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11.4认识动能与势能一、单选题1阿呆在家玩火柴盒，他反复让火柴盒从同一高度处自由下落，发现甲情况下，火柴盒落到桌面后大多会反弹；乙情况下（火柴盒盒芯部分拉出），火柴盒落到桌面后盒芯插回外盒面不反弹对上述现象的解释，合理的是A. 乙情况中火柴盒与桌面碰撞时，盒芯与外盒发生摩擦，机械能大大减少B. 甲情况中火柴盒与桌面碰撞时有弹力的作用，而乙情况中则没有C. 甲情况中火柴盒与桌面碰撞后机械能不变D. 乙情况中火柴盒与桌面碰撞后机械能不变【答案】A【解析】A. 乙情况中火柴盒与桌面碰撞时，重力势能转化为动能，当与桌面碰撞时，一部分动能转化为弹性势能，还有一部分克服摩擦做功，故机械能大大减少，不能弹起，A正确；B. 甲情况中火柴盒与桌面碰撞时有弹力的作用，乙情况中机械能减小了，但不为零，所以也有弹力的作用，故B错误；C. 甲情况中火柴盒与桌面碰撞后，由于碰撞会有一部分机械能转化为内能，所以机械能减小，故C错误；D. 乙情况中火柴盒与桌面碰撞后，由于碰撞会有一部分机械能转化为内能，且克服摩擦力做了功，所以机械能减小，故D错误；故选A。2如图所示，同一小球在同一高度以相同速度向三个不同方向抛出(不计空气阻力和摩擦)，设小球刚落地时的速度分别为v1、v2、v3，则 ()A. v1v2v3 B. v1v2v3C. v1v2v3 D. v1v3v2【答案】C【解析】根据题意知道，小球从抛出到落地过程，不计空气阻力和摩擦力，所以只发生了重力势能和动能的转化，即机械能守恒，小球抛出时的机械能与小球落地时的机械能相等，而小球落地时的势能为零，所以机械能大小等于动能大小，即动能相等，由于质量不变，所以速度相同，即v1 =v2 =v3 ，故选C。点睛：本题考查的是势能与动能间的转化，解题的关键是注意题目的条件，准确的判断机械能是否守恒。3如图所示装置叫作滚摆捻动滚摆的轴缠绕细线使它升高后由静止释放，观察滚摆的运动情况（不计任何阻力和摩擦）对于滚摆的运动，下列说法中正确的是A. 在滚摆下降的过程中，动能减小，机械能增加B. 在滚摆下降的过程中，动能增加，机械能不变C. 在滚摆上升的过程中，重力势能减小，机械能减小D. 在滚摆上升的过程中，重力势能增加，机械能增加【答案】B【解析】解答：(1)滚摆下降时，越滚越快，质量不变、速度增大，动能增大，在不计任何阻力和摩擦时，机械能保持不变，故A错误、B正确；(2)滚摆上升时，越滚越慢，质量不变、动能转化为重力势能，重力势能增大，在不计任何阻力和摩擦时，机械能保持不变，故CD错误。故选B.点睛：（1）动能大小的影响因素：质量和速度，质量越大、速度越大，动能越大；（2）重力势能大小的影响因素：质量和高度，质量越大、高度越高，重力势能越大；（3）动能和势能统称为机械能，在不计摩擦阻力时，机械能守恒4如图所示，小球沿光滑的斜面由a滚到b，接着又在光滑水平面bc上滚动，比较小球在a、b、c三点时速度的大小A. vavc B. vavbvc C. vavb=vc D. vavb，vc=0【答案】C【解析】解答：小球沿光滑的斜面由a滚到b，其质量不变，速度变快，动能变大；同时质量不变，重力势能变小，即一部分重力势能转化为动能；由于bc段是光滑的，即没有摩擦力，所以小球从b到c的过程中，其动能是不变的，故速度不变；故vavb且vb=vc；故选C.5为探究重力势能与质量关系，如图所示小龙选择了体积不同的实心铝球a、b，体积相同的实心铜球c和铝球d以及平整的橡皮泥进行实验下列关于本实验说法不正确的是A. 实验时要让球从同一高度自由落下B. 比较球落在橡皮泥中的凹陷程度来反应势能的大小C. 研究a球和b球可以验证重力势能与质量的有关D. 本实验器材还可以探究重力势能与高度的关系【答案】C【解析】解答：A. 由题可知，题中要探究重力势能与质量的关系，所以要控制两球下落的高度相同，质量不同，故A正确；B. 利用转换法，通过比较球落在橡皮泥中的凹陷程度来反映势能的大小，故B正确；C. 在探究重力势能与质量的关系时，要控制两球下落的高度相同，质量不同，因此在选取器材时应选质量不同的两个小球，同时为了避免球的体积大小对实验的影响，所选取的两个球的体积应相同，而a球和b球体积不同，故C错误；D. 本实验器材还可以选择同一个小球(质量一定)，分别从不同的高度自由落下，可以探究重力势能与高度的关系，故D正确。故选C.点睛：要探究物体的重力势能与哪些因素有关，由于题目中提到了多个猜想，因此要用到控制变量法，即要探究重力势能的多少与哪个因素有关，就只让这个因素变化，其余的因素都不变，然后做对比实验在探究物体的重力势能与质量的关系时，要控制高度相同，质量不同，根据这个思路去选取器材6如图所示是小明在运动会上推铅球的场景，从铅球离手在空中运动到最后落到地面的过程中，动能Ek随时间t的变化关系是A. B. C. D. 【答案】B【解析】解答：如图,铅球在整个飞行过程中,质量不变,铅球一直在运动(在最高点时仍然有水平向前的速度)，动能不为零；从出手到最高点过程中速度减小，此过程中铅球的动能减小；在下落的过程中，速度不断增大，到达地面最大，此过程中铅球的动能增大；由于铅球在离开手时有一定的高度，具有重力势能，铅球落地时重力势能转化为动能，所以落地时的动能要大于出手时的动能，故ACD错误，B正确。故选B.点睛：动能大小的影响因素：质量和速度质量一定时，速度增大，动能增大；速度一定时，质量增大，动能增大7小明用图示装置“探究重力势能大小与质量的关系”，下列说法正确的是A. 实验研究对象是三脚小桌B. 让同一木块从不同的高度由静止下落C. 让质量不同的木块从不同的高度由静止下落D. 用三脚小桌下陷的深度来表示木块重力势能的大小【答案】D【解析】解答：A. 实验中让质量不同的木块从相同的高度落下，通过观察三角小桌下陷的深度来探究木块的动能大小与质量的关系，所以实验研究对象是木块，故A错误；BC、探究重力势能大小与质量的关系，要控制木块所处的高度相同，质量不同，即让不同质量的木块从同一高度静止落下；故BC错误；D. 实验运用了转换法，通过观察三角小桌下陷的深度来探究木块的动能大小与质量的关系；故D正确。故选：D.点睛：（1）物体由于运动而具有的能叫做动能，动能的大小与物体的质量和速度有关；（2）实验过程要采用控制变量法，当研究动能大小与质量的关系时，要让质量不同的木块从同一高度下落，这样保证下落速度相同；即只有这样实验才更为科学严密8飞鸟如果撞到静止飞机的前窗玻璃上，不会给飞机造成太大的伤害，但如果飞鸟撞上高速飞行的飞机，常常会撞破坚固的玻璃窗，甚至造成驾驶员的伤亡事故，对这一现象的解释，下列说法正确的是A. 飞机静止时动能为零，高速飞行时的动能很大B. 鸟在地面飞行时，重力势能很小，在高空飞行时，重力势能很大C. 鸟在地面飞行时，动能很小，在高空飞行时，动能很大D. 对于高速飞行的飞机来说，鸟飞行的速度很大，因此相对于飞机的动能也大【答案】D【解析】解答：A. 飞机高速飞行时的动能是很大，但题目主要是考虑飞鸟给飞机带来的伤害，故A错误；B. 鸟在地面飞行时，重力势能很小，在高空飞行时，重力势能很大。鸟的重力势能对飞机没有影响，故B错误；C. 动能不受高度影响，飞鸟在高空飞行时，动能很大是错误说法，故C错误；D. 对于高速飞行的飞机来说，鸟飞行的速度很大，因此相对于飞机的动能也大，相对于飞机动能大就能造出严重伤亡事故，故D正确。故选D.92016年3月23日国足坐镇长沙主场迎战老对手韩国队，最终以1:0的比分战胜韩国队，图为比赛中的一个场景，关于足球，下列说法正确的是A. 足球在飞行过程中动能不变B. 足球在飞行过程中没有受到力的作用C. 足球比赛中的“香蕉球”主要与力的大小和作用点有关D. 足球下落时机械能减小【答案】D【解析】解答：A. 足球在飞行过程中，质量不变，速度变小，故动能变小，故A错误；B. 足球在飞行过程中受到重力和空气阻力的作用，故B错误；C. 足球比赛中的“香蕉球”主要与力的方向和作用点有关，“香蕉球”的运动轨迹是由力的方向决定的，旋转情况是由力的作用点决定的，故C错误；D. 足球在下落的过程中克服空气摩擦做功，机械能转化为内能，机械能减小，故D正确。故选：D.点睛：（1）影响动能的影响因素是物体的质量和物体运动的速度；（2）地面附近的一切物体都受到重力的作用；（3）要掌握力的三要素：力的大小、方向和作用点它们都会影响力的作用效果（4）克服摩擦做功，机械能转化为内能10甲、乙两辆客车，在同一条平直的公路上匀速行驶，甲车的速度为72 km/h，乙车的速度为20 m/s，则它们的动能大小关系为A. 甲车大 B. 乙车大C. 一样大 D. 条件不足，无法确定【答案】D【解析】解：72 km/h=20 m/s，物体的动能与质量和速度有关，虽然能比较两车的速度大小，但两车的质量关系不知道，所以无法比较动能的大小。故选：D。二、填空题11有甲、乙、丙三个物体在做不同的运动：甲在空中下落（不计空气阻力），乙沿斜面匀速下滑，丙在水平面上做曲线运动且速度大小保持不变，那么在这三个物体中，机械能总量不变的是_，动能不变而势能减少的是_【答案】 甲、丙 乙【解析】甲在空中下落（不计空气阻力），即只受重力作用，高度降低，速度增加，重力势能转化为动能，机械能总量不变，即机械能守恒；乙沿斜面匀速下滑，速度不变，动能不变；高度降低，重力势能减小，机械能减小；丙在水平面上做曲线运动且速度大小保持不变，速度和高度都不变，所以动能和重力势能都不变，则机械能守恒。故机械能总量不变的是甲、丙，动能不变而势能减少的是乙。122017年5月4日14时许，我国自主研制的新一代喷气式大型客机C919在上海浦东机场首飞成功，这标志着中国的“大飞机梦”得以实现，C919在高空中加速爬升时，机械能_（“增大”、“减小”或“不变”），大飞机刚着陆瞬间，机场地面上留下了一道道黑色的机轮印迹，这是通过增大_（“压强”、“压力”、“摩擦力”）而造成的【答案】 增大 摩擦力【解析】C919在高空中加速爬升时，速度增大，高度增加，所以动能和重力势能都增大，即机械能增大；大飞机刚着陆瞬间，机场地面上留下了一道道黑色的机轮印迹，是因为摩擦力的作用，轮胎上的橡胶附着在地面上形成的，即飞机着地时，增大了对面的压力，从而增大了摩擦力而造成的点睛：除了牢记影响机械能大小的因素外，要理解黑色的机轮印迹，直接原因是摩擦力造成的。13蹦床运动被喻为“空中芭蕾”运动员从高点静止下落至再次回到高点，会经历几个过程：高点下落至接触床面，接触床面到下落至最低点，最低点反弹至离开床面，离开床面至再次回到高点若不计空气阻力，整个过程中运动员的机械能_（选填“守恒”或“不守恒”）整个过程中，运动员动能最大在_过程中【答案】 守恒 【解析】蹦床运动被喻为“空中芭蕾”运动员从高点静止下落至再次回到高点，会经历几个过程，若不计空气阻力，即在只受重力的情况下，整个过程中运动员的机械能是守恒的；因为机械能守恒，运动员在接触床面时，速度最大，即动能最大；故整个过程中，运动员动能最大在高点下落至接触床面的过程中。点睛：理解机械守恒及机械能转化的过程，明确在没有摩擦即只受重力的情况下，机械能的总量不变，即机械能守恒。14如图所示，弹簧将小球弹起，说明力的作用效果是_；小球离开弹簧继续上升过程中的能量转化是_（不计空气阻力）【答案】 改变物体的运动状态 动能转化为重力势能【解析】力可以改变物体的运动状态和形状。如图所示，弹簧将小球弹起，说明力的作用效果是改变物体的运动状态；小球离开弹簧继续上升过程中，速度减小，动能减小，高度增加，重力势能增大，所以能量转化是动能转化为重力势能。点睛：一般来说，物体自由落体运动时，重力势能转化为动能；而竖直上抛运动时，动能转化为重力势能。15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，火箭的动能_(选填“变小”“不变”或“变大”)，机械能_(选填“变小”“不变”或“变大”).【答案】 不变 变小【解析】动能的大小与质量和速度有关，当匀速下落过程中，质量不变，速度不变，所以火箭的动能不变；高度降低，重力势能会减小，机械能为动能和势能之和，所以机械能减小。16如图是某科技馆的一台“水动机”由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有形状记忆合金制成的叶片，进入热水后因叶片伸展“划水”而转动，离开热水后叶片形状迅速复原则“水动机”在转动过程中水的_能转化为转轮的机械能【答案】内 【解析】根据能的转化进行解答：由于能量的转化或转移具有方向性，如果不给它提供热水，它也就不转了；故该过程中消耗了内能，即形状记忆合金吸收热量，形状发生变化，产生了机械能，故是将内能转化为机械能的过程17如图所示是撑杆跳高运动员在比赛时翻越横杆的情景运动员起跳时，笔直的撑杆变得弯曲，此过程中撑杆的_势能变大，这同时说明了力可以改变物体的_。【答案】 弹性 形状【解析】解答：运动员起跳时，笔直的撑杆变得弯曲，撑杆的弹性形变程度增大，所以撑杆的弹性势能变大。同时，这一过程还说明了力可以改变物体的形状。点睛：（1）物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能，弹性形变越大，势能越大（2）力的作用效果有两个：一是改变物体的形状，二是改变物体的运动状态18篮球是中考体育测试的项目之一，如图所示，篮球被投出后球在上升过程中动能_，惯性_（均选填“变大”、“变小”或“不变”）碰到篮板后篮球会弹回说明力可以改变物体_【答案】 变小 不变 运动状态【解析】解答：篮球被投出后在上升过程中，篮球的质量不变，速度减小，篮球的动能减少，其高度增加，重力势能增大；在此过程中篮球的质量不变，故惯性不变；碰到篮板后被弹回，是因为篮板作用在篮球上的力改变篮球的运动状态。点睛：（1）物体的动能与物体质量和速度有关，在质量一定的情况下，速度越小，物体动能越小；（2）物体的惯性只与质量有关；（3）力的作用效果有两个：改变物体的形状，改变物体的运动状态19xx年里约奥运会女子十米台跳水冠军中国选手任茜勇夺金牌任茜在空中向下落时，她的重力势能将_，以十米跳台为参照物，任茜是_的【答案】 减少 运动【解析】解答：任茜在空中向下落时，重力做正功其重力势能减小，动能增加；以十米跳台为参照物，任茜相对于跳台是运动的，故任茜是运动的。点睛：由重力做功情况分析重力势能的变化，物体是运动还是静止与参照物的选择有关20如图所示的是拉弓射箭的情景，弓弦被拉弯时，将_能转化为_能【答案】 动 弹性势【解析】物体由于发生弹性形变而具有的能，叫弹性势能。如图所示的是拉弓射箭的情景，弓弦被拉弯时，人拉弓做功，消耗动能，弓发生弹性形变具有了弹性势能，所以将动能转化为弹性势能。点睛：理解弹性势能产生的原因，即发生弹性形变的物体，由于弹力的相互作用，可以做功，所以具有能，叫做弹性势能。在一定范围内形变越大，具有的弹性势能就越多，反之，则越小。三、实验题21如图所示，单摆（如图）在竖直平面内左右摆动，滚摆（如图）在竖直平面内上下往复运动请回答（1）这两个实验可以说明的同一个物理问题是：_；（2）滚摆从最低点摆到最高点的过程中，是_能转化为_能（3）在单摆左右摆动和滚摆上下往复运动的过程中，你将会看到它们上升的高度逐渐降低产生此现象的原因是：_，使_逐渐减少【答案】 动能和势能可以相互转化 动 重力势 克服摩擦阻力做功 机械能【解析】（1）单摆在由高点向低点运动时，重力势能转化为动能，再上升到高点时，动能又转化为重力势能，相同的道理滚摆也是研究动能和重力势能之间的转化过程的，即这两个实验可以说明的同一个物理问题是：动能和势能可以相互转化；（2）滚摆从最低点摆到最高点的过程中，速度减小，动能减小，高度增加，重力势能增大，所以是动能转化为重力势能。（3）在单摆左右摆动和滚摆上下往复运动的过程中，由于绳子间有摩擦力，空气也有阻力，所以运动过程中机械能要克服摩擦阻力做功，使机械能逐渐减少，故你将会看到它们上升的高度逐渐降低。点睛：理解机械能减小的原因，即运动过程中由于摩擦阻力的存在，机械能克服摩擦做功，一部分会转化为内能。22在探究“动能大小与哪些因素有关”的实验中，让小球从斜面上由静止释放，下滑后撞击斜面底部的纸盒（1）本实验研究的是_的动能大小（2）比较图甲和图乙，可初步得出实验结论为_（3）若要验证动能大小与另外一个因素的关系，需要添加一个器材是_（4）若利用如图所示器材还准备探究“阻力对物体运动的影响”为完成探究任务，某同学还选用了毛巾和棉布进行实验，其目的是_【答案】 小球 质量相同时，物体的速度越大，动能越大 质量不同的小球 改变物体所受阻力的大小【解析】解答：(1)实验中研究的对象是小球；(2)甲乙图中的小球质量相同，但高度不同，故探究的是动能与速度的关系，由图可知，高度越高，速度越大，纸盒被撞击的越远，故结论为：质量相同时，物体的速度越大，动能越大；(3)要探究动能大小与质量关系时，要控制小球的速度相同，改变小球的质量，因此要添加一个器材是不同质量的小球；(4)同学还选用了毛巾和棉布进行实验，则毛巾和棉布的接触面的粗糙程度不同，毛巾比棉布粗糙一些，小球收到的阻力就不同。点睛：（1）据题意可知，此实验中研究的对象是小球；（2）当研究动能大小与速度的关系时，应选择同一小球，这样可以保证小球的质量相同；（3）接触面不同，摩擦力不同四、计算题23已知物体的重力势能表达式为EP=mgh，动能表达式为EK=0.5mv2；其中m为物体的质量，h为物体距离水平地面的高度，v为物体的运动速度，g为常量，取10N/kg如图所示，将一质量为0.4kg的物体从距离地面1.5m的高度沿水平方向以2m/s的速度抛出不计空气阻力，物体从被抛出到落地的瞬间，整个过程中机械能守恒求：（1）物体被抛出时的重力势能EP和动能EK1；（2）物体从被抛出点至落地的过程中，其重力所做的功W；（3）物体落地前瞬间的动能EK2【答案】（1）6J， 0.8J；（2）6J；（3）6.8J【解析】试题分析：解：（1）物体被抛出时的重力势能物体被抛出时的动能（2）物体从被抛出点至落地的过程中，重力做功(3) 因为不计空气阻力，物体从被抛出到落地的瞬间，整个过程中机械能守恒。所以球落地前瞬间的动能答：（1）物体被抛出时的重力势能为6J，动能为0.8J。（2）其重力做功为6J。（3）物体落地前瞬间的动能EK2为6.8J。考点：动能和势能的转化 机械能守恒
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