第 4 节 机械能及其转化
1.(2019 山东滨州滨城一模)2018 俄罗斯世界杯足球赛中,某球员传球时足球的运动轨迹如图所示,下列分析不正确的是
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( )
A. 在不计空气阻力的情况下,足球从离开脚后到达最高点的过程中,球的机械能不变
B. 在最高点时,球的动能大于零
C. 足球在下落过程中,脚对足球一直在做功
D. 球在整个运动过程中,运动状态不断改变
答案 C 在不计空气阻力的情况下,足球离开脚后,只有重力势能与动能的转化,所以球的机械能不变,A 说法正确;由图知,球是沿斜上方运动,到达最高点时仍具有向右运动的速度,所以,球的动能大于零,B 说法正确;足球在下落过程中,脚没有对足球施加力的作用,所以脚对球没有做功,C 说法错误;球在整个运动过程中,一直只受向下的重力的作用,所以运动状态不断改变,D 说法正确。
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2.(2018 黑龙江哈尔滨道里一模)如图所示的情景中,重力势能转化为动能的过程是( )
答案 D 将弓拉弯时,人对弓做功,弓形状发生改变,产生了弹性势能;松手后,箭离开弓的过程中,弓对箭做功,使箭的速度变大,弓的弹性势能转化为箭的动能,A 不合题意;撑杆跳运动员撑起过程,所处的高度增加,其速度减小,动能转化为重力势能,B 不合题意;杠铃被举起时,其速度变慢,所处的高度增加,动能转化为重力势能,C 不合题意;运动员下落时,所处的高度降低,重力势能减小,其速度增加,动能增加,重力势能转化为动能,D 符合题意。
3.铅球被推出手后,在某一时刻它的动能是 200 J,重力势能是 120 J,此时它的机械能为 J。
答 案 320
解析 铅球的机械能就是其动能和势能之和。
4.(2019 安徽马鞍山一模)如图所示的单摆,如果不考虑空气阻力的影响,小球将在 ABC 间不停地往复运动。小球从 A 运动到
B 的过程中,机械能 (选填“逐渐变小”或“保持不变”);绳子的拉力对小球 (选填“做功”或
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“不做功”)。
答案 保持不变 不做功
解析 不考虑空气阻力的影响,小球将在 ABC 间不停地往复运动,机械能守恒,即机械能总量保持不变;单摆摆动过程中, 绳子对小球有拉力的作用,但小球并没有在拉力的方向上移动距离,所以绳子的拉力对小球不做功。
5.简要回答有关水电站的下列问题。
(1) 从能量转化的角度说明水电站的工作原理。
(2) 建设水电站选址时,从能量利用角度来看,你将选择图甲所示的 A 址还是选择图乙所示的 B 址?并说明理由?
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答案 (1)水从高处流下,水的重力势能转化为动能,水流推动水轮机发电,水的动能转化为电能。
(2)B 址,理由见解析。
解析 (1)水电站是通过将水的重力势能转化为动能再转化为电能来发电的;(2)B 址与水库的高度差比 A 址与水库的高度差大,相同质量的水流下时转化成的动能更多,转化成的电能也就相应多。
1.弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结构如图甲所示。图乙是小希玩弹跳杆时由最低位
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置上升到最高位置的过程,针对此过程,下列分析正确的是 ( )
A. 在 a 状态时弹簧的弹性势能最大,小希的机械能为零
B. a→b 的过程中,弹簧的弹力越来越大,在 b 状态时弹力最大
C. b→c 的过程中,弹簧的弹性势能转化为小希的重力势能
D. a→c 的过程中,小希先加速后减速,在 b 状态时速度最大
答案 A 由图可知,a 状态时弹簧的形变程度最大,弹簧的弹性势能最大,小希处于最低位置,高度为 0、速度为 0,故小希的重力势能和动能均为 0,由于小希的机械能等于动能加重力势能,所以小希的机械能为零,故 A 正确。a→b 的过程中, 弹簧的形变程度变小,所以弹簧的弹力越来越小,到达 b 状态时,弹簧恢复到原长,所以此时弹力为 0,故 B 错误。b→c 的过程,即离开地面上升的过程,小希的速度减小,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小希的重力势能,故 C 错误。a→b 的过程中,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,小希做加速运动, 随着弹簧形变量的减小,弹力减小,当弹力等于重力时,小希的速度达到最大,弹力继续减小,向上的弹力小于向下的重力时,小希做减速运动,而 b→c 的过程中,小希在重力作用下做减速运动,所以,a→c 的过程中,小希先加速后减速,在 b 状态时速度并不是最大(此时只受重力作用,处于减速阶段),故 D 错误。
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2.(2018 四川成都中考)如图所示,小邦在国色天乡玩蹦极,不考虑空气阻力,关于他在下降过程中的能量分析,下列说法正确的是( )
A. 弹性绳绷直前,重力势能增大,动能减小
B. 弹性绳绷直前,重力势能减小,动能不变
C. 下降到最低点,动能最小,弹性势能最大
D. 下降到最低点,重力势能最大,弹性势能最小
答案 C 弹性绳绷直前,人在重力作用下加速下落,重力势能减小,动能增大,A、B 错误;绳绷直后,人继续下落,弹性绳的伸长量逐渐增大,对人向上的拉力逐渐增大,下降到最低点,人的速度为零,此时人的重力势能最小,动能最小,弹性绳的弹性势能最大,C 正确,D 错误。
3.(2019 河北石家庄新华一模)图中 AOB 是光滑轨道,A 点的高度大于 B 点的高度,让小球由 A 点静止开始自由落下,沿轨道
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AOB 到达 B 点后离开(不计空气阻力),从 A 点到 O 点的过程中 能转化为 能,小球到达 B 点后由于 会继续运动,它的运动轨迹 a、b、c、d 最符合实际的是 。
答案 重力势 动 惯性 c
解析 因为不计空气阻力,AOB 完全光滑,小球运动时其机械能守恒;从 A 点到 O 点的过程中,高度变小,重力势能转化为动能;小球到达 B 点后由于惯性,仍要保持原来的运动状态,所以会继续运动;小球离开 B 点后,仍然运动,具有动能,它会沿原来的方向斜向上运动,d 不符合题意,动能转化成重力势能,到达最高点后,仍然具有水平方向的速度,故动能不能全部转化成重力势能,所以小球不会达到与 A 点等高的位置,a、b 不符合题意,正确满足这个条件的只有曲线 c。
1.(2019 湖北仙桃一模,8,★☆☆)如图所示,先用绳子把一个铁锁悬挂起来,然后把铁锁拿到紧挨自己的鼻子,松手后,铁锁
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向前摆动又摆回来。有关铁锁在摆动过程中的能量转化,下列说法正确的是( )
A. 铁锁下降到最低点,动能最小
B. 铁锁上升到最高点,重力势能最小
C. 铁锁下降过程中,重力势能转化为动能
D. 铁锁回摆后能碰到鼻子,因为铁锁的机械能始终不变
答案 C 铁锁下降到最低点时,重力势能转化成动能,其动能最大,故 A 错误、C 正确;铁锁上升到最高点,高度最大,其重力势能最大,故B 错误;铁锁在摆动过程中不断克服空气阻力做功,机械能减小,所以铁锁回摆后不能碰到鼻子,故D 错误。
2.下列关于机械能的说法中正确的是( )
A. “弓开如满月,箭去似流星”,在将箭射出时,弓的弹性势能转化为箭的动能
B. “飞流直下三千尺,疑是银河落九天”,在水下落过程中是弹性势能转化为动能
C. 骑自行车的人在奋力蹬车前进时,是人的重力势能转化为车的动能
D. 荡秋千时,当秋千在最高处时,动能最大,重力势能最小
答案 A 箭射出去时,弓的形变程度变小,弹性势能减小;箭由静止变为运动,动能增大;弓的弹性势能大部分转化为箭的动能,故 A 正确。
3.(2019 安徽亳州蒙城一模,8,★☆☆)图甲所示是小明从家到学校的一条水平公路,爱动脑筋的他做了这样的设想:要是将从家到学校的路挖成一个“V”字形,如图乙所示,那么只要从家骑上自行车后,不用刹车也不用蹬脚踏板,等车停下来就可以到达学校了。请你从能量转化与守恒的角度分析小明的设想在现实生活中不能实现的原因
是 。
答案 自行车对外做了功,自身的机械能减少
解析 骑车过程中要克服车轮与地面、转轴间的摩擦和空气阻力做功,使自身的机械能减小,所以不蹬脚踏板不能到达学校。
4.2016 年 4 月 24 日定为首个中国航天日,是为了纪念我国首枚人造卫星东方红一号发射成功, 卫星加速升空的过程中重力势能 ,动能 ,机械能 。(均选填“变大”“变小”或“不变”) 答案 变大 变大 变大
解析 卫星加速升空的过程中,质量不变,速度变大,高度变大,故动能和重力势能均变大,而机械能=势能+动能,所以机械能也变大。
5.(2018 广东广州模拟,25,★★☆)如图是一则公益广告:现如今随着入住高楼的人们越来越多,高空抛物的现象也屡屡发
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生。高空抛物有非常大的危险性,一个鸡蛋从 18 楼抛下来就可以砸碎行人头骨。请从能量的角度解释高空落下的鸡蛋能砸伤人的原因。(4 分)
答案 见解析
解析 高空中的鸡蛋具有很大的重力势能,下落过程中重力势能大部分转化为动能,在落地前鸡蛋具有很大的动能,砸向行人时会造成较大的伤害。
1.(2019 湖南长沙中考,24,★☆☆)下列有关机械能及其转化的说法正确的是( )
A. 弯弓射箭,箭的动能转化为弓的弹性势能
B. 拦河大坝使上游的水位升高,提高了水的重力势能
C. 蹦床运动员从高处落下,其动能转化为重力势能
D. 人造卫星从近地点飞向远地点时势能减小,动能增大
答案 B 将弓拉弯时,人对弓做功,弓形状发生改变,产生了弹性势能;松手后,弓对箭做功,弓的弹性势能转化成箭的动能,故A 错误;拦河坝为了提高上游水位,质量一定,高度越高,水的重力势能越大,故 B 正确;从最高处落下,运动员的质量不变,高度减小,重力势能减小,转化成了动能,运动员的速度增大,故 C 错误;人造卫星从近地点飞向远地点时高度增大, 重力势能增大,故D 错误。
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2.如图所示,直升机悬停在空中,下列对直升机能量的分析,正确的是( )
A. 直升机具有重力势能
B. 直升机的动能不断转化为重力势能
C. 直升机的重力势能不断转化为动能
D. 直升机的机械能在不断增大
答案 A 直升机悬停在空中,故具有重力势能;由于质量、高度和速度保持不变,故重力势能和动能保持不变,所以机械能也保持不变。综合分析可知 A 选项正确,B、C、D 选项错误。
3.(2019 山东烟台中考,8,★☆☆)如图所示,小球沿轨道由静止从 A 处经 B、C 运动到 D 处的过程中,忽略空气阻力和摩擦力, 则( )
小球在 A 处的动能等于在 D 处的动能
小球在 A 处的动能大于在 D 处的动能
小球在 B 处的机械能小于在 C 处的机械能
小球在 B 处的机械能等于在 C 处的机械能
答案 D 忽略空气阻力和摩擦力时,机械能守恒,则小球在运动过程中重力势能和动能相互转化,但机械能总量不变。
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4.图为某蹦床运动员从床面上 A 点起跳后腾空瞬间的照片,根据照片信息估测此时运动员脚尖到床面的距离约为 (选填“0.8 m”“1.8 m”或“3.8 m”);运动员在空中下落的过程中,他的 能转化为动能。
答案 1.8 m 重力势
解析 蹦床运动员的身高约 1.7 m,脚尖到床垫的距离和身高差不多,所以约为 1.8 m;运动员在高处具有重力势能,在下落时重力势能转化为动能。
5.(2018 四川广安中考,16,★☆☆)小明站在匀速上升的观光电梯里,此时他的重力势能增大,动能 (选填“增
大”、“减小”或“不变”);用吸尘器“吸”灰尘时,灰尘是由于空气流速越大,压强 被“吸”入吸尘器的。答案 不变 越小
解析 小明站在匀速上升的观光电梯里,他的速度和质量都不变,故动能不变;用吸尘器“吸”灰尘时,吸尘器内空气流速大、压强小,吸尘器外的空气流速小、压强大,在压强差的作用下灰尘被“吸”入吸尘器中。
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6.如图所示,是承承在乒乓球比赛中,高抛发球时的情景。不计空气阻力,请你回答下列问题:
在乒乓球上升的过程中,乒乓球的能量是如何转化的?其机械能如何变化?
乒乓球运动到最高点时,是否处于平衡状态?请说明理由。
答案 (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的动能转化为重力势能,由于不计空气阻力,则机械能不变。
(2)乒乓球运动到最高点时,处于非平衡状态,因为乒乓球此时只受重力的作用。
解析 (1)在乒乓球上升的过程中,乒乓球的质量不变,速度变小,动能减小,同时高度升高,重力势能变大,动能转化为重力势能;机械能为动能和势能之和,不计空气阻力,机械能不变;(2)见答案。
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