2024-2025学年版块11 功和机械能 专题11-4　机械能及其转化 （含答案） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

2024-2025学年版块11功和机械能专题11-4机械能及其转化（含答案）初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲专题11-4机械能及其转化知识·解读一、机械能动能物体由于运动而具有的能物体的质量、运动的速度势能重力势能体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能物体的质量、所处的高度弹性势能物体因发生弹性形变而具有的能物体的弹性形变程度二、各种机械能的表达式1、动能：Ek＝eq\f(1,2)mv2.（m为质量，v为速度）2、重力势能：Ep＝mgh.（m为质量，h为高度）3、弹性势能：Ep=kΔx2.（k为劲度系数，Δx为形变程度）三、机械能的转化分析动能和势能相互转化的方法：先运用动能和势能的影响因素分析得出物体所具有的动能和势能的大小变化情况，那么能的转化情况就是变小的那种形式的能转化成变大的那种形式的能．四、机械能守恒1、机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化，而没有机械能转化为其他形式的能，也没有其他形式的能转化为机械能．(1)只有重力或弹力做功．(2)除重力、弹力外，物体还受其他力，但其他力不做功．(3)除重力、弹力外，还有其他力做功，但其他力做功之和为零．2、易错提示：机械能守恒是一个理想化的定律.(1)在动能和势能相互转化的过程中，由于不可避免地要克服阻力对外做功，消耗一部分自身的机械能，所以机械能总量会变小．(2)在理想情况下(忽略对外所做的功)，可以认为在动能和势能相互转化过程中，机械能的总量保持不变．(3)从空中自由下落的物体，如果忽略空气阻力，其机械能是守恒的；沿光滑水平面或光滑斜面自由运动的物体，其机械能也是守恒的．五、“一定”与“不一定”1、在动能和势能的转化过程中，若仅有重力或弹力做功，机械能一定守恒；2、物体若受平衡力，即当物体处于静止或匀速直线运动状态时，机械能不一定守恒。典例·解读类型一：动能与重力势能的转化例1、2019年1月，全国第二届青年运动会滑雪比赛在我省大同进行．如图是赛场上滑雪运动员正在加速下滑时的情景．此过程中运动员()A.重力势能增加B.动能保持不变C.相对地面是运动的D.运动状态保持不变【答案】【答案】C．【解析】滑雪运动员加速下滑时，重力不变，高度降低，速度增大，其重力势能变小，动能变大，A、B错误；以地面为参照物，加速下滑的运动员位置发生变化，故滑雪运动员相对于地面是运动的，C正确；运动员加速下滑过程中速度增大，故其运动状态发生变化，D错误．故选C.类型二：机械能守恒问题例2、（多选）如图所示，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，弹簧左端固定．小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中(空气阻力忽略不计)，下列说法正确的是()A.在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能部分转化为小木块P的动能B.小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒C.小木块P在斜面上向上运动时，动能减小，重力势能增加D.小木块P运动到最高点时处于平衡状态【答案】A【答案】AC．【解析】AB水平面粗糙，在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能有一部分转化为小木块的内能，不是全部转化为小木块P的动能，A正确；小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时，有一部分机械能转化为内能，机械能不守恒，B错误；小木块P在斜面上向上运动时，动能转化为重力势能，动能减小，重力势能增加，C正确；BC表面光滑不受摩擦力，小木块P运动到最高点时，受到重力的作用有沿斜面向下运动的趋势(无摩擦力阻碍会向下运动)，因此不是处于平衡状态，D错误．故选AC.类型三：弹性势能计算问题例3、小丽同学在探究弹簧弹力大小与形变量关系时,发现同一根弹簧的弹力大小F与形变量Δx的比值k恒定。现小丽有两根原长相等的弹簧1和2,已知k1∶k2=1∶2,当在两根弹簧下分别挂同一物体静止时,弹簧1和2伸长量分别为Δx1和Δx2,则Δx1∶Δx2=_______。小丽通过查阅资料知道弹簧的弹性势能Ep=kΔx2,此时弹簧1和2弹性势能分别为Ep1和Ep2,则Ep1∶Ep2=_______。小丽将弹簧1和2并联悬挂一物体静止时如图13-36甲所示,两弹簧弹性势能之和为Ep甲,将弹簧1和2串联悬挂同一物体静止时如图乙所示,两弹簧弹性势能之和为Ep乙,则Ep甲∶Ep乙=_______。(已知如图甲所示情况下悬挂重物时弹簧1和2伸长量相同,整个实验中弹簧所受重力不计,且均处于弹性限度范围内)

【答案】【答案】2∶1；2∶1；2∶9．【解析】因为k=,所以在F相等时,Δx与k成反比,因为k1∶k2=1∶2,弹簧下挂同一物体时,物体对弹簧的拉力F相等,所以Δx1∶Δx2=k2∶k1=2∶1。===·=×=。图甲中,两根弹簧的伸长量相等,即Δx1甲=Δx2甲,所以弹簧1与弹簧2的弹性势能之比为===,即Ep2甲=2Ep1甲;根据F=kΔx可知,两根弹簧所受拉力之比为F1甲∶F2甲=1∶2;且由题知F1甲+F2甲=G,则F1甲=G;因图乙中弹簧1与弹簧2所受拉力相等,且大小均为G,所以弹簧1在图甲与图乙中所受拉力之比为1∶3,弹簧1在图甲与图乙中伸长量之比Δx1甲∶Δx1乙=1∶3;所以弹簧1在图甲与图乙中的弹性势能之比为====,即Ep1乙=9Ep1甲;图乙中弹簧1与弹簧2所受的拉力相等,所以Δx1乙∶Δx2乙=∶==2∶1;则图乙中弹簧1与弹簧2的弹性势能之比===×=,即Ep2乙=Ep1乙=4.5Ep1甲。所以Ep甲=Ep1甲+Ep2甲=3Ep1甲,Ep乙=Ep1乙+Ep2乙=9Ep1甲+4.5Ep1甲=13.5Ep1甲;所以==。培优·训练一、选择题1、踢毽子是一项有益的体育活动．如图，毽子某次被踢出后，竖直上升经过某一位置时，毽子的动能和重力势能分别Ek1和EP1，下落经过同一位置时，毽子的动能和重力势能分别为Ek2和EP2，则()A.Ek2＞Ek1B.Ek2＜Ek1C.EP2＞EP1D.EP2＜EP12、如图，弧形轨道ab段光滑，bc段粗糙，小球从a点经最低点b运动至c点．下列分析正确的是()A.从a到b的过程中，小球动能转化为重力势能B.经过b点时，小球动能最大C.从b到c的过程中，小球动能增大D.从a到c的过程中，小球机械能守恒3、(多选)如图所示，斜面与水平面在M点相连，弹簧左端固定．小物块从斜面上P点由静止滑下，与弹簧碰撞后最高返回到T点．则下列说法中正确的是()A.小物块从P向M运动过程中，机械能减小B.小物块从P向M运动过程中，重力势能增大C.弹簧被压缩到最短时，小物块动能最大D.小物块从M向T运动过程中，速度变慢第3题图第4题图4、如图所示是一个左右对称的凹形槽，将小球从A点由静止释放，若小球由A点到B点运动过程中克服摩擦力做的功用W表示，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（）A．小球从A点运动到B点的过程中，势能的减少量与动能的增加量之差等于WB．小球能够从A点运动到D点C．小球从A点运动到B点的过程中，势能的减少量等于动能的增加量D．小球从A点运动到C点的过程中，机械能的减少量等于动能的增加量5、如图所示，在一盛水的容器中，用力将一木块浸没在水中，撤去外力，木块加速浮出水面，在此过程中木块和水的机械能将是（）A．水的重力势能不变，木块的动能和势能都不变B．水的重力势能不变，木块的动能和势能都增加C．水的重力势能减少，木块的动能增加，重力势能不变D．水的重力势能减少，木块的动能和势能都增加6、如图所示是“蹦极”的示意图，a点是跳台的位置，b点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，c点是蹦极者下降的最低点。在蹦极者下降的过程中，下列说法正确的是（）A．从a到c过程，蹦极者的速度越来越大B．从a到b过程，绳的弹性势能越来越大C．从b到c过程，蹦极者的动能先变大后变小D．从b到c过程，蹦极者的速度越来越小7、（多选）如图所示，a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线（不计空气阻力），下列说法中正确的是（）A．a图线是动能--高度关系图线B．b图线是动能--高度关系图线C．小石块达到的最大高度为4mD．小石块在最高点时的机械能为1J8、在水平地面上并排铺有n块相同的均质砖块，如图甲所示，每块砖的质量为m，长为a，宽为b，厚为c。若要将这n块砖按图乙所示叠放在最左边的砖块上，则至少要给砖块做的功（）A．B．C.D．9、如图所示，高度为L、横截面积为S的物块浮在盛水的杯内，杯内水的高度恰好为L。已知杯子的横截面积为2S，水的密度为ρ0，物块的密度为ρ0，现用外力将物块按入水底，则外力所做的功至少是（）A.ρ0gSL2B.ρ0gSL2C.ρ0gSL2D.ρ0gSL210、（多选）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增大，动能减小11、（多选）如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面，一小球由A点以速度v沿轨道滚下，经另一侧等高点B后到达最高点C.下列关于小球滚动过程的分析正确的是()A.整个过程只有重力在对小球做功B.小球在A、B两点具有的动能相同C.小球在A、B、C三点的速度大小关系是vA>vB>vCD.小球在A点具有的机械能大于它在C点具有的重力势能12、如图所示,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(空气阻力不计),下列判断正确的是 ()A.小球的动能不断增加B.弹簧的弹性势能不断减少C.小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等D.在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变13、人的体温是由“下丘脑”中特殊神经细胞组织控制的，它对人体体温的变化很敏感，当下丘脑温度高于37℃时，人体散热机制（如血管舒张、出汗等）就会活跃起来。已知37℃时蒸发20克汗水所需能量为4780J。现有一中年人步行时，每秒钟体内产生的热量为35J，而此时人体通过传导、辐射等方式（不包括出汗）产生的散热功率只有33W，因此还要通过出汗的方式才能保持37℃的体温不变。那么此人步行30分钟出汗约为（）A．10gB．15gC．20gD．25g14、质量为45kg的某同学在跳绳时重心高度随时间变化的关系如图所示，根据图象可估算出该同学在1分钟内克服重力做功的平均功率为（）A．45WB．135WC．169WD．270W15、雨滴在空中运动时所受到的阻力与其速度的平方成正比，若有两个雨滴从同一高度落下，其质量分别为M、m，落到地面前均已做匀速直线运动，则在落地前瞬时重力的功率之比为（）A．M：mB．C．D．二、填空题1、跳伞运动员打开降落伞后在空中匀速下降，此时运动员和伞受到的空气阻力________重力(选填“＞”“＜”或“＝”)，运动员的重力势能________(选填“变大”“变小”或“不变”)．2、小明同学用20N的水平推力，将重为280N的购物车沿水平地面向前推动了10m，在此过程中，推力对购物车做功______J，购物车的重力做功________J；一个皮球落地后弹起，弹起的高度越来越低，皮球在运动过程中，机械能总量________(选填“增加”“减少”或“保持不变”)．3、如图所示，将一小球与固定在竖直墙壁上的轻质弹簧相连，小球可以在光滑的水平面上滑动．当小球在O点时，弹簧处于自然伸长的状态，若将小球推至B点，此时小球受到弹簧的弹力方向是______；松手后小球经过O点时的动能________(选填“最大”或“最小”)．4、八年级物理课本中给出了一些物体的动能，如下表所示：约60J约3×103J约5×103J请根据表中的数据和所学的相关物理知识推断：（1）在质量和速度这两个物理量中，对动能影响较大的是（选填“质量”或“速度”）。（2）物体的动能（E）与物体的质量（m）和运动速度（v）的定量关系，你认为正确的是下面的哪一个（）A．E=mvB．E=C．E=5、检测机构为了检测汽车的刹车性能，在同一场地做了如下实验：（1）某车以不同车速行驶时，测得有关数据如图甲所示。其中反应距离是指司机发现情况，决定刹车到脚踩在刹车踏板上时，车通过的距离；刹车距离是指脚踩在刹车踏板上，使车减速，到车停时车通过的距离。如果司机以60千米/时的速度驾驶，从发现情况，决定刹车到车停止时，车通过的距离为米。（2）汽车的刹车方式有两种：方式一：刹车时，车轮不能滚动，只能滑行，直至车停。方式二：刹车时，车轮仍保持滚动，但滚动减慢，直至车停。图乙反映的是以方式一和方式二刹车所产生的刹车距离的比较。从图中可知，在车速相同时，采用（选填“刹车方式一”或“刹车方式二”）刹车方式刹车后，刹车距离较短。（3）检测中，相同的A、B两车均以v1速度行驶，A车采取方式一刹车，B车采取方式二刹车，刹车时车与障碍物的距离相等（距离小于s1，如图乙所示），则撞击时（选填“A”或“B”）车对障碍物的破坏程度更大，理由是（请结合图乙中曲线说明）。专题11-4机械能及其转化知识·解读一、机械能动能物体由于运动而具有的能物体的质量、运动的速度势能重力势能体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能物体的质量、所处的高度弹性势能物体因发生弹性形变而具有的能物体的弹性形变程度二、各种机械能的表达式1、动能：Ek＝eq\f(1,2)mv2.（m为质量，v为速度）2、重力势能：Ep＝mgh.（m为质量，h为高度）3、弹性势能：Ep=kΔx2.（k为劲度系数，Δx为形变程度）三、机械能的转化分析动能和势能相互转化的方法：先运用动能和势能的影响因素分析得出物体所具有的动能和势能的大小变化情况，那么能的转化情况就是变小的那种形式的能转化成变大的那种形式的能．四、机械能守恒1、机械能守恒的条件：只有动能和势能的相互转化，而没有机械能转化为其他形式的能，也没有其他形式的能转化为机械能．(1)只有重力或弹力做功．(2)除重力、弹力外，物体还受其他力，但其他力不做功．(3)除重力、弹力外，还有其他力做功，但其他力做功之和为零．2、易错提示：机械能守恒是一个理想化的定律.(1)在动能和势能相互转化的过程中，由于不可避免地要克服阻力对外做功，消耗一部分自身的机械能，所以机械能总量会变小．(2)在理想情况下(忽略对外所做的功)，可以认为在动能和势能相互转化过程中，机械能的总量保持不变．(3)从空中自由下落的物体，如果忽略空气阻力，其机械能是守恒的；沿光滑水平面或光滑斜面自由运动的物体，其机械能也是守恒的．五、“一定”与“不一定”1、在动能和势能的转化过程中，若仅有重力或弹力做功，机械能一定守恒；2、物体若受平衡力，即当物体处于静止或匀速直线运动状态时，机械能不一定守恒。典例·解读类型一：动能与重力势能的转化例1、2019年1月，全国第二届青年运动会滑雪比赛在我省大同进行．如图是赛场上滑雪运动员正在加速下滑时的情景．此过程中运动员()A.重力势能增加B.动能保持不变C.相对地面是运动的D.运动状态保持不变【答案】【答案】C．【解析】滑雪运动员加速下滑时，重力不变，高度降低，速度增大，其重力势能变小，动能变大，A、B错误；以地面为参照物，加速下滑的运动员位置发生变化，故滑雪运动员相对于地面是运动的，C正确；运动员加速下滑过程中速度增大，故其运动状态发生变化，D错误．故选C.类型二：机械能守恒问题例2、（多选）如图所示，粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接，弹簧左端固定．小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中(空气阻力忽略不计)，下列说法正确的是()A.在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能部分转化为小木块P的动能B.小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒C.小木块P在斜面上向上运动时，动能减小，重力势能增加D.小木块P运动到最高点时处于平衡状态【答案】A【答案】AC．【解析】AB水平面粗糙，在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能有一部分转化为小木块的内能，不是全部转化为小木块P的动能，A正确；小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时，有一部分机械能转化为内能，机械能不守恒，B错误；小木块P在斜面上向上运动时，动能转化为重力势能，动能减小，重力势能增加，C正确；BC表面光滑不受摩擦力，小木块P运动到最高点时，受到重力的作用有沿斜面向下运动的趋势(无摩擦力阻碍会向下运动)，因此不是处于平衡状态，D错误．故选AC.类型三：弹性势能计算问题例3、小丽同学在探究弹簧弹力大小与形变量关系时,发现同一根弹簧的弹力大小F与形变量Δx的比值k恒定。现小丽有两根原长相等的弹簧1和2,已知k1∶k2=1∶2,当在两根弹簧下分别挂同一物体静止时,弹簧1和2伸长量分别为Δx1和Δx2,则Δx1∶Δx2=_______。小丽通过查阅资料知道弹簧的弹性势能Ep=kΔx2,此时弹簧1和2弹性势能分别为Ep1和Ep2,则Ep1∶Ep2=_______。小丽将弹簧1和2并联悬挂一物体静止时如图13-36甲所示,两弹簧弹性势能之和为Ep甲,将弹簧1和2串联悬挂同一物体静止时如图乙所示,两弹簧弹性势能之和为Ep乙,则Ep甲∶Ep乙=_______。(已知如图甲所示情况下悬挂重物时弹簧1和2伸长量相同,整个实验中弹簧所受重力不计,且均处于弹性限度范围内)

【答案】【答案】2∶1；2∶1；2∶9．【解析】因为k=,所以在F相等时,Δx与k成反比,因为k1∶k2=1∶2,弹簧下挂同一物体时,物体对弹簧的拉力F相等,所以Δx1∶Δx2=k2∶k1=2∶1。===·=×=。图甲中,两根弹簧的伸长量相等,即Δx1甲=Δx2甲,所以弹簧1与弹簧2的弹性势能之比为===,即Ep2甲=2Ep1甲;根据F=kΔx可知,两根弹簧所受拉力之比为F1甲∶F2甲=1∶2;且由题知F1甲+F2甲=G,则F1甲=G;因图乙中弹簧1与弹簧2所受拉力相等,且大小均为G,所以弹簧1在图甲与图乙中所受拉力之比为1∶3,弹簧1在图甲与图乙中伸长量之比Δx1甲∶Δx1乙=1∶3;所以弹簧1在图甲与图乙中的弹性势能之比为====,即Ep1乙=9Ep1甲;图乙中弹簧1与弹簧2所受的拉力相等,所以Δx1乙∶Δx2乙=∶==2∶1;则图乙中弹簧1与弹簧2的弹性势能之比===×=,即Ep2乙=Ep1乙=4.5Ep1甲。所以Ep甲=Ep1甲+Ep2甲=3Ep1甲,Ep乙=Ep1乙+Ep2乙=9Ep1甲+4.5Ep1甲=13.5Ep1甲;所以==。培优·训练一、选择题1、踢毽子是一项有益的体育活动．如图，毽子某次被踢出后，竖直上升经过某一位置时，毽子的动能和重力势能分别Ek1和EP1，下落经过同一位置时，毽子的动能和重力势能分别为Ek2和EP2，则()A.Ek2＞Ek1B.Ek2＜Ek1C.EP2＞EP1D.EP2＜EP12、如图，弧形轨道ab段光滑，bc段粗糙，小球从a点经最低点b运动至c点．下列分析正确的是()A.从a到b的过程中，小球动能转化为重力势能B.经过b点时，小球动能最大C.从b到c的过程中，小球动能增大D.从a到c的过程中，小球机械能守恒3、(多选)如图所示，斜面与水平面在M点相连，弹簧左端固定．小物块从斜面上P点由静止滑下，与弹簧碰撞后最高返回到T点．则下列说法中正确的是()A.小物块从P向M运动过程中，机械能减小B.小物块从P向M运动过程中，重力势能增大C.弹簧被压缩到最短时，小物块动能最大D.小物块从M向T运动过程中，速度变慢第3题图第4题图4、如图所示是一个左右对称的凹形槽，将小球从A点由静止释放，若小球由A点到B点运动过程中克服摩擦力做的功用W表示，忽略空气阻力，则下列说法正确的是（）A．小球从A点运动到B点的过程中，势能的减少量与动能的增加量之差等于WB．小球能够从A点运动到D点C．小球从A点运动到B点的过程中，势能的减少量等于动能的增加量D．小球从A点运动到C点的过程中，机械能的减少量等于动能的增加量5、如图所示，在一盛水的容器中，用力将一木块浸没在水中，撤去外力，木块加速浮出水面，在此过程中木块和水的机械能将是（）A．水的重力势能不变，木块的动能和势能都不变B．水的重力势能不变，木块的动能和势能都增加C．水的重力势能减少，木块的动能增加，重力势能不变D．水的重力势能减少，木块的动能和势能都增加6、如图所示是“蹦极”的示意图，a点是跳台的位置，b点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，c点是蹦极者下降的最低点。在蹦极者下降的过程中，下列说法正确的是（）A．从a到c过程，蹦极者的速度越来越大B．从a到b过程，绳的弹性势能越来越大C．从b到c过程，蹦极者的动能先变大后变小D．从b到c过程，蹦极者的速度越来越小7、（多选）如图所示，a、b为竖直向上抛出的小石块在上升过程中动能和重力势能随高度变化的两条图线（不计空气阻力），下列说法中正确的是（）A．a图线是动能--高度关系图线B．b图线是动能--高度关系图线C．小石块达到的最大高度为4mD．小石块在最高点时的机械能为1J8、在水平地面上并排铺有n块相同的均质砖块，如图甲所示，每块砖的质量为m，长为a，宽为b，厚为c。若要将这n块砖按图乙所示叠放在最左边的砖块上，则至少要给砖块做的功（）A．B．C.D．9、如图所示，高度为L、横截面积为S的物块浮在盛水的杯内，杯内水的高度恰好为L。已知杯子的横截面积为2S，水的密度为ρ0，物块的密度为ρ0，现用外力将物块按入水底，则外力所做的功至少是（）A.ρ0gSL2B.ρ0gSL2C.ρ0gSL2D.ρ0gSL210、（多选）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增大，动能减小11、（多选）如图所示，粗糙的弧形轨道竖直固定于水平面，一小球由A点以速度v沿轨道滚下，经另一侧等高点B后到达最高点C.下列关于小球滚动过程的分析正确的是()A.整个过程只有重力在对小球做功B.小球在A、B两点具有的动能相同C.小球在A、B、C三点的速度大小关系是vA>vB>vCD.小球在A点具有的机械能大于它在C点具有的重力势能12、如图所示,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(空气阻力不计),下列判断正确的是 ()A.小球的动能不断增加B.弹簧的弹性势能不断减少C.小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等D.在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变13、人的体温是由“下丘脑”中特殊神经细胞组织控制的，它对人体体温的变化很敏感，当下丘脑温度高于37℃时，人体散热机制（如血管舒张、出汗等）就会活跃起来。已知37℃时蒸发20克汗水所需能量为4780J。现有一中年人步行时，每秒钟体内产生的热量为35J，而此时人体通过传导、辐射等方式（不包括出汗）产生的散热功率只有33W，因此还要通过出汗的方式才能保持37℃的体温不变。那么此人步行30分钟出汗约为（）A．10gB．15gC．20gD．25g14、质量为45kg的某同学在跳绳时重心高度随时间变化的关系如图所示，根据图象可估算出该同学在1分钟内克服重力做功的平均功率为（）A．45WB．135WC．169WD．270W15、雨滴在空中运动时所受到的阻力与其速度的平方成正比，若有两个雨滴从同一高度落下，其质量分别为M、m，落到地面前均已做匀速直线运动，则在落地前瞬时重力的功率之比为（）A．M：mB．C．D．二、填空题1、跳伞运动员打开降落伞后在空中匀速下降，此时运动员和伞受到的空气阻力________重力(选填“＞”“＜”或“＝”)，运动员的重力势能________(选填“变大”“变小”或“不变”)．2、小明同学用20N的水平推力，将重为280N的购物车沿水平地面向前推动了10m，在此过程中，推力对购物车做功______J，购物车的重力做功________J；一个皮球落地后弹起，弹起的高度越来越低，皮球在运动过程中，机械能总量________(选填“增加”“减少”或“保持不变”)．3、如图所示，将一小球与固定在竖直墙壁上的轻质弹簧相连，小球可以在光滑的水平面上滑动．当小球在O点时，弹簧处于自然伸长的状态，若将小球推至B点，此时小球受到弹簧的弹力方向是______；松手后小球经过O点时的动能________(选填“最大”或“最小”)．4、八年级物理课本中给出了一些物体的动能，如下表所示：约60J约3×103J约5×103J请根据表中的数据和所学的相关物理知识推断：（1）在质量和速度这两个物理量中，对动能影响较大的是（选填“质量”或“速度”）。（2）物体的动能（E）与物体的质量（m）和运动速度（v）的定量关系，你认为正确的是下面的哪一个（）A．E=mvB．E=C．E=5、检测机构为了检测汽车的刹车性能，在同一场地做了如下实验：（1）某车以不同车速行驶时，测得有关数据如图甲所示。其中反应距离是指司机发现情况，决定刹车到脚踩在刹车踏板上时，车通过的距离；刹车距离是指脚踩在刹车踏板上，使车减速，到车停时车通过的距离。如果司机以60千米/时的速度驾驶，从发现情况，决定刹车到车停止时，车通过的距离为米。（2）汽车的刹车方式有两种：方式一：刹车时，车轮不能滚动，只能滑行，直至车停。方式二：刹车时，车轮仍保持滚动，但滚动减慢，直至车停。图乙反映的是以方式一和方式二刹车所产生的刹车距离的比较。从图中可知，在车速相同时，采用（选填“刹车方式一”或“刹车方式二”）刹车方式刹车后，刹车距离较短。（3）检测中，相同的A、B两车均以v1速度行驶，A车采取方式一刹车，B车采取方式二刹车，刹车时车与障碍物的距离相等（距离小于s1，如图乙所示），则撞击时（选填“A”或“B”）车对障碍物的破坏程度更大，理由是（请结合图乙中曲线说明）。

专题11-4机械能及其转化例1、【答案】C．【解析】滑雪运动员加速下滑时，重力不变，高度降低，速度增大，其重力势能变小，动能变大，A、B错误；以地面为参照物，加速下滑的运动员位置发生变化，故滑雪运动员相对于地面是运动的，C正确；运动员加速下滑过程中速度增大，故其运动状态发生变化，D错误．故选C.例2、【答案】AC．【解析】AB水平面粗糙，在弹簧恢复原状的过程中，弹簧的弹性势能有一部分转化为小木块的内能，不是全部转化为小木块P的动能，A正确；小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时，有一部分机械能转化为内能，机械能不守恒，B错误；小木块P在斜面上向上运动时，动能转化为重力势能，动能减小，重力势能增加，C正确；BC表面光滑不受摩擦力，小木块P运动到最高点时，受到重力的作用有沿斜面向下运动的趋势(无摩擦力阻碍会向下运动)，因此不是处于平衡状态，D错误．故选AC.例3、【答案】2∶1；2∶1；2∶9．【解析】因为k=,所以在F相等时,Δx与k成反比,因为k1∶k2=1∶2,弹簧下挂同一物体时,物体对弹簧的拉力F相等,所以Δx1∶Δx2=k2∶k1=2∶1。===·=×=。图甲中,两根弹簧的伸长量相等,即Δx1甲=Δx2甲,所以弹簧1与弹簧2的弹性势能之比为===,即Ep2甲=2Ep1甲;根据F=kΔx可知,两根弹簧所受拉力之比为F1甲∶F2甲=1∶2;且由题知F1甲+F2甲=G,则F1甲=G;因图乙中弹簧1与弹簧2所受拉力相等,且大小均为G,所以弹簧1在图甲与图乙中所受拉力之比为1∶3,弹簧1在图甲与图乙中伸长量之比Δx1甲∶Δx1乙=1∶3;所以弹簧1在图甲与图乙中的弹性势能之比为====,即Ep1乙=9Ep1甲;图乙中弹簧1与弹簧2所受的拉力相等,所以Δx1乙∶Δx2乙=∶==2∶1;则图乙中弹簧1与弹簧2的弹性势能之比===×=,即Ep2乙=Ep1乙=4.5Ep1甲。所以Ep甲=Ep1甲+Ep2甲=3Ep1甲,Ep乙=Ep1乙+Ep2乙=9Ep1甲+4.5Ep1甲=13.5Ep1甲;所以==。培优·训练一、选择题1、B【解析】因为踢毽子时，毽子上升和下降到同一位置时，质量不变，高度不变，所以重力势能不变，即EP1＝EP2，C、D错误；又因为毽子在上升和下降过程中，要克服空气阻力做功，消耗一部分机械能，而到达相同位置时重力势能不变，所以Ek2<Ek1，A错误，B正确．故选B.2、B3、AD4、A【解析】从A点向B点运动过程中，重力势能大部分转化成动能，因为有滑动摩擦，少部分转化成内能，故A正确；因为有滑动摩擦，少部分转化成内能．小球不能够从A点运动到D点，故B错误；小球从A点运动到B点的过程中，势能的减少量等于动能的增加量和克服摩擦做的功，故C错误；小球从A点运动到C点的过程中，机械能的减少量等于克服摩擦做的功，故D错误。5、D【解析】木块加速上升过程中，质量不变，速度在逐渐增大，所以动能在增大，因为木块在升高，重力势能也在增大；水的质量不变，木块浮出水面后，水面高度下降，所以水的重力势能减少。6、C【解析】因为c点是蹦极者下降的最低点，所以c点速度为零，故A错误；因为b点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，从a到b过程绳子没有发生形变，所以没有弹性势能，故B错误；从b到c过程，开始绳子对人的拉力小于人的重力，所以开始还是加速运动，动能还是增加的，随着绳子被拉伸，绳子对人的弹力越来越大，当大于人的重力时，人就做减速运动，动能越来越小，故蹦极者的动能先变大后变小，故C正确；从b到c过程中，开始弹力小于重力，速度是增加的，随着弹性绳的不断伸长，当弹力大于重力时，速度是减小的，所以D错误。7、AC【解析】如图所示，横坐标代表的是小石块上升的高度，纵坐标代表的是能量。小石块上升时质量保持不变，b图线表示，高度越高，能量越大，所以b图线是重力势能--高度的关系图线，故B错；不计空气阻力，小石块上升时，动能全部转化为重力势能，动能减小，重力势能增大，所以a图线代表动能--高度的关系图线，故A正确；小石块到达的最大高度是4m，动能为0J，重力势能为2J，机械能=动能+势能=0J+2J=2J，故C正确、D错。8、A【解析】利用W=Gh，求出对每一块砖所做的功，第一块砖提升高度为h1=0，第二块砖提升高度为：h2=c，第三块砖提升高度为：h3=2c…第n块砖提升高度为：hn=（n-1）c，所以对第一块砖所做的功为：W1=Gh1=mg×0=0，对第二块砖所做的功为：W2=Gh2=mg×c=mgc，对第三块砖所做的功为：W3=Gh3=mg×2c=2mgc…对第n块砖所做的功为：Wn=Ghn=mg×（n-1）c=（n-1）mgc，则W总=W1+W2+W3+…+Wn=0+mgc+mg2c+…+（n-1）mgc=〔1+2+…+（n-1）〕mgc=mgc。9、A【解析】物块重心降低L，物块重力做功W1=ρ0gSLL=ρ0gSL2，设用外力将物块按入水底后，杯内水的高度为L′，则2SL′=2SL+SL，解得L′=L，在末状态，水面高出物块上表面L，这相当于原来初状态图示中物块下面的那部分水全部升至末状态的物块之上，这部分水（ρ0×0.5LS）升高了（1.125-0.25）L=0.875L，其重力势能增加ΔW=ρ0×0.5LSg×0.875L，减去物块减小的重力势能W1=ρ0gSL2，即为外力至少做的功W=ΔW-W1=ρ0×0.5LSg×0.875L-ρ0gSL2=ρ0gSL2。10、BD【解析】射箭过程是将弓的弹性势能转化为箭的动能，A错误；水库修建大坝使上游的水位升高，提高了水的重力势能，B正确；蹦床运动员从高处落下时，运动员的重力势能减小，动能增大，是把重力势能转化为动能，C错误；人造卫星从近地点飞向远地点时，它距离地面的高度在增大，人造卫星运动的速度在减小，它的质量不变，故人造卫星的动能减小，重力势能在增大，此时人造卫星动能转化为重力势能，D正确．故选BD.11、CD【解析】整个过程除了重力做功还有摩擦力做功，A错误；A到B，需要克服摩擦力做功，则动能减小，B点的动能小，B错误；又因为B到C克服摩擦力和重力做功，B点的动能大于C点的动能，小球质量不变，动能与速度有关，所以vA>vB>vC，C正确；由于小球从A到C过程中需要克服摩擦力做功，机械能在减小，C处机械能只有重力势能，A处的机械能大于C处的重力势能，D正确．故选CD.12、D[解析]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,小球的动能先增加后减少,故A错误。由以上分析知,小球从A位置运动到B位置的过程中,弹簧的弹性势能先减少后增大,故B错误。由以上分析知,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C错误。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D正确。13、B【解析】中年人漫步行走时，每秒钟体内产生的热量为35焦，即其总功率是，故此时出汗的散热功率为P1=35W-33W=2W。故该人在行走0.5h时汗的散热量为W散=P1t=2W×1800s=3600J，由于每蒸发20克汗水所需要的能量为4780J，故此时人所需的出汗量是m=×20g≈15g。14、B【解析】m=45kg，g=10N/kg，该同学的重力为：G=mg=45kg×10N/kg=450N，从图可知，跳一次所用时间为t1=s，则1min内所跳的次数n=180，起跳的最大高度h=0.1m，克服重力做功为：W=G×nh=450N×180×0.1m=8100J，而t=1min=60s，则1min内克服重力做功的平均功率为：。15、D【解析】因为落到地面前均已做匀速直线运动，所以雨滴受的是平衡力，雨滴受到的阻力：f=mg=kv2，所以雨滴的速度：v=，，则两雨滴的重力功率之比：。二、填空题1、＝变小【解析】跳伞运动员打开降落伞后在空中匀速下降，运动员受到的空气阻力和重力是一对平衡力，大小相等；在下落过程中，运动员的质量不变，高度降低，因此重力势能变小．2、2000减少【解析】推力对购物车做的功W＝Fs＝20N×10m＝200J；购物车在重力的方向上没有移动距离，重力做功0J；皮球落地后弹起，弹起的高度越来越低，是因为受到空气阻力的作用，一部分机械能转化为内能，机械能总量减少．3、水平向右最大4、（1）速度（2）C【解析】（1）子弹的质量很小，约是运动员质量的，子弹的速度只是运动员的80倍，而它们的动能却差不多，说明速度对物体动能的影响更大。或者：运动员的质量约是牛的，运动员的速度是牛的速度的20倍，而运动员的动能却是牛动能的50倍，这说明速度对物体动能的影响更大。（2）速度对物体动能的影响大于质量的影响，因此应该突出速度的主要，所以公式为C。5、（1）35（2）刹车方式二（3）B由图象可知，在撞击时B车的车速较大，因此其动能更大，破坏性更厉害【解析】（1）由图可知，汽车的反应距离为15m，刹车距离是20m，因此汽车的停车距离s=15m+20m=35m；（2）由图象可知，在两车的车速相同的情况下，刹车方式二的刹车距离明显比第一种方式短；（3）因障碍物与车的距离小于s1，所以此时B车的速度较大，因此具有的动能较大，破坏性更强。专题11-5机械能相关实验知识·解读一、影响动能大小因素的探究问题1.使小球获得动能的方法:让小球从同一斜槽的某一高度由静止滚下。2.实验方法:①转换法:通过木块被撞后移动距离的远近反映物体动能的大小。②控制变量法:实验中探究动能与小球质量的关系,必须保持小球到达水平面的速度相同(方法:使小球从同一斜槽的同一高度由静止滚下);探究动能与小球速度的关系,必须保持小球的质量相同。3.设计实验记录表格,分析可得出:物体的质量和物体运动的速度都影响物体动能的大小,且质量越大、运动速度越大,动能越大。4.超速、超载问题的判断:超速问题质量不变,超载问题速度不变。5.小球从开始运动到静止过程中机械能的变化:在斜槽上运动时,机械能减少,重力势能转化为动能和内能;在水平面上运动时,因为受到摩擦阻力,最后静止,机械能转化为内能。6.水平面绝对光滑不能完成实验:木块将一直做匀速直线运动,无法比较木块移动的距离。二、影响重力势能大小因素的探究问题1.实验方法:①转换法:通过沙坑的凹陷程度反映物体重力势能的大小。②控制变量法:实验中探究重力势能与物体质量的关系,必须保持物体高度相同(方法:不同物体从同一高度由静止落下);探究重力势能与高度的关系,必须保持物体的质量相同(方法:同一物体从不同高度由静止落下)。2.设计实验记录表格,分析可得出:物体的质量和物体所处的高度都影响物体的重力势能大小,且质量越大、所处高度越大,重力势能越大。3.物体下落过程中未接触沙子时机械能的变化:考虑空气阻力的情况下,机械能减少,重力势能转化为动能和内能。接触沙子后,因为受到摩擦阻力,最后静止,所以机械能转化为内能。4.计算物体的重力势能(Ep=mgh)。典例·解读类型一：影响动能大小因素例1、如图，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止．(1)小球滚下斜面的过程中，它的________能转化为动能，其动能大小是通过木块移动的距离来反映的．(2)分析比较________两次实验，可探究出的结论是：质量相同的物体，速度越大，动能越大．(3)甲实验中若木块的重力为1N，水平移动的距离是30cm.则重力对木块做功________J.(4)如果水平面光滑，则________(选填“能”或“不能”)完成本实验．【答案】【答案】(1)重力势(2)甲、乙(3)0(4)不能．【解析】(1)小球从斜面滚下过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；(2)由实验可知，甲、乙两次实验，球的质量相同，甲滚下的高度大于乙滚下的高度，甲中木块移动距离更远，说明动能较大，可得质量相同的物体，速度越大，具有的动能就越大；(3)木块在水平方向上运动，在重力的方向上没有移动距离，不做功，重力G对木块做的功为0J；(4)如果水平面光滑，则没有摩擦，木块在水平方向上受力为0，竖直方向上受到平衡力作用，根据牛顿第一定律，运动的物体在受平衡力的作用时，将一直做匀速直线运动，无法测量滑行距离，故不能完成本实验．类型二：影响重力势能大小因素例2、某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关．于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)．实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为h3，且h1＜h2＜h3.(1)本实验中，铅球的重力势能大小是通过__________________来反映的；(2)比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：___________________________________；(3)比较________两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大；(4)比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径________(填“有关”或“无关”)．（5）小球在下落过程陷入沙面前，将重力势能转化为____能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能转化为_____能.【答案】【答案】(1)球陷入沙面的深度(2)当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大(3)A、C(4)无关（5）动

内.【解析】本题考查探究影响重力势能大小的因素.（1）用沙子凹陷的深度来间接反映物体重力势能的大小，这种研究物理问题的方法称为转换法；（2）B球比A球重，A、B两球下落高度相同而B球在沙内凹陷得程度大，说明当所处高度相同时，物体质量越大，重力势能越大；（2）B球比A球重，A、B两球下落高度相同而B球在沙内凹陷得程度大，说明当所处高度相同时，物体质量越大，重力势能越大；（3）依据控制变量法的要求，在比较高度对物体重力势能的影响情况时，需控制两球的质量相同，因此应选A、C两球进行实验对比；（4）C、D两球质量和所处位置的高度相同，但D球运动路径与C球不同，而在沙中凹陷得程度相同，说明重力势能与物体运动路径无关；（5）球从高处下落时，高度越来越低、速度越来越大，这是将物体的重力势能转化为动能；当小球接触沙子静止后，其动能变为零，这是因为运动的小球克服沙子的阻力做功，将自身的动能全部转化为沙子的内能.培优·训练一、选择题1、在如图所示的实验中，小车从斜面的某一高度由静止开始滑下，撞击静止于水平木板上的木块(不计空气阻力)．则下列说法中正确的是()A．小车在斜面上下滑的过程中，小车的动能转化为重力势能B．小车在斜面上下滑的过程中，小车的机械能增大C．木块对木板的压力和木板对木块的支持力是一对平衡力D．若木板的表面光滑且足够长，则被撞击后的木块所获得的动能将保持不变2、下图是高速公路避险车道示意图。当高速行驶的汽车出现刹车失灵时,可通过进入避险车道快速降低车速直至停止。避险车道的作用是降低汽车因高速行驶而具有的哪种能量带来的危害()A.动能B.势能C.内能D.电能3、“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小红同学让同一铁球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，如图所示．该实验是通过观察木块移动的距离来说明铁球对木块做功的多少．下列实验与此实验方法相同的是（）A．用红墨水在水中的扩散现象来认识分子是运动的B．建立牛顿第一定律用“伽利略斜面小车实验”进行研究C．用不同的电阻和相同的电源研究电流和电阻的关系D．研究光的直线传播时引入“光线”二、填空题1、利用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”．将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止．图中的摆长L都相同，θ1＜θ2，球A、B的质量分别为mA、mB(mA＜mB)．(1)如图甲、乙所示，同时释放A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置．这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的________无关．(2)如图甲、乙所示，观察到B球能将木块C撞得更远，由此可得出结论：__________________________________________________．(3)图乙中小球B到达竖直位置时的速度________(填“大于”“小于”或“等于”)图丙中小球B到达竖直位置时的速度．图乙、丙所示，图丙中木块C滑行得更远些，由此可得出结论：________________________________________________．(4)有同学在探究“动能大小与质量的关系”时将实验装置改进成如图丁所示，利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，撞击同一木块．该实验方案是否可行？答：________，若他按此方案操作，他会看到的现象是：________________________________．2、为了探究重力势能的大小与哪些因素有关,小明找到了A、B、C三个体积相同的小球。让小球从高处自由落下,观察小球砸入沙坑中的深浅程度来比较重力势能的大小,其中mA=mB>mC,三次实验如图所示。(1)为了探究重力势能大小与质量的关系,他应选择图甲和图进行对比实验。

(2)为了探究重力势能的大小与高度的关系,他应选择图甲和图进行对比实验。

(3)本次试验用到了多种研究物理问题的方法,请你任意指出其中一种方法,如:。

3、利用如图的装置探究物体的动能大小与哪些因素有关。将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置,然后都由静止释放,当小球摆动到竖直位置时,将与静止在水平面上的木块C发生碰撞,木块都会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L都相同,θA=θB,θB<θB',球A、B的质量分别为mA、mB(mA<mB)。(1)如图甲、乙所示,同时释放A、B,观察到它们并排摆动且始终相对静止,同时到达竖直位置,这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的_________无关。

(2)如图甲、乙所示,观察到B球能将木块C撞得更远,由此可得出结论:________________________________________________________。

(3)图乙中小球B到达竖直位置时的速度________(选填“大于”“小于”或“等于”)图丙中小球B到达竖直位置时的速度,如图乙、丙所示,图丙中木块C滑行得更远些,由此可得出结论:______________________________________________________。

4、火箭发射过程中残骸坠落地面有可能砸毁民宅,这个问题引起了某校科技小组的关注。竖直下落的物体与地面碰撞时对地面的作用力大小与哪些因素有关呢?某同学猜想与物体的质量、开始下落时离地面的高度有关。(1)你猜想还与________有关。

(2)该同学为验证他的猜想,设计了如下实验方案。在水平地面上平铺一些报纸,将涂满红色颜料的同一篮球从不同高度由静止释放,篮球会在报纸上留下大小不同的圆形红色印迹;通过比较印迹的大小即可比较篮球对地面作用力的大小。该方案所用到的实验方法有________________。

(3)另一同学将留有红色印迹的报纸放在如图所示电子测力计上,再将篮球放在印迹中央,用力下压篮球,当篮球恰好将_____________覆盖时,此时测力计示数即为篮球留下该印迹时对地面作用力的大小。

5、为了探究物体动能大小与哪些因素有关，同学们设计了如图甲、乙所示的实验装置来进行实验．（1）图甲是让不同质量的小球沿同一光滑斜面从B处由静止自由释放，然后分别撞击到放在水平面上的同一木块，木块在水平面运动一段距离后静止时的情景．据此你能得到的结论是______________.（2）图乙是让质量相同的小球沿同一光滑斜面分别从A、B由静止自由释放，让后与放在水平面上的同一木块相碰到静止后的情景．据此你能得出结论是

___________．（3）实验后，同学们联想到在公交事故中，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，哪个队动能影响更大，于是利用上述器材进行了实验测定，得到的数据如下表．=1\*GB3①为了探究“超载”隐患时，应选择________序号的实验进行比较．=2\*GB3②分析表格中对应的数据可知：________对物体的动能影响更大，即当发生交通事故时，由此造成的危害更严重．1301042302016360108专题11-5机械能相关实验知识·解读一、影响动能大小因素的探究问题1.使小球获得动能的方法:让小球从同一斜槽的某一高度由静止滚下。2.实验方法:①转换法:通过木块被撞后移动距离的远近反映物体动能的大小。②控制变量法:实验中探究动能与小球质量的关系,必须保持小球到达水平面的速度相同(方法:使小球从同一斜槽的同一高度由静止滚下);探究动能与小球速度的关系,必须保持小球的质量相同。3.设计实验记录表格,分析可得出:物体的质量和物体运动的速度都影响物体动能的大小,且质量越大、运动速度越大,动能越大。4.超速、超载问题的判断:超速问题质量不变,超载问题速度不变。5.小球从开始运动到静止过程中机械能的变化:在斜槽上运动时,机械能减少,重力势能转化为动能和内能;在水平面上运动时,因为受到摩擦阻力,最后静止,机械能转化为内能。6.水平面绝对光滑不能完成实验:木块将一直做匀速直线运动,无法比较木块移动的距离。二、影响重力势能大小因素的探究问题1.实验方法:①转换法:通过沙坑的凹陷程度反映物体重力势能的大小。②控制变量法:实验中探究重力势能与物体质量的关系,必须保持物体高度相同(方法:不同物体从同一高度由静止落下);探究重力势能与高度的关系,必须保持物体的质量相同(方法:同一物体从不同高度由静止落下)。2.设计实验记录表格,分析可得出:物体的质量和物体所处的高度都影响物体的重力势能大小,且质量越大、所处高度越大,重力势能越大。3.物体下落过程中未接触沙子时机械能的变化:考虑空气阻力的情况下,机械能减少,重力势能转化为动能和内能。接触沙子后,因为受到摩擦阻力,最后静止,所以机械能转化为内能。4.计算物体的重力势能(Ep=mgh)。典例·解读类型一：影响动能大小因素例1、如图，某实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，让小球从同一斜面某处由静止释放，撞击同一水平面上的同一木块，木块移动一段距离后停止．(1)小球滚下斜面的过程中，它的________能转化为动能，其动能大小是通过木块移动的距离来反映的．(2)分析比较________两次实验，可探究出的结论是：质量相同的物体，速度越大，动能越大．(3)甲实验中若木块的重力为1N，水平移动的距离是30cm.则重力对木块做功________J.(4)如果水平面光滑，则________(选填“能”或“不能”)完成本实验．【答案】【答案】(1)重力势(2)甲、乙(3)0(4)不能．【解析】(1)小球从斜面滚下过程中，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能；(2)由实验可知，甲、乙两次实验，球的质量相同，甲滚下的高度大于乙滚下的高度，甲中木块移动距离更远，说明动能较大，可得质量相同的物体，速度越大，具有的动能就越大；(3)木块在水平方向上运动，在重力的方向上没有移动距离，不做功，重力G对木块做的功为0J；(4)如果水平面光滑，则没有摩擦，木块在水平方向上受力为0，竖直方向上受到平衡力作用，根据牛顿第一定律，运动的物体在受平衡力的作用时，将一直做匀速直线运动，无法测量滑行距离，故不能完成本实验．类型二：影响重力势能大小因素例2、某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关．于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下(球在光滑管道中运动的能量损失不计)．实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为h3，且h1＜h2＜h3.(1)本实验中，铅球的重力势能大小是通过__________________来反映的；(2)比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：___________________________________；(3)比较________两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大；(4)比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径________(填“有关”或“无关”)．（5）小球在下落过程陷入沙面前，将重力势能转化为____能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能转化为_____能.【答案】【答案】(1)球陷入沙面的深度(2)当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大(3)A、C(4)无关（5）动

内.【解析】本题考查探究影响重力势能大小的因素.（1）用沙子凹陷的深度来间接反映物体重力势能的大小，这种研究物理问题的方法称为转换法；（2）B球比A球重，A、B两球下落高度相同而B球在沙内凹陷得程度大，说明当所处高度相同时，物体质量越大，重力势能越大；（2）B球比A球重，A、B两球下落高度相同而B球在沙内凹陷得程度大，说明当所处高度相同时，物体质量越大，重力势能越大；（3）依据控制变量法的要求，在比较高度对物体重力势能的影响情况时，需控制两球的质量相同，因此应选A、C两球进行实验对比；（4）C、D两球质量和所处位置的高度相同，但D球运动路径与C球不同，而在沙中凹陷得程度相同，说明重力势能与物体运动路径无关；（5）球从高处下落时，高度越来越低、速度越来越大，这是将物体的重力势能转化为动能；当小球接触沙子静止后，其动能变为零，这是因为运动的小球克服沙子的阻力做功，将自身的动能全部转化为沙子的内能.培优·训练一、选择题1、在如图所示的实验中，小车从斜面的某一高度由静止开始滑下，撞击静止于水平木板上的木块(不计空气阻力)．则下列说法中正确的是()A．小车在斜面上下滑的过程中，小车的动能转化为重力势能B．小车在斜面上下滑的过程中，小车的机械能增大C．木块对木板的压力和木板对木块的支持力是一对平衡力D．若木板的表面光滑且足够长，则被撞击后的木块所获得的动能将保持不变2、下图是高速公路避险车道示意图。当高速行驶的汽车出现刹车失灵时,可通过进入避险车道快速降低车速直至停止。避险车道的作用是降低汽车因高速行驶而具有的哪种能量带来的危害()A.动能B.势能C.内能D.电能3、“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，小红同学让同一铁球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块，如图所示．该实验是通过观察木块移动的距离来说明铁球对木块做功的多少．下列实验与此实验方法相同的是（）A．用红墨水在水中的扩散现象来认识分子是运动的B．建立牛顿第一定律用“伽利略斜面小车实验”进行研究C．用不同的电阻和相同的电源研究电流和电阻的关系D．研究光的直线传播时引入“光线”二、填空题1、利用如图所示装置探究“物体的动能大小与哪些因素有关”．将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置，然后都由静止释放，当小球摆动到竖直位置时，将与静止在水平面上的木块C发生碰撞，木块都会在水平面上滑行一定距离后停止．图中的摆长L都相同，θ1＜θ2，球A、B的质量分别为mA、mB(mA＜mB)．(1)如图甲、乙所示，同时释放A、B，观察到它们并排摆动且始终相对静止，同时到达竖直位置．这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的________无关．(2)如图甲、乙所示，观察到B球能将木块C撞得更远，由此可得出结论：__________________________________________________．(3)图乙中小球B到达竖直位置时的速度________(填“大于”“小于”或“等于”)图丙中小球B到达竖直位置时的速度．图乙、丙所示，图丙中木块C滑行得更远些，由此可得出结论：________________________________________________．(4)有同学在探究“动能大小与质量的关系”时将实验装置改进成如图丁所示，利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，撞击同一木块．该实验方案是否可行？答：________，若他按此方案操作，他会看到的现象是：________________________________．2、为了探究重力势能的大小与哪些因素有关,小明找到了A、B、C三个体积相同的小球。让小球从高处自由落下,观察小球砸入沙坑中的深浅程度来比较重力势能的大小,其中mA=mB>mC,三次实验如图所示。(1)为了探究重力势能大小与质量的关系,他应选择图甲和图进行对比实验。

(2)为了探究重力势能的大小与高度的关系,他应选择图甲和图进行对比实验。

(3)本次试验用到了多种研究物理问题的方法,请你任意指出其中一种方法,如:。

3、利用如图的装置探究物体的动能大小与哪些因素有关。将小球A、B分别拉到与竖直方向成一定角度θ的位置,然后都由静止释放,当小球摆动到竖直位置时,将与静止在水平面上的木块C发生碰撞,木块都会在水平面上滑行一定距离后停止。图中的摆长L都相同,θA=θB,θB<θB',球A、B的质量分别为mA、mB(mA<mB)。(1)如图甲、乙所示,同时释放A、B,观察到它们并排摆动且始终相对静止,同时到达竖直位置,这表明两小球在摆动过程中的任一时刻的速度大小与小球的_________无关。

(2)如图甲、乙所示,观察到B球能将木块C撞得更远,由此可得出结论:________________________________________________________。

(3)图乙中小球B到达竖直位置时的速度________(选填“大于”“小于”或“等于”)图丙中小球B到达竖直位置时的速度,如图乙、丙所示,图丙中木块C滑行得更远些,由此可得出结论:______________________________________________________。

4、火箭发射过程中残骸坠落地面有可能砸毁民宅,这个问题引起了某校科技小组的关注。竖直下落的物体与