第十二章 机械能 单元卷
一、单选题
1．水从高处落下，下列说法正确的是
A．水的动能增加，机械能增大
B．水的动能不变，重力势能减小
C．水的动能增大，重力势能不变
D．水的重力势能转化为动能
2．新冠肺炎疫情期间，各地白衣战士最美逆行。由于病毒强大的传染性必须做好防护，医护人员长时间戴口罩后，脸上留下了深深的压痕（如图所示）。为减轻由于护目镜和口罩而勒出的勒痕，海军军医大学研发了“防护凝胶贴片”，有效地减轻了医护人员的面部不适。下列说法中正确的是（ ）
A．口罩的弹性绳形变量越小，弹性绳的弹性势能越大
B．压痕深说明压强较小
C．要减轻压痕只能把口罩系得松一点
D．防护凝胶贴片是由于增大了受力面积，减小了压强，从而可以减轻压痕
3．2022年2月14日，我国自由式滑雪运动员徐梦桃在北京冬奥会上获得冠军。如图所示是她比赛中的运动轨迹，如果不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．从A点滑向B点过程中，运动员的重力势能转化为动能
B．在C点时运动员受平衡力作用
C．从C点下落到D点过程中，运动员的机械能增大
D．运动员从E点滑向F点，是因为受到惯性的作用
4．如图所示，探究动能大小与哪些因素有关的实验情境中，一些说法正确的是（ ）
A．不同高度滑下的小车与木块碰撞前的速度不同
B．两辆相同小车是探究质量因素与动能大小关系
C．木块运动的距离越近表明碰撞前小车动能越大
D．比较木块运动的距离可确定水平面的粗糙程度
5．小明对图中所学的物理知识进行了梳理,其中有科学性错误的是
A． B．
C． D．
6．如图所示，压在杯底的乒乓球，上浮时会弹离水面，下列说法正确的是（ ）
A．乒乓球自1至3的过程中，受到的浮力始终不变
B．乒乓球自1至4的过程中，水对杯底的压强先不变后增大
C．乒乓球能弹离水面后上升，获得的能量源自水的重力势能
D．乒乓球自1至4的过程中，乒乓球的动能不断增大
7．图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E五点。图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图，则下列说法正确的是（ ）
A．在D点时一切外力消失，过山车将保持静止状态
B．B点到D点的过程中，过山车的机械能是守恒的
C．D点到E点的过程中，过山车速度越来越快，过山车机械能没有转化为内能
D．过山车的机械能在B点最大
8．2016年10月17日神舟十一号在酒泉成功发射，目的是为了更好地掌握空间交会对接技术，开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术等领域的应用和试验，在飞船起飞过程中，若忽略其自身质量的变化，它的（ ）
A．重力势能减小，动能增大 B．重力势能增大，动能增大
C．重力势能减小，动能不变 D．重力势能增大，动能减小
二、多选题
9．第24届冬季奥林匹克运动会在北京和张家口成功举办，这是我国历史上第一次举办冬季奥运会。如图所示为冬奥会的一些运动项目，关于这些项目中的情景，下列说法中正确的是（ ）
A．甲图：冰壶在水平冰面向前滑动的过程中，它所受到的重力对它做了功
B．乙图：钢架雪车运动员在推动雪车奔跑的过程中，运动员对雪车做了功
C．丙图：自由式滑雪大跳台运动员在空中上升过程中，重力势能不断增加
D．丁图：单板滑雪运动员从高处加速下落的过程中，重力势能转化为动能
10．下列物体中具有弹性势能的是
A．拉弯的弓把箭射出去 B．钟表里的发条带动齿轮转动
C．火箭发射升天 D．小孩荡秋千从高处向低处落下
三、判断题
11．伽利略提出了摆的等时性原理。 （判断对错）
四、填空题
12．2017年5月5日，中国首款按照最新国际适航标准民用飞机C919在浦东机场第四跑道成功起飞．飞机起飞前在跑道上加速行驶，此时飞机的重力势能 （选填”增大“、”减小“或”不变“）；当飞机前进时，升力的产生应用的物理知识是 ．
13．“蹦床”不仅是奥运会的正式比赛项目，也是小朋友非常喜欢的游戏项目。小朋友通过对蹦床施力，蹦床发生弹性形变，因而具有了 能；同时，由于 ，蹦床对小朋友也施力，把小朋友弹到高处，小朋友的 能增加。
14．如图所示的轻质杠杆，OA为0.3米，OB为0.2米，物体G重为60牛，当物体在水平位置平衡时，竖直向上拉力F的大小为 牛；若物体G被匀速提升时，以O点为参照物，物体G是 （选填“运动”或“静止”）的，物体的重力势能 （选填“增加”、“不变”或“减小”）。
15．请说出下列物体具有的能量形式：（1）在水平公路上行驶的汽车： ；（2）悬挂在天花板上的吊灯： ；（3）被拉开的弹弓： 。
16．神舟十六号载人飞船于2023年5月成功发射，载人飞船加速升空的过程中，航天员的动能 （选填“变大”“变小”或“不变”），航天员的机械能 （选填“守恒”或“不守恒”）。
五、实验题
17．如图所示，在探究物体动能的大小与哪些因素有关时，让同一小车分别从同一斜面的不同高度由静止释放，撞击水平面上的同一木块。
（1）本实验探究的是 （填“木块”“小车”或“斜面”）的动能与 的关系，实验中是通过观察 来比较动能大小的；
（2）该实验应用的两种研究方法： 、 ；
（3）如果在实验中将两个质量不同的小球从斜面的同一高度静止释放，是为了探究物体的动能与 的关系。
18．小伟猜想动能的大小可能与物体质量和运动速度有关，于是设计了如图所示的实验，让小球沿同一光滑斜面向下运动，与放在水平面上的纸盒相碰，纸盒在水平面上移动一段距离后静止．
（1）甲是控制两球的 相等，探究的是动能与 的关系．
（2）图乙中让不同质量的两个小球从同一高度滚下，由此实验可得出的结论是 ．
六、综合题
19．校车安全备受社会关注，国家出台了《校车安全管理条例》．如图是某区部分中小学投入使用的新型安全校车﹣﹣人称“长鼻子”校车，其与四轮大巴车相似，但这种校车突出在安全性能上完全符合校车安全标准，车的总质量达到5380千克．则：
（1）校车设计最高时速达到80km/h，但《校车安全管理条例》中规定校车最高时速为60km/h，其实质是控制校车的 不至于过大．
A．惯性 B．势能 C．动能 D．摩擦力
（2）为了更好的保护学生，防止车身变形挤压学生，车身的制作材料应具有 的性质．
（3）一个质量为60千克的驾驶员驾驶校车空载，每个轮子跟地面的接触面积为400cm2．校车对水平地面的压强有多大？
（4）某学校学生乘坐该校车回家，校车以54km/h的速度在水平路面上匀速行驶了20分钟后安全到达目的地，校车受到的阻力为1000N，求校车牵引力所做的功是多少？
20．如图甲所示为明代宋应星《天工开物》中描述的龙骨水车，它由水槽、刮板、木链、木齿轮、脚踏等组成，其中脚踏部分的结构如图乙所示。水车安放在河边，下端水槽和刮板直伸水中，另一端的木齿轮固定于堤岸的木架上，用时踩动脚踏部分使木齿轮转动，通过木链带动槽内板叶刮水上行，倾灌于地势较高的田地。
请你利用你所学过的知识，结合上面的资料，回答下面的问题：
（1）龙骨水车脚踏部分相当于简单机械中的 ；
（2）龙骨水车提水的原理与生活中的抽水机工作原理是否相同？ ；
（3）用龙骨水车把水提到高处，水的机械能如何变化 ？
七、计算题
21．运动员从高空竖直向下跳伞，人（包括装备）的质量为80kg，站立在水平地面时，双脚鞋底与地面的接触面积为，只考虑人受到的重力和空气阻力，下落时的速度—时间图像如图所示。（g=10N/kg）求：
（1）运动员站立在水平地面时对地面的压强是多大？
（2）人在前50s内下落了2100m，求这段时间内人的平均速度；
（3）从第10s到第30s这个过程中，人的动能、重力势能、机械能是如何变化的。
22．已知物体的重力势能表达式为EP=mgh，动能表达式为Ek=0.5mv2；其中m为物体的质量，h为物体距离水平地面的高度，v为物体的运动速度，g为常量，取10N/kg。如图所示，将一质量为0.4kg的物体从距离地面1.5m的高度沿水平方向以2m/s的速度抛出。不计空气阻力，物体从被抛出到落地的瞬间，整个过程中机械能守恒。求：
（1）物体被抛出时的重力势能EP和动能Ek1；
（2）物体从被抛出点至落地的过程中，其重力所做的功W；
（3）物体落地前瞬间的动能Ek2。
参考答案：
1．D
【详解】A、水从高处向低处运动时，其质量不变，速度增加，故水的动能增加，由于存在空气的阻力和摩擦，所以机械减小，故A错误；B、水从高处向低处运动时，其质量不变，速度增加，故水的动能增加，同时高度减小，故水的重力势能减小，故B错误；C、水从高处向低处运动时，其质量不变，速度增加，故水的动能增加，同时高度减小，故水的重力势能减小，故C错误；D、水从高处向低处运动时，其质量不变，速度增加，故水的动能增加，同时高度减小，故水的重力势能减小，水的重力势能转化为动能，故D正确．故选D．
点睛：动能的大小与物体的质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能就越大；重力势能的大小与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能就越大；由于存在空气的阻力和摩擦，机械能是减小的．
2．D
【详解】A．口罩的弹性绳形变量越大，弹性绳的弹性势能越大，故A错误；
B．压痕深，即压力作用的效果明显，说明压强较大，故B错误；
C．要减轻压痕可以把口罩系的松一点，也可以增大受力面积，故C错误；
D．防护凝胶贴片可以减轻压痕，是由于增大了受力面积，在压力一定时，减小了压强，故D正确。
故选D。
3．A
【详解】A．运动员从A点滑向B点过程中，高度变小，质量不变，重力势能变小；质量不变，速度变大，动能变大，是重力势能转化为动能，故A正确；
B．不计空气阻力，在C点时受到重力的作用，受力不平衡，故B错误；
C．运动员从C点下落到D点过程中，不计空气阻力，机械能是守恒的，保持不变，故C错误；
D．运动员从E点滑向F点，是因为运动员具有惯性，惯性是一种性质，不能说受到惯性的作用，故D错误。
故选A。
4．A
【详解】A．相同质量的小车从不同的高度滑下，高度越高的小车到达底部的速度越大，故A正确；
B．两辆相同的小车说明质量也相同，不满足控制变量法的要求，无法探究质量因素与动能大小的关系，故B错误；
C．小车对木块做多少功就能反应小车的动能为多少，而做功的多少，可以通过木块被推开的距离远近来确定，所以木块运动的距离越近，表明碰撞以前小车的动能越小，故C错误；
D．木块的运动距离的远近反应的是小车的动能大小，实验探究的是动能大小与哪些因素有关，所以根据控制变量法，应保证水平面的粗糙程度相同，故D错误。
故选A。
5．A
【详解】A．声音的特性是指：音调、响度和音色，而响度的大小与振幅有关，与频率无关，故A错误；
B．机械能分为动能和势能，动能的大小与物体的质量和速度有关，故B正确；
C．光的传播可以分为光的直线传播、光的反射、光的折射，光的反射又分为镜面反射和漫反射，故C正确；
D．物态变化包括熔化和凝固、汽化和液化、升华和凝华，汽化又可以分为蒸发和沸腾，故D正确．
6．C
【详解】A．乒乓球自1至3乒乓球排开水的体积先不变，后减小，由阿基米德原理得，1到3乒乓球受到的浮力发生改变，故A错误；
B．乒乓球自1至4的过程中，乒乓球排开水的体积先不变，后减小，水的深度先不变，后减小，由得，水对杯底的压强先不变后减小，故B错误；
C．乒乓球能弹离水面后，水位下降，水的重力势能转化为动能，再对乒乓球做功，所以乒乓球能弹离水面后上升获得的能量源自水的重力势能，故C正确；
D．乒乓球自1至4的过程中，乒乓球的速度先变大后减小，质量保持不变，动能先增大后减小，故D错误。
故选C。
7．D
【详解】A．由图示知，D点时，过山车的水平方向的速度不为0，则此时一切外力消失，据牛顿第一定律知，过山车不能保持静止，而是沿水平方向做匀速直线运动，故A错误；
B．由图示知，B点的重力势能等于E点的动能，而B点的机械能等于此时的动能与重力势能之和，E点的机械能等于此时的动能，所以从B到E机械能减小，部分机械能转化为内能，机械能不守恒，那么从B到D机械能不守恒，故BC错误；
D．因为整个过程机械能不守恒，有部分机械能转化为内能，所以在最开始点的B点，机械能最大，故D正确。
故选D。
8．B
【详解】动能大小的影响因素是：质量和速度；重力势能大小的影响因素是：质量和高度．在飞船起飞过程中，高度会增加，速度会增大，若忽略其自身质量的变化，则重力势能增大，动能增大，故只有B正确，故选B．
9．BCD
【详解】A．冰壶在水平冰面滑动的过程中，所受重力竖直向下，冰壶没有沿重力的方向移动距离，所以重力对冰壶没有做功，故A错误；
B．钢架雪车运动员在推动雪车奔跑的过程中，运动员对雪车施加了推力，雪车在推力的方向上通过了距离，运动员对雪车做了功，故B正确；
C．自由式滑雪大跳台运动员在空中上升的过程中，质量不变，高度变大，所以重力势能增多，故C正确；
D．单板滑雪运动员从高处加速下落的过程中，质量不变，速度变大，高度变小，则动能增多，重力势能减少，重力势能转化为动能，故D正确。
故选BCD。
10．AB
【分析】物体由于发生弹性形变而具有的能，叫做弹性势能．
【详解】A. 拉弯的弓把箭射出去，弓发生了弹性形变，具有弹性势能，符合题意；
B. 钟表里的发条带动齿轮转动，发生了弹性形变，具有弹性势能，符合题意；
C. 火箭发射升天，靠的是燃料燃烧释放的内能转化为机械能，没有弹性势能，不符合题意；
D. 小孩荡秋千从高处向低处落下，没有发生弹性形变，因此没有弹性势能，不符合题意．
故选AB.
11．正确
【详解】伽利略不仅发现了“摆的等时性”，还提出了“物体的运动并不需要力来维持”的观点，故此说法正确。
12． 不变 流体在流速大的地方压强小
【详解】飞机起飞前在跑道上加速行驶，质量和高度都没有变化，所以重力势能是不变的；
当飞机前进时，升力的产生的原因是流体压强与流速的关系，即流速大的地方压强小，机翼上方的压强小于下方的压强，从而产生向上的升力．
13． 弹性势 力的作用是相互的 重力势
【详解】[1]小朋友落下接触到蹦床后，蹦床发生弹性形变，故具有了弹性势能。
[2][3]由于力的作用是相互的，蹦床对小朋友施加反作用力，小朋友被弹起时，蹦床的弹性势能减小，减小的弹性势能转化为小朋友的动能，把小朋友弹到高处，动能转化为重力势能，所以小朋友的重力势能增加。
14． 90 运动 增加
【详解】[1]根据杠杆的平衡条件可知
F×OB=G×OA
即
F×0.2m=60N×0.3m
解得
F=90N
[2]物体G和O点位置发生了变化，所以G相对于O运动了。
[3]重物G高度变高，质量不变，所以G重力势能变大。
15． 动能 重力势能 弹性势能
【详解】（1）[1]在水平公路上行驶的汽车，因为在运动，所以具有动能。
（2）[2]悬挂在天花板上的吊灯，由于受到重力，且具有一定高度，所以具有重力势能。
（3）[3]被拉开的弹弓，由于发生了弹性形变，所以具有弹性势能。
16． 变大 不守恒
【详解】[1][2]载人飞船加速升空的过程中，航天员的质量不变，速度变大，动能变大，高度增加，重力势能增大，因而航天员的机械能增大，即不守恒。
17． 小车 速度 木块移动的距离 转换法 控制变量法 质量
【详解】（1）[1][2][3]影响物体动能大小的因素有质量和速度，找出相同的量和变化的量，根据控制变量法分析得，让同一小车分别从同一斜面的不同高度由静止释放，小车的质量相同，下滑的高度不同，到达水平面时的速度不同，推动木块移动的距离不同，即小车的动能大小不同，说明小车的动能与速度有关。
（2）[4][5]小车的动能大小是通过观察木块移动的距离来反映的，这是转换法的应用；影响物体动能大小的因素有质量和速度，因此还会用到控制变量法；所以，该实验应用的两种研究方法：转换法、控制变量法。
（3）[6]如果在实验中将两个质量不同的小球从斜面的同一高度静止释放，小球的质量不同，下滑的高度相同，到达水平面时速度相同，根据控制变量法可知，这是为了探究物体的动能与质量的关系。
18． 质量 速度 运动速度相同时，动能的大小与物体质量有关
【详解】(1)由甲图可知，两球质量相同，所以是控制两球的质量相等，而两球所处高度不同，两球到达斜面底端时的速度不同，故探究的是动能与速度的关系；
(2) 根据乙图可知，高度相同时，小球到达斜面底端时的速度相同，质量大的小球撞击纸盒后，纸盒运动的距离远，说明质量大的小球其动能大，由此得出结论：速度相同时，动能的大小与物体质量有关，物体的质量越大，动能越大．
19． C 硬度高 校车对水平地面的压强有3.4×105Pa 校车牵引力所做的功是1.8×107J
【详解】试题分析：（1）物体的动能与质量和速度有关，在质量一定时，速度越大，动能越大．
（2）根据我们对于物理性质的了解来作答，从物体的性能入手．
（3）地面受到的压力等于校车和人的重力之和，应用压强公式可以求出小车对地面的压强．
（4）校车匀速运动，处于平衡状态，由平衡条件求出牵引力，根据s=vt求出校车行驶的距离，由W=Fs求出功．
解：（1）校车质量一定时，速度越大，动能越大，控制校车的速度，实际是控制校车的动能不能太大，故C正确；
（2）由于校车在使用过程中，由于交通事故，会使学生的人身安全受到伤害，为防止校车在出事故时，车身变形挤压学生，制作材料的硬度要高．
（3）校车对水平地面的压力：
F=G总=（m车+m人）g=（5380kg+60kg）×10N/kg=5.44×104N，
校车对水平地面的压强：
p==3.4×105Pa．
（4）校车做匀速运动，处于平衡状态，
由平衡条件可知，牵引力：F=f=1000N，
由v=可知，t=20min=1200s内校车行驶的距离：
v=54km/h=15m/s，
s=vt=15m/s×1200s=1.8×104m，
校车牵引力所做的功：
W=Fs=1000N×1.8×104m=1.8×107J，
答：（1）C；
（2）硬度高；
（3）校车对水平地面的压强有3.4×105Pa；
（4）校车牵引力所做的功是1.8×107J．
【点评】本题考查了影响动能的因素、重力公式、压强公式、二力平衡条件、功的计算，关键是公式及其变形式的灵活运用，知道水平面上物体的压力和自身的重力相等是解答（3）题的关键．
20． 轮轴 不相同 变大
【详解】（1）[1]龙骨水车脚踏部分相当与于简单机械中的轮轴，能省力。
（2）[2]龙骨水车提水的原理与生活中的抽水机工作原理不相同，龙骨水车提水的原理是简单机械——轮轴，生活中的抽水机工作原理是：大气压强。
（3）[3]用龙骨水车把水提到高处，质量一定，高度变大，速度一定，动能不变，重力势能变大，水的机械能变大。
21．（1）16000Pa；（2）42m/s；（3）见解析
【详解】解：（1）运动员所受重力
G=mg=80kg×10N/kg=800N
运动员站立在水平地面，对地面的压力等于其重力，则
F=G=800N
运动员对地面的压强
（2）人在前50s内的平均速度
（3）由图知10~30s人的速度先增加后不变，动能也是先增加再不变，高度一直减小，重力势能也一直减小，由于空气阻力的影响，机械能会转化为内能，所以机械能减小。
答：（1）运动员站立在水平地面时对地面的压强是16000Pa；
（2）这段时间内人的平均速度42m/s；
（3）见解析。
22．（1）6J， 0.8J；（2）6J；（3）6.8J
【详解】(1)物体被抛出时的重力势能
物体被抛出时的动能
(2)物体从被抛出点至落地的过程中，重力做功
(3)因为不计空气阻力，物体从被抛出到落地的瞬间，整个过程中机械能守恒．所以球落地前瞬间的动能
答：(1)物体被抛出时的重力势能为6J，动能为0.8J。
(2)其重力做功为6J。
(3)物体落地前瞬间的动能Ek2为6.8J。
