第 3 节 动能和势能
1. 下列关于能的叙述中,正确的是( )
A. 一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能
B. 挂在树枝上的苹果,没有做功,所以没有能
C. 一个物体已做过的功越多,说明这个物体具有的能越多
D. 运动的物体具有能,静止的物体没有能
答案 A 一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能,故A 说法正确;挂在树枝上的苹果,虽然没有做功,但具有做功的本领,所以具有能,故 B 错误;一个物体已做过的功的多少与这个物体具有的能没有必然联系,故C 错误;运动的物体具有动能,静止的物体可能具有势能,故 D 错误。
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2.(2019 山东济宁邹城一模)改革开放以来,我国的航天事业得到了空前的发展,并取得了举世瞩目的成就。如图,为我国神舟号飞船返回舱减速降落的情景。返回舱在此过程中( )
A. 动能减小,重力势能减小
B. 动能不变,重力势能减小
C. 重力不做功
D. 不受力作用
答案 A 返回舱减速降落时,高度及速度都变小,但质量不变,所以动能和重力势能都变小。
3.如图所示生活中的物品,利用弹性势能工作的是( )
答案 C 夹子工作时发生了弹性形变,所以夹子利用了弹性势能。
4.据《解放军报》2017 年 2 月 15 日报道,为应对域外大国对我国南海的挑衅,我国最新研制的防空利器——红旗-9 防空导弹出现在南海军演中,如图是该导弹发射的场景,导弹在上升过程中,重力势能将 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
答案 增大
解析 导弹在上升过程中,质量不变,高度不断增加,重力势能不断增大。
5.(2019 安徽淮北濉溪二模)小明为了研究超速、超载车辆碰撞时发生的危险,他设计了如图所示的实验,为了研究“超速” 带来的危害,他需要选择图 (选填“甲”或“乙”)来进行对比实验。
答 案 甲
解析 汽车的质量一定,速度越大,动能越大,故研究超速车辆碰撞时发生的危险时应该选择质量相同而到达水平面速度不同的小球进行实验,即甲图符合题意。
6.(2018 山东济宁微山一模)将体积相等的实心铅球和铁球放在同一个水平桌面上,则铅球的重力势能 (选填“大于”“等于”或“小于”)铁球的重力势能(以地面为参考面,ρ铅>ρ铁)。运动会上小刚将铅球斜向上方抛出落至地面,此现象表明力是改变物体 的原因,此过程中铅球的动能变化是 。
答案 大于 运动状态 先减小后增大
解析 实心铅球和铁球的体积 V 相同,其密度关系为ρ铅>ρ铁,由 m=ρV 可知,两球的质量关系为:m 铅>m 铁。重力势能的大小与质量和高度有关;两球在同一个水平桌面上且体积相同,相对于地面,其高度 h 相等,由 m 铅>m 铁可知铅球的重力势能大。将铅球斜向上方抛出落至地面,铅球在空中时受到重力的作用,其运动状态是改变的,说明力是改变物体运动状态的原因;将铅球斜向上方抛出落至地面,铅球在上升过程中,质量不变,速度减小,所以动能减小;铅球从最高点下落过程中, 质量不变,速度增大,所以动能增大。因此整个过程中,铅球的动能先减小后增大。
7.(2019 天津模拟)如图所示是研究重力势能大小影响因素的装置:由沙子,铁块,木桩组成(mA=mC<mB,hA=hB<hC),下面是猜想猜想一:重力势能大小与物体质量有关
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猜想二:重力势能大小与物体所处高度有关猜想三:重力势能大小与物体密度有关
(1) 物体重力势能大小通过 来反映。
(2) 验证猜想一选 两幅图,得出的结论是
。
(3) 实验室还提供了与 A、C 质量相同的铜块、铝块
①为验证猜想三,请设计实验记录表格。
②请分析实验结论 。
答案 (1)木桩陷进沙子的深度 (2)1、2 当物体的高度相同时,物体的质量越大,重力势能越大 (3)数据记录表:
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重物的材料 |
重物被举的高度 H/cm |
木桩陷入沙中的深度 h/cm |
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铜块 |
50 |
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铝块 |
50 |
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分析数据,得出结论:重力势能大小与物体密度无关
解析 (1)由图知,重力势能的大小通过木桩陷进沙子的深度来体现,这种间接的实验方法在物理中称为转换法。(2)为了探究重力势能与质量的关系,实验中采用质量不同的铁块,在探究过程中要注意保持物体从同一高度由静止释放,所以应选择 1、2 图进行实验;由图可知,2 图木桩陷进沙子的深度深,由此可得出结论:当物体的高度相同时,物体的质量越大, 重力势能越大;(3)为验证猜想三:重力势能大小与物体密度有关,实验时需要两步:①将铜块举高 50 cm,使其自由下落,
打击木桩,测量木桩陷入沙中的深度;②将铝块举高 50 cm,使其自由下落,打击木桩,测量木桩陷入沙中的深度;因此表格中需要记录重物的材料、重物被举的高度 H、木桩陷入沙中深度 h,设计见答案。由影响重力势能大小的因素知,重力势能的大小与物体的密度无关。
1.(2019 广西桂林模拟)如图所示,2019 年 1 月 3 日“嫦娥四号”成功登陆月球背面,巡视器在月球背面留下了第一道“车
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辙”印迹,若巡视器是沿着斜坡轨道匀速开下着陆器的,则在下坡过程中,关于巡视器的能量说法正确的是( )
A. 动能增大,重力势能不变
B. 动能不变,重力势能减小
C. 动能不变,重力势能不变
D. 动能增大,重力势能减小
答案 B 巡视器是沿着斜坡轨道匀速开下着陆器的,质量不变,速度不变,故动能不变,而高度减小,故重力势能减小。
2.(2018 山东临沂郯城二模)跳伞运动员从飞机上跳下,在打开降落伞直到落地的过程中,关于势能和动能的解释正确的是( )
A. 重力势能一直增加
B. 动能一直增大
C. 动能先减小后增大
D. 重力势能一直减小
答案 D 在打开降落伞直到落地的过程中,质量不变,高度减小,所以重力势能减小;由于运动员的速度是变化的,先加速后减速,最后匀速,故动能先变大后减小,最后不变,所以 A、B、C 错、D 正确。
3.(2018 河南许昌二模)如图为许昌市某小区自动垂直升降式车库的停车过程示意图。整个停车过程为:汽车先竖直向上从
静止开始速度逐渐增大,接着竖直向上匀速运动,然后竖直向上速度逐渐减小到 0 后再开始水平向左(或向右)运动,水平方向的运动和竖直方向的运动过程一样。则下列说法正确的是( )
A. 汽车竖直向上速度逐渐增大的过程中,动能增加,重力势能不变
B. 汽车竖直向上匀速运动的过程中,动能增加,重力势能增加
C. 汽车水平向左速度逐渐增大的过程中,动能增加,重力势能不变
D. 汽车水平向左速度逐渐减小的过程中,动能不变,重力势能增加
答案 C 汽车竖直向上速度逐渐增大的过程中,质量不变,速度变大,动能增加,高度增加,重力势能变大,A 错;汽车竖直向上匀速运动的过程中,质量不变,速度不变,动能不变,高度增加,重力势能变大,B 错;汽车水平向左速度逐渐增大的过程中,质量不变,速度变大,动能增加,高度不变,重力势能不变,C 正确;汽车水平向左速度逐渐减小的过程中,质量不变, 速度变小,动能减小,高度不变,重力势能不变,D 错。
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4.(2019 湖南娄底冷水江一模)某同学在观看电视里射箭比赛时发现,弓拉得越弯,箭射得越远。于是做出如下猜想:弹性势能的大小可能与物体发生弹性形变的程度有关。
(1) 为验证猜想是否正确,他设计了如图所示的实验,将一小球置于弹簧的右端,将弹簧每次压缩到不同的长度,松开后,让弹开的小球钻入位于同一位置的相同纸盒并留在其中。分析比较每次纸盒 ,从而可比较同一弹簧在不同弹性形变时弹性势能的大小,若桌面绝对光滑,该实验将 (选填“能”或“不能”)达到探究目的。
1 2
(2) 
理论推导和实验结果均表明,弹簧发生弹性形变时弹性势能的大小 Ep= kx 。其中 Ep 表示弹性势能,单位是 J,x 是弹簧
长度的改变量,单位是 m,k 称为弹簧的劲度系数,则 k 的单位是 。答案 (1)移动的距离 不能 (2)J/m2
解析 (1)为了改变弹簧的弹性形变大小,要将同一个弹簧压缩不同的长度;运用转换法,观察纸盒被推动距离的远近来比
较弹性势能的大小;若水平面绝对光滑,纸盒就会做匀速直线运动,无法比较纸盒移动距离的远近,达不到探究目的。(2)
1 2 2Ep 2
由公式 E = kx 可知k=
2
x2 ,由于 Ep 单位是 J,x 单位是 m,故 k 的单位是 J/m 。
1.(2019 吉林长春模拟,3,★☆☆)冰雹,俗称雹子,夏季或春夏之交最为常见。它是一些小如黄豆,大似栗子的冰粒,威力巨
大,因为高空的冰雹具有较大的( )
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A.弹性势能 B.重力势能
C.动能 D.惯性
答案 B 高空的冰雹具有一定的质量和较高的高度,故具有较大的重力势能。
2.(2019 安徽阜阳颍上一模,3,★☆☆)2019 年 4 月 1 日钦州市一产业园区中发生一起越野车失控撞上隔离带的事故,经调查, 是雨天路滑车辆速度过快所致。这是车辆在马路上行驶过快, 过大造成的。
答案 动能
解析 车辆在马路上行驶得越快,速度越大,则动能越大,动能越大对外做功的本领就越大,发生碰撞事故时造成的损坏就越严重。
3.(2018 上海浦东新区第一教育署期中,14,★★☆)以同样速度匀速行驶的小轿车和大卡车, 的动能比较大;同一辆汽车行驶在高架路上或地面路上,行驶在 路上时,汽车重力势能比较大。
答案 大卡车 高架
解析 小轿车和大卡车以相同的速度在平直的公路上匀速行驶,速度相同,大卡车的质量大,则大卡车的动能大;同一辆汽车行驶在高架路上或地面路上,在高架路上的高度大,故行驶在高架路上时,汽车重力势能比较大。
1.(2019 湖南湘西中考,7,★☆☆)跳伞运动员在空中匀速下落的过程中( )
A.重力势能减小 B.动能增加
C.机械能增加 D.机械能不变
答案 A 跳伞运动员在空中匀速下落的过程中,高度越来越低,则重力势能变小;速度不变,则动能不变;机械能减小。
2.(2019 山东聊城中考,7,★☆☆)如图是探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验。实验中,让同一铜球从斜面的不同高度由静止释放,撞击同一木块,下列说法正确的是( )
A. 该实验探究的是物体动能大小与高度的关系
B. 该实验探究的是物体动能大小与质量的关系
该实验中,物体的动能是指木块的动能
该实验结论可以解释为什么对机动车限速
答案 D 让同一个铜球从斜面的不同高度由静止释放,撞击同一个木块,可以探究物体的动能大小与速度的关系,故 A、
B 错误;这里的动能是指铜球的动能,而不是指木块的动能,故 C 错误;本实验可以得到一个结论:在物体的质量相同时,速度越大动能越大,这个结论能够解释“为什么机动车要限速”,故 D 正确。
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3.如图所示,人骑自行车下坡,速度会越来越快,在这一过程中( )
人和车的动能保持不变
人和车的动能增大
人和车的动能减小
人和车的重力势能增大
答案 B 人骑自行车下坡,速度会越来越快,在这一过程中人和车的质量不变,速度增大,动能增大,高度减小,重力势能减小,故选 B。
4.(2018 江苏扬州中考,25,★★☆)如图所示,探究重力势能的大小与哪些因素有关时,为了显示重力势能的大小,甲用橡皮泥代替沙子,乙用海绵代替沙子,你认为更合适的是 (甲/乙)的方法,理由
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是 。
答案 乙 用海绵代替沙子,现象要比橡皮泥明显
解析 本实验是通过观察桌子陷入沙中的深浅来探究影响重力势能大小的因素;因重力势能的大小无法直接观察到,所以采用的是转换法。相同条件下,海绵的凹陷程度要比橡皮泥大,故用海绵代替沙子,现象要比橡皮泥明显。
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5.(2018 安徽中考,18,★★☆)图为探究物体(钢球)动能大小跟哪些因素有关的实验装置。
实验原理:
①钢球从平滑斜面上由静止开始向下运动,到达斜面底端时的速度只与钢球起点位置的高度有关,起点位置越高,该速度越 。
②钢球从平滑斜面上由静止开始向下运动,在水平木板上撞击木块,木块运动的距离越长,运动钢球所具有的动能越 。
实验现象:
①同一钢球从斜面上不同高度处由静止向下运动,在水平木板上撞击木块,钢球开始向下运动时的起点位置越 , 木块运动的距离越长。
②质量不同的钢球从斜面上同一高度由静止向下运动,在水平木板上撞击木块,钢球的质量越 ,木块运动的距离越长。
答案 (1)①大 ②大 (2)①高 ②大
解析 (1)①钢球从平滑斜面上由静止开始向下运动,重力势能转化为动能,起点位置越高,重力势能越大,到达水平面时的动能越大,速度越大;②实验中是通过钢球撞击木块移动的距离来反映钢球动能大小的,利用了转换法;被撞木块的运动距离越长,说明钢球对被撞木块所做的功就越多,钢球原来所具有的动能就越大;(2)①质量一定的钢球开始向下运动的起点位置越高,到达水平面时的速度越大,因此动能越大,对木块做功越多,木块移动的距离越长;②不同质量的钢球从斜面
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