第十章：机械能及其转化思维思维导图及单元测试
一、单选题
1．如图所示，在探究物体的动能跟哪些因素有关的实验中，钢球从高为h的斜槽上滚下，在水平面上运动到B处撞击木块，撞击后经历一段路程s后小球和木块在C处停了下来。下列说法正确的是（ ）
A．小球推动木块移动的距离越远，说明木块的动能越大
B．小球在A、B、C处机械能分别为EA、EB、EC，则EA=EB=EC
C．小球推着木块由B处运动到C处的过程中，小球给木块的推力变小，木块受到的摩擦力变小
D．小球推着木块由B处运动到C处的过程中，若此时重力消失，不计空气阻力，小球和木块将一起在水平面一直做匀速直线运动
2．如图所示，运动员蹦床比赛，下列分析正确的是（ ）
A．运动员从高处落下，刚接触蹦床时运动员的速度最大
B．运动员离开蹦床后仍可向上继续运动，是由于运动员受到惯性的作用
C．当运动员从高处下落至蹦床的最低点时，速度变为0，此时受到平衡力的作用
D．运动员下落接触到蹦床到发生最大形变的过程中，运动员动能先增加后减少，蹦床弹性势能一直增加
3．中国的航空母舰——辽宁舰，实现了中国的航母梦。辽宁舰常规海上训练如图所示，下列对辽宁舰及舰载飞机的有关说法正确的是（ ）
A．辽宁舰的航行速度比舰载飞机飞行慢的多，所以辽宁舰的惯性比舰载飞机小得多
B．航母在大海中航行时，舰载飞机起飞后，航母受到的浮力仍不变
C．舰载飞机水平飞行时，机翼上下表面的空气压强不相等
D．舰载飞机匀速升空时，动能转化为重力势能
4．2021年中国航天丰收年，三名太空宇航员出差三个月后重返家园，代表着我国航天事业迈入新篇章。如图1所示是卫星在随火箭加速上升的情景。如图2所示是人造地球卫星沿椭圆轨道绕地球运行，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点。下列说法正确的（ ）
A．如图1卫星加速上升过程中，动能转化为重力势能
B．如图2人造地球卫星运行中，从远地点向近地点运行时机械能减小
C．如图2人造地球卫星运行中，从近地点向远地点运行时，势能增大，速度减小
D．图1、图2中卫星的机械能都不变
5．如图甲，大小相同的水平拉力F分别拉着物体M、N在不同的水平地面上做直线运动，此过程M、N的动能随时间变化的关系如图乙所示。用GM和GN、fM和fN、PM和PN分别表示M、N所受的重力、摩擦力和拉力拉动物体M、N功率的大小，下列判断一定正确的是（ ）
A．如果GM < GN，M物体表面一定比N物体表面光滑
B．相同时间内，拉力F分别对物体M、N做功相同
C．fM与 fN 一定大小相同
D．PM > PN
6．“嫦娥四号”探测器于 2018 年 12 月 8 日成功发射，进入奔月轨道。12 月 12 日，顺利完成“太空刹车”，进入环月轨道。2019 年 1 月 3 日上午 10 时 26 分，在月球背面成功着陆，实现了人类探测器的首次月背软着陆。如图所示，为了增加着陆的安全性，探测器通过接力避障的方式下降至 100 米左右悬停，通过地形的最优识别方法找到安全区域降落。下面说法正确的是（ ）
A．发动机熄火后，火箭仍能继续向前飞行，是因为受到惯性的作用
B．“太空刹车”过程中，火箭向前喷出燃气，利用了二力平衡
C．探测器关闭发动机绕月运动，从近月点向远月点运动过程中，机械能保持不变
D．为了增加着陆的安全性，探测器悬停时，不受力的作用
7．如图所示，无人机充当巡查员在匀速下降的过程中，对其分析正确的是（ ）
A．重力没有做功 B．重力势能转化为动能
C．机械能保持不变 D．无人机受到的合力为零
8．如图所示,将一木块放在弹簧上,用手压木块,弹簧被压缩,迅速松手后木块被向上弹出.下列说法正确的是
A．用手压块时弹簧被压说明力能改变物体的形状
B．松手后木块的动能大小不变
C．手压着木块静止时,手对木块的压力和弹簧对木块的支持力是一对平衡力
D．木块弹出到最高点时不受力的作用
9．一辆轿车正从匝道（连接高架桥上下两条道路的辅路）加速驶上高架，则轿车的（ ）
A．动能不变，重力势能不变，机械能不变
B．动能不变，重力势能增加，机械能增加
C．动能增加，重力势能不变，机械能增加
D．动能增加，重力势能增加，机械能增加
10．蹦极是许多年青人喜欢的一种极限运动，如图所示，运动员从高台A点跳下，到达B点时绳子刚好达到自由长度，C点是下落的最低点。下列关于运动员下落过程的描述中，不正确的是
A．下落过程中，运动员的动能先增大，后减小
B．运动员在B点处动能最大
C．运动员在C点处绳子的弹性势能最大
D．从B点下落到C点的过程中，绳子的弹性势能一直增大
二、多选题
11．留心周围的生活情景，你会时刻从中感受到物理知识的无穷魅力。请判断如图所示四个情景中哪个说法是正确的（ ）
A．如果脚与地面没有摩擦，走路会变的很轻松
B．手拍桌子感到疼，是因为力的作用是相互的
C．驾驶员系安全带是为了减小行驶中人的惯性
D．苹果下落过程中动能增大
12．在北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台的比赛中，中国选手谷爱凌获得金牌。图所示的BD段是谷爱凌从跳台末端飞出后在空中运动的轨迹。下列说法正确的是（ ）
A．由于受到惯性作用，谷爱凌能从跳台末端飞向空中
B．在BC段谷爱凌的动能减小，重力势能增大
C．在C点若谷爱凌所受力全部消失，她将做匀速直线运动
D．在CD段谷爱凌所受重力方向是竖直向下的，重力对她做了功
三、填空题
13．如图所示，把金属片放在支架上，将小球放在金属片上。拨动弹簧片，把小球与支架之间的金属片弹出去，小球由于具有 ，恰好落在支架上。此过程中弹簧片的弹性势能转化为金属片的 能。
14．在2022年北京冬奥会单板滑雪男子大跳台比赛中，我国选手苏翊鸣为我国夺得单板滑雪冬奥会首枚金牌。如图，苏翊鸣在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点B的过程中，他的 能转化为动能。
15．如图所示，“嫦娥一号”在奔月前先有一个绕地球运行的过程，它在大气层外环绕地球运行的过程中，经过近地点的动能 （选填：变大、变小、不变）它在远地点的动能．它从远地点向近地点运行的过程中，机械能的变化情况是 （选填：变大、变小、不变）．这也说明了能量 定律．
16．如图所示是一座高山的等高线图（即等高线上每点的高度均相同），若质量为 50kg 的登山运动员从 A 匀速到达 B 点时，运动员在 A 点的动能 在 B 点的动能，运动员在 A 点的机械能 在 B 点的机械能（均选填“大于”、“等于”或“小于”）。
17．2016年8月，我国成功发射了全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，在火箭携带卫星加速升空的过程中，以火箭为参照物，卫星是 的，卫星的机械能 （增大/减小/不变）．
18．说明下列物体各具有哪种形式的机械能：
（1）水平路面上行驶的汽车具有 ；
（2）被拉长的弹簧具有
（3）飞流直下的瀑布具有 ．
四、作图题
19．如图，在一片空地上有一个氢气球带着一个小球在高空上升，在高空中某一足够高的位置绳子突然断裂，已知小球所受空气阻力的大小与速度大小成正比，在小球正下方的地面上固定有一个轻质弹簧，若只探究小球从绳子断裂，到落在弹簧上速度减小为零的运动过程，则请画出此过程小球的动能Ek随时间t的大致变化图像。
五、实验题
20．小丽想探究弹性势能的大小与哪些因素有关．她利用一段弹簧、光滑轨道、物块A和B等器材进行实验如图所示，用物块将弹簧压缩到一定程度后释放，物块沿轨道向左滑行，最高可冲到光滑斜面虚框处．
（1）释放物块时，弹簧的弹性势能转化为物块的 ．
（2）实验时可通过观察同一滑块 来判断弹性势能的大小．
（3）比较图（a）、（b）可以初步得出，弹簧的 越大，具有的弹性势能就大．
21．如图所示是研究物体动能的大小跟哪些因素有关的实验．让钢球从斜面上滚下，撞击到一个木块上．
（1）此实验是观察木块被钢球推动的 大小，说明钢球对木块做功的多少，从而判断钢球动能的大小．
（2）让同一钢球从不同的高度滚下时，滚下时的位置越高，滚到斜面下端时 越大，把木块推得越远，说明在钢球 相同的情况下，钢球的 越大，动能越大．
（3）让质量不同的钢球从同一高度滚下，滚到斜面下端时速度相同，钢球的 越大，把木块推得越远，说明在钢球 相同的情况下，钢球的 越大，动能越大．
（4）从这个实验可以得出结论：运动物体的动能与 有关．
六、综合题
22．为了控制疫情，全国很多地方实行疫区封闭管理，无人机在疫情期间肩负着消毒作业和运输物资等任务，如图所示的无人机用时6分钟飞行3.6km就可将物资运送至武汉金银潭医院，每次可装载物资15kg，该无人机相关数据见表，求：（g取10N/kg）
机身尺寸/mm 400×300×200
机身质量/kg 25
飞机着地总面积/cm2 50
(1)无人机匀速上升过程中动能 ；重力势能 ；（两空均选填“不变”“变小”或“变大”）
(2)无人机的飞行速度为多少m/s ？
(3)无人机满载货物着地时对地面的压强 。
23．撑杆跳是奥运会的一个项目，整个过程分为：助跑（0~t1）、起跳上升（t1~t2）、继续上升（t2~t3）、下落至刚触碰垫子（t3以后），这4个过程，请从能量角度分析画出运动员的机械能随时间变化的趋势图像并说明理由。（不计阻力）
参考答案：
1．D
【详解】A．根据转换法可知，小球推动木块移动的距离越远，说明小球的动能越大，故A错误；
B．在小车从A到达B再到达C的过程中，都要克服摩擦做功，从而消耗一定的机械能，故机械能在不断减小，故B错误；
C．小车推着木块由B处到C处的过程中，木块受到的压力和接触面的粗糙程度都不变，因此木块受到的滑动摩擦力不变，故C错误；
D．假设重力突然消失，则压力消失，摩擦力也消失，物体在水平方向上不受力的作用，在不计空气阻力的情况下，物体由于惯性，将保持力消失瞬间的运动状态不变，做匀速直线运动，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】A．运动员刚要接触蹦床后，由于弹力小于重力，所以运动员的速度会变大，当弹力等于重力时，速度最大，然后弹力大于重力，速度会减小，故A错误；
B．由于运动员具有惯性，所以运动员离开蹦床后仍可向上继续运动，惯性不是作用，故B错误；
C．当运动员从高处下落至蹦床的最低点时，运动员做变速运动（速度先增大后减小），所以运动员受到非平衡力的作用，故C错误；
D．运动员从接触蹦床到最低点的过程中，在最初一段时间内，形变量较小，向上的弹力较小，重力大于弹力，运动员做加速运动；当重力等于弹力时，速度达到最大，此时动能最大；随着蹦床弹性形变变大，弹力不断变大，当重力小于弹力时，运动员做减速运动，速度减小，动能减小，运动员的弹性势能增大，整个过程中，动能先增大后减小，蹦床弹性势能增加，故D正确。
故选D。
3．C
【详解】A．惯性大小只与物体的质量有关，辽宁舰比舰载机质量大得多，所以辽宁舰的惯性比舰载飞机大得多，故A错误；
B．物体漂浮时，浮力等于重力，航母漂浮在海面上，舰载机起飞后，航母整体的重力减小，航母受到的浮力减小，故B错误；
C．舰载飞机水平飞行时，上表面流速大，压强小，下表面流速小，压强大，形成向上的压强差，机翼上下表面的空气压强不相等，从而给飞机提供向上的升力，故C正确；
D．舰载飞机匀速升空时，质量不变，速度不变，动能不变，质量不变，高度增加，重力势能增加，是将其他形式的能转化为重力势能，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】A．卫星加速上升过程中，速度变大，高度变大，即动能与重力势能均增大，不是动能转化为重力势能，故A错误；
B．太空中是真空环境，卫星运动过程中不受空气阻力，机械能守恒，故B错误；
C．人造地球卫星运行中，从近地点向远地点运行时，速度变小，动能变小，高度增大，重力势能增大，故C正确；
D．图1中卫星的动能与重力势能均增大，机械能变大，故D错误。
故选C。
5．C
【详解】AC．由图乙知道，M和N的动能随时间大小不变，运动过程中，M和N的质量不变，所以速度不变，即大小相同的水平拉力F分别拉着物体M、N在不同的水平地面上做匀速直线运动，则物体在水平方向上受到的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，大小相等，所以两个物体受到的摩擦力是相同的，即
fM=fN
摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度有关系，当压力相同时，接触面的粗糙程度越粗糙，摩擦力越大，反之，越小，如果GM < GN，则压力FM < FN，M物体表面一定比N物体表面粗糙，故A错误，C正确；
B．大小相同的水平拉力F分别拉着物体M、N在不同的水平地面上做直线运动，由图乙可知，M的动能大于N的动能，由于不知道两个物体运动速度的大小，质量的大小关系，无法进一步判断在相同时间内所运动的距离长短,所以无法判断相同时间内，根据无法判断拉力F分别对物体M、N做功的多少，故B错误；
D．大小相同的水平拉力F分别拉着物体M、N在不同的水平地面上做直线运动，由图乙可知，M的动能大于N的动能，由于不知道两个物体运动速度的大小，根据知道，无法判断拉力拉动物体M、N功率的大小，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】A．发动机熄火后，火箭仍能继续向前飞行，是因为火箭具有惯性，而不能说是受到惯性的作用，故A错误；
B．“太空刹车”过程中，火箭向前喷出燃气，阻力大于动力，不是二力平衡，故B错误；
C．探测器关闭发动机绕月运动，从近月点向远月点运动过程中，重力势能与动能相互转化，而机械能保持不变，故C正确；
D．为了增加着陆的安全性，探测器悬停时，探测器受到自身动力与月球引力这一对平衡力的作用，故D错误。
故选C。
7．D
【详解】A. 沿竖直方向上受到重力且沿重力的方向有距离，所以，重力做功，故A错误；
B. 无人机在匀速下降，质量不变，速度不变，动能不变，所以不是重力势能转化为动能，故B错误；
C. 无人机匀速下降过程中，克服阻力做功，机械能变小，故C错误；
D. 匀速下降，是平衡状态，受到的重力和阻力大小相等，根据合力的知识可知，无人机受到的合力为零，故D正确。
故选D。
8．A
【详解】解答： A. 用手压块时弹簧被压说明力能改变物的形状A 正确；B.弹簧恢复原状过程中，弹性形变的程度变小，弹性势能转化为动能，所以木块的动能逐渐变大，故B错误；C. 手压木块时，木块受到重力、压力和弹簧的支持力，这三个力平衡．手对木块的压力小于弹簧对木块的支持力所以这两个力不是一对平衡力，故C错误；D. 木块上升到最高点时，受到重力作用，不受其它力的作用，故D错误．
点睛：（1）一对平衡力必须大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上；（2）弹性势能大小的影响因素：发生弹性形变的大小，发生弹性形变的难易程度．弹性形变越大，发生弹性形变越难，弹性势能越大；（3）弹力方向与物体恢复弹性形变的方向相同；（4）木块上升到最高点时对其进行受力分析．
9．D
【详解】轿车加速驶上高架的过程中，轿车的质量不变，速度变大，动能增加；同时高度增加，重力势能增加，由于机械能等于动能与势能之和，所以机械能也增加。
故选D。
10．B
【详解】A．从A点到B点的过程中，运动员在重力作用下做加速运动，速度越来越大；当下落到原长以下时，刚开始重力大于弹性绳对运动员的拉力，合力方向向下，运动员做加速运动，因此速度越来越大，在某一点时，重力和弹力大小相等，此时速度最大；从接着向下的过程中,弹性绳对运动员的拉力大于重力，合力方向向上，运动员减速运动，即运动员的速度逐渐减小，到达C点时，速度为零；综上分析可知，下落过程中小海的速度先增大后减小，A正确 ，不符合题意；
B．由A解释可知，到达B点以下某一点是速度最大，此时小海具有的动能最大,故B错误，符合题意；
C．到达C点时弹性绳的形变程度最大，故弹性绳具有的弹性势能最大，C正确，不符合题意；
D．从B点下落到C点的过程中，弹簧形变量逐渐增大，到达C点时最大，所以在从B点下落到C点的过程中弹簧的弹性势能逐渐增大，D正确，不符合题意。
11．BD
【详解】A．人走路是靠地面对脚的静摩擦力，如果脚与地面无摩擦，人将无法走路，故A错误；
B．手拍桌子时，手对桌子有一个力的作用，由于物体间力的作用是相互的，所以桌子对手有一个反作用力，手会疼，故B正确；
C．驾驶员系安全带是为了减小行驶中惯性对人造成的伤害，但不能减小人的惯性，因为惯性的大小与物体的质量有关，故C错误；
D．苹果下落过程中，质量不变，速度增大，故动能变大，故D正确。
故选BD。
12．BCD
【详解】A．她离开跳台后还能继续向上运动是由于她具有惯性，惯性是物体本身具有的属性，不能说受到惯性的作用，故A错误；
B．在BC段，质量不变，高度增大，重力势能增大，速度减小，动能减小，故B正确；
C．在运动到C点时，具有一定的速度，如果外力消失，根据牛顿第一定律可知，将做匀速直线运动，故C正确；
D．在CD段谷爱凌所受重力方向是竖直向下的，她在重力的方向上通过一定的距离，重力对她做了功，故D正确。
故选BCD。
13． 惯性 动
【详解】[1]托板飞出时，由于小钢球具有惯性，仍然会保持原来的静止状态，则小钢球在重力作用下会向下运动，恰好落在支座内。
[2]弹性片发生了弹性形变，具有弹性势能；松手后弹性片快速打击金属片，金属片的速度增大、动能增大，则该过程中弹性片的弹性势能转化为金属片的动能
14．重力势
【详解】苏翊鸣在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点B的过程中，运动员的质量不变，高度变小，重力势能变小；质量不变，速度变大，动能变大，故该过程中是重力势能转化为动能。
15． 变大 不变 守恒
【详解】卫星在绕地球运动过程中，质量不变，卫星从远地点运动到的近地点过程中，速度不断增大，动能不断变大，和地球的相对高度不断减小，势能不断变小，动能转化为重力势能．因为在此运动过程中，卫星没有受到任何阻力作用，所以机械能不变，说明了能量守恒定律．
故答案为变大；不变；守恒．
16． 等于 小于
【详解】[1]登山运动员从A匀速到达B点时，质量不变、速度不变，则动能不变，即运动员在A点的动能等于在B点的动能。
[2]由图知，B点比A点的高度大，由于动能不变，高度越高，重力势能越大，则机械能越大，故A点的机械能小于在B点的机械能。
17． 静止 增大
【分析】（1）判断物体的运动和静止，首先确定一个参照物，被研究的物体和参照物之间如果发生位置的变化，被研究的物体是运动的，否则是静止的；
（2）物体加速上升，速度增大，动能增大，高度升高，重力势能增大，总机械能增大；
【详解】火箭携带卫星加速升空的过程中，以火箭为参照物，两者的位置关系没发生变化，卫星是静止的；卫星在发射升空过程中，加速上升，速度增大，动能增大，高度升高，重力势能增大，机械能增大．
18． 动能 弹性势能 动能和重力势能
【分析】（1）物体由于运动而具有的能量叫动能；动能的大小与物体的质量、速度有关；
（2）物体由于被举高而具有的能量叫重力势能；重力势能的大小与物体的质量、高度有关．
【详解】(1)水平路面上行驶的汽车有质量，因为运动能够对外做功，所以具有动能；
(2)正在拉长的弹簧；发生了弹性形变，则说明具有弹性势能；
(3)飞流直下的瀑布具有速度和高度，所以具有动能和重力势能．
19．
【详解】细绳突然断裂，铁块由于惯性向上运动一段距离，受到竖直向下的重力和空气阻力作用，重力不变，空气阻力不断减小，合力减小，合力向下，进行减速运动，动能减小，铁块到达最高点速度为零，动能为零，铁块受到重力的作用，向下运动，受到竖直向下的重力和竖直向上的空气阻力作用，重力不变，空气阻力不断增大，合力减小，合力向下，铁块进行加速运动，动能增大，当重力等于阻力时，铁块匀速直线运动，动能不变，铁块在弹簧上后，弹力逐渐增大，则铁块速度逐渐减小，最后速度减小为零的运动过程中，动能减小至零，此过程小球的动能Ek随时间t的大致变化图像如下图所示
20． 动能 滑行上斜面的高度 弹性形变
【详解】（1）压缩的弹簧释放后以一定的速度打出物块，此时弹性势能转化为动能；
（2）实验时可通过观察同一滑块滑行上斜面的高度来判断弹性势能的大小；
（3）比较与两个实验可知，弹簧的形变量，物块滑行上斜面的高度不同，同一滑块冲上斜面的高度越大，弹簧的弹性势能越大，由此可见：弹簧的弹性形变越大，具有的弹性势能就越大．
21． 距离 速度 质量 速度 质量 速度 质量 质量和速度
【详解】（1）实验中通过木块被钢球推动的距离大小，来判断钢球对木块做功的多少，从而判断钢球动能的大小；
（2）让同一钢球从不同的高度滚下时，滚下时的位置越高，滚到斜面下端时速度越大，把木块推得越远，说明在钢球质量相同的情况下，钢球的速度越大，动能越大；
（3）让质量不同的钢球从同一高度滚下，滚到斜面下端时速度相同，钢球的质量越大，把木块推得越远，说明在钢球速度相同的情况下，钢球的质量越大，动能越大；
（4）从这个实验可以得出结论：运动物体的动能与质量和速度有关．
22． 不变 变大 10 8×104Pa
【详解】(1)[1][2]无人机匀速上升过程中，无人机的质量不变，速度不变，其动能不变；同时高度增大，所以其重力势能增大。
(2)[3]无人机飞行的平均速度
无人机的飞行速度为10m/s。
(3)[4]当无人机满载着15kg货物降落在水平地面上时，对地面的压力
对地面产生的压强
无人机满载货物着地时对地面的压强8×104Pa。
23．
【详解】助跑（0~t1）做加速运动，质量不变，速度增加，动能增加，高度不变，重力势能不变，机械能等于动能和重力势能之和，所以机械能增加；起跳上升（t1~t2）使撑杆发生弹性形变，撑杆弹性势能增加，同时运动员自身速度减小，动能减小，动能转化为撑杆的弹性势能和运动员的重力势能，动能的减小量大于重力势能的增加量，故运动员的机械能减小；继续上升（t2~t3）在撑杆恢复原状的过程中，弹性势能转化为运动员的动能和重力势能，运动员的机械能增加；下落至刚触碰垫子（t3以后），做加速运动，动能增加，高度减小，重力势能减小，减小的重力势能转化为增加的动能，机械能不变。这4个过程，运动员的机械能随时间变化的趋势图像如图所示：
