题点系列10机械能和内能.docx

题点系列10机械能和内能.docx

《题点系列10机械能和内能.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《题点系列10机械能和内能.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

题点系列10机械能和内能

题点系列10：

《机械能和内能》

【例1】关于能的概念，下列说法正确的是（）

A．用线悬挂着的物体，它没有做功，它不具有机械能

B．在空中飞行的子弹，因为它能做功，所以它具有机械能

C．甲物体的运动速度比乙物体的大，则甲物体的动能一定比乙物体的大

D．甲物体的高度比乙物体的高度大，则甲物体的势能一定比乙物体的大

解析：

用线悬挂的物体，由于被举高而具有重力势能；重力势能的大小是由物体的质量和高度共同决定的，被举得越高的物体具有的重力势能不一定大；物体动能的大小是由物体的质量和速度大小共同决定的，速度大的物体动能不一定大．答案：

选B

【例2】判断下列物体是否具有动能或势能，如果有，说出能量的名称，如果没有，说明原因．

（1）在水平地面上滚动的铅球：

___________；

（2）悬挂在室内的电灯：

__________；

（3）玩具汽车中被卷紧的发条：

_____________；（4）弹簧：

_____________；

（5）在空中飞行的波音客机：

_________；（6）静止在水平轨道上的列车：

_________．

解析：

物体只要具有做功的本领，它就具有能，与当时是否正在做功无关．有质量和运动速度的物体就具有动能；有质量和高度的物体就具有重力势能；弹性物体一定要发生弹性形变时，才具有弹性势能．

解:

（1）在水平地面上滚动的铅球：

既有质量又有运动速度，具有动能；

（2）悬挂在室内的电灯：

既有质量又有高度，具有重力势能；

（3）玩具汽车中被卷紧的发条：

发条是弹性物体，卷紧后发生了弹性形变，具有弹性势能；

（4）弹簧：

尽管是典型的弹性物体，但它没有发生弹性形变，因而不具有动能和势能；

（5）在空中飞行的波音客机：

有质量，有运动速度，还有高度，既有动能又有重力势能；

（6）静止在水平轨道上的列车：

尽管质量很大，但它不在运动，也没有高度，所以它不具有动能和势能．

【例3】在探究物体的重力势能大小与哪些因素有关的实验中三个相同的木桩被从空中静止释放的铁块撞击，陷入沙坑中的情况如图所示．在此实验中，我们是通过观察什么来比较各铁块重力势能的大小？

若A、B两铁块质量相等，则两铁块下落高度的关系是hAhB；若A、C两铁块下落的高度相等，则两铁块质量关系是mAmC；实验得出的结论是：

物体重力势能的大小与有关．

解析：

先控制A、B两铁块的质量相等．从图中可知，B铁块对木桩做的功多（破坏力大），两铁块在空中释放前，B铁块的重力势能大，因此可确定hA＜hB；然后控制A、C两铁块的高度相等，从图中可知，C铁块对木桩的破坏力大，两铁块在空中释放前，C铁块的重力势能大，所以mA＜mB．实验得出的结论是：

物体重力势能的大小与物体的质量和高度有关．我们是通过观察木桩陷入沙坑的深度来比较铁块重力势能大小的．

【例4】跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，他的（）

A．动能增大，势能不变B．动能不变，势能减小

C．动能、势能都不变D．动能减小，势能增大

解析：

本题考查对动能、势能概念的综合理解，解答本题除了要知道影响动能、势能大小的因素外，还要注意“匀速”这一条件．切忌不认真审题，错误地认为下落的物体越来越快，动能越来越大．

解:

运动物体在匀速下落的过程中，质量、速度均未发生变化，因此，他的动能不变，而运动员在逐渐下降，所以他的重力势能逐渐变小．答案选B

【例5】某块砖在一对平衡力作用下运动，则该砖（）

A．势能一定不变，动能一定不变B．势能可能改变，动能一定不变

C．势能可能改变，动能可能改变D．势能一定不变，动能可能改变

解析：

砖块的质量不变，在一对平衡力作用下的运动状态是匀速直线运动，它的速度大小不变，所以砖块的动能不变；如这块砖在水平方向运动，它的质量和高度都不变，重力势能不变．如这块砖不在水平方向运动，它的高度在改变，重力势能在改变，因题中没有明确砖块的运动方向，所以势能的变化情况不能确定．答案选B

【例6】如图所示，是用来探究“动能大小跟哪些因素有关”的实验装置图。

（小球在光滑斜面上由静止开始下滑，到达底端的速度只与起点高度有关，起点越高，到达底端的速度就越大，运动小球撞击停在平面上的木块后，木块运动距离越长，说明小球具有动能越大）

（1）分析比较实验甲与实验乙，可得出结论：

______________________________。

实验中被控制的物理量是________________。

（2）分析比较实验乙与实验丙，可得出结论：

______________________________。

实验中被控制的物理量是_______________________。

（3）实验结果表明，物体动能与物体的和有关，____________越大，____________越大，动能就越大。

解析：

比较甲实验与乙实验可知：

钢球的质量相等，而乙中的钢球到达平面上的速度比甲中的大，结果是甲中的钢球具有的动能大，说明在质量相等的情况下，物体的速度越大，动能越大；比较乙实验与丙实验可知：

钢球和木球到达平面上的速度相等，而钢球的质量比木球的质量大，结果是乙中的钢球具有的动能比丙中的木球的动能大，说明在速度相等的情况下，物体的质量越大，动能越大．综合三个实验可知：

物体的动能与物体的质量和速度有关，质量越大，速度越大，物体具有的动能越大．

答案：

（1）质量相同时，速度越大的物体具有的动能越大质量

（2）速度相同时，质量越大的物体具有的动能越大速度

（3）质量速度质量速度

【例7】（多选题）如图所示的是一种叫做蹦极的游戏。

游戏者将一根有弹性的绳子一端系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下。

图中a点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，c点是他所到达的最低点的位置。

对于他离开跳台至最低点的过程，下面说法正确的是（）

A．他的重力势能一直在减小

B．绳的弹性势能一直在减小

C．他的动能在前一段时间在增加，后一段时间在减小

D．在最低点，重力势能减到最小，动能为零，绳的弹性势能最大

解析：

在质量不变的情况下，动能的变化抓住速度的变化，从最高点道最低点，速度从慢到快再到慢，所以游戏者的动能先变大后变小，到最低点时，动能为零；重力势能的变化抓住高度的变化，高度越来越低，故游戏者的重力势能一直在减小；弹性势能的变化抓住弹性形变的大小变化，从最高点到a点，绳自然下垂，未发生弹性形变，故没有弹性势能，从a点到c点，绳发生了弹性形变，具有弹性势能，在最低点，绳的形变最大，故绳的弹性势能最大．答案选A、C、D

【例8】如图所示，让钢球从斜面上由静止滚下，打到一个小木块上，能将木块撞出一段距离．放在同一水平画上相同位置的木块，被撞得越远，表示钢球的动能越大．现用质量不同的钢球从同一高度滚下，看哪次木块被推得远．回答以下问题：

（1）设计本实验的目的是研究__________．

（2）让不同的钢球从同一高度滚下是为了_______________________________．

（3）此实验得出的结论是_____________．

（4）下表中给出了一头牛慢步行走和一名普通中学生百米赛跑时的一些数据．

物体

质量m／kg

速度v／m·

动能E／J

牛

约600

约0.5

约75

中学生

约50

约6

约900

　　分析数据，可以看出，对物体动能大小影响较大的因素是________，你这样判断的依据是______________________________．

解析：

（1）题中通过比较木块被撞的远近来比较钢球动能的大小，可知实验运用控制变量法研究影响动能大小的因素是哪些？

本题中用质量不同的钢球从同一高度滚下，改变质量来研究动能的变化，所以设计本实验的目的是研究动能与质量的关系.

（2）因为动能大小与质量有关,还与速度有关,研究动能与质量的关系,需要控制速度相同,让钢球从同一高度滚下能实现钢球在水平面上时速度相同.（3）速度相同,质量大的钢球把木块推的越远,故做功多,动能大.（4）要比较对动能大小影响较大的因素,需要从数据进行分析,本题没有质量相同和速度相同的有关动能数据,只有比较质量变化的倍数、速度变化的倍数对动能变化的倍数的影响.

解：

（1）研究动能与质量的关系

（2）钢球到达斜面底端时的速度相同

（3）速度相同,物体质量越大,动能越大

（4）速度人的质量是牛的1/12倍,人的速度为牛的12倍,人的动能是牛的12倍,说明人和牛”速度”不同对动能影响较大.

本题从实验的目的到实验的方法（控制变量法）、实验结论对影响动能大小因素较全面的进行考查,同时也要求能运用数据分析对所学内容进行深入的探究.

【例9】跳伞运动员从空中匀速下落，人和伞的　（　　）

A．动能增加，重力势能减少，机械能不变

　　B．动能不变，重力势能减少，机械能减少

　　C．动能减少，重力势能增加，机械能增加

　　D．动能不变，重力势能不变，机械能不变

解析：

从动能、重力势能、机械能的概念出发去分析问题．匀速下落的跳伞运动员，质量和速度不变，动能不变；下落过程中，相对地面的高度减小，重力势能减少；机械能

＝动能＋势能，动能不变、势能减少，故机械能减少．答案选B

对于这类问题的判断主要是抓住描述物体运动状态的关键词“匀速下落”匀速反映了速度不变，下落反映了相对于地面的高度的变化。

【例10】如图所示，用绳子拴住一个苹果并悬挂起来，把苹果拉近自己的鼻子静止，松手后，苹果将向前摆去，接着又反向摆回来，你原地不动，苹果会打到你的鼻子吗？

为什么？

解析：

苹果从靠近鼻子的A处松手后，由A到B的过程中，苹果的高度逐渐降低，速度加快，即重力势能转化为动能；同理，苹果由B点到C点的过程中动能转化为重力势能。

苹果返回由C经B到A的过程中，只是重力势能与动能的相互转化，其机械能没有增加，所以，最后摆起的高度不会高于原来松开的高度，故不会打到鼻子

答案：

不会打到鼻子。

因为苹果拉到一定高度，所具有的重力势能是一定的，在与动能转化的过程中机械能不会增加，故不会打到原来的高度，也不会打到鼻子。

通过对这类问题的研究让学生感受物理知识有用，养成用科学知识解决问题的习惯，而不是想当然。

【例11】学生在做模拟“蹦极”的小实验如图所示.一根橡皮筋一端系一个小石块，另一端固定在a点，b点是橡皮筋不系小石块自然下垂时下端所在的位置，c点是小石块从a点自由下落所能到达的最低点。

在小石块从a点到c点运动的过程中，以下说法正确的是（）

A.小石块动能一直在增加

B．小石块减少的重力势能全部转化为动能

C．小石块经过b点时，橡皮筋具有弹性势能

D．小石块到达c点时，动能为零

解析：

（1）当石块从a点运动到b点的过程中橡皮筋处于自然状态（无形变），石块的重力势能转化为动能；

（2）石块从b点到O点，O点为石块挂在橡皮筋下静止时的位置，这个过程中，石块受到的弹力由小变大，运动到O点时弹力等于重力，所以石块在下降时仍然加速，在O点速度最大，石块的重力势能转化为动能和橡皮筋的弹性势能；（3）从O点到c点，石块受到的弹力继续增大，大于石块所受的重力，所以石块做减速运动，到达c点时速度为0，石块的重力势能和动能转化为橡皮筋的弹性势能.答案选D

在分析能量的转化、变化时,首先要分析清楚物体的高度、速度、弹性物体的形状是否发生变化以及如何变化。

有时是两种能量形式之间发生转化，有时三种能量形式均参与变化。

【例12】我国近两年连续成功发射了“神舟”号载人飞船．飞船的返回舱在下落到地面附近时，由于受到空气阻力而做减速运动，在减速下降的过程中，返回舱的（）

A．动能增大，势能减小B．动能减小，势能减小

C．动能不变，势能减小D．动能减小，势能增大

解析：

飞船质量可视作不变，抓住关键词“减速下降”．答案选C

要判断能量的变化，首先要知道动能、重力势能、弹性势能的影响因素分别是什么，然后判断其影响因素的变化情况，从而得出结论．

【例13】匀速前进的洒水车，在洒水的过程中，它的动能____．（选填不变、变大、变小）

解析：

整个过程中速度虽然不变，但质量在变小。

答案：

变小

【例14】关于能的概念，下列说法中正确的是（）

A.一个物体能够做功，就说这个物体具有能

B．一个物体做了功，说明这个物体具有能

C．一个物体已做过的功越多，说明这个物体具有的能越多

D．用线悬挂着的小球，没有做功，所以没有能

解析：

一个物体能够做功，就说这个物体具有能，但并不表明“正在”做功，或“已经”做功，而是“可以”做功．“没有”做功，并不代表“不能”做功．

【例15】如图，同一个物体分别从三个不同的斜面OA、OB、OC的顶端由静止滑下，已知物体在三个斜面上下滑时受到的摩擦力相同．当物体从斜面顶端O滑到底端时，速度分别为vA、vB、vC，则（）

A．vA>vB>vCB．vA

C．vA=vB=vCD．vA>vC>vB

解析：

物体从斜面顶端滑到底端的过程，既是运动状态变化的过程，更是能量转化的过程．由于存在摩擦，有部分机械能转化为内能，根据克服摩擦力做功的多少，从而判断剩下机械能的多少，进而判断速度的大小．

【例16】物理课上，同学们观察了图8-3所示的实验：

用细线将一金属小球悬挂起来，把小球拉到一定的高度（此时细线偏离竖直方向的角度为α，小球离开最低位置的距离为S），然后释放，小球将左右摆动.

（1）此实验说明：

（2）课后小宁同学提出这样的问题：

小球来回摆动一次的时间（或摆动的快慢）跟哪些因素有关呢？

对此，同学们进行了探究。

小宁提出猜想：

小球摆动的快慢可能跟细线的长度（L）有关。

于是小宁和小军来到实验室，找来了以下器材：

A.秒表B.长为0.8m的细线C.长为1.0m的细线D.铜球E.铝球（D、E两球体积相等，都有相同的小孔，便于系线）为了验证小宁的猜想，请你帮他们设计出简要的实验步骤.

选用的器材是（选填上列器材前的字母）：

具体操作：

（3）对小宁提出的问题，除了他的猜想外，请你再提出两个猜想：

①

②

解析：

（1）小球左右摆动,可看出小球的高度和速度发生了变化,而其中必联系到动能和重力势能的变化及其之间的转变.

（2）要研究小球摆动快慢可能与多个因素的关系,必须利用控制变量法进行研究，而利用控制变量法时应注意哪些量不发生变化，哪些量发生变化.本题要研究小球摆动快慢与细线长度的关系,需要改变细线的长度,而控制细线偏离竖直方向的角度为α、小球离开最低位置的距离为S、小球的质量等其他相关因素.

（3）猜想与假设是科学探究中重要环节，我们在探究过程中要善于从现象中提出问题，做出科学的猜想,从实验的设计思路可猜想小球摆动快慢可能与上述实验中被控制不变的几个因素有关.

答案：

（1）动能与重力势能相互转化.

（2）ABCD（3）小球摆动快慢可能小球离开最低位置的距离有关；小球摆动快慢可能小球的质量.

本题首先要求从现象中寻找物理规律，又对科学探究的实验设计，猜想与假设两个环节进行了考查，而在设计实验环节又运用到控制变量法，是一道考查科学探究的好题.

【例17】关于能的概念，下面说法正确的是：

（）

A.用线悬挂着的物体，没有做功，所以没有能；

B.在空中飞行的子弹，因为它能做功，所以它具有能；

C.甲物体比乙物体速度大，则甲物体的动能一定比乙物体的动能大；

D.甲物体高度比乙物体的高度高，则甲物体的重力势能一定比乙物体的重力势能大。

解析：

由动能和重力势能的概念可知，用线悬挂着的物体是被举高的，离地面有一定的高度，它能够做功，故具有重力势能；物体的动能大小是由物体质量和速度共同决定的，因此，速度大的物体的动能不一定大。

同样，重力势能的大小是由物体被举高的高度和质量共同决定的，高度高的物体的重力势能也不一定就大；在空中飞行的子弹有动能和重力势能，它能做功，具有能，所以B正确。

当一个物理量由两个或两个以上因素共同决定时，千万不能只根据一个因素的情况作出结论。

判断一个物体是否具有能，关键是要看它能否做功，不是看它是否在做功。

比如上例中“悬挂着的物体”虽然没有做功，但它一旦坠落，高度发生变化，就可以做功。

【例18】下面的物体中，只具有动能的是______；只有势能的是______；既具有动能、又具有势能的是。

A.停在地面上的汽车B.在空中飞行的飞机C.被起重机吊在空中静止的货物

　　D.弹簧E.在水平铁轨上正行驶的火车

解析：

停在地面上的汽车没有运动，它不具有动能；因在地面上，它也没有势能。

正在空中飞行的飞机，它在运动着，具有动能；它离地面有一定的高度，又具有重力势能。

在空中静止的货物，它没有动能，只有重力势能。

弹簧在没有发生弹性形变时，它不具有弹性势能。

水平铁轨上行驶的火车，只有动能没有势能。

答案：

只有势能的是C；只有动能的是E；既有动能又有势能的是B。

在确定物体具有何种能量时，应按照动能、重力势能、弹性势能的定义，分析物体是否在运动，是否被举高，是否发生了弹性形变，符合哪一种能量的定义，就确定物体具有哪一种能量。

【例19】“挂在屋檐上的瓦，因为静止，没有做功，所以没有能”。

这种说法对吗？

解析：

挂在屋檐上的瓦，处于一定的高度，可视为“被举高”了，因而具有重力势能。

答案：

题中说法不对。

因为一个物体具有能，只说明它能做功，但它不一定做功。

所以瓦处于静止，没有做功，不能表明它不能做功，因而也就不能断言它没有能。

“做功”与“能做功”是两个不同的概念，要注意加以区分。

【例20】跳伞运动员在匀速下落过程中，它的（）

A.势能增大，动能减小，机械能不变

B.势能减小，动能不变机械能减小

C.势能减小，动能增大，机械能不变

D.势能增大，动能不变，机械能增大

解析：

因为跳伞运动员的质量是一定的，而且是匀速下落，说明运动员的速度不变，所以运动员的动能不变；又因为跳伞运动员的高度不断减小，因此，跳伞运动员的机械能减小。

正确选项为B。

此题的过程简单，题意明朗。

但若不能仔细分析亦可能出现错误。

如“匀速下落”意味着速度不变，速度不变意味着动能不变；同时，不要认为一个物体的重力势能减小或增大，它的动能就一定增大或减小。

这种“定势”是要努力克服的。

因此，要针对题设的物理情景进行分析，挖掘已知条件和隐含条件，找到其联系，从而做出正确的答案。

【例21】一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升，在整个过程中，乒乓球机械能转化的情况是（）

A.势能→动能→势能B.动能→势能→势能

　　C.动能→势能→动能→势能→动能D.势能→动能→势能→动能→势能

解析：

乒乓球在高处，由于被举高具有势能。

在下落过程中，高度降低，速度增大，在撞击地面前，球的全部势能转化为动能。

在撞击地板的一瞬间，由于球发生形变，球的动能转化为球的弹性势能。

球在恢复形变的过程中，弹性势能又转化成动能，使球产生一个反方向的速度（如不考虑能的损失，则此速度与球撞击地板前的速度大小相同），向上跳起。

在上升的过程中，动能又逐渐转化成势能，直至动能为零。

从下落到反跳的全过程中，经历的能量变化过程是：

重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能。

正确选项为D。

在解答同一物体的重力势能和动能之间的转化问题时，由于同一物体质量一定，所以重力势能和动能的变化，主要表现在离地面的高度与速度的大小变化。

【例22】如图所示，电动小车沿斜面从A匀速运动到，则在这个过程中小车（）

A．动能减少，重力势能增加，总机械能不变

B．动能增加，重力势能减少，总机械能不变

C．动能不变，重力势能增加，总机械能不变

D．动能不变，重力势能增加，总机械能增加

解析：

解此类问题必须克服“物体向上运动速度一定变小，向下运动速度一定变大”、“物体重力势能增大则动能一定减小，重力势能减小则动能一定增大”的错误定式，应根据假设的物理情境进行分析，挖掘已知条件和隐含条件，找出其联系，从而得出正确答案．

解:

因为电动小车的质量是一定的，而且是沿斜面匀速运动，说明电动小车的速度不变，所以电动小车的动能不变．又因为电动小车沿斜面向上运动的过程中高度不断增加，所以它的重力势能不断增大，因此小车的机械能增大．答案选D．

【例23】小方和小明皆购买了同类的橡皮球。

小明说：

“我的球的弹力比你的好。

”小方回答说：

“我希望你能证实你的说法。

”请你给小明出主意，他该怎么办？

（）

A.让两只球于离地等高处自由落下，比较两只球反弹的高度

B.把两只球向墙掷去，比较两只球反弹时离墙的距离

C.让两只球于离地不同高度处自由下落，比较两只球反弹的高度

D把两只球向地面掷去，比较两只球反弹的高度

解析：

本题采用的方法是通过实验去比较两球的弹力，球弹起越远当然弹力就越大。

但B、C、D所采用的方法中都没有注意控制使两球的初始速度和高度都相同，因此它们反弹的距离除与球本身的弹力有关外，还与它们初始具有的能量有关。

所以只有A正确。

本题直接考查科学实验中控制变量的方法。

在有多种因素影响实验结果时，只有对变量进行有效的控制，排除了其它因素的影响，才能得出客观的结论。

【例24】关于动能、机械能，下列说法中错误的是（）

A．一辆汽车具有动能，它一定具有机械能

B．两辆汽车以相同的速度行驶时，质量大的动能大

C．某汽车的机械能增加了，它的运动速度一定是加大了

D．在平直公路上行驶的汽车，速度变化时它的机械能也变化

解析：

机械能是动能与势能之和，动能的大小由质量和速度共同决定．汽车的机械能增加了，可能是势能增加了，其动能不一定增加，它的运动速度也不一定增大，故C选项是错误的．答案选C

【例25】下列过程中，属于动能转化为势能的是（）

　A．雪撬从山坡上滑下　B．玩具弹簧枪将“子弹”水平射出

　C．雨滴从屋檐落向地面　D．斜向上射出的炮弹在上升过程

解析：

物体的动能转化为势能，是指物体的动能在减小，同时势能在增加．如果物体的质量一定时，那么物体的速度减小，动能就减小，物体的高度增加，势能增加，或者物体弹性形变增大，势能增大．

解：

A选项中雪橇的高度减小，速度增加，所以是重力势能转化为动能；B选项中是将弹性势能转化为动能；C选项中也是将重力势能转化为动能；D选项中是动能转化为重力势能．答案选D

【例26】如图所示，运动员在进行蹦床表演时，机械能是如何变化的？

解析：

机械能包含动能、重力势能和弹性势能，在判断这些能量大小和转化时，应分析它们的速度、高度、形变的情况．

解：

运动员从高处下落的过程中，重力势能转化为动能；在接触蹦床到速度为零的过程中，人的动能转化为蹦床的弹性势能；弹起时，是蹦床的弹性势能转化为人的动能；运动员在上升过程中，动能转化为重力势能．

【例27】在空气阻力不计的情况下，一只皮球从高处由静止下落，被地面弹起后不能再回到原来的高度，在整个过程中；

（1）说明皮球机械能的转化情况。

（2）指出皮球在哪几个位置时的动能为零。

（3）分析皮球不能回到原来高度的原因。

解析：

（1）皮球在下落、弹起的整个过程中，先后发生状态的变化是：

球在高处静止──加速下落──落地变形──恢复原状反弹──减速上升．

（2）皮球在下落、上升过程中的空气阻力不计，但是在弹性压缩和恢复原状的过程中，有一部分机械能转化为内能．

解：

（1）①加速下落过程：

重力势能转化为动能．

②落地弹性压缩过程：

动能转化为弹性势能．

③恢复形状反弹过程：

弹性势能转化为动能．

④减速上升过程：

动能转化为重力势能．

（2）皮球在以下三个位置时动能为零（速度大小为零）：

①球在高处将指时；②小球落地弹性压缩最大时；③上升到最大高度时．

（3）尽管不计空气阻力，但在落地撞击地面时，球的弹性压缩和恢复形状的过程中，有一部分机械能将转化成其它能量，