专题23 机械能及其转化（难）2023-2024学年初中物理中考专项复习

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知识梳理
1、动能和势能的转化
（1）动能和重力势能之间可以相互转化。动能和重力势能之间的相互转化一般发生在只受重力作用下的运动过程中，例如滚摆在下降的过程中，越转越快，它的重力势能越来越小，动能越来越大，重力势能转化为动能；滚摆在上升过程中，越转越慢，它的重力势能越来越大，动能越来越小，动能转化为重力势能。
（2）动能和弹性势能之间可以相互转化。动能和弹性势能之间的相互转化可以发生在同一物体上，也可以发生在不同物体之间，例如，从高处落下的皮球与地面撞击的过程中，由于皮球发生弹性形变，皮球的动能转化为弹性势能，皮球在恢复形变的过程中，它的弹性势能转化为动能。
2、机械能守恒条件
（1）如果只有动能和势能的相互转化，机械能是守恒的。
（2）做功角度
①只有重力或弹力做功；②其它力不做功或其它力做功之和为零。
能量角度
①只有动能和势能之间能量转化，无其它形式能量转化；②只有系统内能量的交换，没有与外界的能量交换。
1.有一种叫“蹦极”的游戏，游戏者将一根有弹性的绳子一端系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下。如图所示，图中a点是弹性绳自然下垂时的位置，c点是游戏者所到达的最低点。在游戏者由跳台至最低点c的过程中，空气阻力不计。下列说法正确的是( )
A. 整个过程中游戏者在a点的动能最大
B. 整个过程中游戏者重力势能的减小量等于他的动能增加量
C. 游戏者在c点时受平衡力的作用
D. 从a点下落到c点的过程中，游戏者的动能先增大后减小
2.如图所示，质量为m的小球从静止下落，落在与A点等高、竖直放置且静止的轻弹簧上，到达与B点等高处时小球重力与弹簧的弹力大小相等，图中与C点等高处是小球到达的最低点(不计空气阻力).下列说法正确的是( )
A. 下落过程中，小球重力势能减小、动能增大，小球与弹簧机械能不守恒
B. 下落过程中，小球重力势能一直减小、动能先增大后减小，小球与弹簧机械能守恒
C. 到达C点等高处时，小球的动能为零，受到的重力大于弹簧的弹力
D. 从B点等高处到C点等高处，小球重力势能减小、动能增大，小球重力势能转化成弹簧的弹性势能
3.如图所示，一物体静止靠在粗糙的竖直墙面上，当撤去水平作用F后，物体沿墙面竖直下落的过程中，忽略空气阻力，对物体的受力和机械能变化分析正确的是( )
A. 物体只受重力作用，机械能不变B. 物体只受重力作用，机械能减小
C. 物体受重力和摩擦力作用，机械能减小D. 物体受重力和摩擦力作用，机械能不变
4.小球向左运动与左端固定在墙上的弹簧接触后，经历了如图甲、乙所示过程，下列说法正确的是( )
①压缩过程中，小球的形状和运动状态都发生了改变
②压缩过程中，弹簧对小球做了功，小球的动能在增大
③弹开过程中，弹簧的弹性势能减小，小球的动能增加
④弹开过程中，小球受向右的推力，推力的大小逐渐增大
A. 只有②③④B. 只有①③C. 只有①②③D. 只有①②④
5.某运动员做蹦极运动，如图甲所示，从高处O点开始下落，A点是具有弹性的绳子的自由长度，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，运动员所受具有弹性的绳子的弹力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)，对于运动员离开跳台至最低点的过程中，下列判断正确的是( )
A. 运动员从A到C的动能一直在减小B. 运动员减少的重力势能全部转化为动能
C. 运动员通过A点后，绳子具有弹性势能D. 图乙中t0时刻，运动员在甲图中的B点
6.2022年卡塔尔世界杯激发了人们对足球运动的热爱之情，如图所示，小明在小区的草地上将足球以初速度v沿着凹凸不平的草地从a运动到d，下列说法正确的是( )
A. 足球运动过程中机械能保持不变
B. 足球在b、d两点速度相等
C. 在c点时足球的动能为零
D. 从c到d的过程中，足球减小的动能大于增加的重力势能
7.如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t=0时刻，将一重为G=50N的金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复，通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，则( )
A. t1时刻小球的动能最大
B. t2时刻小球的动能最大
C. t2到t3时间内，小球的动能不断增加
D. t2到t3时间内，小球增加的动能小于弹簧减小的弹性势能
8.如图所示，A、B两球质量相等，A球用不可伸长的轻绳系于O点，B球用轻质弹簧系于O′点，O与O′点在同一高度上，分别将A、B球拉到与悬点等高处，使轻绳和轻质弹簧均处于水平且自然伸直状态，将两球分别由静止开始释放，当两球达到各自悬点的正下方时，两球仍处在同一高度，则( )
A. 两球在下落过程中球的机械能守恒
B. 两球到达各自悬点的正下方时，重力对A球做的功比B球多
C. 两球到达各自悬点的正下方时，A球的动能大于B球的动能
D. B球重力势能的减少量等于弹簧的弹性势能增加量
9.如图所示，竖直平面是由两块粗糙程度相同，但材质不同平板组合而成，分界点为O点．O上方的平板有磁性，O下方的平板没有磁性，一块较小的铁块(可忽略体积带来的影响)质量为0.1kg，当铁块从N点上方轻轻竖直向下推动释放，先后经过了N、M、O、P各点．铁块通过NＯ段是做匀速直线运动，下列说法正确的是：( )
A. 铁块在NM段和OP段重力做功的功率相同
B. 铁块在O点和P点机械能相等
C. 铁块从N运动到P的过程中所受摩擦力相等
D. 铁块从N运动到P的过程中重力势能转化为机械能。
10.“蹦极”是当前在青年人中流行的一种惊险、刺激运动。跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。如图所示是某运动员做蹦极运动的v−t图象(忽略空气阻力)，规定运动员速度方向向下为正，由该图象可知在时间0−t1内运动员______能转化为______能，______时刻弹性绳的弹性势能最大，此时运动员的动能为______J，______时刻运动员受到的重力等于弹性绳的拉力，______时刻运动员再次达到最高点。
11.如图，弹簧的左端固定，右端连接一个小球，把它们套在光滑的水平杆上，a是压缩弹簧后小球静止释放的位置，b是弹簧原长时小球的位置，c是小球到达最右端的位置。则小球从a运动到c的过程中，在______(选填“a“”、“b”或“c”)位置机械能最大；从b到c的过程中，小球的动能转化为弹簧的______。
12.如图所示，质量为40g的金属小球从导轨的a处自由滑下，依次经过b处、c处，到达d处时恰好停下．在从a到b的过程中，重力做功为______J；在整个运动过程中机械能______.(选填“变大”、“变小”或“不变”)
13.如图示，a、b为竖直向上抛出的小石块在升过程中动和力能随高度变化的图(不计空气力，其中______ 是动能−度关图线，小块达到的最大度为______ m，小石在最点时的械能为______ J.
14.小明利用所学的物理知识，制作了“会跳的卡片”，如图所示．图甲是他制作的“会跳的卡片”，用手把它平压在桌面上，使橡皮筋伸长，迅速松手后，卡片就会弹跳起来．图中A为外表面，B为内表面，实验时应把________面紧贴桌面后松手，橡皮筋能对卡片________，使卡片能向上运动．小明还利用相同的橡皮筋和卡纸做了图乙、丙中的两张卡片，压平后________(填“乙”或“丙”)图中卡片可以弹跳得更高一些．
15.如图，小芳设想利用升降台让球越弹越高。将球从M点竖直向下以某一速度抛出，球经静止在位置a的台面反弹后，到达的最高点为N；经台面反弹后上升过程球的动能__________(选填“增大”“不变”“减小”)，N__________比M高(选填“可能”、“不可能”)。球从N点下降时，台面已升至合适的位置b并保持静止，球再次经台面反弹后，到达的最高点P__________比N高(选填“可能”“不可能”)。
【答案】减小；可能；不可能。
16.如图所示，一小球从直立于水平地面的轻质弹簧正上方的某一高处由静止开始下落，直至将弹簧压缩到最短(忽略空气阻力)。在这个的过程中，图中的曲线______ 表示小球动能、曲线______ 表示小球重力势能、曲线______ 表示小球机械能、曲线______ 表示弹簧弹性势能随小球下落高度的变化关系图线。
17.某小球被水平抛出，其部分运动轨迹如图甲所示。小球在运动过程中经过M、N两点(图中未标出)，其动能和重力势能的参数如图乙所示。通过数据分析可得，小球在M点时的机械能为______J；小球在M点时的动能______(选填“大于”、“等于”或“小于”)小球在N点时的动能。在图甲中，若位置①和②分别代上述两点，则M最有可能在位置______(选填“①”或“②”)，依据是______。
18.小华在“探究弹性势能大小与形变量的关系”时，猜测弹性势能可能与弹簧形变量x有某种定量关系，于是用如图甲所示的装置进行探究，他将轻弹簧套在光滑竖直杆上且底端固定在水平桌面上。刻度尺与杆平行，进行了如下操作：
(1)实验步骤如下：
①弹簧处于自由状态时，读出其上端距水平桌面的高度ℎ0；
②将中间有孔的小铁块套在光滑杆上放于弹簧上端，竖直向下按压铁块，读出此时弹簧上端到水平桌面的高度ℎ1；
③释放小铁块，当铁块上升到最大高度时，读出铁块下端到水平桌面的高度ℎ2；
④改变弹簧的压缩长度，重复步骤②和③，将测出的数据记录在下面的表格中，并计算出弹簧的形变量x和小铁块移动的距离Δℎ。
(2)实验中计算弹簧形变量的表达式为x=______(用所需物理量符号表示)。
(3)实验中，弹簧弹性势能的大小是通过小铁块移动的距离Δℎ=______来间接反映的。
A.ℎ1
B.ℎ2
C.ℎ2−ℎ0
D.ℎ2−ℎ1
(4)根据表中数据计算出形变量x的平方，在乙图中作出Δℎ−x2图像，根据所作图像，可得到的实验结论是：______成正比。
(5)小华进一步探究上述四次实验中小铁块动能最大的位置，他发现：
①小铁块从距离地面高度为ℎ1的位置上升至距离地面高度为ℎ2的过程中，小铁块的动能______(填变化情况)；
②测得第1次实验和第3次实验时，小铁块动能最大的位置离水平面的高度分别为ℎa和ℎb，则ℎa______ℎb(选填“>”、“