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专题12功和机械能一、选择题1.（2020·四川省成都市）图是过山车向下“俯冲”的情景，对过山车加速下降过程中的机械能，下列分析正确的是（）A.动能增大，重力势能增大B.动能减小，重力势能增大C.动能减小，重力势能减小D.动能增大，重力势能减小【答案】D2.（2020·河南省）频闪照相机是研究物体运动的重要手段之一，如图所示的频闪照片记录了竖直下落的小球每隔相等时间的位置，不计空气阻力，在小球下落的过程中，下列说法正确的是（）A.小球的重力势能逐渐增大B.小球的机械能逐渐减小C.小球的重力在ab段做功比在cd段多D.小球的重力在ab段做功比在cd段多慢【答案】D【解析】【详解】A．小球下落过程中，高度减小，重力势能减小，故A错误；B．不计空气阻力时，小球重力势能与动能互相转化，机械能守恒，大小不变，故B错误；C．ab段长度小于cd段，重力相同，做功大小与下落距离成正比，ab段做功小于cd段，故C错误；D．ab段做功小于cd段做功，而所用时间相等，所以ab段功率小于cd段做功，故D正确。故选D。3.（2020·安徽）一人造地球卫星沿椭圆轨道运行，我们把卫星运行过程中离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点（如图所示）。已知卫星在运行过程中机械能保持不变，那么A.卫星在远地点的势能最大、动能为零B.卫星在近地点的动能最大、势能为零C.卫星从近地点向远地点运动过程中，势能增大，动能减小D.卫星以近地点向远地点运动过程中，动能增大，势能减小【答案】C【解析】【详解】A．人造地球卫星在远地点时，卫星和地球的相对距离最大，速度最小，故人造地球卫星在远地点时势能最大，动能最小但不是零。故A不符合题意；B．人造地球卫星在近地点时，卫星和地球的相对距离最小，速度最大，故人造地球卫星在近地点时动能最大，势能最小但不是零。故B不符合题意；CD．卫星从近地点到远地点运动过程中，高度增大，速度变小，重力势能增大，动能变小，动能转化为重力势能。故C符合题意，故D不符合题意。二、填空题4.（2020·江苏省连云港市）在水平地面上铺一张纸将两个弹性相同。质量分别为mA和mB的皮球A和B表面涂黑，让它们从相同高度由静止下落，在纸上留下黑色圆斑如图所示，分析图中两个圆斑大小，可推断mA______mB（选填“大于”、“小于”或“等于”）。皮球落地后反弹高度比原来下落时高度低，由此判断，皮球的机械能总量______（选填“不变”、“减少”或“增大”）。【答案】(1).小于(2).减少【解析】【详解】[1]从图中A、B的印迹看出，B球的形变大，说明它原有的重力势能大，由于高度相同，所以质量为mB的皮球的质量较大，即mA＜mB[2]皮球落地后反弹高度比原来下落时高度低，皮球的一部分机械能转化为了内能，所以在整个运动过程中的机械能减少。5.（2020·贵州省黔南州）2020年5月5日18时00分，长征五号B运载火箭，搭载新一代载人飞船试验船，在我国文昌航天发射场点火升空，然后进入预定轨道。5月8日13时49分，载人飞船试验船的返回舱成功着陆在东风着陆场预定区域。新飞船试验船飞行试验任务取得圆满成功。在火箭加速升空过程中，对于火箭搭载的载人飞船试验船的动能_______（选填“不变”“增大”“减少”）。在返回舱返回地面的过程中会与大气摩擦，返回舱的部分机械能转化为______能。【答案】(1).增大(2).内【解析】【详解】[1]在火箭加速升空过程中，载人飞船试验船质量不变，速度增大，因此动能增大。[2]在返回舱返回地面的过程中会与大气摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能。三、实验题6.（2020·四川省雅安市）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（Hh）静止开始滚下，观察木块B被撞击后移动的距离，实验过程如图所示。(1)小明通过观察木块B移动的距离长短，来判断小球动能的大小，这种研究方法是________（选填“控制变量法”或“转换法”）。若水平面绝对光滑，本实验将_____（选填“能”或“不能”）达到探究目的。(2)由甲、乙两图可得实验结论：物体的动能大小与______有关。(3)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：_________________。(4)另同学用图所示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（h2h1）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”）。【答案】(1).转换法(2).不能(3).速度(4).错误(5).没有控制速度一定(6).错误的【解析】【分析】(1)掌握转换法在实验中的应用，实验中通过观察木块被推动的距离来比较物体动能的大小；根据牛顿第一定律，若水平面绝对光滑，则木块不受摩擦力作用，撞击后将保持匀速直线运动，实验将不能达到探究目的；(2)(3)(4)动能大小跟质量和速度有关；在探究动能大小跟质量关系时，控制速度大小不变；在探究动能大小跟速度关系时，控制质量不变；影响动能大小的因素有物体的质量与速度，因此，在探究和分析结论时，一定要注意控制变量法的运用，并据此得出结论。【详解】(1)[1]实验中通过观察木块B移动的距离长短，来判断小球动能的大小，这里用到的物理学研究问题的方法是转换法；[2]若水平面绝对光滑，则木块运动时不受摩擦力作用，撞击后将保持匀速直线运动，不能通过木块移动的距离长短来判断小球动能的大小，所以本实验将不能达到探究目的。(2)[3]由甲、乙两图可得实验结论：物体的动能大小与速度有关。(3)[4][5]小丽的看法是错误的，因为要探究动能与质量的关系，需要保证小球的速度不变，甲、丙两图中小球下落的高度不同，则到达水平面的速度不同，故不能得出动能大小与质量的关系。(4)[6]图所示的方法中为控制水平面的粗糙程度相同，故结论是错误的。7.（2020·山东省泰安市）如图所示是“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验装置示意图，让小球A从斜面上某点滚下，撞击在水平面上的木块B，木块B移动一段距离。(1)该实验中所探究物体的动能是指______（选填“小球A”或“木块B”）的动能。(2)实验表明，让小球A分别从斜槽不同高度由静止滚下，高度越大，速度越______，木块B被撞得越远。可得结论：质量相同时，小球的速度越______，动能越大。(3)若要研究物体动能与质量的关系，应让不同质量的小球A从斜面______高度由静止滚下，观察比较木块B被撞移动的距离。【答案】(1).小球A(2).大(3).大(4).同一【解析】【详解】(1)[1]该实验研究的是小球A动能的大小与速度和质量的关系。(2)[2][3]同一小球从不同的高度滚下，位置高的滚到斜面底端的速度较大，把木块推得越远，说明小球做功多，动能大，说明了物体的动能与物体的速度有关，由此得出结论：在质量一定时，小球的速度越大，动能就越大。(3)[4]要研究物体动能与质量的关系，根据控制变量法可知，控制小球到达水平面的速度相同，让不同质量的小球A从斜面同一高度由静止滚下，观察比较木块B被撞移动的距离。8.（2020·贵州省黔西南州）用图所示的装置来探究物体动能跟哪些因素有关。实验时，让钢球A从斜面某一高度滚下，在水平面上运动，将木块B撞出一段距离。(1)此实验是通过比较什么物理量来判断钢球在水平面上撞击木块时动能的大小的?(2)当要研究钢球动能的大小与速度关系时，应该怎么操作?为什么?(3)猜想一下：如果斜面和水平面都是光滑的，把木块B固定在水平面上，钢球A与木块碰撞时无能量损失，那么钢球被木块反弹后可能会运动到斜面什么位置?【答案】见详解【解析】【详解】(1)钢球在水平面上将木块撞出的距离越远，钢球对木块做的功越多，说明钢球具有的动能越大，所以通过木块撞出的距离来判断钢球动能的大小。(2)高度不同，钢球具有的重力势能不同，到斜面底端时具有的动能不同，运动到水平面时的速度就不同，让同一钢球分别从斜面不同高度滚下，来研究钢球动能的大小与速度关系。(3)如果斜面和水平面都是光滑的，则机械能守恒，所以钢球被木块反弹后会上升到出发点的位置。9.（2020·山东省济宁市）结合图中的实验情景，按要求回答下列问题(2)图乙：滚摆在上、下运动的过程中，其______能与______能相互转化；【答案】(2).动【解析】【详解】[2][3]滚摆自上向下运动的过程中重力势能转换成动能，滚摆自下向上运动的过程中动能转换成重力势能。四、计算题10.（2020·山东省济宁市）塔吊是一种常见的起重设备，如图是塔吊的示意图。电动起重机在2min内将质量为3t的物体匀速提升30m高，又用1min使物体在水平方向平移15m。（g取10N/kg）求：(1)吊物体的钢丝绳3min内对物体所做的功；(2)吊物体的钢丝绳3min内对物体所做功的功率；(3)若电动机提升物体时的效率为90%，平移物体时的功率为2kW，求电动机3min内消耗的电能。【答案】(1)5910J；(2)3510W；(3)61.1210J【解析】【详解】(1)由题意可知，吊物体的钢丝绳3min内对物体所做的功35310kg10N/kg30m910JWGh(2)根据WPt可知，吊物体的钢丝绳3min内对物体所做功的功率53910J510W360sWPt(3)电动机提升物体时消耗的电能56910J110J90%90%WW电能平移物体时消耗的电能'''35210W60s1.210JWPt电能电动机3min内消耗的电能'61.1210J总电能电能答：(1)吊物体的钢丝绳3min内对物体所做的功是5910J；(2)吊物体的钢丝绳3min内对物体所做功的功率是3510W；(3)若电动机提升物体时的效率为90%，平移物体时的功率为2kW，电动机3min内消耗的电能是61.1210J。