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【期末专题练习】2022-2023学年（沪教版·上海）八年级物理下学期期末满分冲刺练习：专题04 机械能（原卷+解析）
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这是一份【期末专题练习】2022-2023学年（沪教版·上海）八年级物理下学期期末满分冲刺练习：专题04 机械能（原卷+解析），文件包含专题04机械能解析版docx、专题04机械能原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共28页， 欢迎下载使用。
专题04 机械能
一、单选题
1．下列关于机械能的说法正确的是（ ）
A．在空中飞行的飞机只具有动能
B．炮弹具有的机械能一定比子弹具有的机械能大
C．质量和速度都相同的物体具有的动能一样大
D．质量大的物体具有的重力势能一定大
【答案】C
【解析】A．在空中飞行的飞机同时也具有重力势能；故A错误；
B．炮弹的质量虽大，但动能或势能不一定大于子弹的，故B错误；
C．动能的大小与质量和速度有关，当质量和速度都相同时，动能相同，故C正确；
D．重力势能不仅跟质量有关，还跟被举的高度有关，所以质量大的物体具有的重力势能不一定大，故D错误。
故选C。
2．下列过程中，属于势能转化为动能的是（ ）
A．向上抛出的石子上升过程
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】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，故A不符合题意；
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，故B不符合题意；
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，故C符合题意；
D．足球场上越滚越慢的足球，势能为零，动能逐渐减小，没有势能转化为动能，故D不符合题意。
故选C。
3．小明将一小球在同一高度第一次竖直上抛，第二次斜上抛，若两次抛出时的动能相等，不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．两次小球到达最高点时，动能相等都为零，机械能不相等
B．两次小球到达最高点时，动能都不为零，机械能相等
C．两次小球到达最高点时，高度相等，机械能不相等
D．两次小球到达最高点时，高度不相等，机械能相等
【答案】D
【解析】不计空气阻力，机械能守恒，两次小球达到最高点时机械能相等；竖直上抛达到最高点时，速度为0，动能为0，动能全部转化为重力势能；斜上抛达到最高点时，竖直方向速度为0，水平方向速度不为0，动能不为0，部分动能转化为重力势能，两次小球到达最高点时，高度不相等。故ABC错误，D正确。
故选D。
4．如图所示，是我国某地的等高线图，若把同一物体分别放在A点和B点，那么在哪一点时，此物体的重力势能大（ ）
A．在A点时大 B．在B点时大
C．在两点时一样大 D．条件不足，无法判定
【答案】B
【解析】由题图可看出，A点所在的海拔为995m，B点所在的海拔为1040m，而对同一个物体，它的位置越高，重力势能越大，故物体在B点时重力势能大。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
5．甲、乙两车同时同地沿同一直线做匀速直线运动，它们的图像如图所示，则（ ）
A．甲车的动能大于乙车的动能 B．甲、乙两车的重力势能相等
C．经过8秒，甲、乙两车相距10米 D．运动10米，甲车比乙车少用4秒
【答案】D
【解析】由图可知，甲乙经过8s，甲的路程是20m，乙的路程是10m，甲的速度
A．动能与质量和速度有关，甲车的速度大于乙车的速度，由于甲乙两车的质量未知，甲车的动能不一定大于乙车的动能，故A不符合题意；
B．重力势能与质量和高度有关，由于甲乙两车的质量和高度未知，甲、乙两车的重力势能不一定相等，故B不符合题意；
C．甲乙经过8s，甲的路程是20m，乙的路程是10m，若甲、乙两车的运动方向相反，则此时甲车与乙车相距
20m+10m=30m
故C不符合题意；
D．运动10米，甲车的时间是4s，乙车的时间是8s，甲车比乙车少用4s，故D符合题意。
故选D。
6．人造地球卫星沿椭圆轨道运行，我们把卫星运行过程中离地球最近的点叫近地点，最远的一点叫远地点（如图所示），卫星在太空飞行过程中，不受到任何的阻力卫星从远地点向近地点运行过程中（ ）
A．机械能变小，动能不变，势能变小 B．机械能不变，动能变小，势能变大
C．机械能变大，动能变大，势能变大 D．机械能不变，动能变大，势能变小
【答案】D
【解析】卫星在运行过程中质量不变，卫星在近地点和地球的相对距离最小，速度最大，近地点势能最小，动能最大；卫星在远地点和地球的相对距离最大，速度最小，远地点的势能最大，动能最小；卫星从远地点向近地点运行过程中，势能变小，动能变大。由于不计阻力，机械能是守恒的，保持不变，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
7．如图所示是荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高。下列说法正确的是（ ）
A．球在B、C两点的动能相等
B．绳的拉力对小球做了功
C．球从B点到O点的过程中机械能减少
D．球从O点到C点的过程中重力势能减少
【答案】C
【解析】A．从图中可以看出B、C位置在同一高度，即重力势能相同，小球在运动过程中与空气摩擦等因素导致部分机械能转化成其它形式的能，即机械能在减小，所以小球在B点机械能大于C点的机械能，故B点动能要大于C点的动能，故A错误；
B．由于小球运动方向与绳子拉力方向刚好垂直，根据做功的概念，功是物体在力的方向上运动的距离与力大小的乘积，这里垂直无功。故B错误；
C．小球在运动过程中与空气摩擦等因素导致部分机械能转化成其它形式的能，即机械能在减小，所以球从B点到O点的过程中机械能减少，故C正确；
D．球从O点到C点的过程中高度不断增加，动能转化为球的重力势能，所以重力势能在增加，故D错误。
故选C。
8．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】A．甲、乙是两个相同的小球，速度的大小相同，故抛出时动能相同，故A错误；
B．抛出时刻，高度相同，故两球的重力势能相同，动能相同，甲球的机械能等于乙球的机械能大，故B错误；
C．乙球在上升至最高点的过程中，动能转化为重力势能，最高点，速度为零，故上升过程中动能逐渐减小为零，故C正确；
D．由于刚开始时，甲乙两球的机械能相同，忽略空气阻力，机械能守恒，故落地时，甲乙两球的机械能仍然相同，重力势能相同，故动能也相同，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。
9．如图，质量为m的小环穿在固定的光滑曲杆上，从某点A静止释放后沿曲杆运动。若不计空气阻力，则环在运动过程中，下列判断正确的是（ ）
A．只要A点高于D点，小环就一定能到达D点
B．小环从A点到B点，动能一直增加，机械能不变
C．小环从A点到D点，重力势能一直减小，机械能不变
D．若小环能到达D点，离开D点后将竖直向下运动
【答案】B
【解析】A．由图知D点的位置低于A点的位置，但是如果C点高于A点，则小球不能到达C点，即小环不一定能到达D点，故A错误；
B．质量为m的小环在光滑曲杆上，从某点A静止释放后沿曲杆运动，不计空气阻力，小环的运动过程中机械能是守恒的，由A到B，小环的重力势能转化为动能，动能增加，机械能保持不变；故B正确；
C．由A到B，小环的重力势能转化为动能，重力势能减小，由B到C点动能转化为重力势能，重力势能增加；由C到D重力势能转化为动能，重力势能减小，故小环从A点到D点时，重力势能先减小后增加，再减小。故C错误；
D．小环到达D后，由于惯性会继续沿CD方向运动一段距离。故D错误。
故选B。
10．如图所示，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定.右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AO＝OB）。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断不正确的是（ ）
A．小球的动能先增大后减小
B．弹簧的弹性势能先减小后增大
C．小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
D．任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
【答案】C
【解析】由题知，O点是弹簧保持原长时小球的位置，则小球位于A点时弹簧处于压缩状态，位于B点时弹簧处于拉伸状态；①小球从A运动到O的过程中，弹簧逐渐恢复原状，弹性形变程度变小，弹性势能变小，水平台面光滑，则小球不受摩擦力；该过程中小球所受弹力方向向右，其速度不断增大，动能变大，所以此过程中弹性势能转化为动能；②到达O点时，弹簧恢复原长，弹性势能为零，小球所受弹力为零，此时小球的速度最大，动能最大；③小球从O运动到B的过程中，弹簧被拉长，弹性形变程度变大，弹性势能变大，该过程中小球所受弹力方向向左，其速度不断减小，动能变小，所以此过程中动能转化为弹性势能；则小球从A位置运动到B位置的过程中：
A．小球的动能先增加后减少，在B点时小球的动能最小，弹簧的弹性势能最大，故A正确，不符合题意；
B．弹簧的弹性势能先减少后增大，故B正确，不符合题意；
C．小球运动到O点时的动能（最大）与此时弹簧的弹性势能（为零）不相等，故C错误，符合题意；
D．由于整体的机械能守恒，所以任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变，故D正确，不符合题意。
故选C。
二、填空题
11．一个小球向上抛出，若空气阻力不计，在向上运动过程中，小球的动能______，重力势能______ ，（选填“增加”、“不变”或“减小”），这是______能逐渐转化为_______能。
【答案】 减小 增加 动 重力势
【解析】[1][2]小球在向上运动过程中，质量不变，而速度减小，所以其动能减小；小球质量不变，而高度增大，所以其重力势能增大。
[3][4]所以小球在向上运动过程中，动能逐渐转化为重力势能。
12．一架飞机在同一高度上匀速飞行，喷洒农药。在此过程中，飞机的动能______，重力势能______，飞机的机械能______。（填“变大”、“变小”或“不变”）
【答案】 变小 变小 变小
【解析】[1][2][3]飞机在喷洒农药的过程中，在空中某一高度匀速飞行，飞机的质量减小，速度不变，动能变小；高度不变，飞机的重力势能变小；飞机在喷洒农药时，没有发生弹性形变，不具有弹性势能，所以机械能＝动能+重力势能，机械能变小。
13．运动物体在一对平衡力的作用下直线运动，机械能将_________改变（选填 “可能”、“一定不”或“一定”）：当撤掉这一对平衡力时，该物体将_____，动能将________ （选填“变大”、“变小”或“不变”）．竖直向上抛出的篮球在空中上升时的动能_______，重力势能__________（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
【答案】 可能 保持原来的运动状态 不变 变小 变大
【解析】[1]物体受平衡力时将保持静止状态或匀速直线运动状态，所以物体的速度不变，物体的质量不变，则物体的动能一定不变，.物体做匀速直线运动时，物体的高度可能发生变化，所以重力势能和机械能可能发生变化．
[2][3]当撤掉这一对平衡力时，该物体仍将保持原来的运动状态，速度不变，则动能不变；
[4][5]竖直向上抛出的篮球在空中上升时，质量不变，速度越来越小，动能变小；高度变大，重力势能变大．
14．甲乙两车在山坡上行驶，当它们都在下坡时，它们的s-t图，如图所示，已知两车质量相同，某时刻甲在前，乙在后，则甲车动能______乙车动能，甲车势能______乙车势能，甲车机械能______乙车机械能（以上空格均选填“大于”、“小于”或“等于”）。
【答案】 小于 小于 小于
【解析】[1]由图可知，甲车速度小于乙车速度，又两车质量相同，所以甲车动能小于乙车动能。
[2]下坡时，某时刻甲在前，乙在后，所以乙车高度大于甲车高度，质量相同时，乙车的势能大，甲车势能小。
[3]机械能等于动能与势能之和，乙车动能和势能都大于甲车，所以机械能也大于甲车机械能。
15．在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使皮球分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，留下圆斑说明皮球下落到纸面上时发生了______，此时，能量的转化过程是______，分析图中两个圆斑大小，还能知道，球从较高处下落形成的圆斑是图中______（选填“A”或“B”），由此可间接知道：重力势能大小与______有关。
【答案】 弹性形变 动能转化为弹性势能 B 高度
【解析】[1][2]使皮球分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，留下圆斑，说明皮球下落到纸面上时形状发生了变化，即发生弹性形变；此过程中，皮球的动能转化为弹性势能。
[3][4]分析图中两个圆斑大小可看出，圆环大的球形变程度较大，所具有的弹性势能大，落地时的动能较大，初始状态重力势能大，即其所处的高度大，故选填B；由此可间接知道：重力势能大小与高度有关。
16．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 点等高的点 A 时刚好速度为零。由 O 到 A 点过程中，______能转化为重力势能，______点的动能最大，从 C 点到 B 点的过程中，机械能的总量 ______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【答案】 动 O 变小
【解析】[1]钢球由O点到A点的过程中，高度增大，重力势能增大，而动能减小，到A点刚好为0，所以是动能转化为重力势能的过程。
[2]钢球由C点静止释放，向下运动的过程中，高度减小，重力势能减小，转化为动能，O点时的重力势能最小，则动能最大。
[3]轨道是粗糙的，则钢球由C点到B点的过程中，需要克服摩擦做功，将部分机械能转化为内能，所以机械能的总量变小。
17．如图所示，质量为1 kg的滑块在倾角为30°的光滑斜面上，从a点由静止开始下滑，到b点开始压缩轻弹簧，到c点时达到最大速度。到d点（图中未画出）开始弹回，返回b点离开弹簧，恰能再回到a点。则：
（1）物体从a到b点，物体的重力势能转化为___________能；
（2）物体从c到d点，弹簧的________能变大；
（3）物体在d点___________ （选填“是平衡状态”或“不是平衡状态”）。
【答案】 动 弹性势 不是平衡状态
【解析】（1）[1]物体从a到b点，物体的高度减小，速度增大，它的重力势能减小，动能增大，所以物体的重力势能转化为动能。
（2）[2]物体从c到d点，弹簧被压缩，到d点（图中未画出）开始弹回，故d点弹簧的弹性形变程度最大，故物体从c到d点，弹簧的弹性势能变大。
（3）[3]物体在d点时，速度为零，此时开始向上做加速运动，所以在d点不是平衡状态。
18．2021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24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）
（1）I推导II的依据是：当物体质量一定时，______越大，动能越大；
（2）玻璃瓶下落过程中，重力势能转化为动能是通过______实现的；
（3）III推导IV的依据是：______；
（4）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
速度（米/秒）
动能（焦）
12
7.2
16
12.8
20
20
24
28.8
28
39.2
表二
重力势能（焦）
楼层（层）
13
5
19
7
25
9
31
11
36
13
【答案】 物体速度 重力做功 当物体质量一定时，物体所处的高度越高，重力势能越大 10
【解析】（1）[1]物体的动能与物体的速度和质量有关，当物体质量一定时，物体速度越大，动能越大。
（2）[2]物体下落的过程，物体在重力的方向上运动了一段距离，重力做功，重力势能转化为动能。
（3）[3]重力势能的大小与物体的质量和物体所处的高度有关，根据楼层的高度和重力势能的关系发现，当物体的质量一定时，物体所处的高度越高，重力势能越大。
（4）[4]物体砸车的速度为24m/s，对照表一当物体速度为24m/s时，物体的能量为28.8J，继续对照表二位于25~31J，所以在10层。
三、实验题
19．如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置示意图：
（1）该实验中所探究物体的动能是指物体 _____（选填“A”或“B”）的动能；
（2）该实验物体动能的大小是通过 _____来反映的；
（3）实验观察到，同一物体A从斜面高处滚下，高度越大，物体B被撞得越远，可以得出结论 _____。
【答案】 A B被撞开的距离大小 当物体的质量相同时，物体的速度越大，动能越大
【解析】（1）[1]该实验研究的对象是物体A，物体A从斜面上滚下，获得动能，故研究的是物体A的动能。
（2）[2]该实验物体动能的大小是通过物体B被撞后移动的距离大小反映的，B被撞的越远，说明小球A的动能越大，这里采用了转换法。
（3）[3]同一物体A从斜面高处滚下，高度越大，则物体A的速度越大，物体B被撞得越远，说明物体A的动能越大，根据控制变量法可得结论为：当物体质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
20．如图是探究物体动能大小与物体的质量、速度的关系的示意图。
（1）在探究动能与速度的关系时，要保持小球的___________不变，让小球从___________（填“相同”或“不同”）的高度滚下，以不同的速度推动木块。
（2）在探究动能与物体质量的关系时，要让质量不同的小球从斜面的___________滚下，这样操作的目的是使小球撞击木块的___________相同。
（3）物理研究方法有许多，如等效替代法、类比法、对比法、控制变量法等。本实验运用了两种研究方法：一是___________法；二是转换法，就本题来说，用小球推动木块移动的___________来表示小球动能大小的方法就是___________法。
【答案】 质量 不同 相同高度 速度 控制变量 距离 转换
【解析】（1）[1][2]动能的大小与质量和速度有关，若要探究动能的大小与速度的关系，需控制小球的质量相同，速度不同，所以应选质量相同的两个小球，使两球在斜面的不同高度滚下来。
（2）[3][4]若要探究动能的大小与质量的关系，需控制小球的速度相同，质量不同，所以应选质量不同的两个小球从斜面的相同高度滚下来，这样控制速度相同。
（3）[5]当要研究的物理量与多个因素有关时，通常要采用控制变量法进行实验探究，动能的大小与质量和速度有关，实验时用控制变量法分别探究。
[6][7]动能大小体现在对外做功的多少，该实验中可以通过木块移动的距离来比较小球动能的大小，这种实验方法叫转换法。
21．如图某小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后静止。
（1）实验中探究的是小球的动能，其动能大小是通过______（选填“小球所处的高度”或“木块移动的距离”）来反映的，此情况下所用的研究方法______。（选填“控制变量法”或“转换法”）
（2）分析比较______两次实验，可得到结论：速度相同的物体，______，动能越大。
（3）若用上述实验器材探究阻力对物体运动的影响，必须增加的器材是______。
A．质量不同的木块
B．倾斜程度不同的斜面
C．粗糙程度不同的水平面
【答案】 木块移动的距离 转换法 甲丙 质量越大 C
【解析】（1）[1][2]小球会撞击木块，小球的动能大小是通过小木块移动的距离大小来反映的，这属于转换法。
（2）[3]小球下滑的高度相同，则到达水平面时的速度是相同，小球的质量不同，则推动木块移动的距离不同，所以根据甲丙图可知，在速度相同时，质量越大，动能越大。
（3）[4]探究阻力对物体运动的影响，需要比较小车在不同表面上运动的距离，据此可知必须增加的器材是粗糙程度不同的水平面，故C正确。
22．某同学在探究“动能大小与哪些因素有关”的实验中，设计了如图所示的实验方案，并进行了如下的实验：
步骤l：让钢球从斜面A点由静止开始下滑，到达水平面时速度为v1，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离s1；
步骤2：让钢球从斜面B点由静止开始下滑，到达水平面时速度为v2，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离s2；
步骤3：改变钢球的质量让钢球从A点由静止开始下滑，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离S3。
（1）比较v1、v2，可知vl______v2（选填“>”“<”或“=”）这是因为______；
（2）设计步骤l和步骤2的目的是______；
（3）比较步骤______和步骤3可以探究动能大小和物体______的关系。
【答案】 > 小球在A点处具有的重力势能大于在B点处的重力势能 探究在质量一定时，物体动能的大小与速度的关系 1 质量
【解析】（1）[1][2]A点高于B点，同一钢球在A点处具有的重力势能大于在B点处的重力势能；钢球从斜面上向下滚动时，重力势能转化为动能，所以钢球从A点释放时，滚动到水平面时的动能较大，速度也较大，即
v1＞v2
（2）[3]在步骤1和步骤2中，物体的质量相同，速度不同，因此是在质量相同的情况下，探究动能与速度的关系。
（3）[4][5]步骤1和步骤3，钢球都从A点滑下，钢球从A点滑下时重力势能相同，转化成的动能也相同，所以速度相同，两者钢球质量不相同，所以是在速度相同的情况下，探究动能与质量的关系。
23．小明做“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验。实验中，小球从同一斜面由静止滚下，到达水平面后推动木块运动一段距离后静止。
回答下列问题：
（1）图甲实验中，让两个质量不同的小球从同一高度由静止释放的目的是______，该实验是通过观察______的大小来说明小球动能的大小，探究的是物体动能与______的关系；由图乙实验得到的结论是：______，小球的动能越大；小明在“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中用到的实验方法是______；
（2）如图所示，小华探究重力势能大小与哪些因素有关的实验情景，实验中将半径相同的小球从某个高度自由落下到花泥上。（已知m钢＞m玻璃）
该实验中用______反映重力势能的大小；实验a、b得出结论：重力势能大小与______有关；实验a、c得出的结论：重力势能大小与______有关。
【答案】 控制小球到达水平面时的初速度相同 木块移动的距离 质量 物体的质量相同时，速度越大 控制变量法 花泥的形变程度 质量 高度
【解析】（1）[1]小球从同一高度由静止释放，到达斜面底端时其速度大小相同，所以让两个质量不同的小球从同一高度由静止释放的目的是使小球到达水平面时的初速度相同。
[2]该实验通过观察小球推动木块运动距离大小来说明小球对木块做功多少，从而反映小球动能的大小。
[3]甲图中控制速度大小相等，改变小球的质量，可以探究动能大小跟质量的关系。
[4]图乙中，控制了小球的质量相同，下降的高度不同，速度不同，而速度越大，木块被球撞击后移动的距离的越长，所得到的结论是：物体的质量相同时，速度越大，动能越大。
[5] 影响动能的因素有两个，实验中采用的是控制变量法进行实验探究。
（2）[6]小球具有的重力势能越大，花泥的形变程度越明显，实验中通过花泥的形变程度来表示重力势能的大小。
[7]根据实验a、b可知，高度相同，a的质量大于b的质量，钢球下落后花泥的凹陷程度大，则钢球的动能大，故得出结论：在高度相同时，重力势能的大小与质量有关，质量越大，重力势能越大。
[8]根据实验a、c可知，质量相同，a的高度大于c的高度，c钢球下落后花泥的凹陷程度大，则钢球的动能大，故得出结论：在质量相同时，重力势能的大小与高度有关，高度越大，重力势能越大。
24．如图，用小球和木块来探究“动能大小与哪些因素有关”：
（1）实验中是通过______比较来比较动能大小；
（2）比较图甲、乙是为了研究动能大小与______的关系；
（3）如图丙所示，小赵在实验时，先让质量为m的小球从斜面h高处由静止下滑，撞击放在A处木块，测出木块被撞击的距离AB为s1，保持木块在位置B不变，让同一小球从斜面h高处由静止下滑，测出木块被二次撞击的距离BC为s2，则s1______s2（＞/＝/＜）；
（4）得出正确的实验结论后，有同学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，如图所示，观察到木块被撞击后移动的情况是______（铁球滚动时所受摩擦力忽略不计）。
A．质量大的铁球将木块推动的距离较远
B．质量不同的铁球将木块推动的距离相同
C．质量小的铁球将木块推动的距离较远
【答案】 木块被撞击的距离 速度 ＞ B
【解析】（1）[1]实验中小球从斜面滚下，将木块推得越远动能就越大，通过木块被撞击的距离来判断小球动能的大小，这用到了转换法。
（2）[2]由图甲、乙可知两球的质量相同，开始下滑的高度不同，小球滑到斜面底端的速度不同，故比较图甲、乙是为了研究动能大小与速度的关系。
（3）[3]第一次实验时，小球刚滚下斜面就撞击到木块，第二次实验时，小球在水平面上滚动了一段距离后才撞击到木块，小球在运动的过程中克服摩擦力做功，部分机械能转化为内能，因此小球第二次撞击木块时的机械能比第一次小，所以木块移动的距离s1＞s2。
（4）[4]如图丁，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，由于弹簧的压缩程度相同，则具有的弹性势能相同，转换成铁球的动能相同，所以木块每次移动的距离相同，就不能用来探究小球的动能大小与质量的关系，故B符合题意。
故选B。
25．小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。
猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关
猜想二：物体的重力势能与物体被举起的高度有关
猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关
为此小夏设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。
实验数据如表：
实验序号
铅球代号
铅球质量/g
下落高度/m
陷入沙中的深度/m
①
A
200
0.5
0.1
②
B
400
0.5
0.25
③
C
200
1
0.2
④
D
200
1
0.2
（1）本实验中，采用的研究问题的方法是______；（写出一种方法即可）
（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过______来反映的；
（3）为验证猜想二，应比较______（填实验序号），得到的结论是：______；
（4）比较③④，得到的结论是______。
【答案】 控制变量法或转换法 铅球陷入沙子的深度 ①③ 物体的质量相同时，被举起的高度越高，物体具有的重力势能越大 物体的重力势能与物体的运动路径无关
【解析】（1）[1]物理学中对于多因素或多变量的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题；每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法，该实验中用到了控制变量法；本实验中，通过球陷入沙子的深度来反映铅球的重力势能大小，这是转换法。
（2）[2]本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙子的深度来反映，这是转换法。
（3）[3][4]比较A、C两球可知两球质量相等、运动路径相同，下落高度不同，C球下落的高度高，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当质量相同时，物体所处的高度越高，重力势能越大。
（4）[5]比较③④两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，但陷入沙坑的深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。
26．小阳在观看北京冬奥会的滑雪比赛时，发现不同运动员从某平台滑出后落地点不同。这引发了小阳的思考：是什么因素造成运动员落地点到滑出点的水平距离不同呢？为探究该问题，他将运动员从平台滑出至落地的运动进行简化，用如图所示的装置进行实验探究。
他对小球运动的水平距离s的影响因素提出了以下猜想：
猜想一：可能与小球滑出轨道时的速度有关
猜想二：可能与支架的高度有关
猜想三：可能与小球的质量有关
他先将弧形轨道末端调节水平，再先后改变释放小球的位置、调整支架高度、选用不同质量的钢球，分别进行实验得到实验数据如下表：
实验序号
小球质量m/g
小球释放位置距轨道末端的高度h/m
支架高度H/m
小球运动的水平距离s/m
1
25
0.16
1.00
0.79
2
25
0.25
1.00
0.98
3
15
0.25
1.00
0.98
4
15
0.25
0.64
0.79
请回答下列问题：
（1）为改变小球滑出轨道末端的速度，操作办法是______；
（2）比较实验序号1、2两次实验数据，可验证______（选填“猜想一”“猜想二”或“猜想三”），结论是：在其他条件相同时，小球滑出轨道时的速度越大，运动的水平距离越大；
（3）通过表中相关数据可验证猜想二，结论是：______；
（4）通过表中相关数据可验证猜想三，结论是：_______；
（5）小阳对该问题的探究有什么不足？请列举两条：_______、_______。
【答案】 见解析
猜想一 见解析 见解析 见解析 见解析
【解析】（1）[1]由题意可知，为改变小球滑出轨道末端的速度，应该改变小球释放位置距轨道末端的高度，高度越高，小球滑出轨道末端的速度越大。
（2）[2]由表中1、2数据可知，小球质量m和支架高度H相同，小球释放位置距弧形轨道末端的高度h不同，小球运动到轨道末端的速度不同，小球运动的水平距离不同，可验证猜想一。
（3）[3]猜想二：可能与支架的高度有关；研究与支架高度H的关系，控制支架高度H不同、小球质量m和小球释放位置距轨道末端的高度h相同进行实验，应选择表中数据3、4，由小球运动的水平距离s可知：在其他条件相同时，支架高度越高，运动的水平距离越大。
（4）[4]猜想三：可能与小球的质量有关；研究与小球质量m的关系，控制质量m不同、支架高度H和小球释放位置距轨道末端的高度h相同进行实验，应选择表中数据2、3，由小球运动的水平距离s可知：小球运动的水平距离与小球质量无关。
（5）[5][6]实验的不足之处是对比实验次数不足，结论不具有普遍性；小球较轻，落地点不易形成印记。
27．某小组同学用实验小车去撞击同一木块来研究小车的动能与小车的质量和速度之间的关系，实验时利用DIS装置精确地测出了小车撞击木块时的速度，小车撞击木块后与木块一起向前滑动，该同学借用木块滑动的距离来反映小车动能的大小，记录的实验数据如下表所示。为了进—步探究动能与所测物理量之间的数值关系，他们进行了适量的运算，将结果记录在表的后四列中。
表一
实验序号
小车质量m/千克
小车速度v（米/秒）
木块滑动距离s（米）
（秒/米）
（米-1）
v2
/千克-1
1
0.20
0.7071
0.2
1.4142
5
0.5000
5.00
2
0.40
0.5000
0.2
2.0000
5
0.250
2.50
3
0.60
0.4083
0.2
2.4492
5
0.1667
1.67
表二
实验序号
小车质量m/千克
小车速度v（米/秒）
木块滑动距离s（米）
（秒/米）
（米-1）
v2
/千克-1
4
0.20
1.0000
0.4
1.0000
2.5
1.0000
5.00
5
0.40
0.7071
0.4
1.4142
2.5
0.5000
2.50
6
0.60
0.5773
0.4
1.7321
2.5
0.3333
1.67
表三
实验序号
小车质量m/千克
小车速度v（米/秒）
木块滑动距离s（米）
（秒/米）
（米-1）
v2
/千克-1
7
0.20
1.225
0.6
0.8165
1.67
1.5000
5.00
8
0.40
0.8660
0.6
1.1547
1.67
0.7500
2.50
9
0.60
0.7071
0.6
1.4142
1.67
0.5000
1.67
（1）分析比较实验次数_________及相关条件，可得出的初步结论是：在小车质量相同的情况下，速度越大，小车的动能就越大。
（2）分析比较实验次数1与5（或5与9或1与9）及相关条件，可得出的初步结论是： ________。
（3）请进一步综合分析比较表一、表二中经运算后得到的数据及相关条件，并归纳得出结论。
A．分析比较表一、表二或表三中的数据及相关条件，可初步得出：________。
B．分析比较表一、表二和表三中的数据及相关条件，可初步得出：________。
【答案】 1、4、7（或2、5、8，或3、6、9） 在小车运动速度相同的情况下，质量越大，小车的动能也越大 当小车质量与速度平方的乘积相同时，小车具有的动能相同 小车质量与速度平方的乘积越大，小车具有的动能越大
【解析】（1）[1]由结论可知，小车质量相同，所以只要从表中找出质量相同的实验进行对比即可，如1、4、7或2、5、8或3、6、9都可以；
（2）[2]通过对比1与5（或5与9，或1与9）可以发现，实验中的速度都是相同的，而质量越大，小车滑动的距离越远，说明动能越大，从而得出结论是：在小车运动速度相同的情况下，质量越大，小车的动能也越大；
（3）[3]分析实验1数据可知，质量与速度的平方相乘，即；分析实验2数据可知，质量与速度的平方相乘，即；两次实验的质量与速度平方的乘积相等，而小车滑动的距离都是0.2m，说明动能相等，由此可得：当小车质量与速度平方的乘积相同时，小车具有的动能相同；
[4]再分析实验4可知，质量与速度平方相乘，即；和实验1中质量与速度平方乘积相比，第4次实验比第1次实验的乘积大，第四次小车滑动距离更远，说明第4次动能更大，由此可得：小车质量与速度平方的乘积越大，小车具有的动能越大。
专题04 机械能
一、单选题
1．下列关于机械能的说法正确的是（ ）
A．在空中飞行的飞机只具有动能
B．炮弹具有的机械能一定比子弹具有的机械能大
C．质量和速度都相同的物体具有的动能一样大
D．质量大的物体具有的重力势能一定大
【答案】C
【解析】A．在空中飞行的飞机同时也具有重力势能；故A错误；
B．炮弹的质量虽大，但动能或势能不一定大于子弹的，故B错误；
C．动能的大小与质量和速度有关，当质量和速度都相同时，动能相同，故C正确；
D．重力势能不仅跟质量有关，还跟被举的高度有关，所以质量大的物体具有的重力势能不一定大，故D错误。
故选C。
2．下列过程中，属于势能转化为动能的是（ ）
A．向上抛出的石子上升过程
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】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，故A不符合题意；
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，故B不符合题意；
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，故C符合题意；
D．足球场上越滚越慢的足球，势能为零，动能逐渐减小，没有势能转化为动能，故D不符合题意。
故选C。
3．小明将一小球在同一高度第一次竖直上抛，第二次斜上抛，若两次抛出时的动能相等，不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．两次小球到达最高点时，动能相等都为零，机械能不相等
B．两次小球到达最高点时，动能都不为零，机械能相等
C．两次小球到达最高点时，高度相等，机械能不相等
D．两次小球到达最高点时，高度不相等，机械能相等
【答案】D
【解析】不计空气阻力，机械能守恒，两次小球达到最高点时机械能相等；竖直上抛达到最高点时，速度为0，动能为0，动能全部转化为重力势能；斜上抛达到最高点时，竖直方向速度为0，水平方向速度不为0，动能不为0，部分动能转化为重力势能，两次小球到达最高点时，高度不相等。故ABC错误，D正确。
故选D。
4．如图所示，是我国某地的等高线图，若把同一物体分别放在A点和B点，那么在哪一点时，此物体的重力势能大（ ）
A．在A点时大 B．在B点时大
C．在两点时一样大 D．条件不足，无法判定
【答案】B
【解析】由题图可看出，A点所在的海拔为995m，B点所在的海拔为1040m，而对同一个物体，它的位置越高，重力势能越大，故物体在B点时重力势能大。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
5．甲、乙两车同时同地沿同一直线做匀速直线运动，它们的图像如图所示，则（ ）
A．甲车的动能大于乙车的动能 B．甲、乙两车的重力势能相等
C．经过8秒，甲、乙两车相距10米 D．运动10米，甲车比乙车少用4秒
【答案】D
【解析】由图可知，甲乙经过8s，甲的路程是20m，乙的路程是10m，甲的速度
A．动能与质量和速度有关，甲车的速度大于乙车的速度，由于甲乙两车的质量未知，甲车的动能不一定大于乙车的动能，故A不符合题意；
B．重力势能与质量和高度有关，由于甲乙两车的质量和高度未知，甲、乙两车的重力势能不一定相等，故B不符合题意；
C．甲乙经过8s，甲的路程是20m，乙的路程是10m，若甲、乙两车的运动方向相反，则此时甲车与乙车相距
20m+10m=30m
故C不符合题意；
D．运动10米，甲车的时间是4s，乙车的时间是8s，甲车比乙车少用4s，故D符合题意。
故选D。
6．人造地球卫星沿椭圆轨道运行，我们把卫星运行过程中离地球最近的点叫近地点，最远的一点叫远地点（如图所示），卫星在太空飞行过程中，不受到任何的阻力卫星从远地点向近地点运行过程中（ ）
A．机械能变小，动能不变，势能变小 B．机械能不变，动能变小，势能变大
C．机械能变大，动能变大，势能变大 D．机械能不变，动能变大，势能变小
【答案】D
【解析】卫星在运行过程中质量不变，卫星在近地点和地球的相对距离最小，速度最大，近地点势能最小，动能最大；卫星在远地点和地球的相对距离最大，速度最小，远地点的势能最大，动能最小；卫星从远地点向近地点运行过程中，势能变小，动能变大。由于不计阻力，机械能是守恒的，保持不变，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
7．如图所示是荡秋千的简化模型。摆球从A点由静止释放，到达D点后返回，B、C两点等高。下列说法正确的是（ ）
A．球在B、C两点的动能相等
B．绳的拉力对小球做了功
C．球从B点到O点的过程中机械能减少
D．球从O点到C点的过程中重力势能减少
【答案】C
【解析】A．从图中可以看出B、C位置在同一高度，即重力势能相同，小球在运动过程中与空气摩擦等因素导致部分机械能转化成其它形式的能，即机械能在减小，所以小球在B点机械能大于C点的机械能，故B点动能要大于C点的动能，故A错误；
B．由于小球运动方向与绳子拉力方向刚好垂直，根据做功的概念，功是物体在力的方向上运动的距离与力大小的乘积，这里垂直无功。故B错误；
C．小球在运动过程中与空气摩擦等因素导致部分机械能转化成其它形式的能，即机械能在减小，所以球从B点到O点的过程中机械能减少，故C正确；
D．球从O点到C点的过程中高度不断增加，动能转化为球的重力势能，所以重力势能在增加，故D错误。
故选C。
8．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】A．甲、乙是两个相同的小球，速度的大小相同，故抛出时动能相同，故A错误；
B．抛出时刻，高度相同，故两球的重力势能相同，动能相同，甲球的机械能等于乙球的机械能大，故B错误；
C．乙球在上升至最高点的过程中，动能转化为重力势能，最高点，速度为零，故上升过程中动能逐渐减小为零，故C正确；
D．由于刚开始时，甲乙两球的机械能相同，忽略空气阻力，机械能守恒，故落地时，甲乙两球的机械能仍然相同，重力势能相同，故动能也相同，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。
9．如图，质量为m的小环穿在固定的光滑曲杆上，从某点A静止释放后沿曲杆运动。若不计空气阻力，则环在运动过程中，下列判断正确的是（ ）
A．只要A点高于D点，小环就一定能到达D点
B．小环从A点到B点，动能一直增加，机械能不变
C．小环从A点到D点，重力势能一直减小，机械能不变
D．若小环能到达D点，离开D点后将竖直向下运动
【答案】B
【解析】A．由图知D点的位置低于A点的位置，但是如果C点高于A点，则小球不能到达C点，即小环不一定能到达D点，故A错误；
B．质量为m的小环在光滑曲杆上，从某点A静止释放后沿曲杆运动，不计空气阻力，小环的运动过程中机械能是守恒的，由A到B，小环的重力势能转化为动能，动能增加，机械能保持不变；故B正确；
C．由A到B，小环的重力势能转化为动能，重力势能减小，由B到C点动能转化为重力势能，重力势能增加；由C到D重力势能转化为动能，重力势能减小，故小环从A点到D点时，重力势能先减小后增加，再减小。故C错误；
D．小环到达D后，由于惯性会继续沿CD方向运动一段距离。故D错误。
故选B。
10．如图所示，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定.右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AO＝OB）。小球从A位置运动到B位置的过程中，下列判断不正确的是（ ）
A．小球的动能先增大后减小
B．弹簧的弹性势能先减小后增大
C．小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
D．任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
【答案】C
【解析】由题知，O点是弹簧保持原长时小球的位置，则小球位于A点时弹簧处于压缩状态，位于B点时弹簧处于拉伸状态；①小球从A运动到O的过程中，弹簧逐渐恢复原状，弹性形变程度变小，弹性势能变小，水平台面光滑，则小球不受摩擦力；该过程中小球所受弹力方向向右，其速度不断增大，动能变大，所以此过程中弹性势能转化为动能；②到达O点时，弹簧恢复原长，弹性势能为零，小球所受弹力为零，此时小球的速度最大，动能最大；③小球从O运动到B的过程中，弹簧被拉长，弹性形变程度变大，弹性势能变大，该过程中小球所受弹力方向向左，其速度不断减小，动能变小，所以此过程中动能转化为弹性势能；则小球从A位置运动到B位置的过程中：
A．小球的动能先增加后减少，在B点时小球的动能最小，弹簧的弹性势能最大，故A正确，不符合题意；
B．弹簧的弹性势能先减少后增大，故B正确，不符合题意；
C．小球运动到O点时的动能（最大）与此时弹簧的弹性势能（为零）不相等，故C错误，符合题意；
D．由于整体的机械能守恒，所以任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变，故D正确，不符合题意。
故选C。
二、填空题
11．一个小球向上抛出，若空气阻力不计，在向上运动过程中，小球的动能______，重力势能______ ，（选填“增加”、“不变”或“减小”），这是______能逐渐转化为_______能。
【答案】 减小 增加 动 重力势
【解析】[1][2]小球在向上运动过程中，质量不变，而速度减小，所以其动能减小；小球质量不变，而高度增大，所以其重力势能增大。
[3][4]所以小球在向上运动过程中，动能逐渐转化为重力势能。
12．一架飞机在同一高度上匀速飞行，喷洒农药。在此过程中，飞机的动能______，重力势能______，飞机的机械能______。（填“变大”、“变小”或“不变”）
【答案】 变小 变小 变小
【解析】[1][2][3]飞机在喷洒农药的过程中，在空中某一高度匀速飞行，飞机的质量减小，速度不变，动能变小；高度不变，飞机的重力势能变小；飞机在喷洒农药时，没有发生弹性形变，不具有弹性势能，所以机械能＝动能+重力势能，机械能变小。
13．运动物体在一对平衡力的作用下直线运动，机械能将_________改变（选填 “可能”、“一定不”或“一定”）：当撤掉这一对平衡力时，该物体将_____，动能将________ （选填“变大”、“变小”或“不变”）．竖直向上抛出的篮球在空中上升时的动能_______，重力势能__________（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
【答案】 可能 保持原来的运动状态 不变 变小 变大
【解析】[1]物体受平衡力时将保持静止状态或匀速直线运动状态，所以物体的速度不变，物体的质量不变，则物体的动能一定不变，.物体做匀速直线运动时，物体的高度可能发生变化，所以重力势能和机械能可能发生变化．
[2][3]当撤掉这一对平衡力时，该物体仍将保持原来的运动状态，速度不变，则动能不变；
[4][5]竖直向上抛出的篮球在空中上升时，质量不变，速度越来越小，动能变小；高度变大，重力势能变大．
14．甲乙两车在山坡上行驶，当它们都在下坡时，它们的s-t图，如图所示，已知两车质量相同，某时刻甲在前，乙在后，则甲车动能______乙车动能，甲车势能______乙车势能，甲车机械能______乙车机械能（以上空格均选填“大于”、“小于”或“等于”）。
【答案】 小于 小于 小于
【解析】[1]由图可知，甲车速度小于乙车速度，又两车质量相同，所以甲车动能小于乙车动能。
[2]下坡时，某时刻甲在前，乙在后，所以乙车高度大于甲车高度，质量相同时，乙车的势能大，甲车势能小。
[3]机械能等于动能与势能之和，乙车动能和势能都大于甲车，所以机械能也大于甲车机械能。
15．在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，使皮球分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，留下圆斑说明皮球下落到纸面上时发生了______，此时，能量的转化过程是______，分析图中两个圆斑大小，还能知道，球从较高处下落形成的圆斑是图中______（选填“A”或“B”），由此可间接知道：重力势能大小与______有关。
【答案】 弹性形变 动能转化为弹性势能 B 高度
【解析】[1][2]使皮球分别从不同高度处自由下落，在纸上留下黑色圆斑A、B，留下圆斑，说明皮球下落到纸面上时形状发生了变化，即发生弹性形变；此过程中，皮球的动能转化为弹性势能。
[3][4]分析图中两个圆斑大小可看出，圆环大的球形变程度较大，所具有的弹性势能大，落地时的动能较大，初始状态重力势能大，即其所处的高度大，故选填B；由此可间接知道：重力势能大小与高度有关。
16．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 点等高的点 A 时刚好速度为零。由 O 到 A 点过程中，______能转化为重力势能，______点的动能最大，从 C 点到 B 点的过程中，机械能的总量 ______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
【答案】 动 O 变小
【解析】[1]钢球由O点到A点的过程中，高度增大，重力势能增大，而动能减小，到A点刚好为0，所以是动能转化为重力势能的过程。
[2]钢球由C点静止释放，向下运动的过程中，高度减小，重力势能减小，转化为动能，O点时的重力势能最小，则动能最大。
[3]轨道是粗糙的，则钢球由C点到B点的过程中，需要克服摩擦做功，将部分机械能转化为内能，所以机械能的总量变小。
17．如图所示，质量为1 kg的滑块在倾角为30°的光滑斜面上，从a点由静止开始下滑，到b点开始压缩轻弹簧，到c点时达到最大速度。到d点（图中未画出）开始弹回，返回b点离开弹簧，恰能再回到a点。则：
（1）物体从a到b点，物体的重力势能转化为___________能；
（2）物体从c到d点，弹簧的________能变大；
（3）物体在d点___________ （选填“是平衡状态”或“不是平衡状态”）。
【答案】 动 弹性势 不是平衡状态
【解析】（1）[1]物体从a到b点，物体的高度减小，速度增大，它的重力势能减小，动能增大，所以物体的重力势能转化为动能。
（2）[2]物体从c到d点，弹簧被压缩，到d点（图中未画出）开始弹回，故d点弹簧的弹性形变程度最大，故物体从c到d点，弹簧的弹性势能变大。
（3）[3]物体在d点时，速度为零，此时开始向上做加速运动，所以在d点不是平衡状态。
18．2021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24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）
（1）I推导II的依据是：当物体质量一定时，______越大，动能越大；
（2）玻璃瓶下落过程中，重力势能转化为动能是通过______实现的；
（3）III推导IV的依据是：______；
（4）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
速度（米/秒）
动能（焦）
12
7.2
16
12.8
20
20
24
28.8
28
39.2
表二
重力势能（焦）
楼层（层）
13
5
19
7
25
9
31
11
36
13
【答案】 物体速度 重力做功 当物体质量一定时，物体所处的高度越高，重力势能越大 10
【解析】（1）[1]物体的动能与物体的速度和质量有关，当物体质量一定时，物体速度越大，动能越大。
（2）[2]物体下落的过程，物体在重力的方向上运动了一段距离，重力做功，重力势能转化为动能。
（3）[3]重力势能的大小与物体的质量和物体所处的高度有关，根据楼层的高度和重力势能的关系发现，当物体的质量一定时，物体所处的高度越高，重力势能越大。
（4）[4]物体砸车的速度为24m/s，对照表一当物体速度为24m/s时，物体的能量为28.8J，继续对照表二位于25~31J，所以在10层。
三、实验题
19．如图所示是探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置示意图：
（1）该实验中所探究物体的动能是指物体 _____（选填“A”或“B”）的动能；
（2）该实验物体动能的大小是通过 _____来反映的；
（3）实验观察到，同一物体A从斜面高处滚下，高度越大，物体B被撞得越远，可以得出结论 _____。
【答案】 A B被撞开的距离大小 当物体的质量相同时，物体的速度越大，动能越大
【解析】（1）[1]该实验研究的对象是物体A，物体A从斜面上滚下，获得动能，故研究的是物体A的动能。
（2）[2]该实验物体动能的大小是通过物体B被撞后移动的距离大小反映的，B被撞的越远，说明小球A的动能越大，这里采用了转换法。
（3）[3]同一物体A从斜面高处滚下，高度越大，则物体A的速度越大，物体B被撞得越远，说明物体A的动能越大，根据控制变量法可得结论为：当物体质量相同时，物体的速度越大，动能越大。
20．如图是探究物体动能大小与物体的质量、速度的关系的示意图。
（1）在探究动能与速度的关系时，要保持小球的___________不变，让小球从___________（填“相同”或“不同”）的高度滚下，以不同的速度推动木块。
（2）在探究动能与物体质量的关系时，要让质量不同的小球从斜面的___________滚下，这样操作的目的是使小球撞击木块的___________相同。
（3）物理研究方法有许多，如等效替代法、类比法、对比法、控制变量法等。本实验运用了两种研究方法：一是___________法；二是转换法，就本题来说，用小球推动木块移动的___________来表示小球动能大小的方法就是___________法。
【答案】 质量 不同 相同高度 速度 控制变量 距离 转换
【解析】（1）[1][2]动能的大小与质量和速度有关，若要探究动能的大小与速度的关系，需控制小球的质量相同，速度不同，所以应选质量相同的两个小球，使两球在斜面的不同高度滚下来。
（2）[3][4]若要探究动能的大小与质量的关系，需控制小球的速度相同，质量不同，所以应选质量不同的两个小球从斜面的相同高度滚下来，这样控制速度相同。
（3）[5]当要研究的物理量与多个因素有关时，通常要采用控制变量法进行实验探究，动能的大小与质量和速度有关，实验时用控制变量法分别探究。
[6][7]动能大小体现在对外做功的多少，该实验中可以通过木块移动的距离来比较小球动能的大小，这种实验方法叫转换法。
21．如图某小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后静止。
（1）实验中探究的是小球的动能，其动能大小是通过______（选填“小球所处的高度”或“木块移动的距离”）来反映的，此情况下所用的研究方法______。（选填“控制变量法”或“转换法”）
（2）分析比较______两次实验，可得到结论：速度相同的物体，______，动能越大。
（3）若用上述实验器材探究阻力对物体运动的影响，必须增加的器材是______。
A．质量不同的木块
B．倾斜程度不同的斜面
C．粗糙程度不同的水平面
【答案】 木块移动的距离 转换法 甲丙 质量越大 C
【解析】（1）[1][2]小球会撞击木块，小球的动能大小是通过小木块移动的距离大小来反映的，这属于转换法。
（2）[3]小球下滑的高度相同，则到达水平面时的速度是相同，小球的质量不同，则推动木块移动的距离不同，所以根据甲丙图可知，在速度相同时，质量越大，动能越大。
（3）[4]探究阻力对物体运动的影响，需要比较小车在不同表面上运动的距离，据此可知必须增加的器材是粗糙程度不同的水平面，故C正确。
22．某同学在探究“动能大小与哪些因素有关”的实验中，设计了如图所示的实验方案，并进行了如下的实验：
步骤l：让钢球从斜面A点由静止开始下滑，到达水平面时速度为v1，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离s1；
步骤2：让钢球从斜面B点由静止开始下滑，到达水平面时速度为v2，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离s2；
步骤3：改变钢球的质量让钢球从A点由静止开始下滑，撞击木块并使木块移动，记下木块移动的距离S3。
（1）比较v1、v2，可知vl______v2（选填“>”“<”或“=”）这是因为______；
（2）设计步骤l和步骤2的目的是______；
（3）比较步骤______和步骤3可以探究动能大小和物体______的关系。
【答案】 > 小球在A点处具有的重力势能大于在B点处的重力势能 探究在质量一定时，物体动能的大小与速度的关系 1 质量
【解析】（1）[1][2]A点高于B点，同一钢球在A点处具有的重力势能大于在B点处的重力势能；钢球从斜面上向下滚动时，重力势能转化为动能，所以钢球从A点释放时，滚动到水平面时的动能较大，速度也较大，即
v1＞v2
（2）[3]在步骤1和步骤2中，物体的质量相同，速度不同，因此是在质量相同的情况下，探究动能与速度的关系。
（3）[4][5]步骤1和步骤3，钢球都从A点滑下，钢球从A点滑下时重力势能相同，转化成的动能也相同，所以速度相同，两者钢球质量不相同，所以是在速度相同的情况下，探究动能与质量的关系。
23．小明做“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验。实验中，小球从同一斜面由静止滚下，到达水平面后推动木块运动一段距离后静止。
回答下列问题：
（1）图甲实验中，让两个质量不同的小球从同一高度由静止释放的目的是______，该实验是通过观察______的大小来说明小球动能的大小，探究的是物体动能与______的关系；由图乙实验得到的结论是：______，小球的动能越大；小明在“探究物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中用到的实验方法是______；
（2）如图所示，小华探究重力势能大小与哪些因素有关的实验情景，实验中将半径相同的小球从某个高度自由落下到花泥上。（已知m钢＞m玻璃）
该实验中用______反映重力势能的大小；实验a、b得出结论：重力势能大小与______有关；实验a、c得出的结论：重力势能大小与______有关。
【答案】 控制小球到达水平面时的初速度相同 木块移动的距离 质量 物体的质量相同时，速度越大 控制变量法 花泥的形变程度 质量 高度
【解析】（1）[1]小球从同一高度由静止释放，到达斜面底端时其速度大小相同，所以让两个质量不同的小球从同一高度由静止释放的目的是使小球到达水平面时的初速度相同。
[2]该实验通过观察小球推动木块运动距离大小来说明小球对木块做功多少，从而反映小球动能的大小。
[3]甲图中控制速度大小相等，改变小球的质量，可以探究动能大小跟质量的关系。
[4]图乙中，控制了小球的质量相同，下降的高度不同，速度不同，而速度越大，木块被球撞击后移动的距离的越长，所得到的结论是：物体的质量相同时，速度越大，动能越大。
[5] 影响动能的因素有两个，实验中采用的是控制变量法进行实验探究。
（2）[6]小球具有的重力势能越大，花泥的形变程度越明显，实验中通过花泥的形变程度来表示重力势能的大小。
[7]根据实验a、b可知，高度相同，a的质量大于b的质量，钢球下落后花泥的凹陷程度大，则钢球的动能大，故得出结论：在高度相同时，重力势能的大小与质量有关，质量越大，重力势能越大。
[8]根据实验a、c可知，质量相同，a的高度大于c的高度，c钢球下落后花泥的凹陷程度大，则钢球的动能大，故得出结论：在质量相同时，重力势能的大小与高度有关，高度越大，重力势能越大。
24．如图，用小球和木块来探究“动能大小与哪些因素有关”：
（1）实验中是通过______比较来比较动能大小；
（2）比较图甲、乙是为了研究动能大小与______的关系；
（3）如图丙所示，小赵在实验时，先让质量为m的小球从斜面h高处由静止下滑，撞击放在A处木块，测出木块被撞击的距离AB为s1，保持木块在位置B不变，让同一小球从斜面h高处由静止下滑，测出木块被二次撞击的距离BC为s2，则s1______s2（＞/＝/＜）；
（4）得出正确的实验结论后，有同学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，如图所示，观察到木块被撞击后移动的情况是______（铁球滚动时所受摩擦力忽略不计）。
A．质量大的铁球将木块推动的距离较远
B．质量不同的铁球将木块推动的距离相同
C．质量小的铁球将木块推动的距离较远
【答案】 木块被撞击的距离 速度 ＞ B
【解析】（1）[1]实验中小球从斜面滚下，将木块推得越远动能就越大，通过木块被撞击的距离来判断小球动能的大小，这用到了转换法。
（2）[2]由图甲、乙可知两球的质量相同，开始下滑的高度不同，小球滑到斜面底端的速度不同，故比较图甲、乙是为了研究动能大小与速度的关系。
（3）[3]第一次实验时，小球刚滚下斜面就撞击到木块，第二次实验时，小球在水平面上滚动了一段距离后才撞击到木块，小球在运动的过程中克服摩擦力做功，部分机械能转化为内能，因此小球第二次撞击木块时的机械能比第一次小，所以木块移动的距离s1＞s2。
（4）[4]如图丁，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，由于弹簧的压缩程度相同，则具有的弹性势能相同，转换成铁球的动能相同，所以木块每次移动的距离相同，就不能用来探究小球的动能大小与质量的关系，故B符合题意。
故选B。
25．小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想。
猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关
猜想二：物体的重力势能与物体被举起的高度有关
猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关
为此小夏设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。
实验数据如表：
实验序号
铅球代号
铅球质量/g
下落高度/m
陷入沙中的深度/m
①
A
200
0.5
0.1
②
B
400
0.5
0.25
③
C
200
1
0.2
④
D
200
1
0.2
（1）本实验中，采用的研究问题的方法是______；（写出一种方法即可）
（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过______来反映的；
（3）为验证猜想二，应比较______（填实验序号），得到的结论是：______；
（4）比较③④，得到的结论是______。
【答案】 控制变量法或转换法 铅球陷入沙子的深度 ①③ 物体的质量相同时，被举起的高度越高，物体具有的重力势能越大 物体的重力势能与物体的运动路径无关
【解析】（1）[1]物理学中对于多因素或多变量的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题；每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法，该实验中用到了控制变量法；本实验中，通过球陷入沙子的深度来反映铅球的重力势能大小，这是转换法。
（2）[2]本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙子的深度来反映，这是转换法。
（3）[3][4]比较A、C两球可知两球质量相等、运动路径相同，下落高度不同，C球下落的高度高，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当质量相同时，物体所处的高度越高，重力势能越大。
（4）[5]比较③④两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，但陷入沙坑的深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关。
26．小阳在观看北京冬奥会的滑雪比赛时，发现不同运动员从某平台滑出后落地点不同。这引发了小阳的思考：是什么因素造成运动员落地点到滑出点的水平距离不同呢？为探究该问题，他将运动员从平台滑出至落地的运动进行简化，用如图所示的装置进行实验探究。
他对小球运动的水平距离s的影响因素提出了以下猜想：
猜想一：可能与小球滑出轨道时的速度有关
猜想二：可能与支架的高度有关
猜想三：可能与小球的质量有关
他先将弧形轨道末端调节水平，再先后改变释放小球的位置、调整支架高度、选用不同质量的钢球，分别进行实验得到实验数据如下表：
实验序号
小球质量m/g
小球释放位置距轨道末端的高度h/m
支架高度H/m
小球运动的水平距离s/m
1
25
0.16
1.00
0.79
2
25
0.25
1.00
0.98
3
15
0.25
1.00
0.98
4
15
0.25
0.64
0.79
请回答下列问题：
（1）为改变小球滑出轨道末端的速度，操作办法是______；
（2）比较实验序号1、2两次实验数据，可验证______（选填“猜想一”“猜想二”或“猜想三”），结论是：在其他条件相同时，小球滑出轨道时的速度越大，运动的水平距离越大；
（3）通过表中相关数据可验证猜想二，结论是：______；
（4）通过表中相关数据可验证猜想三，结论是：_______；
（5）小阳对该问题的探究有什么不足？请列举两条：_______、_______。
【答案】 见解析
猜想一 见解析 见解析 见解析 见解析
【解析】（1）[1]由题意可知，为改变小球滑出轨道末端的速度，应该改变小球释放位置距轨道末端的高度，高度越高，小球滑出轨道末端的速度越大。
（2）[2]由表中1、2数据可知，小球质量m和支架高度H相同，小球释放位置距弧形轨道末端的高度h不同，小球运动到轨道末端的速度不同，小球运动的水平距离不同，可验证猜想一。
（3）[3]猜想二：可能与支架的高度有关；研究与支架高度H的关系，控制支架高度H不同、小球质量m和小球释放位置距轨道末端的高度h相同进行实验，应选择表中数据3、4，由小球运动的水平距离s可知：在其他条件相同时，支架高度越高，运动的水平距离越大。
（4）[4]猜想三：可能与小球的质量有关；研究与小球质量m的关系，控制质量m不同、支架高度H和小球释放位置距轨道末端的高度h相同进行实验，应选择表中数据2、3，由小球运动的水平距离s可知：小球运动的水平距离与小球质量无关。
（5）[5][6]实验的不足之处是对比实验次数不足，结论不具有普遍性；小球较轻，落地点不易形成印记。
27．某小组同学用实验小车去撞击同一木块来研究小车的动能与小车的质量和速度之间的关系，实验时利用DIS装置精确地测出了小车撞击木块时的速度，小车撞击木块后与木块一起向前滑动，该同学借用木块滑动的距离来反映小车动能的大小，记录的实验数据如下表所示。为了进—步探究动能与所测物理量之间的数值关系，他们进行了适量的运算，将结果记录在表的后四列中。
表一
实验序号
小车质量m/千克
小车速度v（米/秒）
木块滑动距离s（米）
（秒/米）
（米-1）
v2
/千克-1
1
0.20
0.7071
0.2
1.4142
5
0.5000
5.00
2
0.40
0.5000
0.2
2.0000
5
0.250
2.50
3
0.60
0.4083
0.2
2.4492
5
0.1667
1.67
表二
实验序号
小车质量m/千克
小车速度v（米/秒）
木块滑动距离s（米）
（秒/米）
（米-1）
v2
/千克-1
4
0.20
1.0000
0.4
1.0000
2.5
1.0000
5.00
5
0.40
0.7071
0.4
1.4142
2.5
0.5000
2.50
6
0.60
0.5773
0.4
1.7321
2.5
0.3333
1.67
表三
实验序号
小车质量m/千克
小车速度v（米/秒）
木块滑动距离s（米）
（秒/米）
（米-1）
v2
/千克-1
7
0.20
1.225
0.6
0.8165
1.67
1.5000
5.00
8
0.40
0.8660
0.6
1.1547
1.67
0.7500
2.50
9
0.60
0.7071
0.6
1.4142
1.67
0.5000
1.67
（1）分析比较实验次数_________及相关条件，可得出的初步结论是：在小车质量相同的情况下，速度越大，小车的动能就越大。
（2）分析比较实验次数1与5（或5与9或1与9）及相关条件，可得出的初步结论是： ________。
（3）请进一步综合分析比较表一、表二中经运算后得到的数据及相关条件，并归纳得出结论。
A．分析比较表一、表二或表三中的数据及相关条件，可初步得出：________。
B．分析比较表一、表二和表三中的数据及相关条件，可初步得出：________。
【答案】 1、4、7（或2、5、8，或3、6、9） 在小车运动速度相同的情况下，质量越大，小车的动能也越大 当小车质量与速度平方的乘积相同时，小车具有的动能相同 小车质量与速度平方的乘积越大，小车具有的动能越大
【解析】（1）[1]由结论可知，小车质量相同，所以只要从表中找出质量相同的实验进行对比即可，如1、4、7或2、5、8或3、6、9都可以；
（2）[2]通过对比1与5（或5与9，或1与9）可以发现，实验中的速度都是相同的，而质量越大，小车滑动的距离越远，说明动能越大，从而得出结论是：在小车运动速度相同的情况下，质量越大，小车的动能也越大；
（3）[3]分析实验1数据可知，质量与速度的平方相乘，即；分析实验2数据可知，质量与速度的平方相乘，即；两次实验的质量与速度平方的乘积相等，而小车滑动的距离都是0.2m，说明动能相等，由此可得：当小车质量与速度平方的乘积相同时，小车具有的动能相同；
[4]再分析实验4可知，质量与速度平方相乘，即；和实验1中质量与速度平方乘积相比，第4次实验比第1次实验的乘积大，第四次小车滑动距离更远，说明第4次动能更大，由此可得：小车质量与速度平方的乘积越大，小车具有的动能越大。
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