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第十一章功和機(jī)械能第4節(jié)機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)過關(guān)全練知識(shí)點(diǎn)1機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化1.【學(xué)科素養(yǎng)·物理觀念】(2023廣東廣州從化一模)把籃球拋向空中,忽略空氣阻力,球離手后至落回地面前,下列選項(xiàng)中能正確表示機(jī)械能(E)與籃球離地面高度(h)的關(guān)系的是 ()2.【物理跨體育與健康】【教材P71圖片變式】如圖所示是運(yùn)動(dòng)員做蹦床運(yùn)動(dòng)的情景,他離開蹦床向上運(yùn)動(dòng)到一定高度又落在蹦床上,直至最低點(diǎn)的過程中(不計(jì)空氣阻力和碰撞時(shí)的能量損失),下列說(shuō)法正確的是(P8211006) ()A.下落到剛接觸蹦床時(shí),運(yùn)動(dòng)員速度最大B.下落到最低點(diǎn)時(shí),運(yùn)動(dòng)員速度為零,受平衡力C.從最高點(diǎn)下落到最低點(diǎn)的過程中,運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能保持不變D.從最高點(diǎn)下落到最低點(diǎn)的過程中,運(yùn)動(dòng)員減小的重力勢(shì)能等于蹦床增加的彈性勢(shì)能3.【學(xué)科素養(yǎng)·科學(xué)思維】(2023北京昌平期中)如圖所示,一個(gè)小球從斜槽上A點(diǎn)沿斜槽滾下,經(jīng)斜槽最低點(diǎn)后又沿右側(cè)斜槽滾動(dòng)到B點(diǎn),經(jīng)測(cè)量A和B兩點(diǎn)到水平地面的高度均為h1。C和D是小球滾動(dòng)過程中經(jīng)過的兩個(gè)位置,C和D兩點(diǎn)到水平地面的高度分別為h2和h3,h2>h3。則小球在C點(diǎn)的重力勢(shì)能D點(diǎn)的重力勢(shì)能,小球在C點(diǎn)的動(dòng)能B點(diǎn)的動(dòng)能。(兩空均選填“大于”“等于”或“小于”)
(P8211006)4.(2022廣東海珠一模)如圖所示,有一輕質(zhì)彈簧左端固定,右端連接一金屬小球,O點(diǎn)是彈簧保持原長(zhǎng)時(shí)小球的位置,小球壓縮彈簧至A位置,然后由靜止釋放小球,小球向右運(yùn)動(dòng),經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)速度為v1,繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)處的C點(diǎn),已知AO>OC。(1)小球經(jīng)過O點(diǎn)時(shí),有沒有受到彈簧的彈力?答:。
(2)小球從A到C的運(yùn)動(dòng)過程中,小球的動(dòng)能和彈簧的彈性勢(shì)能之間是如何轉(zhuǎn)化的?(3)到達(dá)C點(diǎn)后,小球向左運(yùn)動(dòng),再次經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度為v2。則:①v1v2(選填“<”“=”或“>”);
②小球前后兩次經(jīng)過B點(diǎn)時(shí),彈簧彈力的方向(選填“相同”或“相反”)。
知識(shí)點(diǎn)2水能和風(fēng)能的利用5.【環(huán)境保護(hù)】【新獨(dú)家原創(chuàng)】2023年6月7日,在川投田灣河金窩水電站,國(guó)內(nèi)首臺(tái)單機(jī)容量最大功率150兆瓦級(jí)大型沖擊式轉(zhuǎn)輪(水輪機(jī)的核心部件)正式投入運(yùn)行。這標(biāo)志著我國(guó)實(shí)現(xiàn)了大型沖擊式機(jī)組從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)行的全面自主化。以下有關(guān)說(shuō)法正確的是 ()A.水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能B.運(yùn)動(dòng)的水流沖擊水輪機(jī)使水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),水流的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)移為水輪機(jī)的動(dòng)能C.水從高處下落時(shí),動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能D.水力發(fā)電站要想發(fā)出更多的電,就要儲(chǔ)存更多的水,將水位提升得更高,從而提高水的重力勢(shì)能能力提升全練6.(2023四川樂山中考,9,★☆☆)如圖所示,用輕質(zhì)細(xì)繩懸掛一小球在豎直平面內(nèi)擺動(dòng)。在某次擺動(dòng)過程中,小球依次經(jīng)過A、B、C三點(diǎn),A、C兩點(diǎn)高度相同,B點(diǎn)為最低點(diǎn),不計(jì)空氣阻力,下列說(shuō)法正確的是 ()A.小球在B點(diǎn)動(dòng)能最大B.小球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能C.A、C兩點(diǎn)速度大小不同D.小球機(jī)械能不守恒7.【跨學(xué)科·物理學(xué)與社會(huì)發(fā)展】(2022山東泰安中考,12,★☆☆)如圖所示,物理項(xiàng)目化學(xué)習(xí)小組在空曠的室外測(cè)試某型號(hào)無(wú)人機(jī)負(fù)重飛行能力。測(cè)試時(shí)將重20N的物體A固定在無(wú)人機(jī)上,并控制無(wú)人機(jī)完成以3m/s的速度勻速上升、在空中懸停、以2m/s的速度勻速下降三個(gè)階段的測(cè)試項(xiàng)目,同時(shí)利用系統(tǒng)軟件記錄多次測(cè)量的相關(guān)信息,并做出測(cè)評(píng)報(bào)告。下列說(shuō)法中 ()①勻速上升階段,物體A相對(duì)于地面是運(yùn)動(dòng)的②勻速上升階段,物體A的機(jī)械能不變③勻速下降階段,物體A的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能④物體A勻速下降階段的動(dòng)能小于勻速上升階段的動(dòng)能A.只有①③正確B.只有②④正確C.只有①④正確D.只有①②③正確8.(2023河北邢臺(tái)、邯鄲一模,16,★★☆)如圖是小明用螺絲帽模擬“蹦極”的簡(jiǎn)化示意圖,彈性繩一端系住螺絲帽,另一端固定在鐵架臺(tái)的O點(diǎn)。螺絲帽由靜止開始自由下落,A點(diǎn)處彈性繩正好處于原長(zhǎng);B點(diǎn)處螺絲帽受到的重力與彈性繩對(duì)螺絲帽的拉力大小相等;C點(diǎn)處是螺絲帽到達(dá)的最低點(diǎn)。(整個(gè)過程忽略空氣阻力和摩擦、彈性繩的自重不計(jì))(1)從O點(diǎn)到A點(diǎn)的過程中,螺絲帽的機(jī)械能。
(2)從A點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中,彈性繩的彈性勢(shì)能,螺絲帽的動(dòng)能。(均選填“增大”“減小”“不變”或“先增大后減小”)。
9.【實(shí)驗(yàn)探究·設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】(2021廣東潮州期末,23,★★☆)小靜觀看臺(tái)球比賽時(shí)發(fā)現(xiàn):有時(shí)運(yùn)動(dòng)的白球去撞擊一個(gè)靜止的球后,白球會(huì)立即靜止在碰撞時(shí)的位置,而被撞的球似乎接替了白球,沿白球原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向,以幾乎相同的速度向前運(yùn)動(dòng),小靜據(jù)此設(shè)計(jì)了如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)裝置,探究:動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移時(shí)的規(guī)律。請(qǐng)你回答以下問題。(1)A球從斜面滑下的過程中,能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
(2)B球由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)是因?yàn)锽球在碰撞中獲得了能。
(3)小靜在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn):撞擊后,B球在斜面上能達(dá)到的最高高度h2小于A球原有的下落高度h1。她猜想這可能是小球運(yùn)動(dòng)過程中克服做功造成的。為了驗(yàn)證這一猜想,小靜操作如下:
A.控制A球從斜面上的自由滾下;
B.改變導(dǎo)軌的粗糙程度,并記錄B球在斜面上上升的最高高度h2。小靜在多次實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn):導(dǎo)軌越光滑,h2越接近h1。由此可推論得出:在動(dòng)能與勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化過程中,若沒有摩擦阻力影響,物體的機(jī)械能將(選填“變小”“不變”或“變大”)。
素養(yǎng)探究全練10.【科學(xué)思維】體育課上,小明在同一位置用相同的力多次將足球踢出,發(fā)現(xiàn)足球斜向上飛出的角度越大,球運(yùn)動(dòng)得越高,但并不能運(yùn)動(dòng)得越遠(yuǎn)。小明查閱資料后知道:足球所做的運(yùn)動(dòng)叫做斜拋運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖甲所示。足球起始運(yùn)動(dòng)方向與水平方向的夾角叫做拋射角,拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離叫做射程,射程與拋出速度和拋射角的大小有關(guān)。若物體的動(dòng)能大小Ek=12mv2,重力勢(shì)能大小Ep=mgh,不計(jì)空氣阻力,g=10N/kg,則(1)若將質(zhì)量為0.4kg的足球從地面踢出時(shí),足球具有的動(dòng)能是120J,踢出后能達(dá)到的最大高度是5m,則足球在最高點(diǎn)時(shí)具有的動(dòng)能是。
(2)若足球的射程x與拋出速度v、拋射角θ之間滿足公式x=2v2sinθcosθg,當(dāng)足球以20m/s的速度且與水平方向成45(3)足球運(yùn)動(dòng)的速度v可以分解成水平速度vx和豎直速度vy,三者可構(gòu)成如圖乙所示的矩形。足球在空中飛行時(shí),水平速度保持不變,豎直速度先減小后增大。若足球在地面以102m/s的速度且與水平方向成45°角被踢出,當(dāng)足球的速度與水平方向夾角為30°時(shí),此時(shí)足球距地面的高度是m。(小數(shù)點(diǎn)后保留2位數(shù)字)
答案全解全析基礎(chǔ)過關(guān)全練1.A把籃球拋向空中后,由于忽略空氣阻力,機(jī)械能保持不變,與高度無(wú)關(guān)。2.D運(yùn)動(dòng)員剛接觸蹦床時(shí),彈力小于重力,所以運(yùn)動(dòng)員的速度會(huì)變大,故A錯(cuò)誤;下落到最低點(diǎn)時(shí),運(yùn)動(dòng)員速度為零,此時(shí)蹦床的彈力要大于重力,受到的不是平衡力,故B錯(cuò)誤;不計(jì)空氣阻力,運(yùn)動(dòng)員在接觸蹦床前,機(jī)械能是守恒的,接觸蹦床后,運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化為蹦床的彈性勢(shì)能,機(jī)械能會(huì)減小,故C錯(cuò)誤;從最高點(diǎn)下落到最低點(diǎn)的過程中,不計(jì)空氣阻力,運(yùn)動(dòng)員和蹦床的總機(jī)械能不變,到最低點(diǎn)時(shí),運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能為0,則運(yùn)動(dòng)員減小的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為蹦床增加的彈性勢(shì)能,即運(yùn)動(dòng)員減小的重力勢(shì)能等于蹦床增加的彈性勢(shì)能,故D正確。3.大于大于解析在質(zhì)量相等的情況下,高度越大,物體的重力勢(shì)能越大,因?yàn)閔2>h3,所以小球在C點(diǎn)的重力勢(shì)能大于在D點(diǎn)的重力勢(shì)能。在質(zhì)量相等的情況下,速度越大,物體的動(dòng)能越大。小球在C點(diǎn)具有一定的速度。B點(diǎn)是小球上升的最高高度,此時(shí)的速度為0,動(dòng)能為0。所以球在C點(diǎn)的動(dòng)能大于在B點(diǎn)的動(dòng)能。4.(1)沒有(2)見解析(3)①>②相同解析(1)小球在O點(diǎn)時(shí)彈簧沒有發(fā)生彈性形變,不會(huì)產(chǎn)生彈力;(2)小球從A到O的過程中,彈簧的形變程度變小,彈性勢(shì)能變小,彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為小球的動(dòng)能;小球從O到C的過程中,彈簧的形變程度變大,彈性勢(shì)能變大,小球的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能;(3)小球在運(yùn)動(dòng)的過程中,克服摩擦做功,機(jī)械能變小;①小球第一次經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能大于第二次經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能,即小球第一次經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能要大于第二次經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能,故v1>v2;②小球前后兩次經(jīng)過B點(diǎn)時(shí),彈簧都處于伸長(zhǎng)狀態(tài),彈力的方向相同。5.D水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,故A錯(cuò)誤;運(yùn)動(dòng)的水流沖擊水輪機(jī)使水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),水流的動(dòng)能只有一部分轉(zhuǎn)移為水輪機(jī)的動(dòng)能,并不是全部,故B錯(cuò)誤;水從高處下落的過程中,重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,故C錯(cuò)誤;物體的重力勢(shì)能隨著物體質(zhì)量和高度的增大而增大,所以水力發(fā)電站要想發(fā)出更多的電,就要儲(chǔ)存更多的水,將水位提升得更高,從而提高水的重力勢(shì)能,故D正確。能力提升全練6.AB點(diǎn)為最低點(diǎn),小球在B點(diǎn)時(shí)速度最大,在B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大,故A正確;小球從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),質(zhì)量不變,高度變大,速度變小,則重力勢(shì)能增大,動(dòng)能減少,將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能,故B錯(cuò)誤;不計(jì)空氣阻力,小球機(jī)械能守恒,則小球在A、C兩點(diǎn)的機(jī)械能相等;A、C兩點(diǎn)高度相等,重力勢(shì)能相等,機(jī)械能等于動(dòng)能和勢(shì)能之和,所以A、C兩點(diǎn)動(dòng)能相等,根據(jù)動(dòng)能大小的影響因素可知,A、C兩點(diǎn)速度大小相同,故C、D錯(cuò)誤。7.C①勻速上升階段,以地面為參照物,物體A向上運(yùn)動(dòng),所以物體A相對(duì)于地面是運(yùn)動(dòng)的,①正確;②勻速上升階段,物體A的動(dòng)能不變,重力勢(shì)能增大,機(jī)械能增大,②錯(cuò)誤;③勻速下降階段,物體A重力勢(shì)能減小,動(dòng)能不變,重力勢(shì)能沒有轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,③錯(cuò)誤;④物體A質(zhì)量不變,勻速下降階段的速度小于勻速上升階段的速度,則勻速下降階段的動(dòng)能小于勻速上升階段的動(dòng)能,④正確。8.(1)不變(2)增大先增大后減小解析(1)從O點(diǎn)到A點(diǎn)的過程中,彈性繩沒有拉力,螺絲帽動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,忽略空氣阻力和摩擦,機(jī)械能不變;(2)從A點(diǎn)到C點(diǎn)的過程中,彈性繩的伸長(zhǎng)量越來(lái)越大,彈性勢(shì)能增大,剛開始彈性繩的拉力小于重力,合力方向向下,做加速運(yùn)動(dòng),螺絲帽的動(dòng)能增大,當(dāng)彈力大于重力后,合力方向向上,螺絲帽做減速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能減小,故螺絲帽的動(dòng)能先增大后減小。9.(1)重力勢(shì)(2)動(dòng)(3)摩擦力同一高度不變解析(1)A球從斜面滑下的過程中,高度減小,速度增大,重力勢(shì)能減小,動(dòng)能增大,重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能;(2)B球由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng),速度增大了,獲得了動(dòng)能;(3)B球在斜面上能達(dá)到的最高高度h2小于A球原有的下落高度h1,這是出現(xiàn)了機(jī)械能的損失,是因?yàn)榇嬖诳諝庾枇?且導(dǎo)軌不光滑,存在摩擦力,需要克服摩擦力做功;根據(jù)控制變量法,控制小球從同一高度自由滾下,使其到達(dá)斜面底端速度相同;若沒有摩擦阻力影響,只有動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化,此過程機(jī)械能守恒。素養(yǎng)探究全練10.(1)100J(2)40m(3)3.33解析(1)不計(jì)空氣阻力,那么機(jī)械能守恒,在最低處所具有的機(jī)械能為120J,在最高點(diǎn)處的機(jī)械能仍然為120J,此時(shí)具有的重力勢(shì)能為Ep2=mgh=0.4kg×10N/kg×5m=20J,故最高點(diǎn)的動(dòng)能為Ek2=Ek1+Ep1-Ep2=120J+0
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