专题12机械能综合培优训练（原卷版）.docx

更多资料添加微信号：DEM2008 淘宝搜索店铺：优尖升教育 网址： 专题12 机械能综合培优训练（原卷版） 考点直击 教你一招 1、在能的转化过程中，总是变小的那种形式的能转化为变大的那种形式的能。 2、比较质量和速度两个因素哪一个对动助能影响大，采用控制变量法。即分别让其其中一个变量扩大n倍后,哪一个因素扩大后的动能大,则该因素对动能影响大。 ※易错点：误认为物体向上运动时，一定是动能转化为重力势能（物体向上运动，可以是其他形式的能量转化为机械能，比如火箭加速上升，是化学能转化为机械能）。 典例分析＋变式训练 考点1 探究动能和势能的影响因素 类型1 探究动能的影响因素 1、实验目的：探究物体动能大小与哪些因素有关； 2、实验原理：车在木板上移动的距离越远，小车对木块做的功越多，小车具的动能越大； 3、实验方法：控制变量法、转换法。 4、实验现象： （1）同一小球在斜面越高的地方滚下，木块被推的越远； （2）质量不同的小球，在同一高度滚下，质量越大的小车，把木块被推的越远。 5、实验结论： （1）质量相同的物体，运动速度越大，动能越大； （2）运动速度相同的物体，质量越大，动能越大； （3）动能与物体的质量和物体运动的速度有关。 【典例1】在“探究动能的大小与哪些因素”有关的实验中（如图），让同一铁球从斜面的不同高度由静止释放，撞击同一木块。下列说法中正确的是（　　） A．这样做的目的是研究物体的动能大小与质量的关系 B．铁球能从斜槽上滚下是因为它具有惯性 C．铁球从斜面上滚下的过程中，铁球受到的支持力没有做功 D．木块B受到的重力与它对水平面的压力是一对平衡力 【典例2】小明在“探究物体的动能大小跟哪些因素有关”的实验中，他用质量不同的两个钢球m和M（M的质量大于m）分别从不同的高度h和H（H大于h）由静止开始滚下，观察木块B被撞击后移动的距离，实验过程如图1所示。 （1）小明通过观察木块B移动的距离长短，来判断钢球动能的大小，这种研究方法是 　 　 （选填“控制变量法”或“转换法”）。 （2）实验中，钢球滚到斜面底端后会继续向前运动，是因为钢球具有 　 　。木块最终会停下来是因为受到 　 　的作用。若水平面绝对光滑，本实验将 　 　（选填“能”或“不能”）达到探究目的。 （3）由甲、乙两图可得实验结论：物体的动能大小与 　 　有关。 （4）小丽根据甲、丙两图得出结论：物体的动能大小与质量有关，她的看法是否正确 　 　 （选填“正确”或“错误”），理由是：　 　。 （5）某同学用图2的方法探究动能的大小与速度的关系，他将相同质量的小球从不同高度由静止开始释放，通过观察木块在铁板和毛巾上滑行的距离来判断小球动能的大小，这种方法是 　 　（选填“正确的”或“错误的”）。 【变式训练1】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。放在同一水平面上相同位置的木块，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）让质量不同的钢球从同一高度滚下是为了 　 　。 （3）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•S﹣1 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 　 　。 【变式训练2】在探究“物体动能与质量和速度的关系”实验中，如图甲所示，将钢球从某一高度由静止释放，钢球摆到竖直位置时，撞击水平木板上的木块，将木块撞出一段距离。 试验次数 钢球的质量/g 钢球下摆的高度h/cm 木块滑行的距离/cm 1 20 20 25 2 40 20 45 3 60 20 62 （1）从表中数据可以看出，实验中控制了钢球的 　 　相同，从而探究动能与 　 　的关系。 （2）第1次实验时若不考虑能量损失，钢球对木块最多可做 　 　J的功；第3次实验时，木块被撞后在木板滑行无法记录数据，需要重做第三次实验，甲同学建议换用同样较长的木板，乙同学建议换一个较大的木块，丙同学建议降低钢球下摆的高度，若要将第三次实验数据与前两次比较，你认为应当采用 　 　同学的建议。由上述实验数据和现象可得出结论：在速度一定时，物体的质量越大，动能越 　 　。 （3）小华将实验装置改进成图乙所示，利用质量相同的铁球将同一弹簧压缩不同程度后静止释放，撞击同一木块，将木块撞出一段距离进行比较，来研究铁球动能大小 　 　的关系。 （4）小华还想用质量不同的铁球将同一弹簧压缩相同程度后由静止释放，撞击同一木块，探究铁球的动能大小与质量的关系，这个设计方案是 　 （选填“正确”或“错误”）的。 类型2 探究重力势能的影响因素 1、实验目的：探究物体重力势能大小与哪些因素有关； 2、实验原理：木桩打入沙中深度越深，木桩对沙子做功越多，木桩具的重力势能越大； 3、实验方法：控制变量法、转换法； 4、实验结论：物体的质量越大，所处的高度越高，物体的重力势能就越大。 【典例1】在“模拟打桩”的实验中，原来处于同一沙槽。相同深度的1、2、3、4四个相同木桩，经A、B、C三个重锤从高处由静止下落撞击后，最终所处的位置如图所示。由此可知： （1）实验中可通过观察 　 　来比较重锤重力势能的大小，若B、C两锤下落高度相同，则 　　（B/C）锤的质量要大一些；若A锤质量大于B锤质量，可推测 　　（A/B）锤下落高度较高。 （2）若木桩4下陷过程中所受重力做功为100J，则木桩3下陷过程中所受重力做功约为 　 J。 【典例2】小明同学在“探究重力势能的大小与什么因素有关”的实验时，提出了如下猜想： 猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关 猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关 为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。 按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。 实验序号 铁块质量m/g 铁块距桌面高度H/cm 桌腿进入沙子的深度h/cm ① 20 20 1.9 ② 20 30 2.9 ③ 20 40 3.8 ④ 30 20 2.9 ⑤ 40 20 4.1 （1）实验中通过比较　 　来判断物体重力势能的大小； （2）为了验证猜想一，需选择表中　 　（填实验序号）三组数据进行分析； （3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：　 　 。 （4）小明同学在做猜想二实验时，联想到本实验的器材与“探究压力作用效果的因素”实验很相似，于是想用海绵替代装沙子的盆来完成实验，　 　（选填“能”或“不能”）根据小桌桌腿陷入海绵深度来判断铁块下落前的重力势能。 【变式训练1】现代农业利用喷药无人机喷洒农药，安全又高效。如图所示，喷药无人机在农田上方沿水平方向匀速飞行，同时均匀喷洒农药。在此过程中，喷药无人机的（　　） A．升力大于重力 B．螺旋桨对空气的作用力和空气对螺旋桨的作用力是一对平衡力 C．动能减小、重力势能减小 D．悬停的无人机没有惯性 【变式训练2】小明同学在探究重力势能的大小与什么因素有关时，提出了如下猜想： 猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关 猜想二：物体的重力势能与物体所在高度有关 为了验证上述猜想，他计划利用小桌、沙子、质量不同的铁块和刻度尺进行实验：如图所示，将小桌桌腿朝下放在平整的沙面上，把铁块从距桌面某一高度由静止释放，撞击在桌面的中心部位，记录桌腿进入沙子的深度。 按上述方案进行实验，其实验数据如下表所示。 实验 序号 铁块质量 m/g 铁块距桌面高度 H/cm 桌腿进入沙子 的深度h/cm ① 20 20 1.9 ② 20 30 2.9 ③ 20 40 3.8 ④ 30 20 2.9 ⑤ 40 20 4.1 （1）实验中通过比较　 　来判断物体重力势能的大小； （2）为了验证猜想一，需选择表中　 　（填实验序号）三组数据进行分析； （3）分析表中①②③的实验数据，可得出的结论是：　 　 。 类型3 探究弹性势能的影响因素 1、实验目的：探究物体弹性势能大小与哪些因素有关； 2、实验方法：控制变量法、转换法； 3、实验结论：当弹簧本身的性质相同时，形变越大，它具有的弹性势能就越大，形变越小，具有的弹性势能就越小；当弹簧形变相同时，性质不同的弹簧弹性势能不同。 【典例1】小宇利用一个钢珠、三根厚度和材料相同、长与宽都不同的橡皮条，做“探究橡皮条的弹性势能与长度、宽度的关系”的实验。他依次将橡皮条固定在弹弓上，如图所示，在弹性范围内，拉伸相同的伸长量，将钢珠在同一位置沿水平方向弹射到水平地面，测出弹射的水平距离，相关数据如下表： 次数 橡皮条 橡皮条宽/cm 橡皮条长/cm 弹射的水平距离/m 1 a 0.50 20.00 10.10 2 b 0.50 30.00 8.20 3 c 1.00 20.00 14.00 请回答： （1）实验是通过　 　来间接比较橡皮条的弹性势能大小； （2）比较第1次和第　 　次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的宽度有关； （3）比较第1次和第　 　次实验可知，拉伸相同的伸长量，橡皮条的弹性势能与橡皮条的长度有关； （4）用同种材料同厚度的橡皮条，拉伸相同的伸长量，弹性势能最小的橡皮条是　 　 A．宽且长的 B．窄且长的 C．宽且短的 D．窄且短的 【典例2】小苏同学的物理兴趣小组准备探究“弹簧弹性势能的大小与什么因素有关”他们猜想：弹簧弹性势能可能与弹簧长度变化量、弹簧螺纹圈直径、弹簧的材料等因素有关。 他们的实验装置如图所示，把弹簧放在水平面上，其左端固定在墙上，AO等于弹簧原长，水平面O点左侧光滑，右侧粗糙。将物体M从O点压缩弹簧到P点，然后由静止释放，当物体M运动到O点与弹簧分开，最终运动到Q点静止。请补充完成他们的探究过程： （1）弹簧弹性势能的大小是通过 　 　来衡量的。 （2）探究弹簧弹性势能与弹簧长度变化量的关系，应该选用 　 　（选填“相同”或“不同”）弹簧进行实验，并先后改变 　 　之间的距离，测出OQ的距离，重复实验，测量多组数据并记录。 （3）小苏的实验小组经过多次实验得出了结论。在上面的实验中，他们运用到了转换法和 　 　两种物理思想方法。 【变式训练1】如图，弹弓是一种常见的玩具，它能把“子弹”弹出去.小明同学用弹弓研究弹性势能的大小与物体形变的关系。通过实验他观察的记录是：弹弓的橡皮筋被拉得越长，“子弹”射得越远。（1）弹弓弹性势能的大小是通过　 　来比较的； （2）当弹弓橡皮筋形变相同时，所用的“子弹”质量不同，射出去的距离也不同，质量较大的子弹，射出的距离　 　（大/小），所以实验中所选用“子弹”的质量应是　 　（选填“相同”或“不同”）的； （3）实验结论是：弹性限度内，弹性形变程度越大，弹性势能越　　（选填“大”或“小”）。 【变式训练2】同学们所用的笔，有些在靠近笔端的地方装有一个轻质弹簧，如图甲所示。小文和小军各自拿自己装有弹簧的笔玩弹笔游戏。结果发现小军的笔弹得高一些。小文分析：笔弹起的高度与笔内弹簧的弹性势能的大小有关，那么弹簧弹性势能的大小又跟什么因素有关呢？ 小文猜想：①弹簧弹性势能的大小可能跟它的材料有关； ②弹簧弹性势能的大小可能跟它弹性形变的程度有关。 （1）为了验证猜想②，小文利用两个外形完全相同但材料不同的弹簧A和B、一个小钢球、一个轻木块，在同一水平面上进行了如图乙所示的实验： a．将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离S1； b．将另一个弹簧B压缩的程度稍大一些，把小球置于弹簧的右端，观察小球撞击木块后木块移动的距离S2； （2）请你指出小文实验中存在的问题　 　。 （3）写出改进措施　 　。 考点2 探究动能和势能转化的规律 类型1 探究弹性势能和重力势能转化的规律 在一定的条件下，弹性势能和重力势能之间可以相互转化。如玩蹦蹦床时往上运动时弹性势 能减小，重力势能增加，弹性势能转化为重力势能。 【典例1】如图所示，将钢锯条固定在桌面边缘，将棋子放在钢锯条的端部，然后用手将锯条的端部压下一段距离，松手后，棋子会被弹起一定的高度，此过程中，钢锯条的弹性势能转化为棋子的　 　势能。增加钢锯条被下压的距离，发现棋子被弹起的高度增加，实验表明，物体的　 　越大，它的弹性势能越大。 【变式训练】撑杆跳运动员借助手中的撑杆跳高时，要比徒手跳高高得多（如图），这是因为运动员利用撑杆发生　弹性形变　时，具有了　弹性势能　的缘故。在运动员上升的过程中，运动员的　动　能转化为　重力势　能。 类型2 探究动能和重力势能转化的规律 在一定的条件下，动能和重力势能之间可以相互转化。如将一块小石块，从低处抛向高处， 再从高下落的过程中，先是动能转化为重力势能，后又是重力势转化为动能。 【典例1】如图所示，单摆（图1）在竖直平面内左右摆动，滚摆（图2）在竖直平面内上下往复运动。请回答 （1）这两个实验可以说明的同一个物理问题是：　 　； （2）滚摆从最低点摆到最高点的过程中，是　 　转化为　 　能。 （3）在单摆左右摆动和滚摆上下往复运动的过程中，你将会看到它们上升的高度逐渐降低。产生此现象的原因是：　 　，使　 　逐渐减少。 【变式训练】如图所示，单摆在竖直平面内左右摆动，滚摆在竖直平面内上下往复运动。 （1）这两个实验可以说明的同一个物理问题是：　 　。 （2）在单摆左右摆动和滚摆上下往复运动的过程中，你将会看到它们上升的 高度逐渐降低。产生此现象的原因是：　 　。 考点3 弹力与弹性势能的综合 类型1 水平方向的力 【典例1】如图，在光滑的水平台面上，一轻弹簧左端固定，右端连接一金属小球，O点是弹簧保持原长时小球的位置。压缩弹簧使小球至A位置，然后释放小球，小球就在AB间做往复运动（已知AO＝OB）。小球从A位置运动到B位置的过程中，判断正确的是（ ） A．小球的动能不断增加 B．弹簧的弹性势能不断减少 C．在任一位置弹簧的弹性势能和小球的动能之和保持不变 D．小球运动到O点时的动能与此时弹簧的弹性势能相等 【变式训练】在探究弹簧长度与力的关系时，选取甲、乙、丙完全相同的三根弹簧，将甲、乙弹簧左端固定在墙上，用大小为F的力拉甲的右端，用大小为F的力压乙的右端，在丙弹簧左右两端施加大小为F的拉力，三根弹簧都水平静止，如图所示，下列分析正确的是（　　） A．三根弹簧具有不同的弹性势能 B．丙的长度比甲大 C．丙的弹性势能比甲大 D．丙和乙具有相同的形变量 类型2 竖直方向的力 【典例1】如图，轻质弹簧竖直放置，下端固定于地面，上端位于O点时弹簧恰好不发生形变，现将一小球放在弹簧上端，再用力向下把小球压至图中A位置后由静止释放，小球将竖直向上运动并脱离弹簧，不计空气阻力，则小球（　　） A．运动至最高点时，受平衡力作用 B．被释放瞬间，所受重力大于弹簧弹力 C．从O点向上运动过程中，重力势能转化为动能 D．从A点向上运动过程中，动能先增大后减小 【典例2】如图所示，小明在做模拟“蹦极”“的小实验，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点自由释放后所能达到的最低点，关于小石块从A点到C点的运动过程，下列说法中正确的是（　　） A．小石块在B点时的动能最大 B．小石块在C点时的动能最大 C．从A点下落到C点的过程中，小石块的动能一直在增大 D．从B点下落到C点的过程中，小石块的动能先增大后减小 【变式训练1】如图所示，在处于自然状态的弹簧上端放置一个铁球，松手后，铁球从A位置开始向下运动，到达B位置速度最大，到达C位置铁球的速度变为零（整个过程不计能量损耗）。则下列说法中正确的是（　　） A．到达B位置时，铁球所受的合力不为零 B．到达C位置时，铁球的动能和重力势能之和最小 C．从A点到C点的过程中，铁球的动能一直不断减小 D．从B点到C点的过程中，铁球始终受到平衡力的作用 【变式训练2】如图中，一段弹簧固定在水平桌面上（如图甲所示），将一个小球放在弹簧上使其处于静止状态（如图乙所示），用竖直向下的力F压小球至图丙的位置，然后撤去力F，小球向上运动到A点后下落（如图丁所示），不计空气阻力的影响。则从撤去力F到小球运动到A点的过程中，下列说法中正确的是（　　） A．小球一直做加速运动 B．小球在A点是平衡状态 C．小球离开弹簧时的动能最大 D．小球离开弹簧后，动能转化为重力势能 【变式训练】蹦极是一项极限体育运动，如图所示，A点为最高点，B点为弹性绳自然伸长的位置，蹦极人在C点受弹性绳的弹力与自身重力相等，D点是能下落到的最低点。在蹦极人从A点下落到D点的过程中，　 　（填“B”、“C”或“D”）点动能最大，在这个过程中，机械能 　 　（填“守恒”或“不守恒”）。（忽略空气阻力） 能力提升训练 一、选择题。 1．下列关于功和能量的说法正确的是（　　） A．具有能的物体一定在做功 B．物体做的功越多，它具有的能越大 C．物体具有的能越多，它做的功就越多 D．物体能够做的功越多，它具有的能就越大 2．关于能的概念，下列说法中正确的是（　　） A．悬在空中的打桩重锤，因为没有做功，所以没有能 B．运动速度相同的物体，它们具有的动能一定相等 C．重力势能相等的物体，它们一定处于同一高度 D．同一个弹簧测力计分别挂2N、5N的重物 （在弹性限度内），挂5N重物时弹簧的弹性势能较大 3．图为一种爬杆机器人，仅凭电池提供的能量，就能像人一样沿杆竖直向上匀速爬行。机器人在此过程中（　　） A．所受摩擦力方向竖直向下 B．对杆的握力增大时，所受摩擦力增大 C．匀速爬行速度增大时，所受摩擦力不变 D．动能全部转化为重力势能 4．如图所示，A、B两球质量相等，A球用不可伸长的轻绳系于O点，B球用轻弹簧系于O′点，O与O′点在同一水平面上。分别将A、B球拉到与悬点等高处，细绳和轻弹簧均处于水平，弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球第一次达到各自悬点的正下方时，两球仍处在同一水平面上，则两球各自第一次到达悬点正下方时（不计空气阻力）（　　） A．A球的速度较大 B．B球的动能较大 C．两球的动能相等 D．两球的机械能相等 5．如图所示，运动员在一端固定一端有弹性的跳板上起跳，下列说法正确的是（　　） A．人压弯跳板时，动能不变，跳板具有弹性势能 B．人离开跳板瞬间，动能最小，重力势能最大 C．人离开跳板上升过程中，动能转化为重力势能 D．人在最高点时，动能最大，重力势能最小 6．2022年2月15日，在北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛中，中国小将苏翊鸣全程动作行云流水，发挥稳健，最终获得金牌。如图所示是他在空中某一瞬间的照片，下列说法正确的是（　　） A．他从高坡上加速下滑过程中，他的动能增大，重力势能减小 B．起跳后他在空中旋转的过程中，不受力的作用 C．落地后仍继续向前滑行，是由于他受到惯性的作用 D．落地后站在水平雪面上时，他对雪面的压力与他受到的重力是一对平衡力 7．如图所示，小球在弧形轨道A点静止自由下落后到达最高点E点。在这过程中，C点为弧形轨道最低点，B、D两点的高度相等，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　） A．小球从A点到E点的过程中，机械能守恒 B．小球在A点的机械能最大 C．小球在B、D两点的动能相等 D．小球从C点运动到D点过程中，重力势能在逐渐减小 8．弹跳杆运动是一项广受欢迎的运动。其结构如图甲所示。图乙是小金玩弹跳杆时由最低位置上升到最高位置的过程，其中b是弹簧处在原长的状态，针对此过程分析正确的是（　　） A．a→b，小金的机械能不断增加，在b时动能最大 B．b→c，弹簧的弹性势能转化为小金的重力势能 C．在a状态时弹簧的弹性势能最大，人的动能最小 D．在c状态时小金受力平衡，故速度为零 9．如图所示是物体在运动过程中动能EK随时间t变化的曲线，则该运动的物体可能（　　） A．由静止下落的乒乓球 B．离开脚后在地上滚动的足球 C．竖直向上垫起的排球 D．斜向上投掷出去的铅球（没有落地） 10．如图所示，在蹦床运动中，A点是运动员到达的最低点，B点是蹦床恢复原状的位置。运动员从A点运动到B点的过程中（不计空气阻力），下列判断正确的是（　　） A．蹦床的弹性势能全部转化为运动员的动能 B．蹦床的弹性势能全部转化为运动员的重力势能 C．运动员的机械能保持不变 D．运动员的机械能逐渐增大 二、填空题。 11．卫星在大气层外运动时，不受空气阻力作用，因此　 守恒，卫星在远地点时　 　最大，在近地点时　 　大。（选填“动能”、“重力势能”或“机械能”） 12．用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量m1＝m2＜m3，实验时，让物体从木桩正上方的某一高度处自由下落，将木桩打入沙中，三次实验木桩进入沙中的深度如图所示，木桩进入沙中的深度越深，则物体对木桩做的功越 　 　，比较a、b可知：物体重力势能的大小与物体的