人教版八年级物理下册同步考点专题训练专题12机械能综合培优训练(原卷版+解析)

这是一份人教版八年级物理下册同步考点专题训练专题12机械能综合培优训练(原卷版+解析)，共49页。试卷主要包含了实验方法，实验现象，实验结论等内容，欢迎下载使用。

教你一招
1、在能的转化过程中，总是变小的那种形式的能转化为变大的那种形式的能。
2、比较质量和速度两个因素哪一个对动助能影响大，采用控制变量法。即分别让其其中一个变量扩大n倍后,哪一个因素扩大后的动能大,则该因素对动能影响大。
※易错点：误认为物体向上运动时，一定是动能转化为重力势能（物体向上运动，可以是其他形式的能量转化为机械能，比如火箭加速上升，是化学能转化为机械能）。
典例分析＋变式训练
考点1 探究动能和势能的影响因素
类型1 探究动能的影响因素
1、实验目的：探究物体动能大小与哪些因素有关；
2、实验原理：车在木板上移动的距离越远，小车对木块做的功越多，小车具的动能越大；
3、实验方法：控制变量法、转换法。
4、实验现象：
（1）同一小球在斜面越高的地方滚下，木块被推的越远；
（2）质量不同的小球，在同一高度滚下，质量越大的小车，把木块被推的越远。
5、实验结论：
（1）质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；
（2）运动速度相同的物体，质量越大，动能越大；
（3）动能与物体的质量和物体运动的速度有关。
【典例1】在“探究动能的大小与哪些因素”有关的实验中（如图），让同一铁球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块。下列说法中正确的是（ ）

A．这样做的目的是研究物体的动能大小与质量的关系
B．铁球能从斜槽上滚下是因为它具有惯性
C．铁球从斜面上滚下的过程中，铁球受到的支持力没有做功
D．木块B受到的重力与它对水平面的压力是一对平衡力
【典例2】小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球m和M（M的质量大于m）分别从不同的高度h和H（H大于h）由静止开始滚下，观察木块B被撞击后移动的距离，实验过程如图1所示。
（1）小明通过观察木块B移动的距离长短，来判断钢球动能的大小，这种研究方法是
（选填“控制变量法”或“转换法”）。
（2）实验中，钢球滚到斜面底端后会继续向前运动，是因为钢球具有 。木块最终会停下来是因为受到 的作用。若水平面绝对光滑，本实验将 （选填“能”或“不能”）达到探究目的。
（3）由甲、乙两图可得实验结论：物体的动能大小与 有关。
（4）小丽根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，她的看法是否正确
（选填“正确”或“错误”），理由是： 。
（5）某同学用图2的方法探究动能的大小与速度的关系，他将相同质量的小球从不同高度由静止开始释放，通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断小球动能的大小，这种方法是 （选填“正确的”或“错误的”）。
【变式训练1】如图所示，让钢球从斜面上由静止滚下，打到一个小木块上，能将木块撞出一段距离。放在同一水平面上相同位置的木块，被撞得越远，表示钢球的动能越大。现用质量不同的钢球从同一高度滚下，看哪次木块被推得远。回答以下问题：

（1）设计本实验的目的是研究 。
（2）让质量不同的钢球从同一高度滚下是为了 。
（3）下表中给出了一头牛慢步行走和一名普通中学生百米赛跑时的一些数据。
分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的因素是 ，你这样判断的依据是 。
【变式训练2】在探究“物体动能与质量和速度的关系”实验中，如图甲所示，将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。
（1）从表中数据可以看出，实验中控制了钢球的 相同，从而探究动能与 的关系。
（2）第1次实验时若不考虑能量损失，钢球对木块最多可做 J的功；第3次实验时，木块被撞后在木板滑行无法记录数据，需要重做第三次实验，甲同学建议换用同样较长的木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下摆的高度，若要将第三次实验数据与前两次比较，你认为应当采用 同学的建议。由上述实验数据和现象可得出结论：在速度一定时，物体的质量越大，动能越 。
（3）小华将实验装置改进成图乙所示，利用质量相同的铁球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较，来研究铁球动能大小 的关系。
（4）小华还想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，这个设计方案是 （选填“正确”或“错误”）的。
类型2 探究重力势能的影响因素
1、实验目的：探究物体重力势能大小与哪些因素有关；
2、实验原理：木桩打入沙中深度越深，木桩对沙子做功越多，木桩具的重力势能越大；
3、实验方法：控制变量法、转换法；
4、实验结论：物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。
【典例1】在“模拟打桩”的实验中，原来处于同一沙槽。相同深度的1、2、3、4四个相同木桩，经A、B、C三个重锤从高处由静止下落撞击后，最终所处的位置如图所示。由此可知：
（1）实验中可通过观察 来比较重锤重力势能的大小，若B、C两锤下落高度相同，则 （B/C）锤的质量要大一些；若A锤质量大于B锤质量，可推测 （A/B）锤下落高度较高。
（2）若木桩4下陷过程中所受重力做功为100J，则木桩3下陷过程中所受重力做功约为
J。

【典例2】小明同学在“探究重力势能的大小与什么因素有关”的实验时，提出了如下猜想：
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所在高度有关
为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。
按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。
（1）实验中通过比较 来判断物体重力势能的大小；
（2）为了验证猜想一，需选择表中 （填实验序号）三组数据进行分析；
（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：
。
（4）小明同学在做猜想二实验时，联想到本实验的器材与“探究压力作用效果的因素”实验很相似，于是想用海绵替代装沙子的盆来完成实验， （选填“能”或“不能”）根据小桌桌腿陷入海绵深度来判断铁块下落前的重力势能。
【变式训练1】现代农业利用喷药无人机喷洒农药，安全又高效。如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药。在此过程中，喷药无人机的（ ）
A．升力大于重力
B．螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力是一对平衡力
C．动能减小、重力势能减小
D．悬停的无人机没有惯性
【变式训练2】小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：
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所在高度有关
为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。
按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。
（1）实验中通过比较 来判断物体重力势能的大小；
（2）为了验证猜想一，需选择表中 （填实验序号）三组数据进行分析；
（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：
。

类型3 探究弹性势能的影响因素
1、实验目的：探究物体弹性势能大小与哪些因素有关；
2、实验方法：控制变量法、转换法；
3、实验结论：当弹簧本身的性质相同时，形变越大，它具有的弹性势能就越大，形变越小，具有的弹性势能就越小；当弹簧形变相同时，性质不同的弹簧弹性势能不同。
【典例1】小宇利用一个钢珠、三根厚度和材料相同、长与宽都不同的橡皮条，做“探究橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系”的实验。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，将钢珠在同一位置沿水平方向弹射到水平地面，测出弹射的水平距离，相关数据如下表：
请回答：
（1）实验是通过 来间接比较橡皮条的弹性势能大小；
（2）比较第1次和第 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宽度有关；
（3）比较第1次和第 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长度有关；
（4）用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最小的橡皮条是
A．宽且长的 B．窄且长的 C．宽且短的 D．窄且短的

【典例2】小苏同学的物理兴趣小组准备探究“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是通过 来衡量的。
（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，他们运用到了转换法和 两种物理思想方法。
【变式训练1】如图，弹弓是一种常见的玩具，它能把“子弹”弹出去.小明同学用弹弓研究弹性势能的大小与物体形变的关系。通过实验他观察的记录是：弹弓的橡皮筋被拉得越长，“子弹”射得越远。（1）弹弓弹性势能的大小是通过 来比较的；
（2）当弹弓橡皮筋形变相同时，所用的“子弹”质量不同，射出去的距离也不同，质量较大的子弹，射出的距离 （大/小），所以实验中所选用“子弹”的质量应是 （选填“相同”或“不同”）的；
（3）实验结论是：弹性限度内，弹性形变程度越大，弹性势能越 （选填“大”或“小”）。

【变式训练2】同学们所用的笔，有些在靠近笔端的地方装有一个轻质弹簧，如图甲所示。小文和小军各自拿自己装有弹簧的笔玩弹笔游戏。结果发现小军的笔弹得高一些。小文分析：笔弹起的高度与笔内弹簧的弹性势能的大小有关，那么弹簧弹性势能的大小又跟什么因素有关呢？
小文猜想：①弹簧弹性势能的大小可能跟它的材料有关；
②弹簧弹性势能的大小可能跟它弹性形变的程度有关。
（1）为了验证猜想②，小文利用两个外形完全相同但材料不同的弹簧A和B、一个小钢球、一个轻木块，在同一水平面上进行了如图乙所示的实验：
a．将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离S1；
b．将另一个弹簧B压缩的程度稍大一些，把小球置于弹簧的右端，观察小球撞击木块后木块移动的距离S2；
（2）请你指出小文实验中存在的问题 。
（3）写出改进措施 。
考点2 探究动能和势能转化的规律
类型1 探究弹性势能和重力势能转化的规律
在一定的条件下，弹性势能和重力势能之间可以相互转化。如玩蹦蹦床时往上运动时弹性势
能减小，重力势能增加，弹性势能转化为重力势能。
【典例1】如图所示，将钢锯条固定在桌面边缘，将棋子放在钢锯条的端部，然后用手将锯条的端部压下一段距离，松手后，棋子会被弹起一定的高度，此过程中，钢锯条的弹性势能转化为棋子的 势能。增加钢锯条被下压的距离，发现棋子被弹起的高度增加，实验表明，物体的 越大，它的弹性势能越大。

【变式训练】撑杆跳运动员借助手中的撑杆跳高时，要比徒手跳高高得多（如图），这是因为运动员利用撑杆发生 弹性形变 时，具有了 弹性势能 的缘故。在运动员上升的过程中，运动员的 动 能转化为 重力势 能。

类型2 探究动能和重力势能转化的规律
在一定的条件下，动能和重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块，从低处抛向高处，
再从高下落的过程中，先是动能转化为重力势能，后又是重力势转化为动能。
【典例1】如图所示，单摆（图1）在竖直平面内左右摆动，滚摆（图2）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 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。

【变式训练】如图所示，单摆在竖直平面内左右摆动，滚摆在竖直平面内上下往复运动。
（1）这两个实验可以说明的同一个物理问题是： 。
（2）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： 。

考点3 弹力与弹性势能的综合
类型1 水平方向的力
【典例1】如图，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，判断正确的是（ ）
A．小球的动能不断增加
B．弹簧的弹性势能不断减少
C．在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
D．小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
【变式训练】在探究弹簧长度与力的关系时，选取甲、乙、丙完全相同的三根弹簧，将甲、乙弹簧左端固定在墙上，用大小为F的力拉甲的右端，用大小为F的力压乙的右端，在丙弹簧左右两端施加大小为F的拉力，三根弹簧都水平静止，如图所示，下列分析正确的是（ ）
A．三根弹簧具有不同的弹性势能 B．丙的长度比甲大
C．丙的弹性势能比甲大 D．丙和乙具有相同的形变量
类型2 竖直方向的力
【典例1】如图，轻质弹簧竖直放置，下端固定于地面，上端位于O点时弹簧恰好不发生形变，现将一小球放在弹簧上端，再用力向下把小球压至图中A位置后由静止释放，小球将竖直向上运动并脱离弹簧，不计空气阻力，则小球（ ）

A．运动至最高点时，受平衡力作用
B．被释放瞬间，所受重力大于弹簧弹力
C．从O点向上运动过程中，重力势能转化为动能
D．从A点向上运动过程中，动能先增大后减小
【典例2】如图所示，小明在做模拟“蹦极”“的小实验，一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，C点是小石块从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小石块从A点到C点的运动过程，下列说法中正确的是（ ）

A．小石块在B点时的动能最大
B．小石块在C点时的动能最大
C．从A点下落到C点的过程中，小石块的动能一直在增大
D．从B点下落到C点的过程中，小石块的动能先增大后减小
【变式训练1】如图所示，在处于自然状态的弹簧上端放置一个铁球，松手后，铁球从A位置开始向下运动，到达B位置速度最大，到达C位置铁球的速度变为零（整个过程不计能量损耗）。则下列说法中正确的是（ ）

A．到达B位置时，铁球所受的合力不为零
B．到达C位置时，铁球的动能和重力势能之和最小
C．从A点到C点的过程中，铁球的动能一直不断减小
D．从B点到C点的过程中，铁球始终受到平衡力的作用
【变式训练2】如图中，一段弹簧固定在水平桌面上（如图甲所示），将一个小球放在弹簧上使其处于静止状态（如图乙所示），用竖直向下的力F压小球至图丙的位置，然后撤去力F，小球向上运动到A点后下落（如图丁所示），不计空气阻力的影响。则从撤去力F到小球运动到A点的过程中，下列说法中正确的是（ ）

A．小球一直做加速运动 B．小球在A点是平衡状态
C．小球离开弹簧时的动能最大D．小球离开弹簧后，动能转化为重力势能
【变式训练】蹦极是一项极限体育运动，如图所示，A点为最高点，B点为弹性绳自然伸长的位置，蹦极人在C点受弹性绳的弹力与自身重力相等，D点是能下落到的最低点。在蹦极人从A点下落到D点的过程中， （填“B”、“C”或“D”）点动能最大，在这个过程中，机械能 （填“守恒”或“不守恒”）。（忽略空气阻力）
能力提升训练
一、选择题。
1．下列关于功和能量的说法正确的是（ ）
A．具有能的物体一定在做功 B．物体做的功越多，它具有的能越大
C．物体具有的能越多，它做的功就越多D．物体能够做的功越多，它具有的能就越大
2．关于能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．悬在空中的打桩重锤，因为没有做功，所以没有能
B．运动速度相同的物体，它们具有的动能一定相等
C．重力势能相等的物体，它们一定处于同一高度
D．同一个弹簧测力计分别挂2N、5N的重物 （在弹性限度内），挂5N重物时弹簧的弹性势能较大
3．图为一种爬杆机器人，仅凭电池提供的能量，就能像人一样沿杆竖直向上匀速爬行。机器人在此过程中（ ）
A．所受摩擦力方向竖直向下 B．对杆的握力增大时，所受摩擦力增大
C．匀速爬行速度增大时，所受摩擦力不变 D．动能全部转化为重力势能
4．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球用轻弹簧系于O′点，O与O′点在同一水平面上。分别将A、B球拉到与悬点等高处，细绳和轻弹簧均处于水平，弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球第一次达到各自悬点的正下方时，两球仍处在同一水平面上，则两球各自第一次到达悬点正下方时（不计空气阻力）（ ）

A．A球的速度较大B．B球的动能较大
C．两球的动能相等D．两球的机械能相等
5．如图所示，运动员在一端固定一端有弹性的跳板上起跳，下列说法正确的是（ ）

A．人压弯跳板时，动能不变，跳板具有弹性势能
B．人离开跳板瞬间，动能最小，重力势能最大
C．人离开跳板上升过程中，动能转化为重力势能
D．人在最高点时，动能最大，重力势能最小
6．2022年2月15日，在北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛中，中国小将苏翊鸣全程动作行云流水，发挥稳健，最终获得金牌。如图所示是他在空中某一瞬间的照片，下列说法正确的是（ ）
A．他从高坡上加速下滑过程中，他的动能增大，重力势能减小
B．起跳后他在空中旋转的过程中，不受力的作用
C．落地后仍继续向前滑行，是由于他受到惯性的作用
D．落地后站在水平雪面上时，他对雪面的压力与他受到的重力是一对平衡力
7．如图所示，小球在弧形轨道A点静止自由下落后到达最高点E点。在这过程中，C点为弧形轨道最低点，B、D两点的高度相等，不计空气阻力。下列说法正确的是（ ）

A．小球从A点到E点的过程中，机械能守恒
B．小球在A点的机械能最大
C．小球在B、D两点的动能相等
D．小球从C点运动到D点过程中，重力势能在逐渐减小
8．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
9．如图所示是物体在运动过程中动能EK随时间t变化的曲线，则该运动的物体可能（ ）
A．由静止下落的乒乓球 B．离开脚后在地上滚动的足球
C．竖直向上垫起的排球 D．斜向上投掷出去的铅球（没有落地）
10．如图所示，在蹦床运动中，A点是运动员到达的最低点，B点是蹦床恢复原状的位置。运动员从A点运动到B点的过程中（不计空气阻力），下列判断正确的是（ ）
A．蹦床的弹性势能全部转化为运动员的动能
B．蹦床的弹性势能全部转化为运动员的重力势能
C．运动员的机械能保持不变
D．运动员的机械能逐渐增大
二、填空题。
11．卫星在大气层外运动时，不受空气阻力作用，因此 守恒，卫星在远地点时 最大，在近地点时 大。（选填“动能”、“重力势能”或“机械能”）
12．用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量m1＝m2＜m3，实验时，让物体从木桩正上方的某一高度处自由下落，将木桩打入沙中，三次实验木桩进入沙中的深度如图所示，木桩进入沙中的深度越深，则物体对木桩做的功越 ，比较a、b可知：物体重力势能的大小与物体的 有关；比较 可知：物体重力势能的大小与物体的质量有关。

13．如图所示，直轨道AB和圆弧形轨道平滑连接，其内壁光滑，现从A点处静止释放一实心均匀小球，在从A到C运动的过程中，小球的机械能 （填“变大”、“变小”或“不变”）；小球运动至C点离开轨道后，可能沿虚线 的方向运动，你推理的理由是 。
14．将球竖直向上抛出并落回地面，该过程中先后经过M、S两点，球在这两点的动能和重力势能如图所示，则球在该两点的速度vM vS（＞/＝/＜），该两点离地的高度hM hS（＞/＝/＜），球在运动过程中的机械能 （守恒/不守恒）。

15．如图所示，小吴用滑雪板滑雪，从高点C处由静止滑下，经过B点到达最低点然后到达另一侧与B点等高的点A时刚好速度为零。由C到B点过程中， 能转化为动能，从C到A点过程中， 点的动能最大，从最低点O到A点的过程中，机械能的总量 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。

三、实验探究题。
16．如图所示，有一轻质弹簧左端固定，右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置，小球压缩弹簧至A位置，然后由静止释放小球，小球向右运动，经过B点时速度为v1，继续运动到最远处的C点，已知AO＞OC。
（1）小球经过O点时，有没有受到弹簧的弹力？答： 。
（2）小球从A到C的运动过程中，小球的动能和弹簧的弹性势能之间是如何转化的？
（3）到达C点后，小球向左运动，再次经过B点时的速度为v2。则：
①v1 v2（选填“＜”“＝”“＞”）；
②小球前后两次经过B点时，弹簧弹力的方向 （选填“相同”“相反”）。
17．小江同学利用一个弹珠、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：
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）比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能还与橡皮条的 有关；
（4）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、窄而长的 B、宽而长的 C、窄而短的 D、宽而短的。

18．如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，将小钢球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下。完成甲、乙、丙所示的三次实验，其中h1＝h3＞h2，mA＝mB＜mc。
（1）在本实验中，小钢球动能大小是通过 （选填“高度h”或“距离s”）大小来反映的；
（2）小钢球在水平面上不能立即停下，是因为小钢球具有 ；
（3）分析比较甲和乙两组实验可得结论： ；
（4）分析比较 两组实验可得出物体的动能与质量的关系。
（5）实验后，同学们联想到在许多交通事故中，造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超速”，进一步想知道，在影响物体动能大小的因素中，哪个因素对动能影响更大？于是利用上述器材进行了实验测定，得到的数据如下表：
（a）为了探究“超载”安全隐患，应选择 两个序号的实验进行比较。
（b）为了探究“超速”安全隐患，应选择 两个序号的实验进行比较。
分析表格中的实验数据可知： 对物体的动能影响更大，当发生交通事故时，由此造成的危害更严重。
物体
质量m/kg
速度v/m•S﹣1
动能E/J
牛
约600
约0.5
约75
中学生
约50
约6
约900
试验次数
钢球的质量/g
钢球下摆的高度h/cm
木块滑行的距离/cm
1
20
20
25
2
40
20
45
3
60
20
62
实验序号
铁块质量m/g
铁块距桌面高度H/cm
桌腿进入沙子的深度h/cm
①
20
20
1.9
②
20
30
2.9
③
20
40
3.8
④
30
20
2.9
⑤
40
20
4.1
实验
序号
铁块质量
m/g
铁块距桌面高度
H/cm
桌腿进入沙子
的深度h/cm
①
20
20
1.9
②
20
30
2.9
③
20
40
3.8
④
30
20
2.9
⑤
40
20
4.1
次数
橡皮条
橡皮条宽/cm
橡皮条长/cm
弹射的水平距离/m
1
a
0.50
20.00
10.10
2
b
0.50
30.00
8.20
3
c
1.00
20.00
14.00
次数
橡皮条
橡皮条宽/cm
橡皮条长/cm
弹射的水平距离/m
1
a
0.50
20.00
10.10
2
b
0.50
30.00
8.20
3
c
1.00
20.00
14.00
实验序号
小球的质量m/g
小球自由滚下的高度h/cm
木块被撞后运动的距离s/m
1
30
10
4
2
30
20
16
3
60
10
8
专题12 机械能综合培优训练（解析版）
考点直击
教你一招
1、在能的转化过程中，总是变小的那种形式的能转化为变大的那种形式的能。
2、比较质量和速度两个因素哪一个对动助能影响大，采用控制变量法。即分别让其其中一个变量扩大n倍后,哪一个因素扩大后的动能大,则该因素对动能影响大。
※易错点：误认为物体向上运动时，一定是动能转化为重力势能（物体向上运动，可以是其他形式的能量转化为机械能，比如火箭加速上升，是化学能转化为机械能）。
典例分析＋变式训练
考点1 探究动能和势能的影响因素
类型1 探究动能的影响因素
1、实验目的：探究物体动能大小与哪些因素有关；
2、实验原理：车在木板上移动的距离越远，小车对木块做的功越多，小车具的动能越大；
3、实验方法：控制变量法、转换法。
4、实验现象：
（1）同一小球在斜面越高的地方滚下，木块被推的越远；
（2）质量不同的小球，在同一高度滚下，质量越大的小车，把木块被推的越远。
5、实验结论：
（1）质量相同的物体，运动速度越大，动能越大；
（2）运动速度相同的物体，质量越大，动能越大；
（3）动能与物体的质量和物体运动的速度有关。
【典例1】在“探究动能的大小与哪些因素”有关的实验中（如图），让同一铁球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块。下列说法中正确的是（ ）

A．这样做的目的是研究物体的动能大小与质量的关系
B．铁球能从斜槽上滚下是因为它具有惯性
C．铁球从斜面上滚下的过程中，铁球受到的支持力没有做功
D．木块B受到的重力与它对水平面的压力是一对平衡力
【答案】C。
【解答】解：
A、此实验中利用的是同一个铁球，因此质量是相等的，它们的高度不同，则到达底端时的速度就会不同，所以该实验可以探究动能大小与速度的关系，故A错误；
B、球能从斜槽上滚下的原因是受力不平衡，力改变了铁球的运动状态；故B错误；
C、铁球从斜面上滚下的过程中，在支持力的方向上没有移动距离，所以铁球受到的支持力没有做功，故C正确；
D、木块B受到的重力与它对水平面的压力，大小相等，方向相同，不是一对平衡力，故D错误；
故选：C。
【典例2】小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球m和M（M的质量大于m）分别从不同的高度h和H（H大于h）由静止开始滚下，观察木块B被撞击后移动的距离，实验过程如图1所示。
（1）小明通过观察木块B移动的距离长短，来判断钢球动能的大小，这种研究方法是 转换法 （选填“控制变量法”或“转换法”）。
（2）实验中，钢球滚到斜面底端后会继续向前运动，是因为钢球具有 惯性 。木块最终会停下来是因为受到 阻力 的作用。若水平面绝对光滑，本实验将 不能 （选填“能”或“不能”）达到探究目的。
（3）由甲、乙两图可得实验结论：物体的动能大小与 速度 有关。
（4）小丽根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，她的看法是否正确 错误 （选填“正确”或“错误”），理由是： 实验中没有控制小球滚下的高度相同 。
（5）某同学用图2的方法探究动能的大小与速度的关系，他将相同质量的小球从不同高度由静止开始释放，通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断小球动能的大小，这种方法是 错误的 （选填“正确的”或“错误的”）。
【答案】（1）转换法；（2）惯性；阻力；不能；（3）速度；（4）错误；实验中没有控制小球滚下的高度相同；（5）错误的。
【解答】解：（1）实验中通过观察木块B移动的距离长短，来判断小球动能的大小，这里用到的物理学研究问题的方法是转换法；
（2）小钢球在水平面上不能立即停下，是因为小钢球具有惯性，小木块最终会停下来是因为受到阻力的作用；
若水平面绝对光滑，木块被撞击后将做匀速直线运动，无法通过木块移动的距离来判定动能的大小，所以不能达到探究目的；
（3）甲、乙两图中小球的质量一定，初始高度不同，到达水平面的时的速度不同，对木块做功多少不同，故可以得出结论：物体的动能大小与速度有关；
（4）探究动能的大小与质量的关系时，需要控制小球的速度相同，质量不同，即需要使质量不同的小球从斜面的同一高度由静止滑下，选用甲、丙两图进行实验，实验中没有控制小球滚下的高度相同，所以她的看法错误；
（5）图2所示的方法探究动能的大小与速度的关系，应改变小球撞击木块前的速度，控制其它因素相同，而实验中没有控制水平面的粗糙程度相同，故错误的。
故答案为：（1）转换法；（2）惯性；阻力；不能；（3）速度；（4）错误；实验中没有控制小球滚下的高度相同；（5）错误的。
【变式训练1】如图所示，让钢球从斜面上由静止滚下，打到一个小木块上，能将木块撞出一段距离。放在同一水平面上相同位置的木块，被撞得越远，表示钢球的动能越大。现用质量不同的钢球从同一高度滚下，看哪次木块被推得远。回答以下问题：

（1）设计本实验的目的是研究 动能大小与质量的关系 。
（2）让质量不同的钢球从同一高度滚下是为了 使小球到达水平面有相等的初速度 。
（3）下表中给出了一头牛慢步行走和一名普通中学生百米赛跑时的一些数据。
分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的因素是 速度 ，你这样判断的依据是 人的质量约是牛的质量的，而速度约是牛的12倍，此时动能约是牛的12倍，所以速度对动能的影响较大 。
【答案】（1）动能大小与质量的关系；（2）使小球到达水平面有相等的初速度；
（3）速度；人的质量约是牛的质量的，而速度约是牛的12倍，此时动能约是牛的12倍，所以速度对动能的影响较大。
【解答】解：
（1）由于用的是质量不同的球，起始点的高度相同，说明它们的速度相同，由控制变量法的思路可知，研究的是动能大小与质量的关系；
（2）小球到达斜面的低端时的速度是由起始点的高度决定的，让不同的钢球从同一高度滚下是为了控制小球到达斜面的低端时的速度相同，此实验运用了控制变量法；
（3）对物体动能大小影响较大的因素是速度；因为人的质量约是牛的质量的，而速度约是牛的12倍，此时动能约是牛的12倍，所以速度对动能的影响较大。
故答案为：（1）动能大小与质量的关系；（2）使小球到达水平面有相等的初速度；
（3）速度；人的质量约是牛的质量的，而速度约是牛的12倍，此时动能约是牛的12倍，所以速度对动能的影响较大。
【变式训练2】在探究“物体动能与质量和速度的关系”实验中，如图甲所示，将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。
（1）从表中数据可以看出，实验中控制了钢球的 速度 相同，从而探究动能与 质量 的关系。
（2）第1次实验时若不考虑能量损失，钢球对木块最多可做 0.04 J的功；第3次实验时，木块被撞后在木板滑行无法记录数据，需要重做第三次实验，甲同学建议换用同样较长的木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下摆的高度，若要将第三次实验数据与前两次比较，你认为应当采用 甲 同学的建议。由上述实验数据和现象可得出结论：在速度一定时，物体的质量越大，动能越 大 。
（3）小华将实验装置改进成图乙所示，利用质量相同的铁球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较，来研究铁球动能大小 与速度 的关系。
（4）小华还想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，这个设计方案是 错误 （选填“正确”或“错误”）的。
【答案】（1）速度；质量；（2）0.04；甲；大；（3）与速度；（4）错误。
【解答】解：（1）与从斜面上滚下类似，质量不同的钢球从相同高度处摆下，摆线竖直时，钢球的速度是相同的；钢球的速度相同而质量不同，是探究动能与质量的关系；
（2）第1次实验时若不考虑能量损失，钢球对木块最多可做的功：W＝mgh＝0.02kg×10N/kg×0.2m＝0.04J；
上面的两次实验是在速度一定时，改变物体的质量，探究动能的大小，降低钢球下摆的高度会改变钢球速度，因此不能采用丙同学建议；动能的大小通过木块移动距离的大小表现出来的，因此不能采用乙同学建议改变木块大小，综上所述，应采用甲的建议，换用同样较长的木板；
由表中的数据知：速度一定时，质量越大动能越大；
（3）质量相同的铁球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较，此时质量相同，速度不相同，所以可以研究铁球的动能大小与速度的关系；
（4）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。
故答案为：（1）速度；质量；（2）0.04；甲；大；（3）与速度；（4）错误。
类型2 探究重力势能的影响因素
1、实验目的：探究物体重力势能大小与哪些因素有关；
2、实验原理：木桩打入沙中深度越深，木桩对沙子做功越多，木桩具的重力势能越大；
3、实验方法：控制变量法、转换法；
4、实验结论：物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。
【典例1】在“模拟打桩”的实验中，原来处于同一沙槽。相同深度的1、2、3、4四个相同木桩，经A、B、C三个重锤从高处由静止下落撞击后，最终所处的位置如图所示。由此可知：
（1）实验中可通过观察 木桩下陷的深度 来比较重锤重力势能的大小，若B、C两锤下落高度相同，则 B （B/C）锤的质量要大一些；若A锤质量大于B锤质量，可推测 B （A/B）锤下落高度较高。
（2）若木桩4下陷过程中所受重力做功为100J，则木桩3下陷过程中所受重力做功约为 133 J。

【答案】（1）木桩下陷的深度；B；B；（2）133。
【解答】解：（1）木桩下陷的深度越深，表明重锤做功的本领越大，也说明了重锤具有的重力势能越大，所以实验中可通过观察木桩下陷的深度来比较重锤重力势能的大小；
B、C相比，B下陷的较深，表明B锤的重力势能更大，如果B、C两锤刚下落时的高度相同，则B锤的质量要大一些；
A、B相比，B下陷的较深，表明B锤的重力势能较大，如果A、B两锤的质量相同，则刚开始下落时，B锤的高度要高一些；
（2）实验中可通过观察木桩下陷的深度来比较重锤重力势能的大小，由图知3下陷的深度约为4下陷深度的倍，所以木桩3下陷过程中所受重力做功约为木桩4下陷过程中所受重力做功的倍，即100J×≈133J。
故答案为：（1）木桩下陷的深度；B；B；（2）133。
【典例2】小明同学在“探究重力势能的大小与什么因素有关”的实验时，提出了如下猜想：
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所在高度有关
为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。
按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。
（1）实验中通过比较 桌腿进入沙子的深度 来判断物体重力势能的大小；
（2）为了验证猜想一，需选择表中 ①④⑤ （填实验序号）三组数据进行分析；
（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是： 质量相同的物体，高度越大，重力势能越大 。
（4）小明同学在做猜想二实验时，联想到本实验的器材与“探究压力作用效果的因素”实验很相似，于是想用海绵替代装沙子的盆来完成实验， 不能 （选填“能”或“不能”）根据小桌桌腿陷入海绵深度来判断铁块下落前的重力势能。
【答案】（1）桌腿进入沙子的深度；（2）①④⑤；（3）质量相同的物体，高度越大，重力势能越大；（4）不能。
【解答】解：（1）通过小明设计的实验可以知道，他是通过比较桌腿进入沙子的深浅来比较重力势能的大小的。桌腿进入沙堆越深说明物体做的功越多，它原来具有的重力势能越大；该实验方法是转换法；在探究影响动能大小的因素时，通过木块被推动的距离来比较动能的大小，也是转换法；
（2）根据控制变量法，要验证物体的重力势能与物体的质量有关，应控制物体的高度相同，改变物体质量的大小，故小明要完成探究，需要找数个质量不同的物体进行实验；故①④⑤三组数据符合，所以应利用①④⑤三组数据分析得出结论；
（3）比较表中①②③的实验数据，可以发现，高度相同，③中桌腿进入沙子的深度更深，所以，③中的物体具有重力势能大，即可以得出的初步结论是：质量相同的物体，高度越大，重力势能越大；
（4）由于海绵受到的压力一定时，形变程度一样，且海绵具有弹性，会恢复原状，不能根据最终的形变程度来比较重力势能大小与高度的关系。
故答案为：（1）桌腿进入沙子的深度；（2）①④⑤；（3）质量相同的物体，高度越大，重力势能越大；（4）不能。
【变式训练1】现代农业利用喷药无人机喷洒农药，安全又高效。如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药。在此过程中，喷药无人机的（ ）
A．升力大于重力
B．螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力是一对平衡力
C．动能减小、重力势能减小
D．悬停的无人机没有惯性
【答案】C。
【解答】解：
A．喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，处于平衡状态，竖直方向上受到的重力和升力是一对平衡力，大小相等，故A错误；
B．螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力，是两个物体之间的相互作用，是相互作用力，由于这两个力没有作用在同一个物体上，不是一对平衡力，故B错误；
C．喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药，无人机的总质量变小，速度不变，动能减小；高度不变，质量变小，重力势能减小，故C 正确；
D．任何物体都有惯性，悬停的无人机也有惯性，故D错误。
故选：C。
【变式训练2】小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想：
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所在高度有关
为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。
按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。
（1）实验中通过比较 桌腿进入沙子的深度 来判断物体重力势能的大小；
（2）为了验证猜想一，需选择表中 ①④⑤ （填实验序号）三组数据进行分析；
（3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是： 质量相同的物体，高度越大，重力势能越大 。

【答案】（1）桌腿进入沙子的深度；（2）①④⑤；（3）质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。
【解答】解：（1）通过小明设计的实验可以知道，他是通过比较桌腿进入沙子的深浅来比较重力势能的大小的。桌腿进入沙堆越深说明物体做的功越多，它原来具有的重力势能越大；
（2）根据控制变量法，要验证物体的重力势能与物体的质量有关，应控制物体的高度相同，改变物体质量的大小，故小明要完成探究，需要找数个质量不同的物体进行实验；
故①④⑤三组数据符合，所以应利用①④⑤三组数据分析得出结论。
（3）比较表中①②③的实验数据，可以发现，高度相同，③中桌腿进入沙子的深度更深，所以，③中的物体具有重力势能大，即可以得出的初步结论是：质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。
故答案为：（1）桌腿进入沙子的深度；（2）①④⑤；（3）质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。
类型3 探究弹性势能的影响因素
1、实验目的：探究物体弹性势能大小与哪些因素有关；
2、实验方法：控制变量法、转换法；
3、实验结论：当弹簧本身的性质相同时，形变越大，它具有的弹性势能就越大，形变越小，具有的弹性势能就越小；当弹簧形变相同时，性质不同的弹簧弹性势能不同。
【典例1】小宇利用一个钢珠、三根厚度和材料相同、长与宽都不同的橡皮条，做“探究橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系”的实验。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，将钢珠在同一位置沿水平方向弹射到水平地面，测出弹射的水平距离，相关数据如下表：
请回答：
（1）实验是通过 钢珠被弹射的水平距离 来间接比较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宽度有关；
（3）比较第1次和第 3 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长度有关；
（4）用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最小的橡皮条是 B
A．宽且长的 B．窄且长的 C．宽且短的 D．窄且短的

【答案】（1）钢珠被弹射的水平距离；（2）2；（3）3；（4）B。
【解答】解：（1）橡皮条弹性势能的大小是通过弹珠射出的距离来表示，射出的越远，弹弓的弹性势能越大；
（2）比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条宽度相同，长度不同，弹珠射出的距离不同，故橡皮条的弹性势能与橡皮条的长度有关；
（3）比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮长度相同，条宽不同，弹珠射出的距离不同，故橡皮条的弹性势能与橡皮条的宽度有关；
（4）由以上可知，弹性势能的大小与宽度、长度有关；在拉伸相同的伸长量时，宽度越宽，弹性势能越大，长度越短，弹性势能越大，故弹性势能最小的橡皮条是窄而长的，故选B。
故答案为：（1）钢珠被弹射的水平距离；（2）2；（3）3；（4）B。
【典例2】小苏同学的物理兴趣小组准备探究“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是通过 物体M被弹出的距离 来衡量的。
（2）探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系，应该选用 相同 （选填“相同”或“不同”）弹簧进行实验，并先后改变 AP 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，他们运用到了转换法和 控制变量法 两种物理思想方法。
【答案】（1）物体M被弹出的距离；（2）相同；AP；（3）控制变量法。
【解答】解：
（1）实验中弹性势能的大小是通过物体M被弹出的距离来间接的反映，这用到了转换法；
（2）探究的是弹性势能和弹簧长度变化量之间的关系，必须控制弹簧的螺纹圈直径、弹簧的材料相同（即相同的弹簧），改变弹簧长度变化量，即AP间的距离；弹性势能通过弹簧推动物体在粗糙表面上运动的距离远近来体现，所以必须测出OQ间的距离；为了使结论具有普遍性，应改变弹簧长度变化量，即AP间的距离，多测几组数据；
（3）通过以上分析可以看出，本实验通过弹簧推动物体在粗糙表面上运动的距离远近来体现弹性势能的大小，用到了转换法；同时，探究与多个量的关系时，还用到了控制变量法。
故答案为：（1）物体M被弹出的距离；（2）相同；AP；（3）控制变量法。
【变式训练1】如图，弹弓是一种常见的玩具，它能把“子弹”弹出去.小明同学用弹弓研究弹性势能的大小与物体形变的关系。通过实验他观察的记录是：弹弓的橡皮筋被拉得越长，“子弹”射得越远。（1）弹弓弹性势能的大小是通过 “子弹”射出的距离 来比较的；
（2）当弹弓橡皮筋形变相同时，所用的“子弹”质量不同，射出去的距离也不同，质量较大的子弹，射出的距离 小 （大/小），所以实验中所选用“子弹”的质量应是 相同 （选填“相同”或“不同”）的；
（3）实验结论是：弹性限度内，弹性形变程度越大，弹性势能越 大 （选填“大”或“小”）。

【答案】（1）“子弹”射出的距离；（2）小；相同；（3）大。
【解答】解：
（1）弹弓弹性势能的大小是通过“子弹”射出的距离来比较的，“子弹”射出的越远，说明弹弓的弹性势能越大；
（2）当弹弓橡皮筋形变相同时，弹性势能相同，射出“子弹”时，“子弹”飞行的远近跟“子弹”的质量有关，“子弹”的质量越大，飞行距离越小；用“子弹”射出的远近来反映弹弓的弹性势能时，要保持“子弹”的质量相同，这种方法称为控制变量法。
（3）“子弹”的质量相同时，弹弓的橡皮筋被拉得越长，“子弹”射得越远，所以得到的实验结论是：弹性限度内，弹性形变程度越大，弹性势能越大。
故答案为：（1）“子弹”射出的距离；（2）小；相同；（3）大。
【变式训练2】同学们所用的笔，有些在靠近笔端的地方装有一个轻质弹簧，如图甲所示。小文和小军各自拿自己装有弹簧的笔玩弹笔游戏。结果发现小军的笔弹得高一些。小文分析：笔弹起的高度与笔内弹簧的弹性势能的大小有关，那么弹簧弹性势能的大小又跟什么因素有关呢？
小文猜想：①弹簧弹性势能的大小可能跟它的材料有关；
②弹簧弹性势能的大小可能跟它弹性形变的程度有关。
（1）为了验证猜想②，小文利用两个外形完全相同但材料不同的弹簧A和B、一个小钢球、一个轻木块，在同一水平面上进行了如图乙所示的实验：
a．将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离S1；
b．将另一个弹簧B压缩的程度稍大一些，把小球置于弹簧的右端，观察小球撞击木块后木块移动的距离S2；
（2）请你指出小文实验中存在的问题 没有控制弹簧材料相同 。
（3）写出改进措施 选取同一根弹簧分别压缩不同的程度释放弹出小钢珠，比较轻木块被小钢珠撞击后移动的距离 。
【答案】（2）没有控制弹簧材料相同；（3）选取同一根弹簧分别压缩不同的程度释放弹出小钢珠，比较轻木块被小钢珠撞击后移动的距离。
【解答】解：
（2）要探究猜想②：弹簧弹性势能的大小可能跟它弹性形变的程度有关，应控制弹簧的材料相同，改变弹簧的形变大小，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，观察木块被推动距离的远近来比较弹性势能的大小；题目中利用两个外形完全相同但材料不同的弹簧A和B，没有控制弹簧的材料相同；
（3）应选取同一根弹簧分别压缩不同的程度释放弹出小钢珠，比较轻木块被小钢珠撞击后移动的距离，如果木块被撞击后移动的距离不同，说明弹簧弹性势能与弹簧弹性形变的程度有关；反之则无关。
故答案为：（2）没有控制弹簧材料相同；（3）选取同一根弹簧分别压缩不同的程度释放弹出小钢珠，比较轻木块被小钢珠撞击后移动的距离。
考点2 探究动能和势能转化的规律
类型1 探究弹性势能和重力势能转化的规律
在一定的条件下，弹性势能和重力势能之间可以相互转化。如玩蹦蹦床时往上运动时弹性势
能减小，重力势能增加，弹性势能转化为重力势能。
【典例1】如图所示，将钢锯条固定在桌面边缘，将棋子放在钢锯条的端部，然后用手将锯条的端部压下一段距离，松手后，棋子会被弹起一定的高度，此过程中，钢锯条的弹性势能转化为棋子的 重力 势能。增加钢锯条被下压的距离，发现棋子被弹起的高度增加，实验表明，物体的 弹性形变程度 越大，它的弹性势能越大。

【答案】重力；弹性形变程度。
【解答】解：
松手后，棋子会被弹起一定的高度，此过程中，钢锯条的弹性势能最终转化为棋子的重力势能。
增加钢锯条被下压的距离，钢锯条形变更大，发现棋子被弹起的高度增加，表明物体的弹性形变程度越大，它的弹性势能越大。
故答案为：重力；弹性形变程度。
【变式训练】撑杆跳运动员借助手中的撑杆跳高时，要比徒手跳高高得多（如图），这是因为运动员利用撑杆发生 弹性形变 时，具有了 弹性势能 的缘故。在运动员上升的过程中，运动员的 动 能转化为 重力势 能。

【答案】弹性形变；弹性势能；动；重力势。
【解答】解：当撑杆发生弯曲后，撑杆发生弹性形变就具有了弹性势能，
在运动员上升的过程中，速度越来越小，动能越来越小，高度越来越大，重力势能越来越大；
所以说在这个过程中运动员的动能转化为了重力势能。
故答案为：弹性形变；弹性势能；动；重力势。
类型2 探究动能和重力势能转化的规律
在一定的条件下，动能和重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块，从低处抛向高处，
再从高下落的过程中，先是动能转化为重力势能，后又是重力势转化为动能。
【典例1】如图所示，单摆（图1）在竖直平面内左右摆动，滚摆（图2）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： 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，是 动 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，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： 克服摩擦阻力做功 ，使 机械能 逐渐减少。

【答案】（1）动能和势能可以相互转化；（2）动；重力势；（3）克服摩擦阻力做功；机械能。
【解答】解：
（1）这两个实验可以说明的同一个物理问题是：动能和势能是可以相互转化的；
（2）滚摆从最低点摆到最高点的过程中，速度减小，动能减小，高度增大，重力势能增大，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，它们需要克服摩擦阻力做功，消耗一部分机械能，所以机械能减小，将会看到它们上升的高度逐渐降低。
故答案为：（1）动能和势能可以相互转化；（2）动；重力势；（3）克服摩擦阻力做功；机械能。
【变式训练】如图所示，单摆在竖直平面内左右摆动，滚摆在竖直平面内上下往复运动。
（1）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）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： 存在摩擦阻力，物体的机械能减小 。

【答案】（1）动能和势能可以相互转化；（2）存在摩擦阻力，物体的机械能减小。
【解答】解：
（1）这两个实验可以说明的同一个物理问题是：动能和重力势能是相互转化的。
（2）在单摆左右摆动和滚摆上下往复运动的过程中，将会看到它们上升的高度逐渐降低；产生此现象的原因是：存在摩擦阻力，物体的机械能减小。
故答案为：（1）动能和势能可以相互转化；（2）存在摩擦阻力，物体的机械能减小；
考点3 弹力与弹性势能的综合
类型1 水平方向的力
【典例1】如图，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，判断正确的是（ ）
A．小球的动能不断增加
B．弹簧的弹性势能不断减少
C．在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变
D．小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等
【答案】C。
【解答】解：
由题知，O点是弹簧保持原长时小球的位置，则AO段弹簧处于压缩状态，OB段弹簧处于拉伸状态；
小球从A运动到O的过程中，弹簧逐渐恢复原状，形变程度变小，弹性势能变小，
小球所受弹力方向向右、速度不断增大，动能变大，此过程中弹性势能转化为动能；
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，此时速度最大，动能最大；
小球从O运动到B的过程中，弹簧被拉长，形变程度变大，弹性势能变大，
此时小球所受弹力方向向左、速度不断减小，动能变小，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，故A错误；
B、弹簧的弹性势能先减少后增大，故B错误；
C、水平台面光滑，且AO＝OB，说明没有机械能转化为内能，小球和弹簧组成的整体机械能守恒，所以在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变，故C正确；
D、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D错误。
故选：C。
【变式训练】在探究弹簧长度与力的关系时，选取甲、乙、丙完全相同的三根弹簧，将甲、乙弹簧左端固定在墙上，用大小为F的力拉甲的右端，用大小为F的力压乙的右端，在丙弹簧左右两端施加大小为F的拉力，三根弹簧都水平静止，如图所示，下列分析正确的是（ ）
A．三根弹簧具有不同的弹性势能 B．丙的长度比甲大
C．丙的弹性势能比甲大 D．丙和乙具有相同的形变量
【答案】D。
【解答】解：弹簧受到的拉力与其伸长量（弹簧实际长度与原长之间的差值）成正比；而图甲和丙都是使弹簧伸长的，图乙是压缩弹簧的，图甲和图丙上的作用力相同，故伸长的长度相同；图乙和图甲、丙上的作用力相同，故压缩的长度和伸缩的长度都是相同的，它们具有的弹性势能是相同的；故D说法正确。
故选：D。
类型2 竖直方向的力
【典例1】如图，轻质弹簧竖直放置，下端固定于地面，上端位于O点时弹簧恰好不发生形变，现将一小球放在弹簧上端，再用力向下把小球压至图中A位置后由静止释放，小球将竖直向上运动并脱离弹簧，不计空气阻力，则小球（ ）

A．运动至最高点时，受平衡力作用
B．被释放瞬间，所受重力大于弹簧弹力
C．从O点向上运动过程中，重力势能转化为动能
D．从A点向上运动过程中，动能先增大后减小
【答案】D。
【解答】解：
A、不计空气阻力，小球在最高点时只受重力的作用，所以小球受到的力不是平衡力，故A错误；
B、小球被释放后会加速向上运动，则被释放瞬间，小球所受重力小于弹簧的弹力，故B错误；
C、从O点向上运动过程中，小球的质量不变，速度变小，同时高度升高，所以小球的动能减小，重力势能增加，则该过程中是动能转化为重力势能，故C错误；
D、不计空气阻力，小球在从A点向上运动到O点的过程中，受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力；开始向上运动时，弹力大于重力，小球所受合力方向向上，速度不断增大；当弹力小于重力时，其所受合力方向向下，速度不断变小；当离开O点后，小球只受重力作用，重力的方向与小球运动方向相反，速度继续减小；由此可知，整个向上运动的过程中，小球的速度先增大后减小，故D正确。
故选：D。
【典例2】如图所示，小明在做模拟“蹦极”“的小实验，一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在A点。B点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，C点是小石块从A点自由释放后所能达到的最低点，关于小石块从A点到C点的运动过程，下列说法中正确的是（ ）

A．小石块在B点时的动能最大
B．小石块在C点时的动能最大
C．从A点下落到C点的过程中，小石块的动能一直在增大
D．从B点下落到C点的过程中，小石块的动能先增大后减小
【答案】D。
【解答】解：如图：B点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，C点是小石块从A点自由释放后所能达到的最低点，O点是橡皮筋悬挂小球静止时的点即重力和弹力相等的点。

A、B点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，在小石块未到达B点之前绳子没有发生形变，故从A点下落到B点的过程中，小石块只受到重力的作用，经过B点向下到重力和弹簧的弹力相等的位置（O点）的过程中，重力大于弹力，小球继续加速，则动能继续增大，故A错误；
B、C点是小球达到的最低点，此时速度为零，则小球的动能为零，故B错误；
C、从A点下落到B点的过程中，小石块的重力势能转化为动能，由B到O的过程，小石块受重力和弹力的作用，橡皮筋的形变量逐渐变大，弹力逐渐变大，重力大于弹力，小石块受到的合力方向与运动方向相同，做加速运动，动能不断变大；由O到C的过程，重力小于弹力，小石块受到的合力方向与运动方向相反，做减速运动，动能不断变小，因此在由A到C的过程中，小石块的动能先增大后减小，故C错误；
D、从B点下落到C点的过程中，可看作由B到O动能不断增大和由O到C动能不断减小的叠加，故D正确；
故选：D。
【变式训练1】如图所示，在处于自然状态的弹簧上端放置一个铁球，松手后，铁球从A位置开始向下运动，到达B位置速度最大，到达C位置铁球的速度变为零（整个过程不计能量损耗）。则下列说法中正确的是（ ）

A．到达B位置时，铁球所受的合力不为零
B．到达C位置时，铁球的动能和重力势能之和最小
C．从A点到C点的过程中，铁球的动能一直不断减小
D．从B点到C点的过程中，铁球始终受到平衡力的作用
【答案】B。
【解答】解：铁球从A位置开始向下运动，重力大于弹力，即向下做加速运动，速度变大；到达B位置速度达到最大，即此时球的重力等于弹力，受到的合力为0；再向下运动，弹力大于重力，即小球做减速运动，速度变小，到达C位置小球的速度变为零，故其动能是先变大，后变小，由于BC段做的是变速运动，所以受到的不是平衡力，故ACD错误；
到达C位置时，铁球的速度为0，动能为0，高度最小，重力势能最小，所以重力势能、动能之和最小，故B正确。
故选：B。
【变式训练2】如图中，一段弹簧固定在水平桌面上（如图甲所示），将一个小球放在弹簧上使其处于静止状态（如图乙所示），用竖直向下的力F压小球至图丙的位置，然后撤去力F，小球向上运动到A点后下落（如图丁所示），不计空气阻力的影响。则从撤去力F到小球运动到A点的过程中，下列说法中正确的是（ ）

A．小球一直做加速运动
B．小球在A点是平衡状态
C．小球离开弹簧时的动能最大
D．小球离开弹簧后，动能转化为重力势能
【答案】D。
【解答】解：由题意知，乙图小球受到的重力等于弹簧的弹力；
当将小球压至丙图时，弹力大于重力，小球向上做加速运动，到乙图位置时，弹力等于重力，速度最大，再向上运动，弹力小于重力，做减速运动；
小球离开弹簧向上减速运动，到达最高点速度为零；
A、小球先加速后减速。故A错误；
B、小球到达A点速度为零，但此时受力不平衡，所以不是静止状态。故B错误；
C、在乙图位置时，质量不变，速度最大，所以动能最大。故C错误；
D、小球离开弹簧向上质量不变，做减速运动，到达最高点速度为零，高度最大，所以此过程将动能转化为重力势能。故D正确。
故选：D。
【变式训练】蹦极是一项极限体育运动，如图所示，A点为最高点，B点为弹性绳自然伸长的位置，蹦极人在C点受弹性绳的弹力与自身重力相等，D点是能下落到的最低点。在蹦极人从A点下落到D点的过程中， C （填“B”、“C”或“D”）点动能最大，在这个过程中，机械能 守恒 （填“守恒”或“不守恒”）。（忽略空气阻力）
【答案】C；守恒。
【解答】解：弹性绳绷紧后，开始阶段，拉力小于重力，人向下做加速运动，当重力等于弹力时，速度最大；当拉力大于重力后，人做减速运动，即速度先增大后减小；蹦极人在C点受弹性绳的弹力与自身重力相等，故此时人的动能是最大的；
A到C过程中，高度减小，速度变大，人在C点受弹性绳的弹力与自身重力相等，速度达到最大，动能最大；
在这个过程中忽略空气阻力，只有动能和势能的相互转化，机械能守恒。
故答案为：C；守恒。
能力提升训练
一、选择题。
1．下列关于功和能量的说法正确的是（ ）
A．具有能的物体一定在做功
B．物体做的功越多，它具有的能越大
C．物体具有的能越多，它做的功就越多
D．物体能够做的功越多，它具有的能就越大
【答案】D。
【解答】解：A、具有能的物体不一定正在做功，例如拉长的弹簧、吊灯等，故A错误；
BC、物体的具有的能越大，它能够做的功越大，做的功不一定多，故BC错误；
D、物体能够做的功越多，说明它做功的能力强，因此它具有的能就越大，故D正确。
故选：D。
2．关于能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A．悬在空中的打桩重锤，因为没有做功，所以没有能
B．运动速度相同的物体，它们具有的动能一定相等
C．重力势能相等的物体，它们一定处于同一高度
D．同一个弹簧测力计分别挂2N、5N的重物 （在弹性限度内），挂5N重物时弹簧的弹性势能较大
【答案】D。
【解答】解：A、悬在空中的打桩重锤，虽然没有做功，但它由于被举高而具有了重力势能，故A错误；
B、动能的影响因素是质量和速度，运动速度相同的物体，它们具有的动能不一定相等，故B错误；
C、重力势能的影响因素是质量和高度，重力势能相等的物体，它们不一定处于同一高度，故C错误；
D、在弹性限度内，同一个弹簧测力计分别挂2N、5N的重物，挂5N重物时弹簧的形变程度大，所以弹性势能较大，故D正确。
故选：D。
3．图为一种爬杆机器人，仅凭电池提供的能量，就能像人一样沿杆竖直向上匀速爬行。机器人在此过程中（ ）
A．所受摩擦力方向竖直向下
B．对杆的握力增大时，所受摩擦力增大
C．匀速爬行速度增大时，所受摩擦力不变
D．动能全部转化为重力势能
【答案】C。
【解答】解：
A、机器人受到的重力竖直向下，在竖直向上匀速爬行时摩擦力与重力平衡，所以受摩擦力方向竖直向上，故A错误；
B、机器人在竖直向上匀速爬行时摩擦力与重力平衡，重力不变所以摩擦力不变，故B错误；
C、机器人在竖直向上匀速爬行时摩擦力与重力平衡，摩擦力大小与速度无关，所以摩擦力不变，故C正确；
D、机器人在竖直向上匀速爬行质量不变，速度不变，动能不变，高度增加，重力势能增大，所以没有动能转化为重力势能，机器人靠电池提供的能量，所以其重力势能的增大来自于消耗的电能，故D错误。
故选：C。
4．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球用轻弹簧系于O′点，O与O′点在同一水平面上。分别将A、B球拉到与悬点等高处，细绳和轻弹簧均处于水平，弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球第一次达到各自悬点的正下方时，两球仍处在同一水平面上，则两球各自第一次到达悬点正下方时（不计空气阻力）（ ）

A．A球的速度较大B．B球的动能较大
C．两球的动能相等D．两球的机械能相等
【答案】A。
【解答】解：
ABC、两个小球质量相同，且开始时处于同一高度，因此它们具有的重力势能相等，也就是机械能相等。当A球摆动到最低点时，不计空气阻力，它的重力势能全部转化为动能，即动能等于原来的重力势能；当B球到达最低点时，小球的重力势能会转化为小球的动能和弹簧的弹性势能，即小球的动能小于它原来的重力势能，因此A球的动能大，速度较大，故A正确，而B、C错误；
D、小球A的机械能无损耗，而小球B的机械能部分转化为弹簧的弹性势能，因此两球到达最低点时的机械能不相同，故D错误。
故选：A。
5．如图所示，运动员在一端固定一端有弹性的跳板上起跳，下列说法正确的是（ ）

A．人压弯跳板时，动能不变，跳板具有弹性势能
B．人离开跳板瞬间，动能最小，重力势能最大
C．人离开跳板上升过程中，动能转化为重力势能
D．人在最高点时，动能最大，重力势能最小
【答案】C。
【解答】解：
A、人压弯跳板时，人的速度会慢慢的变小，质量不变，动能变小，人的高度减小，重力势能减小，跳板发生了弹性形变，跳板具有弹性势能，故A错误；
BC、人离开跳板瞬间，人的速度较大，动能减小，高度较小，重力势能较小，在上升的过程中，动能转化为重力势能；故B错误，C正确；
D、人在最高点时，高度最高，重力势能最大，速度最小，动能最小，故D错误。
故选：C。
6．2022年2月15日，在北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛中，中国小将苏翊鸣全程动作行云流水，发挥稳健，最终获得金牌。如图所示是他在空中某一瞬间的照片，下列说法正确的是（ ）
A．他从高坡上加速下滑过程中，他的动能增大，重力势能减小
B．起跳后他在空中旋转的过程中，不受力的作用
C．落地后仍继续向前滑行，是由于他受到惯性的作用
D．落地后站在水平雪面上时，他对雪面的压力与他受到的重力是一对平衡力
【答案】A。
【解答】解：
A、他从高坡上加速下滑过程中，他的质量不变，速度变大，动能增大，高度变小，重力势能减小，故A正确；
B、起跳后他在空中旋转的过程中，运动状态发生了变化，受到力的作用；故B错误；
C、落地后仍继续向前滑行，是由于他具有惯性，惯性是一种性质，不能说受到惯性的作用，故C错误；
D、落地后站在水平雪面上时，他对雪面的压力与他受到的重力，这两个力的方向相同，且作用在两个物体上，不是一对平衡力，故D错误。
故选：A。
7．如图所示，小球在弧形轨道A点静止自由下落后到达最高点E点。在这过程中，C点为弧形轨道最低点，B、D两点的高度相等，不计空气阻力。下列说法正确的是（ ）

A．小球从A点到E点的过程中，机械能守恒
B．小球在A点的机械能最大
C．小球在B、D两点的动能相等
D．小球从C点运动到D点过程中，重力势能在逐渐减小
【答案】B。
【解答】解：
A、小球由弧形轨道上的A点释放，到达右侧的最高点E，由于E点低于A点，这表明小球的机械能减小了，说明一部分机械能转化为了内能（小球在运动过程中受到摩擦力），即小球的机械能是不守恒的，故A错误；
B、由于存在摩擦力，小球从A点到E点过程中，机械能会变小，所以小球在A点的机械能最大，故B正确；
C、由于存在摩擦力，小球从A点到E点过程中，机械能会变小，B、D两点高度相等，质量不变，重力势能相等，机械能等于动能与势能之和，所以B点动能大，故C错误；
D、小球从C点到D点的过程中，质量不变，高度变大，所以重力势能变大，故D错误。
故选：B。
8．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
【答案】C。
【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。
9．如图所示是物体在运动过程中动能EK随时间t变化的曲线，则该运动的物体可能（ ）
A．由静止下落的乒乓球
B．离开脚后在地上滚动的足球
C．竖直向上垫起的排球
D．斜向上投掷出去的铅球（没有落地）
【答案】D。
【解答】解：由图可知，该物体的动能先减小后增大，整个运动过程中动能都不为零。
A、由静止下落的乒乓球，质量不变，速度不断变大，则动能不断变大，到达地面时，速度为零，动能为零，故A不合题意；
B、离开脚后在地上滚动的足球，质量不变，速度逐渐变小，则动能不断变小，停止运动时，速度为零，动能为零，故B不合题意；
C、竖直向上垫起的排球，质量不变，速度逐渐变小，则动能不断变小，到达最高点时，速度为零，动能为零，故C不合题意；
D、斜向上投掷出去的铅球，由于受到空气阻力和重力的作用速度不断变小，然后变大，则动能先变小后变大，在落地之前，速度不为零，动能不为零，故D符合题意。
故选：D。
10．如图所示，在蹦床运动中，A点是运动员到达的最低点，B点是蹦床恢复原状的位置。运动员从A点运动到B点的过程中（不计空气阻力），下列判断正确的是（ ）
A．蹦床的弹性势能全部转化为运动员的动能
B．蹦床的弹性势能全部转化为运动员的重力势能
C．运动员的机械能保持不变
D．运动员的机械能逐渐增大
【答案】D。
【解答】解：运动员从A点运动到B点的过程中，质量不变，高度变大，则重力势能变大；蹦床的形变程度变小，弹性势能逐渐变小；
在A点时，弹力大于重力，运动员向上做加速运动，运动员质量不变，动能逐渐变大；蹦床的弹力会逐渐变小，当弹力等于重力时，速度最大，继续运动，弹力小于重力，运动员做减速运动，故此过程中，动能先变大后变小。
综上分析可知，蹦床的弹性势能一部分转化为运动员的动能，一部分转化为运动员的重力势能，所以不计空气阻力，运动员的机械能变大，故只有D正确。
故选：D。
二、填空题。
11．卫星在大气层外运动时，不受空气阻力作用，因此 机械能 守恒，卫星在远地点时 重力势能 最大，在近地点时 动能 大。（选填“动能”、“重力势能”或“机械能”）
【答案】机械能；重力势能；动能。
【解答】解：卫星在大气层外运动，不受空气阻力作用，只有动能和势能的转化，因此机械能守恒；卫星在绕地球运动过程中，质量不变，在远地点时，和地球的相对高度最大，重力势能最大；当它从远地点向近地点运动时，速度增大，动能增大。
故答案为：机械能；重力势能；动能。
12．用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量m1＝m2＜m3，实验时，让物体从木桩正上方的某一高度处自由下落，将木桩打入沙中，三次实验木桩进入沙中的深度如图所示，木桩进入沙中的深度越深，则物体对木桩做的功越 多 ，比较a、b可知：物体重力势能的大小与物体的 高度 有关；比较 a、c 可知：物体重力势能的大小与物体的质量有关。

【答案】多；高度；a、c。
【解答】解：
（1）物体下落过程中，物体的重力势能转化为动能，物体的重力势能就越大，对木桩做功越多，木桩陷入沙坑越深，所以我们可以通过木桩陷入沙坑的深度观察来判断重力势能的大小，这用到了转换法；
（2）由a、b两图可知，物体的质量m1＝m2，从不同高度落下，落下的位置越高，木桩被打得越深，物体的重力势能越大，说明重力势能与高度有关；
比较a、c两图可知，物体的质量m1＜m3，物体从同一高度落下，质量越大，木桩被打得越深，说明重力势能与质量有关。
故答案为：多；高度；a、c。
13．如图所示，直轨道AB和圆弧形轨道平滑连接，其内壁光滑，现从A点处静止释放一实心均匀小球，在从A到C运动的过程中，小球的机械能 不变 （填“变大”、“变小”或“不变”）；小球运动至C点离开轨道后，可能沿虚线 b 的方向运动，你推理的理由是 小球由于惯性保持原来的运动状态，并且小球受到竖直向下的重力作用 。
【答案】不变；b；小球由于惯性保持原来的运动状态，并且小球受到竖直向下的重力作用。
【解答】解：（1）直轨道AB和圆弧形轨道平滑连接，其内壁光滑，没有摩擦，机械能守恒，所以从A点处静止释放一实心均匀小球，在从A到C运动的过程中，小球的机械能不变。
（2）小球运动至C点离开轨道后，由于惯性小球要保持原来的运动状态，沿c方向运动，但是小球还受到重力作用，小球要向下运动，所以最终小球沿b方向运动。
故答案为：不变；b；小球由于惯性保持原来的运动状态，并且小球受到竖直向下的重力作用。
14．将球竖直向上抛出并落回地面，该过程中先后经过M、S两点，球在这两点的动能和重力势能如图所示，则球在该两点的速度vM ＜ vS（＞/＝/＜），该两点离地的高度hM ＞ hS（＞/＝/＜），球在运动过程中的机械能 不守恒 （守恒/不守恒）。

【答案】＜；＞；不守恒。
【解答】解：球的质量不变，球在M点的动能小于S点动能，所以球在M点的速度小于S点速度，则球在该两点的速度vM＜vS；
球在M点的重力势能大于S点的重力势能，球的质量不变，所以球在M点的高度大于S点的高度；
在运动过程中没有发生弹性形变，所以机械能等于动能和重力势能之和，由图知，球在M点动能和S点重力势能相等，M点的重力势能大于S点的动能，所以M点的机械能大于S点的机械能，说明球经过M、S两点时其机械能不守恒；
故答案为：＜；＞；不守恒。
15．如图所示，小吴用滑雪板滑雪，从高点C处由静止滑下，经过B点到达最低点然后到达另一侧与B点等高的点A时刚好速度为零。由C到B点过程中， 重力势 能转化为动能，从C到A点过程中， O 点的动能最大，从最低点O到A点的过程中，机械能的总量 变小 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。

【答案】重力势；O；变小。
【解答】解：
小吴和滑雪板从C点到B点的过程中，质量不变，高度变小，速度变大，故小吴和滑雪板的重力势能变小，动能变大，则该过程中重力势能转化为动能；
小吴和滑雪板到达O点时速度达到最大值，其动能最大；
从最低点O到A点的过程中，由于接触面是粗糙的，所以小吴和滑雪板在运动过程中受摩擦力的作用，需要克服摩擦做功，一部分机械能转化为内能，故小吴和滑雪板的机械能变小。
故答案为：重力势；O；变小。
三、实验探究题。
16．如图所示，有一轻质弹簧左端固定，右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置，小球压缩弹簧至A位置，然后由静止释放小球，小球向右运动，经过B点时速度为v1，继续运动到最远处的C点，已知AO＞OC。
（1）小球经过O点时，有没有受到弹簧的弹力？答： 没有 。
（2）小球从A到C的运动过程中，小球的动能和弹簧的弹性势能之间是如何转化的？
（3）到达C点后，小球向左运动，再次经过B点时的速度为v2。则：
①v1 ＞ v2（选填“＜”“＝”“＞”）；
②小球前后两次经过B点时，弹簧弹力的方向 相同 （选填“相同”“相反”）。
【答案】（1）没有；（2）小球从A到O的过程中，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小，弹性势能转化为小球的动能，小球的动能增大；小球从O到A的过程中，弹簧的形变程度变大，弹性势能变大，小球的动能转化为弹性势能，小球的动能减小；（3）①＞；②相同。
【解答】解：（1）O点是弹簧保持原长时小球的位置，此时弹簧没有发生弹性形变，不具有弹力；
（2）小球从A到O的过程中，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小，弹性势能转化为小球的动能，小球的动能增大；小球从O到A的过程中，弹簧的形变程度变大，弹性势能变大，小球的动能转化为弹性势能，小球的动能减小；
（3）已知AO＞OC，由此可知，小球在运动的过程中，克服摩擦做功，机械能会变小；
①小球第一次经过B点时的机械能要大于第二次经过B点时的机械能，质量不变，高度不变，重力势能不变，所以小球第一次经过B点时的动能要大于第二次经过B点时的动能，故v1＞v2；
②小球前后两次经过B点时，弹簧处于伸长状态，弹力的方向相同。
故答案为：（1）没有；（2）小球从A到O的过程中，弹簧的形变程度变小，弹性势能变小，弹性势能转化为小球的动能，小球的动能增大；小球从O到A的过程中，弹簧的形变程度变大，弹性势能变大，小球的动能转化为弹性势能，小球的动能减小；（3）①＞；②相同。
17．小江同学利用一个弹珠、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：
请回答以下问题：
（1）实验中，是通过比较 弹珠被弹射的水平距离 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 长度 有关；
（3）比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能还与橡皮条的 宽度 有关；
（4）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 D
A、窄而长的 B、宽而长的 C、窄而短的 D、宽而短的。

【答案】（1）弹珠被弹射的水平距离；（2）长度；（3）宽度；（4）D。
【解答】解：（1）弹弓弹性势能的大小是通过弹珠射出的距离来表示，射出的越远，弹弓的弹性势能越大。
（2）比较第1次和第2次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条宽度相同，长度不同，弹珠射出的距离不同，故橡皮条的弹性势能与橡皮条的长度有关；
（3）比较第1次和第3次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮长度相同，条宽不同，弹珠射出的距离不同，故橡皮条的弹性势能与橡皮条的宽度有关；
（4）由以上可知，弹性势能的大小与宽度、长度有关；在拉伸相同的伸长量时，宽度越宽，弹性势能越大，长度越短，弹性势能越大，故弹性势能最大的橡皮条是宽而短的，故选D。
故答案为：（1）弹珠被弹射的水平距离；（2）长度；（3）宽度；（4）D。
18．如图所示，在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，将小钢球从高度为h的同一斜面上由静止开始滚下，推动同一小木块向前移动一段距离s后停下。完成甲、乙、丙所示的三次实验，其中h1＝h3＞h2，mA＝mB＜mc。
（1）在本实验中，小钢球动能大小是通过 距离s （选填“高度h”或“距离s”）大小来反映的；
（2）小钢球在水平面上不能立即停下，是因为小钢球具有 惯性 ；
（3）分析比较甲和乙两组实验可得结论： 物体质量相同时，速度越大，动能越大 ；
（4）分析比较 甲、丙 两组实验可得出物体的动能与质量的关系。
（5）实验后，同学们联想到在许多交通事故中，造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超速”，进一步想知道，在影响物体动能大小的因素中，哪个因素对动能影响更大？于是利用上述器材进行了实验测定，得到的数据如下表：
（a）为了探究“超载”安全隐患，应选择 1、3 两个序号的实验进行比较。
（b）为了探究“超速”安全隐患，应选择 1、2 两个序号的实验进行比较。
分析表格中的实验数据可知： 速度 对物体的动能影响更大，当发生交通事故时，由此造成的危害更严重。

【答案】（1）距离s；（2）惯性；（3）物体质量相同时，速度越大，动能越大；（4）甲、丙；（5）（a）1、3；（b）1、2；速度。
【解答】解：（1）小钢球从斜面滚下过程中，其动能大小是通过小木块移动的距离s大小来反映的；
（2）小钢球在水平面上不能立即停下，是因为小钢球具有惯性；
（3）分析比较甲和乙两组实验可得，物体的质量相同，而下滑的高度不同，甲图中下滑的高度大，运动到水平面时速度大，推动木块滑行的距离大，故物体质量相同时，速度越大，动能越大；
（4）研究物体的动能与质量的关系要控制速度大小相同，故分析比较甲、丙两组实验可得出物体的动能与质量的关系；
（5）a、研究超载隐患时，应控制小球下滑的高度相同而质量不同，由表中实验数据可知，应选择1、3所示实验进行比较；
b、为了探究“超速”安全隐患，应选择1、2两个序号的实验进行比较；由表中实验数据可知，在同等条件下速度对物体的动能影响更大，当发生交通事故时，由此造成的危害更严重。
故答案为：（1）距离s；（2）惯性；（3）物体质量相同时，速度越大，动能越大；（4）甲、丙；（5）（a）1、3；（b）1、2；速度。
物体
质量m/kg
速度v/m•S﹣1
动能E/J
牛
约600
约0.5
约75
中学生
约50
约6
约900
试验次数
钢球的质量/g
钢球下摆的高度h/cm
木块滑行的距离/cm
1
20
20
25
2
40
20
45
3
60
20
62
实验序号
铁块质量m/g
铁块距桌面高度H/cm
桌腿进入沙子的深度h/cm
①
20
20
1.9
②
20
30
2.9
③
20
40
3.8
④
30
20
2.9
⑤
40
20
4.1
实验
序号
铁块质量
m/g
铁块距桌面高度
H/cm
桌腿进入沙子
的深度h/cm
①
20
20
1.9
②
20
30
2.9
③
20
40
3.8
④
30
20
2.9
⑤
40
20
4.1
次数
橡皮条
橡皮条宽/cm
橡皮条长/cm
弹射的水平距离/m
1
a
0.50
20.00
10.10
2
b
0.50
30.00
8.20
3
c
1.00
20.00
14.00
次数
橡皮条
橡皮条宽/cm
橡皮条长/cm
弹射的水平距离/m
1
a
0.50
20.00
10.10
2
b
0.50
30.00
8.20
3
c
1.00
20.00
14.00
实验序号
小球的质量m/g
小球自由滚下的高度h/cm
木块被撞后运动的距离s/m
1
30
10
4
2
30
20
16
3
60
10
8