运动；（2）甲、乙两图中，小球的质量不同，由题意知，摆角相同，小球同时到达竖直位置，说明小球的速度大小与小球的质量无关；（3）mA＜mB，两球的速度相同，B球能将木块C撞得更远，说明B球的动能更大，因此可得速度相同时，物体质量越大，动能越大；（4）若用质量不同的铁球将同一弹簧压缩相同程度后静止释放，撞击同一木块，撞击的动能由弹簧的弹性势能转化而来，而弹簧的弹性势能的大小与形变程度有关，故弹簧势能相同，转化出的动能相同，因此，木块最终移动的距离相同，这样是不能完成实验目的。故答案为：（1）便于控制小球的撞击方向，使木块沿同一直线运动；（2）质量；（3）速度相同时，物体质量越大，动能越大；（4）错误；铁球的动能相同，木块最终移动的距离相同。例7．如图甲所示，是探究小球的重力势能大小与哪些因素有关的实验装置。其中AB是四分之一光滑圆弧轨道，BC是粗糙的水平面，木块初始静止在B点，让小球从距水平面高h处由静止释放。小球刚好能沿着过A点的切线方向进入圆弧轨道，然后与木块发生碰撞，木块运动一段距离后最终停下来。小球可认为是光滑的。如图乙所示。是实验过程中的三个步骤，其中小球质量m1＜m2＝m3，小球由静止释放的位置距水平面的高度h1＝h2＜h3。（1）小球由静止释放到即将与木块碰撞的过程中，小球的重力势能转化为小球的动能。（2）通过观察木块被小球推动的距离来比较小球的重力势能的大小。（3）步骤一、步骤二中让不同小球从距水平面相同高度h处由静止释放的目的是使小球到达水平面的速度相同。这样是为了探究小球的重力势能大小与质量关系。【解答】解：（1）小球由静止释放到即将与木块碰撞的过程中，小球的重力势能转化为小球的动能；（2）该实验通过木块移动的距离大小反映小球重力势能的大小，利用了转换法。（3）比较步骤一、步骤二可以看出小球释放的高度相同，目的是使小球到达水平面的速度相同，小球的质量不同，木块移动的距离不同，所以这两次实验是探究小球的重力势能大小与小球质量的关系。故答案为：（1）动能；（2）木块被小球推动的距离；（3）使小球到达水平面的速度相同；质量。8．在探究动能大小与哪些因素有关的实验中。（1）如图甲所示，小明先探究动能大小与速度关系，他控制小车质量保持不变，让小车从斜面的不同（选填“相同”或“不同”）高度静止下滑，目的是使小车到达水平面时速度不同，通过比较木块移动的距离，比较小车具有的动能大小。（2）小华认为去掉木块，利用粗糙且足够长的木板，通过比较“小车在木板上运动的距离”也能比较小车动能的大小，即运动的距离越远说明物体的动能越大。于是小华设计探究动能与质量关系的实验，通过在小车上加砝码来改变质量，得到如图乙所示的实验情形。据此她得出的结论：在速度相同的条件下，物体具有的动能大小与质量无关。该结论是错误的（选填“正确”或“错误”）。（3）小磊在探究“动能大小与质量的关系”时将实验装置改进成如图丙所示，利用质量不同的铁球将一弹簧压缩相同程度静止释放，撞击同一木块，通过比较木块移动距离比较动能。该实验方案是否可行？并说明理由：不可行；木块移动的距离相同。（4）如图丁所示，质量较小的扑克牌动能较大时能切入黄瓜，根据影响动能大小的因素可知，飞行的扑克牌一定具有较大（选填“较大”或“较小”）的速度。【解答】解：（1）让同一小车从斜面不同高度滑下，是为了控制质量不变，研究动能大小与速度的关系；因此实验中他控制小车的质量保持不变，让小车从斜面的不同高度下滑，目的是改变小车刚到水平面时的速度。通过比较小车推动木块距离的远近，来比较小车具有的动能；（2）如图乙所示的实验情形，据此她得出在速度相同的条件下，质量越大，物体具有的动能越小，该结论是错误的，因为小车在水平木板上所受摩擦力大小不同，因此无法根据小车通过路程比较小车动能大小；（3）观察图乙的装置可知，若用质量不同的铁球将同一弹簧压缩相同程度后静止释放，撞击同一木块，撞击的动能由弹簧的弹性势能转化而来，而弹簧的弹性势能的大小与形变程度有关，故弹簧势能相同，转化出的动能相同，因此，木块最终移动的距离相同，这样是不能完成实验目的。（4）在质量一定时，速度越大，动能越大，扑克牌切入黄瓜时应具有较大的动能，由于扑克牌的质量很小，因此飞行的扑克牌一定具有较大的速度。故答案为：（1）不同；（2）小；错误；（3）不可行；木块移动的距离相同；（4）较大。【巩固提高】一．选择题（共8小题）1．如图所示，光滑轨道ABC固定在竖直平面内，BC段水平，一小球从A点由静止释放运动到C点的过程中，动能和势能变化情况是（）（不计空气阻力）A．A到B的过程，小球的动能增大，势能不变 B．A到B的过程，小球的动能增大，势能减小 C．B到C的过程，小球的动能不变，势能减小 D．B到C的过程，小球的动能增大，势能不变【解答】解：A到B的过程，小球重力势能转化为动能，所以小球的动能增大，重力势能减小。B到C的过程，轨道ABC光滑，小球不受摩擦力作用，且不计空气阻力，将做匀速直线运动，所以小球的动能不变，势能不变。故ACD错误，B正确。故选：B。2．乒乓球发球机在同一高度朝不同方向分别发出甲、乙、丙三个相同的小球，三个小球落地时的速度大小均相等。若不计空气阻力，则三球的发球速度大小关系是（）A．v甲＞v乙＞v丙 B．v丙＞v乙＞v甲 C．v甲＝v乙＝v丙 D．v丙＞v甲＝v乙【解答】解：乒乓球发球机在同一高度以相同的初速度朝不同方向分别发出a、b、c三个球，由于高度和速度都相同，则机械能是相同的；不计空气阻力，三个小球的机械能是守恒的，所以三个小球到达桌面时的机械能相同，由于高度相同，重力势能相同，则动能相同，速度相同。故选：C。3．网球落到水平地面后又会跳起来。如图是用频闪照相机拍摄的记录一只网球落地后运动过程的照片，照片中位置1、位置2高度相等，位置3高于位置1和2。则（）①该网球在位置1、2和3的动能越来越小②该网球在位置1、2和3的重力势能越来越小③该网球在位置1、2和3的机械能越来越小④该网球在位置1、2的机械能相等，在位置3的机械能最大A．①③ B．①④ C．②③ D．③④【解答】解：网球在位置1、2，高度相等，势能也相等，在弹跳的过程中需要克服摩擦力做功，有一部分机械能转化为其他形式的能，机械能减小，所以动能减小，所以1位置的机械能是最大的；3的位置高于1和2的位置，所以3处的重力势能要大于1和2处的重力势能，由于机械能是逐渐变小的，则3处的动能要小于1和2处的动能，故①③正确。故选：A。4．如图所示，小球在一定高度由静止落下，接触弹簧后再被弹起，每次弹起的高度都低于落下时的高度。则小球从刚接触弹簧到刚离开弹簧的过程中，则小球动能随时间的变化图像正确（）A． B． C． D．【解答】解：小球刚接触弹簧时，有一定的速度，具有一定的动能；小球向下压弹簧，则小球会受到向上的弹力，开始时弹力小于重力，合力方向向下，小球继续向下做加速运动；随着弹簧形变程度的增大，弹力变大，当弹力等于重力时，速度最大；小球继续向下运动，弹力会大于重力，合力方向向上，小球做减速运动，到最低点时速度为0；在最低点时小球受到的弹力大于小球的重力，小球会向上做加速运动，当弹力等于重力时，上升过程中的速度最大，继续向上运动，向上的弹力小于向下的重力，小球做减速运动，直至离开弹簧；由此可知，在下落过程中，小球的速度先变大后变小，则小球的动能也是先变大后变小；上升过程中，小球的速度先变大后变小，则小球的动能也是先变大后变小；已知每次弹起的高度都低于落下时的高度，这说明小球的机械能是变小的（原因是小球还受到空气阻力或者碰撞过程中存在机械能损失），所以，下落过程中的动能最大值要大于上升过程中的动能最大值，故D图符合题意。故选：D。5．弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结构如图甲所示。图乙是小金玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过程，其中b是弹簧处在原长的状态，针对此过程分析正确的是（）A．a→b，小金的机械能不断增加，在b时动能最大 B．b→c，弹簧的弹性势能转化为小金的重力势能 C．在a状态时弹簧的弹性势能最大，人的动能最小 D．在c状态时小金受力平衡，故速度为零【解答】解：A、a→b的过程中，弹簧的形变程度减小，弹簧的弹性势能减小，弹簧的弹性势能不断转化为小金的机械能，故小金的机械能不断增加；开始一段时间内，弹簧的形变量较大，向上的弹力大于向下的重力，小金做加速运动；随着弹簧形变量的减小，弹力减小，当弹力等于重力时，小金的速度达到最大，此时动能最大；弹力继续减小，当向上的弹力小于向下的重力时，小金做减速运动；所以，a→b的过程中，小金先加速后减速，在b状态时速度并不是最大，此时弹簧恢复到原长，无弹力，人只受重力作用，处于减速阶段，故在b时动能不是最大，故A错误。B、b→c的过程中，即人离开地面上升的过程，小金的速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，所以该过程中是动能转化为人的重力势能，故B错误。C、a是最低位置，此时弹簧的形变程度最大，所以在a状态时弹簧的弹性势能最大；此时人的速度为零，其动能最小，故C正确。D、在c状态时，小金只受到重力作用，受力不平衡，故D错误。故选：C。6．如图是单摆实验，A点的高度大于B点的高度，让小球从A点由静止开始释放，当小球荡到B点位置时绳子突然断裂（不计空气阻力）。则小球离开B点后的运动轨迹最符合实际的是（）A．a B．b C．c D．d【解答】解：A．小球从A点由静止滑下，不计空气阻力，小球的机械能守恒，所以小球运动过程中的机械能都等于A点时的重力势能，图中a曲线的最高点超过了A点的高度，这是不可能的。B．b曲线的最高点与A点的高度相同，而在最高点时，小球仍具有向右运动的速度，所以b曲线中小球的机械能大于A点的机械能，故b不可能。C．c曲线的最高点低于A点，由于在最高点时小球仍运动，其总机械能可能与开始时的机械能相等，故c可能。D．小球离开轨道时，由于惯性，应具有沿轨道方向向上运动的速度，小球不可能沿d曲线运动。故选：C。7．如图所示，钩码A的重力大于钩码B，用手托钩码A使两者处于静止状态。若不计摩擦、绳重和空气阻力，放手后至钩码B碰到滑轮前的过程中，下列说法正确的是（）A．钩码A的机械能保持不变 B．钩码B的机械能保持不变 C．钩码A的动能增加，机械能增加 D．钩码B的动能增加，机械能增加【解答】解：不计摩擦、绳重和空气阻力，用手托钩码A，钩码A和B都处于静止状态，因为钩码A的重力大于钩码B，所以放手后钩码A向下运动，速度不断变大；钩码B向上运动，碰到滑轮前的过程中，速度不断变大。根据以上分析可知：AC、钩码A在下降过程中，质量不变，高度减小，重力势能变小，速度变大，动能变大，故A的重力势能转化为A和B的动能，所以机械能减小，故AC错误。BD、钩码B在上升过程中，质量不变、速度变大，动能变大；同时其高度增加，重力势能变大，所以机械能增加，故B错误，D正确。故选：D。8．2019年5月17日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号丙运载火箭成功发射第45颗北斗导航卫星。如图所示是北斗卫星随火箭加速上升与沿椭圆轨道绕地球运行时的情景。下列说法错误的是（）A．运载火箭加速上升过程中，重力势能变大，动能增大 B．运载火箭加速升空是利用了物体间力的作用是相互的 C．北斗卫星绕轨道运行时受到非平衡力的作用 D．北斗卫星绕轨道从近地点向远地点运动时，动能变大，机械能守恒【解答】解：A、火箭上升过程中速度增大，动能增大，重力势能增大，机械能增大，故A正确；B、火箭升空时向后喷出高温气体有一个向后的力，气体给火箭以反作用力，是利用了物体间力的作用是相互的，故B正确；C、火箭入轨后做圆周运动，运动状态不断改变，故受的力不是平衡力，故C正确；D、入轨后的卫星从近地点向远地点运动时，高度增大，重力势能变大，速度变小，动能变小，机械能守恒，故D错误；故选：D。二．填空题（共2小题）9．在“探究影响重力势能大小因素”的实验中，小明将皮球表面涂黑，使这个皮球分别从同一幢楼的不同楼层自由下落。其实验目的是探究重力势能大小与高度的关系。如图所示是皮球撞击地面时留下的黑色圆斑，圆斑B（选填“A”或“B”）是皮球从较高楼层下落形成的。【解答】解：同一皮球分别从不同高度处自由下落，皮球质量相同，下落高度不同，目的是探究重力势能大小与高度的关系；由图可知，黑色圆斑B较大，说明B球的形变大，原因是该球从较高处下落，原来球的重力势能较大，皮球与地面接触时，转化为的弹性势能大，球的形变大。故答案为：高度；B。10．2020年12月17日，嫦娥五号返回器携带月壤样品返回地球大气层，采用了类似“打水漂”的方式来减速，其运动轨迹简化如图箭头所示。（1）从A至B过程中，返回器机械能会减小（选填“增大”、“保持不变”或“减小”），到达C点时的速度小于（选填“大于”、“等于”或“小于”）A点速度；（2）在C至D过程中，月壤样品的重力势能减小（选填“增大”、“不变”或“减小”）。【解答】解：（1）A至B过程中，返回器与空气摩擦，会将机械能转化为内能，因此返回器机械能会减小；C点时和A点时返回器的高度相同，重力势能相同，而机械能减小，根据机械能＝重力势能+动能可知，C点时的动能小于A点时的动能，所以到达C点时的速度小于A点速度；（2）在C至D过程中，月壤样品的质量不变，高度减小，所以重力势能减小。故答案为：（1）减小；小于；（2）减小。三．实验探究题（共5小题）11．某物理实验小组在探究“影响重力势能大小的因素”时，提出了如下猜想：猜想一：重力势能的大小可能与物体的质量有关；猜想二：重力势能的大小可能与物体所在的高度有关；猜想三：重力势能的大小可能与物体的体积有关。实验中用到的小球，A、B、C球体积均为V，D球体积为2V，A、C、D球质量均为m，B球质量为2m。实验时均让小球从图中高度自由下落，记录小球下降到最低点时弹簧的长度，所用实验装置如图所示。请你根据图中实验情景完成下列问题：（1）为验证猜想一，可以通过比较A、B两球的实验。（2）通过本实验可知，猜想一是正确的。（3）小科认为利用这套实验装置，还可以探究影响动能大小的因素，比如通过比较A、C两球实验，可以探究速度对动能大小的影响。【解答】解：（1）实验中研究物体的重力势能与物体的质量关系时，需要保持下落高度相同，改变物体质量，A、B两球下落高度相同，B球质量大于A球质量，故可验证猜想一；（2）弹簧的形变程度反映了小球具有的重力势能的大小，比较A、B两球，下落高度相同，B球质量大于A球质量，发现B球处弹簧形变较大，说明猜想一正确，比较A、C两球，两球质量相同，C球下落高度大于A球，发现C球处弹簧形变较大，说明猜想二正确；（3）影响动能的因素是物体的质量和速度，研究物体的动能与速度的大小，需保持物体的质量不变，改变物体是速度，比较A、C两球，两球质量相同，C球下落高度大于A球，则两球速度不同，故可探究速度对动能大小的影响。故答案为：（1）A、B；（2）一、二；（3）速度。12．科学兴趣小组的同学认为车祸的危害程度与汽车的动能大小有关，于是他们进行了如下探究：【提出问题】汽车的动能大小跟什么因素有关？【猜想假设】由“十次车祸九次快”可猜想：汽车的动能可能跟速度有关；由“安全驾驶莫超载”可猜想：汽车的动能可能跟质量有关。【进行实验】他们做了如图所示的三次实验：用金属球模拟汽车，让金属球从斜槽的某一高度由静止开始滚下，碰到水平而上的物块，将物块撞出一段距离。物块被撞得越远，说明金属球到达水平面时的动能越大。科学兴趣小组的同学用“物块被撞出距离的多少”来反映金属球到达水平面时的动能大小，是应用了科学探究中的转换法。【分析论证】分析甲、乙两图的实验现象，可以初步得到的结论是：在速度相同时，质量越大，动能越大。【实践应用】用甲、丙两图的实验现象所得到的结论，可以解释汽车超速（选填“超速”或“超载”）行驶时危险性大的原因。【解答】解：【进行实验】物体能量的多少，可由它对外做功的多少来确定，而做功的多少，可以通过金属球推动物块的距离大小来反映，物块被撞击得越远，说明金属球撞击物块时的动能越大，这用到了转换法；【分析论证】分析甲、乙两图可知，此时物体的质量不相等，小球的高度相同，到达水平面时的速度相同，甲图小球的质量越大，物体被撞击得更远，故结论为：在速度相同时，质量越大，动能越大；【实践应用】分析甲、丙两图可知，此时物体的质量相等，到达水平面的速度不同，甲图小球到达水平面的速度越大，物体被撞击得更远，说明质量一定时，物体的速度越大，动能越大，可以解释超速行驶是危险性大的原因。故答案为：【进行实验】转换；【分析论证】在速度相同时，质量越大，动能越大；【实践应用】超速。13．在探究动能大小与哪些因素有关的实验中，小科设计了如图实验。实验中让钢球从斜面上某个高度由静止沿斜面滚下，在底部与静止在水平面上的木块发生碰撞，木块沿水平方向向右运动直至停止。（1）实验中小科是通过观察木块移动的距离来判断钢球的动能大小。（2）在图甲、丙中，m2＞m1，小球下滑到斜面底端时的速度v1＝v2，若s3＞s1，则表明物体的动能与质量的关系是：速度相等的情况下，物体的质量越大，动能越大。（3）小敏利用丁图来研究动能和势能相互转化，图中两个相同的光滑弧形槽，一个为凸形，一个为凹形，A