2026秋北师郭玉英版九上物理10.1《机械能》学科素养同步分层练习设计（培优版）

10.1《机械能》学科素养同步分层练习设计（培优版）初中物理九年级上册（北师郭玉英新教材）一、选择题1．（2026·九江模拟）如图是我国古代水力鼓风机示意图。水轮驱动装置推动杆压缩皮槖（音tuó，口袋）送风，带动连接杆的绳拉弯竹子，随后竹子恢复原状带动皮槖张开吸气。下列说法错误的是（）A．绳对竹子的拉力与竹子对绳的拉力是相互作用力B．送风时杆对皮槖不做功C．送风时杆的机械能转变成了竹子的弹性势能D．竹子恢复过程弹力减小2．（2025·泗水模拟）“儿童放学归来早，忙趁东风放纸鸢”，如图所示是诗中所描绘的儿童放风筝时的画面，下列说法正确的是（）A．风筝上升过程中，速度越来越快，动能转化为重力势能B．儿童紧紧握住风筝线，是通过增大压力来增大摩擦C．儿童的手对线的拉力和线对手的拉力是一对平衡力D．风筝线拉着风筝忽上忽下，说明力可以改变物体的形状3．（2026·金牛模拟）2024年4月30日，神舟十七号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。在返回舱减速下降过程中，下列说法正确的是（）A．返回舱的重力势能保持不变 B．返回舱的动能转化为重力势能C．返回舱的机械能不断减小 D．返回舱的动能不断增大4．（2025八下·青秀期末）2025年4月30日我国神舟十九号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。当返回舱减速下降时，下列说法中正确的是（）A．返回舱的动能增大 B．返回舱的机械能不变C．返回舱的重力势能减小 D．返回舱的重力势能增大5．（2025八下·北碚期末）“夜阑卧听风吹雨，铁马冰河入梦来”这句诗里面蕴含着很多物理知识，下列分析错误的是（）A．雨声在大地中也能传播说明固体能传声B．“风吹雨”这句话说明力可以改变物体的运动状态C．雨滴在加速下落的过程中，雨滴的重力势能转化为动能D．穿铁甲的马冲锋时定比普通马冲锋时的动能大6．（2026·内江模拟）2026年1月5日，一个长60米、宽40米、高40米，酷似“飞艇”的大家伙，划破长空，稳健爬升至2000米高度，累计发电385千瓦时，成功完成试飞和微网并网验证。这个空中“飞艇”正是全球首台适用于城市环境的兆瓦级S2000浮空风力发电系统（如图）。下列有关说法正确的是（）A．“飞艇”匀速上升过程中，若不计空气阻力，动能不变、重力势能增大，机械能守恒B．飞艇匀速上升时，受到的浮力与重力是一对相互作用力C．飞艇悬停时，若所有发动机突然停止工作，飞艇不会立即下落，是因为飞艇具有惯性D．“飞艇”在空中受到的浮力一定等于它所排开空气的重力二、多选题7．（2024八下·五华期末）2024年4月30日，神舟十七号载人飞船返回舱进入大气层后，先加速下降一段距离，再打开降落伞减速下降，在距离地面约1m时反推发动机点火缓冲，在东风着陆场成功着陆，如图所示。关于返回舱降落的过程，下列说法正确的是（）A．返回舱返回地面后，其质量变大B．进入大气层加速下降的过程中，动能增加C．打开降落伞减速下降的过程中，机械能不变D．接近地面点火反推时，返回舱受到向上的推力三、填空题8．（2025八下·新会期末）2025年1月16日，中国首次实现千米级高空风能发电，S1000型浮空风力发电系统的氦气舱缓缓充气，这艘形似飞艇的装置在15分钟内攀升至1000米高空，上升过程中，飞艇体积保持不变，所受的浮力逐渐，飞艇的重力势能逐渐；高空发电的优势在于，高空中风速更大，空气的动能更，发电效率更高。9．（2026八下·惠州期末）如图所示，是处在工作状态的扫地机器人．机器人机身内的风机使空气快速进入吸尘口，流动空气的压强，周围的灰尘、杂物在作用下进入机身内的垃圾收纳盒。随着地面垃圾被不断清理，在水平地面上匀速前进的扫地机器人的动能。10．（2025八下·松滋期末）2025年4月30日，我国神舟十九号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，如图甲。航天员蔡旭哲、宋令东、王浩泽身体状况良好，神舟十九号载人飞行任务取得圆满成功。（1）飞船返回舱进入大气层，在距地面约10km的空中打开降落伞，如图乙。在飞船返回舱减速下降的过程中，飞船返回舱的动能，重力势能，机械能。（选填“增大”“减小”或“不变”）（2）在距离地面约1m处飞船返回舱底部的发动机点火，向下喷出燃气，使飞船返回舱进一步减速，如图丙。发动机喷射“火焰”的方向与返回舱运动方向（选填“相同”或“相反”），其利用的原理是。11．（2025九上·英德期中）九三大阅兵，东风-5C弹道洲际导弹首次公开亮相。它打击范围覆盖全球，解决了液体燃料导弹痛点，具备全时戒备能力，可随时展开战略核打击。小明查资料得知洲际导弹采用钱学森弹道，如图，已知第一阶段洲际导弹加速上升、动能，重力势能，第二阶段假设导弹消耗大量燃料沿着大气层的临界位置匀速飞行，动能（以上均选填“增大”“减小”或“不变”）四、实验探究题12．（2024九上·高州月考）小明发现风力发电机一般安装在风速较大的高山上，由此猜想风力发电机获得的动能（风能）与风速有关，他利用如图所示的器材进行探究，让钢球从斜槽上由静止释放，与放在水平面上的木块相撞并滑行一段距离后静止，依次完成了甲、乙、丙三次实验。（1）实验是通过来显示钢球的动能大小，三次实验中木块的起始位置（选填“相同”或“不同”）；（2）为了给小明的猜想提供实验依据，应选择甲、乙、丙中的实验进行对比，由此得到的结论为：质量相同时，物体的越大，动能越大；（3）在证实自己的猜想后，小明查询了风力发电机的示意图（如下图），并获得风能的大小还与流过叶片的空气质量有关，流过叶片的空气质量m与叶片扫过的面积S、风速v及工作时间t有关。①为了提高风力发电机获得的风能，可以适当的（选填“增大”或“减小”）叶片扫过的面积；②风速为10m/s时，该风力发电机1s内流过的空气质量为3750kg，当地空气密度约为1.25kg/m3，请估算出该风力发电机1s内流过的空气体积为m3，一枝叶片的长度大约为五、简答题13．（2024八下·福清期末）为了我们城市更加整洁，福清市政府投放了多辆电动垃圾清扫车，如图所示，清扫车将垃圾扫至车下吸嘴的前方，风机工作时在风道中产生高速气流，能将垃圾通过风道的吸嘴“吸”入垃圾箱内。请回答下列有关问题：（1）请运用所学的物理知识解释清扫车在作业时，垃圾通过吸嘴被“吸”入垃圾箱内的原因。（2）清扫车在水平路面匀速前进，不断“吸”入垃圾过程中，清扫车的动能如何变化？写出你判断的理由。六、综合题14．（2024八下·番禺期末）夏季，沿海地区常会遇到台风侵袭。某校气象兴趣小组查阅了2023年4—5月份登陆中国的台风的相关资料，整理如表。台风名称台风中心气压（百帕）平均风速（米/秒）卢碧99025蒲公英96034珊瑚94540康森92053①由表中数据可知，台风的中心气压都标准大气压（选填“大于”“小于”或“等于”），于是产生一个向（选填“内”或“外”）的压力差，使得四周空气流向台风中心；②根据台风中心气压与台风平均风速的关系，可得到的初步结论是：；③台风实质是高速运动的气流，具有巨大的（选填“动能”或“重力势能”），破坏力惊人，可把粗大的树干吹断，此现象说明力可以改变物体的。七、科普阅读题15．（2025八下·紫金期末）阅读短文，回答问题。立轴大风车驱动的龙骨水车传统的龙骨水车亦称“翻车”“踏车”“水车”，因为其形状犹如龙骨，故名“龙骨水车”，是我国历史上的主要灌溉农具．龙骨水车由车槽、木齿轮、刮板、木链等组成．如图甲是传统的人力龙骨水车，使用时，水车通过脚踏驱动木齿轮，带动木链与刮水板将水井中匀速提升至高处，实现灌溉。如图乙是现代仿制立轴大风车及龙骨水车，立轴大风车及其驱动的龙骨水车是体型巨大、结构复杂的风力提水机械，曾应用于农田灌溉和制盐生产．立轴大风车最为特别之处在于风帆的自动调节功能，它巧妙地借助了中国式船帆的结构与操控方式，当风帆转到顺风一边，它自动与风向垂直，受风面积最大；当风帆转到逆风一边时，就自动与风向平行，所受阻力最小．风帆升起后，不论风向如何，风车可以接受360°任何方向的来风，使风吹动风帆转动起来，进一步驱动龙骨水车向上提水，操控运行便捷、灵活。（1）踏板、转轴和大轮组成了一个轮轴，它相当于一个（选填“省力”或“费力”）杠杆，请举出生活中使用轮轴的模型的一个例子：；（2）立轴大风车及其驱动的龙骨水车的工作原理：风吹动风帆转动起来，进一步驱动龙骨水车向上提水，使风能转化为风帆的能，再转化为水的动能；（3）当风帆转动起来，即使风停了，风帆依然能转动一会儿，这是因为风帆具有；（4）某次立轴大风车及其驱动的龙骨水车的机械效率为40%，平均功率为600W，那么它5min可以将t的水提到1.5m高的农田处；（g取10N/kg）（5）如果需要提高立轴大风车及其驱动的龙骨水车的机械效率，可以采用的方法有（写出一种即可）。

答案解析部分1．【答案】B【知识点】机械能及其转化；力作用的相互性；弹力；是否做功的判断【解析】【解答】A．绳对竹子的拉力和竹子对绳的拉力，是两个物体之间的相互作用，属于一对相互作用力，故A正确，不符合题意；B．送风过程中，杆推动皮槖压缩，杆对皮槖施加了力，同时皮槖沿力的方向移动了一段距离，满足做功的条件，因此杆对皮槖是做了功的，故B错误，符合题意；C．送风时，水轮带动杆运动，杆通过绳子将竹子拉弯，使竹子产生弹性形变，这个过程中将杆运动的机械能转化为竹子的弹性势能，故C正确，不符合题意；D．竹子恢复原状的过程中，竹子的弹性形变程度逐渐减小，因此竹子的弹力也会逐渐减小，故D正确，不符合题意。故选B。

【分析】1、做功的条件：物体受到力，且沿着的力方向产生位移；

2、相互作用力：作用力是相互的，施力物体也是受力物体。特点为大小相等、方向相反、作用在两个物体上；

3、弹簧产生形变，产生弹力，集聚弹性势能。2．【答案】B【知识点】机械能及其转化；力的作用效果；二力平衡的条件及其应用；增大或减小摩擦的方法【解析】【解答】A．风筝上升过程中，质量不变，速度增大导致动能增加，同时高度增加使重力势能增大。故A错误。B．儿童握紧风筝线是通过增大压力来增大摩擦力，故B正确。C．儿童手对线的拉力与线对手的拉力属于相互作用力，故C错误。D．风筝线控制风筝忽上忽下，体现了力改变物体运动状态的作用，故D错误。正确答案：B。

【分析】1、机械能：机械能为动能和重力势能之和，当质量不变时，动能和速度成正比，速度不变时，动能和质量成正比；当质量不变时，重力势能和高度成正比，高度不变时，重力势能和质量成正比；

2、滑动摩擦力影响因素：控制压力相等的情况下，接触面表面越粗糙，滑动摩擦力越大；控制接触面粗糙程度相等的情况下，压力越大，滑动摩擦力越大。

3、相互作用力：作用力是相互的，施力物体也是受力物体。特点为大小相等、方向相反、作用在两个物体上；

4、力的作用效果：力会使物体的运动状态和物体形状发生改变。3．【答案】C【知识点】动能的影响因素；势能的影响因素；机械能及其转化【解析】【解答】A．返回舱在下降过程中高度持续降低，同时它的质量保持不变，而重力势能随高度降低而减小，因此返回舱的重力势能是不断减小的，故A错误；B．返回舱下降过程中速度减小、高度降低，说明动能和重力势能都在减小，并没有发生动能转化为重力势能的过程，故B错误；C．返回舱减速下降时，需要克服与空气之间的阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，因此总的机械能会不断减小，故C正确；D．返回舱质量不变，下降过程中速度逐渐减小，而动能随速度减小而减小，因此返回舱的动能是不断减小的，故D错误。故选C。

【分析】1、动能和质量m、速度v正相关；质量不变，速度越小，动能越小。2、重力势能与质量m、高度h正相关；质量不变，高度越低，重力势能越小。3、只有重力或弹力做功时，机械能总量不变；若存在空气阻力、摩擦力等，机械能会转化为内能，机械能减小。4、返回舱减速下落：动能、重力势能均减少，二者减少的机械能因克服空气摩擦做功，转化为内能（返回舱表面升温）。4．【答案】C【知识点】动能的影响因素；势能的影响因素；机械能及其转化【解析】【解答】返回舱减速下降时，质量不变，速度减小，动能减小，高度减小，重力势能减小，机械能减小，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。

【分析】物体的动能和质量、速度有关，重力势能和质量、高度有关。5．【答案】D【知识点】动能的影响因素；机械能及其转化；力的作用效果；声音的传播条件【解析】【解答】A.声音传播离不开介质，雨水声响能够经由地面传递，直观体现出固体可以传声，故A正确。

B.风力吹动雨滴，让雨滴的运动快慢、运动方向发生变化，由此可知力能够改变物体的运动状态，故B正确。

C.雨滴下落过程中自身质量保持不变，所处高度不断降低，重力势能随之减小；下落速度持续加快，动能不断增大，整个过程主要是重力势能转化为动能，故C正确。

D.物体动能大小由质量和速度两个因素共同决定。铁甲马虽然质量更大，但题目中并未明确其运动速度，因此不能判定它的动能一定更大，故D错误。

故选：D。

【分析】（1）大地属于固体，雨声借助大地传播，印证了固体能够传声的规律。

（2）风对雨滴施加作用力，改变了雨滴原本的运动情况，体现了力对物体运动状态的改变作用。

（3）雨滴下落时高度下降、速度提升，势能减少、动能增加，发生了能量的转化。

（4）只对比质量、缺少速度条件，无法对两者的动能大小做出准确比较。6．【答案】D【知识点】机械能及其转化；惯性及其现象；平衡力的辨别；阿基米德原理【解析】【解答】A、飞艇匀速上升时，自身质量与运动速度均保持不变，动能大小不变；随着上升高度不断增加，重力势能不断增大。上升过程中浮力对飞艇做正功，飞艇的机械能总量不断增加，不满足机械能守恒的条件，因此机械能不守恒，故A错误。

B、匀速上升状态下飞艇受力平衡，竖直向上的浮力与竖直向下的总重力作用在同一个物体飞艇上，两个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，属于一对平衡力；而相互作用力需要分别作用在两个不同的物体上，所以浮力和重力并非相互作用力，故B错误。

C、飞艇在空中悬停时，浮力与飞艇总重力大小相等、二力平衡，即使发动机停止工作，飞艇所受的浮力、重力均未发生改变，依旧保持受力平衡，会继续保持静止悬停状态，不会下落，故C错误。

D、阿基米德原理不仅适用于液体，同样适用于气体，浸在空气中的飞艇所受到的浮力，大小等于飞艇排开空气所受到的重力，故D正确。

故选：D。

【分析】（1）动能由质量和速度决定，重力势能由质量和高度决定，机械能为动能与势能之和；只有在只有重力或弹力做功的系统内机械能才守恒，本题中浮力做功，机械能不守恒。

（2）平衡力与相互作用力最核心的区别：平衡力作用在同一物体上，相互作用力作用在两个不同物体上，可依据受力物体快速区分两类力。

（3）物体处于平衡状态时，只要所受的平衡力大小不变，物体就会保持原来的静止或匀速直线运动状态，飞艇悬停时依靠浮力与重力平衡维持静止，不需要发动机持续提供动力。

（4）阿基米德原理适用范围包含液体与气体，浸在流体中的物体受到的浮力，始终等于物体排开流体的重力。7．【答案】B,D【知识点】机械能及其转化；力作用的相互性；惯性及其现象【解析】【解答】A.返回舱返回地面后，其质量不变，故A错误；

B.进入大气层加速下降的过程中，物质质量不变，速度变大，故动能增加，故B正确；C.打开降落伞减速下降的过程中，动能与重力势能都变小，故机械能变小，故C错误；

D.接近地面点火反推时，返回舱向下喷气，气体给返回舱受到向上的推力，故D正确，

故选：BD。

【分析】(1)质量是物质的基本属性，它不随物体位置、形状等的改变而改变；

(2)动能与物体的质量及速度有关；

(3)机械能包括动能与重力势能；

(4)力的作用是相互的。8．【答案】减小；增大；大【知识点】动能的影响因素；势能的影响因素；阿基米德原理【解析】【解答】（1）根据题意可知，随着高度上升，飞艇体积保持不变，即排开气体的体积不变，但是空气密度逐渐减小，根据阿基米德原理F浮（2）在上升过程中，浮空风力发电系统的质量不变，高度增大，因此重力势能逐渐增大。（3）高空风速更大，因此空气的动能更大，从而提高风力发电的效率。

【分析】（1）根据阿基米德原理F浮=ρ空气V9．【答案】小；大气压；增大【知识点】动能的影响因素；大气压的综合应用；流体压强与流速的关系【解析】【解答】根据流体压强的规律：流体的流速越大，压强越小。扫地机器人工作时，内部的风机加快了吸尘口位置空气的流动速度，使得吸尘口位置压强变小，小于吸尘口外部的大气压强，外界的大气压就会把周边的灰尘、杂物压入机器人的收纳盒中，实现吸尘。物体的动能和质量与速度有关，扫地机器人匀速前进过程中速度保持不变，持续吸入垃圾会让机器人整体的质量不断增加，因此动能会增大。

【分析】1.流体压强与流速关系：流速大的地方压强小，吸尘器、扫地机器人、喷雾器均利用此原理。

2.动能影响因素：动能大小由质量、速度共同决定；速度不变时，质量越大，动能越大。10．【答案】（1）减小；减小；减小（2）相同；物体间力的作用是相互的【知识点】动能的影响因素；势能的影响因素；机械能及其转化；力作用的相互性【解析】【解答】（1）在飞船返回舱减速下降的过程中，返回舱的速度逐渐减小，导致其动能减小；同时高度不断降低，重力势能也随之减小。由于机械能是动能和势能的总和，因此机械能整体呈现减小趋势。（2）根据牛顿第三定律，力的作用是相互的。当发动机向与返回舱运动方向相同的方向喷射"火焰"时，火焰会对发动机施加一个反方向的力，这个反作用力为返回舱提供了减速所需的阻力。

【分析】机械能：机械能为动能和重力势能之和，当质量不变时，动能和速度成正比，速度不变时，动能和质量成正比；当质量不变时，重力势能和高度成正比，高度不变时，重力势能和质量成正比；

相互作用力：作用力是相互的，施力物体也是受力物体。特点为大小相等、方向相反、作用在两个物体上。（1）[1][2][3]在飞船返回舱减速下降的过程中，飞船返回舱的速度减小，动能减小；高度下降，重力势能减小；机械能为动能与势能的总和，则机械能减小。（2）[1][2]物体间力的作用是相互的，为了给飞船提供阻力，发动机喷射“火焰”的方向与返回舱运动方向相同，发动机喷射“火焰”的同时，受到“火焰”反向的力的作用。11．【答案】增大；增大；减小【知识点】机械能及其转化【解析】【解答】第一阶段，洲际导弹加速上升，质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大；第二阶段，导弹消耗大量燃料，沿大气层的临界位置匀速飞行，质量减小，速度不变，动能减小。故第1空填：增大；第2空填：增大；第3空填：减小。【分析】质量一定时，速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大；速度一定时，质量减小，动能减小。12．【答案】（1）木块移动的距离；相同（2）甲乙；速度（3）增大；3000；10【知识点】探究影响物体动能大小的因素【解析】【解答】（1）探究动能大小与速度的关系时，根据控制变量法，应控制小车的质量不变，改变小车达到水平面时的速度，因此实验中应让同一小车从斜面的不同高度下滑。通过比较小车推动木块距离的远近，来比较小车具有动能的大小，这种方法叫做转换法。（2）为验证动能跟速度的关系，应控制质量相同，速度不变，甲、乙实验中钢球质量相同，释放高度不同（速度不同），可探究动能与速度的关系，支持小明的猜想。甲中小球到达水平面的速度较大，木块移动的距离较大，可得：质量相同时，物体的速度越大，动能越大。（3）①为了提高风力发电机获得的风能，可以适当的增大叶片扫过的面积，可增加相同时间内流过叶片的空气质量，从而提高风能。②根据ρ=mV=风速为10m/s，1s内空气通过的路径长度为10m，则1s内叶片扫过的面积为S=根据S=πRl=R=Sπ=300m2（1）[1][2]探究动能大小与速度的关系时，应控制小车的质量不变，改变小车达到水平面时的速度，因此实验中应让同一小车从斜面的不同高度下滑。通过比较小车推动木块距离的远近，来比较小车具有动能的大小，这种方法叫做转换法。（2）[1][2]为验证动能跟速度的关系，应控制质量相同，速度不变，故应选择甲、乙、丙中的甲、乙实验进行对比，甲中小球到达水平面的速度较大，木块移动的距离较大，可得：质量相同时，物体的速度越大，动能越大。（3）①[1]为了提高风力发电机获得的风能，可以适当的增大叶片扫过的面积，则相同时间内流过叶片的空气质量变大，获得的风能增加。②[2][3]该风力发电机1s内流过的空气体积为V=风速为10m/s，1s内空气通过的路径长度为10m，则1s内叶片扫过的面积为S=根据S=πRl=R=13．【答案】（1）清扫车在作业时，风机工作，风道中气体流速大，压强小；吸嘴处空气流速小，压强大。垃圾在外部压强作用下，“吸”入垃圾箱内；

（2）清扫车在水平路面匀速前进，速度不变；在吸入垃圾过程中，质量增加，故动能增大。【知识点】动能的影响因素；流体压强与流速的关系【解析】【解答】（1）清扫车在作业时，风机工作，风道中气体流速大，压强小；吸嘴处空气流速小，压强大。垃圾在外部压强作用下，“吸”入垃圾箱内。（2）清扫车在水平路面匀速前进，速度不变；在吸入垃圾过程中，质量增加，故动能增大。

【分析】（1）流体在流速大的地方压强小，流速小的地方压强大；

（2）物体的动能和速度、质量有关。14．【答案】小于；内；台风平均风速越大，台风的中心气压越小；动能；形状【知识点】动能的影响因素；力的作用效果；流体压强与流速的关系【解析】【解答】由表中数据知道，台风的中心气压都小于标准大气压105Pa，中心内部气压小，产生了一个向内的压强差。台风形成时，台风中心流速大，压强越小，因此，可以得出台风平均风速越大，台风中心气压越小。台风速度大，所以动能大。力可以改变物体的形状和运动状态，风把粗大的树干吹断，利用的是力可以改变物体的形状。

综上第1空、小于；第2空、内；第3空、台风平均风速越大，台风的中心气压越小；第4空、动能；第5空、形状

【分析】压强和流速的关系：压强和流速成负相关，压强越大，流速越慢；动能：动能和物体的质量和速度有关，速度不变，质量越大，动能越大；质量不变，速度越大，动能越大15．【答案】（1）省力；汽车方向盘（2）机械（3）惯性（4）4.8（5）在装置各部件的连接处添加润滑油减小摩擦【知识点】机械能及其转化；惯性及其现象；杠杆的分类；机械效率的计算；功的计算及应用【解析】【解答】（1）踏板、转轴和大轮共同组成轮轴结构，动力作用在踏板上，踏板的转动半径大于大轮的半径，因此该轮轴属于省力杠杆；生活中常见的轮轴有汽车