动能势能和机械能
考点一、动能
【典例一】（2019·潍坊）无人机已被应用于诸多领域，如图所示是一款四翼无人机。在无人机匀速上升过程中，对其分析正确的是（ ）。
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A．质量增加 |
B．动能增加 |
|
C．重力势能增加 |
D．机械能不变 |
【举一反三】
1.（2019·绵阳）2019年1月3日，嫦娥四号实现了人类探测器首次成功在月球背面软着陆。嫦娥四号探测器在距离月球表面100米高处悬停，对月球表面识别，并自主避障，选定相对平坦的区域后，开始缓慢地竖直下降，最后成功软着陆。从距离月球表面100米到软着陆在月球表面的过程中，嫦娥四号探测器的重力势能________，机械能________。（选填“增加”或“不变”或“减少”）
2.（2017•龙东）（多选题）为了更好的推进习总书记提出的“一带一路”发展战略，我国计划发射十八颗通信卫星，为沿线国家提供服务。下列关于人造卫星说法中，正确的是（ ）。
A．卫星运动到近地点时，动能最大，重力势能最小；
B．卫星运动到远地点时，动能最大，重力势能最小；
C．卫星由近地点向远地点运动，重力势能转化为动能；
D．卫星由远地点向近地点运动，重力势能转化为动能
3.（2017•广元）如图甲所示是小张“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验装置。
（1）小张让大小不同的实心钢球从同一斜面上相同的高度处由静止滚下，在水平面上运动并推动木块移动，是为了探究动能大小与 的关系；
（2）同班同学小红发现，木块被钢球撞击后移动的距离没有其他同学的明显，认为是木块太重导致滑动摩擦力过大的原因造成。为了验证猜测，小红设计了如图乙所示“探究滑动摩擦力与压力大小关系”的实验，当接触面粗糙程度不变，用弹簧测力计拉动木块匀速直线运动时，通过多次实验得到了表格中的相关数据，请你根据表中数据帮她分析并得出，滑动摩擦力f与压力F之间的数量关系式为 。
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实验次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
木块对木板压力F/N |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
弹簧测力计读数f/N |
0.6 |
0.9 |
1.2 |
1.5 |
1.8 |
考点二、势能
【典例二】（2017•扬州）扬州城区的高层建筑越来越多，但高空抛物却存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的（ ）。
A．弹性势能 B．重力势能 C．体积 D．阻力
【举一反三】
1.（2017·深圳）关于功和能，下列描述正确的是（ ）。
A．机械表上发条是增加了发条的弹性势能；
B．深圳大亚湾核电站是把电能转化为核能；
C．汽车加油后，以原来的速度继续匀速行驶它的动能会降低；
D．“飞流直下三千尺”中水的动能转化为重力势能
2.（2017•眉山）如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道绕地球运行，下列说法正确的是（ ）。
A．卫星在近地点时，动能最大，机械能最大；
B．卫星在远地点时，势能最大，机械能最大；
C．卫星从近地点向远地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变；
D．卫星从远地点向近地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变
3.（2019·天津）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。
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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 |
（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；
分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：______。
考点三、机械能
【典例三】（2017•广州）电梯匀速上升过程中，电梯的（ ）。
A.动能保持不变 B.机械能保持不变 C.重力势能保持不变 D.动能转化为重力势能
【举一反三】
1.（2017•杭州）如图所示，木块沿斜面从顶端匀速下滑的过程中，木块的（ ）。
A．重力势能减小，动能增大；B．重力势能减小，机械能减小；
C．动能不变，机械能不变； D．重力势能不变，机械能减小
2.（2017•绵阳）2017年4月20日19点41分在文昌航天发射场，长征七号重型运载火箭搭载天舟一号货运飞船发射升空。该型号火箭以液氧煤油为燃料，在火箭加速上升过程中（ ）。
A. 液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的机械能；
B. 液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的动能；
C.天舟一号的动能和重力时能都增大；
D.天舟一号的动能转化为重力势能
3.（2019·湖州）打网球已成为我国青少年喜欢的体育运动项目，如图甲为快速飞行的网球遇到迎面而来的球拍时的三个瞬间，图乙为用频闪相机拍摄的网球离开球拍后在空中飞行过程的照片。
（1）网球遇到球拍时，球和球拍都变形了，这说明______（写两点）。
（2）球遇到球拍后的某一瞬间，网球的速度刚好变为零，则该瞬间网球所受的力是否平衡？______
（3）网球表面比较粗糙，在空中飞行时所受空气阻力不可忽略。图乙中，网球从A点经过最高点B飞行到C点的过程中，下列说法正确的是______（选填序号）。
①在A、B、C三点，网球在A点机械能最大
②位于最高点B时，网球的动能为零
③在该飞行过程中，网球的势能先增大后减小
答案
考点一、动能
【典例一】（2019·潍坊）无人机已被应用于诸多领域，如图所示是一款四翼无人机。在无人机匀速上升过程中，对其分析正确的是（ ）。
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A．质量增加 |
B．动能增加 |
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C．重力势能增加 |
D．机械能不变 |
【答案】C。
【解析】无人机匀速上升过程中，无人机的质量不变，高度增大，重力势能增大；速度不变，质量不变，其动能不变；无人机上升过程中，没有发生弹性形变，不具有弹性势能，所以机械能等于重力势能与动能的总和，重力势能增大，动能不变，其机械能增大。
故选C。
【举一反三】
1.（2019·绵阳）2019年1月3日，嫦娥四号实现了人类探测器首次成功在月球背面软着陆。嫦娥四号探测器在距离月球表面100米高处悬停，对月球表面识别，并自主避障，选定相对平坦的区域后，开始缓慢地竖直下降，最后成功软着陆。从距离月球表面100米到软着陆在月球表面的过程中，嫦娥四号探测器的重力势能________，机械能________。（选填“增加”或“不变”或“减少”）
【答案】减少；减少。
【解析】嫦娥四号从距离月球表面100米到软着陆在月球表面的过程中，质量不变，高度减小，重力势能减少；该过程中其速度减小，动能减少；探测器没有发生弹性形变，不具有弹性势能，则机械能等于重力势能与动能的总和，所以其机械能减少。
故答案为：减少；减少。
2.（2017•龙东）（多选题）为了更好的推进习总书记提出的“一带一路”发展战略，我国计划发射十八颗通信卫星，为沿线国家提供服务。下列关于人造卫星说法中，正确的是（ ）。
A．卫星运动到近地点时，动能最大，重力势能最小；
B．卫星运动到远地点时，动能最大，重力势能最小；
C．卫星由近地点向远地点运动，重力势能转化为动能；
D．卫星由远地点向近地点运动，重力势能转化为动能
【答案】A、D。
【解析】卫星运动到近地点时，速度最大，距离最近，所以动能最大，重力势能最小，故A正确。
卫星运动到远地点时，速度最小，距离最远，所以动能最小，重力势能最大，故B错误。
卫星由近地点向远地点运动，速度越来越小，动能越来越小，同时距离地球越来越远，重力势能越来越大，动能转化为重力势能，故C错误。
卫星由远地点向近地点运动，速度越来越大，动能越来越大，同时距离地球越来越近，重力势能越来越小，重力势能转化为动能，故D正确。
3.（2017•广元）如图甲所示是小张“探究物体的动能与哪些因素有关”的实验装置。
（1）小张让大小不同的实心钢球从同一斜面上相同的高度处由静止滚下，在水平面上运动并推动木块移动，是为了探究动能大小与 的关系；
（2）同班同学小红发现，木块被钢球撞击后移动的距离没有其他同学的明显，认为是木块太重导致滑动摩擦力过大的原因造成。为了验证猜测，小红设计了如图乙所示“探究滑动摩擦力与压力大小关系”的实验，当接触面粗糙程度不变，用弹簧测力计拉动木块匀速直线运动时，通过多次实验得到了表格中的相关数据，请你根据表中数据帮她分析并得出，滑动摩擦力f与压力F之间的数量关系式为 。
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实验次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
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木块对木板压力F/N |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
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弹簧测力计读数f/N |
0.6 |
0.9 |
1.2 |
1.5 |
1.8 |
【答案】（1）质量；（2）f=0.3F。
【解析】（1）影响动能大小的因素是物体质量和运动速度；小明选用大小不同的钢球，故其质量也不同，如果从同一斜面的同一高度静止滚下，它们的速度相同，故实验是为了探究动能大小与质量的关系。
（2）由表哥中的数据，可求得f1=0.3F；滑动摩擦力的大小等于拉力大小，即弹簧测力计的示数，故滑动摩擦力的大小与压力之间的关系为：f=0.3F。
考点二、势能
【典例二】（2017•扬州）扬州城区的高层建筑越来越多，但高空抛物却存在巨大的安全隐患，因为高处的物体具有较大的（ ）。
A．弹性势能 B．重力势能 C．体积 D．阻力
【答案】B。
【解析】物体的重力势能与物体的高度有关，物体的质量越大、高度越高，重力势能越大，所以高处的物体具有较大重力势能，故B正确为答案。
【举一反三】
1.（2017·深圳）关于功和能，下列描述正确的是（ ）。
A．机械表上发条是增加了发条的弹性势能；
B．深圳大亚湾核电站是把电能转化为核能；
C．汽车加油后，以原来的速度继续匀速行驶它的动能会降低；
D．“飞流直下三千尺”中水的动能转化为重力势能
【答案】A。
【解析】A：上紧的机械表发条具有弹性势能，并且发条形变越大具有的弹性势能越大；故A正确。
B：在核电站中，核燃料发生裂变，释放出核能，把核能再转化为电能；故B错误。
C：汽车加油后相对于原来质量增加，虽然仍按原速度行驶，但动能相对于原来是增加的；故C错误。
D：“流直下三千尺”中，高处的水具有大量重力势能，下落过程中重力势能转化为动能；故D错误。
2.（2017•眉山）如图所示，人造卫星沿椭圆形轨道绕地球运行，下列说法正确的是（ ）。
A．卫星在近地点时，动能最大，机械能最大；
B．卫星在远地点时，势能最大，机械能最大；
C．卫星从近地点向远地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变；
D．卫星从远地点向近地点运行时，动能逐渐减小，势能逐渐增大，机械能不变
【答案】C。
【解析】卫星在近地点时，速度最大，动能最大，距离地球最近，势能最小，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故A错误。
卫星在远地点时，速度最小，动能最小，距离地球最远，势能最大，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故B错误。
卫星从近地点向远地点运行时，速度越来越小，动能逐渐减小，距离地球越来越远，势能逐渐增大，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故C正确。
卫星从远地点向近地点运行时，速度越来越大，动能逐渐增大，距离地球越来越近，势能逐渐减小，卫星在绕地球运动过程中，没有受到任何阻力作用，机械能守恒；故D错误。
3.（2019·天津）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。
|
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 |
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② |
20 |
30 |
2.9 |
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③ |
20 |
40 |
3.8 |
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④ |
30 |
20 |
2.9 |
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⑤ |
40 |
20 |
4.1 |
（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：______。
【答案】桌腿进入沙子的深度；①④⑤；质量相同的物体，高度越大，重力势能越大。
【解析】（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。
机械能
【典例三】（2017•广州）电梯匀速上升过程中，电梯的（ ）。
A.动能保持不变 B.机械能保持不变 C.重力势能保持不变 D.动能转化为重力势能
【答案】A。
【解析】动能与质量和速度有关，质量越大，速度越大，动能越大；重力势能与质量和高度有关，质量厚度越大，重力势能越大。因为电梯匀速，因此动能不变；又因为上升，所以重力势能增大，机械能是重力势能和动能之和。因此机械能增大。
【举一反三】
1.（2017•杭州）如图所示，木块沿斜面从顶端匀速下滑的过程中，木块的（ ）。
A．重力势能减小，动能增大；B．重力势能减小，机械能减小；
C．动能不变，机械能不变； D．重力势能不变，机械能减小
【答案】B。
【解析】木块在匀速下滑的过程中，速度不变，动能不变；高度减小，重力势能减小；木块在下滑过程中，受到摩擦力的作用；木块要克服摩擦力做功，机械能减少。
2.（2017•绵阳）2017年4月20日19点41分在文昌航天发射场，长征七号重型运载火箭搭载天舟一号货运飞船发射升空。该型号火箭以液氧煤油为燃料，在火箭加速上升过程中（ ）。
A. 液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的机械能；
B. 液氧煤油燃烧放出的热量全部转化为火箭和天舟一号的动能；
C.天舟一号的动能和重力时能都增大；
D.天舟一号的动能转化为重力势能
【答案】C。
【解析】飞船发射升空后，高度在增加，速度也在增加，且与空气之间有摩擦力产生，所以燃料燃烧放出热量转化为火箭和天舟一号的机械能以及火箭和天舟一号克服阻力所做的功，故A、B均错误。
天舟一号速度增加，动能增大，高度增加，重力势能增大，故C正确。
天舟一号的动能和势能没有转化，二者的增加均来自燃料的燃烧内能的转化，故D是错误的。
3.（2019·湖州）打网球已成为我国青少年喜欢的体育运动项目，如图甲为快速飞行的网球遇到迎面而来的球拍时的三个瞬间，图乙为用频闪相机拍摄的网球离开球拍后在空中飞行过程的照片。
（1）网球遇到球拍时，球和球拍都变形了，这说明______（写两点）。
（2）球遇到球拍后的某一瞬间，网球的速度刚好变为零，则该瞬间网球所受的力是否平衡？______
（3）网球表面比较粗糙，在空中飞行时所受空气阻力不可忽略。图乙中，网球从A点经过最高点B飞行到C点的过程中，下列说法正确的是______（选填序号）。
①在A、B、C三点，网球在A点机械能最大
②位于最高点B时，网球的动能为零
③在该飞行过程中，网球的势能先增大后减小
【答案】力使物体发生形变；力的作用是相互的；否；①③。
【解析】（1）球撞到球拍上，球拍发生了形变；说明：力能改变物体的运动状态；同时球的运动方向也发生了变化，说明球也受到了球拍的力；说明：力的作用是相互的；
（2）物体受力平衡时运动状态不发生改变；物体速度某个瞬间为零并能说明物体就受力平衡，小球速度为零下一瞬间将反向运动，说明小球不是出于平衡状态。所以该瞬间小球受力不平衡。
（3）网球飞行过程中高度先增大再减少，所以小球的重力势能先增大再减小，而过小球离开球拍后它的弹性势能是不变的，所以势能先增大后减小。
故答案是：（1）力使物体发生形变，力的作用是相互的；（2）否；（3）①③。
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