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14.篮球运动轨迹如图甲所示。篮球在运动过程中经过M、N两点,其动能和重力势能的参数如图乙所示。
(1)通过数据计算可得,篮球在M点时的机械能为
(2)篮球在M点时的离地高度
(3)在整个运动过程中,篮球的机械能总量
(1)通过数据计算可得,篮球在M点时的机械能为
320
J。(2)篮球在M点时的离地高度
小于
在N点时的离地高度,篮球在M点时的速度小于
在N点时的速度。(均选填“大于”“小于”或“等于”)(3)在整个运动过程中,篮球的机械能总量
变化
(选填“变化”或“不变”)。答案
14.(1)320 (2)小于 小于 (3)变化
解析
【分析】
要解决本题，需明确机械能是动能与重力势能的总和，结合图中能量占比计算各点机械能，再根据重力势能与高度、动能与速度的关系分析高度和速度，最后判断机械能是否变化。步骤如下：
1. 利用M点重力势能及占比，计算M点总机械能；
2. 计算N点总机械能，再分别比较M、N点的重力势能（判断高度）和动能（判断速度）；
3. 对比两点总机械能，结合运动中受空气阻力，判断机械能是否变化。
【解析】
(1) 机械能=动能+重力势能，M点重力势能为240J，占总机械能的75%，因此M点的机械能为：
$ E_{M} = \frac{240\ \mathrm{J}}{75\%} = 320\ \mathrm{J} $；
(2) N点动能为200J，占总机械能的40%，则N点机械能为：
$ E_{N} = \frac{200\ \mathrm{J}}{40\%} = 500\ \mathrm{J} $；
N点的重力势能为$ E_{pN} = 500\ \mathrm{J} × 60\% = 300\ \mathrm{J} $，M点重力势能为240J；篮球质量不变，重力势能越大，离地高度越高，故M点的离地高度小于N点；
M点的动能为$ E_{kM} = 320\ \mathrm{J} × 25\% = 80\ \mathrm{J} $，N点动能为200J；篮球质量不变，动能越大，速度越大，故M点的速度小于N点；
(3) M点机械能为320J，N点为500J，运动过程中受空气阻力，机械能总量发生变化。
【答案】
(1)320 (2)小于 小于 (3)变化
【知识点】
机械能计算；动能与势能的关系；机械能变化判断
【点评】
本题结合饼图考查机械能相关知识，需准确利用能量占比计算，明确动能、重力势能的影响因素，是基础力学应用题，需注意运动中机械能因阻力会变化。
【难度系数】
0.4
要解决本题，需明确机械能是动能与重力势能的总和，结合图中能量占比计算各点机械能，再根据重力势能与高度、动能与速度的关系分析高度和速度，最后判断机械能是否变化。步骤如下：
1. 利用M点重力势能及占比，计算M点总机械能；
2. 计算N点总机械能，再分别比较M、N点的重力势能（判断高度）和动能（判断速度）；
3. 对比两点总机械能，结合运动中受空气阻力，判断机械能是否变化。
【解析】
(1) 机械能=动能+重力势能，M点重力势能为240J，占总机械能的75%，因此M点的机械能为：
$ E_{M} = \frac{240\ \mathrm{J}}{75\%} = 320\ \mathrm{J} $；
(2) N点动能为200J，占总机械能的40%，则N点机械能为：
$ E_{N} = \frac{200\ \mathrm{J}}{40\%} = 500\ \mathrm{J} $；
N点的重力势能为$ E_{pN} = 500\ \mathrm{J} × 60\% = 300\ \mathrm{J} $，M点重力势能为240J；篮球质量不变，重力势能越大，离地高度越高，故M点的离地高度小于N点；
M点的动能为$ E_{kM} = 320\ \mathrm{J} × 25\% = 80\ \mathrm{J} $，N点动能为200J；篮球质量不变，动能越大，速度越大，故M点的速度小于N点；
(3) M点机械能为320J，N点为500J，运动过程中受空气阻力，机械能总量发生变化。
【答案】
(1)320 (2)小于 小于 (3)变化
【知识点】
机械能计算；动能与势能的关系；机械能变化判断
【点评】
本题结合饼图考查机械能相关知识，需准确利用能量占比计算，明确动能、重力势能的影响因素，是基础力学应用题，需注意运动中机械能因阻力会变化。
【难度系数】
0.4
15.如图甲所示的是清代的手持消防水枪,它在消防灭火中发挥过一定作用,其部分结构如图乙所示:枪身由内、外两个套筒组成,外筒底部是进水口,内筒顶端是喷水口、底部有活塞。使用时将进水口浸没在水中,先向上提内筒吸水,再向下压内筒喷水,如此反复。
(1)图丙、丁是小丽设计的消防水枪进水口的两种结构,合理的是图
(2)仿制消防水枪并进行演示,测量其对水做功的功率。($g$取$10\ \mathrm{N/kg}$)
(1)图丙、丁是小丽设计的消防水枪进水口的两种结构,合理的是图
丙
,理由是将进水口浸没在水中,先向上提内筒吸水,此时阀门应打开,再向下压内筒喷水,阀门应关闭,由消防水枪的结构看,图丙符合要求,而图丁中吸水时阀门会关闭,喷水时阀门会打开
。(2)仿制消防水枪并进行演示,测量其对水做功的功率。($g$取$10\ \mathrm{N/kg}$)
答案
15.(1)丙 将进水口浸没在水中,先向上提内筒吸水,此时阀门应打开,再向下压内筒喷水,阀门应关闭,由消防水枪的结构看,图丙符合要求,而图丁中吸水时阀门会关闭,喷水时阀门会打开
(2)若用30 s将20 kg水喷到15 m高处,喷水时对水做的功
$W=Gh=mgh=20\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×15\ \mathrm{m}=3\ 000\ \mathrm{J}$,
对水做功的功率$P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{3\ 000\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}}=100\ \mathrm{W}$。
(2)若用30 s将20 kg水喷到15 m高处,喷水时对水做的功
$W=Gh=mgh=20\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}×15\ \mathrm{m}=3\ 000\ \mathrm{J}$,
对水做功的功率$P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{3\ 000\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}}=100\ \mathrm{W}$。
解析
【分析】
要解决本题，需分两部分思考：(1) 结合消防水枪的吸水、喷水工作过程，分析进水口阀门的状态要求，判断合理结构；(2) 明确对水做功是克服水的重力做功，利用功和功率的公式计算功率。
【解析】
(1) 消防水枪吸水时，向上提内筒，内筒内气压减小，外界大气压将水压入内筒，此时进水口阀门需打开；喷水时，向下压内筒，内筒内气压增大，需将水从喷水口压出，此时进水口阀门需关闭，防止水倒流。对比图丙和丁，图丙符合吸水时阀门打开、喷水时阀门关闭的要求，图丁不符合，故合理的是图丙。
(2) 计算对水做的功：水的重力$G=mg=20\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=200\ \mathrm{N}$，对水做的功$W=Gh=200\ \mathrm{N}×15\ \mathrm{m}=3000\ \mathrm{J}$；
功率$P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{3000\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}}=100\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) 丙；吸水时阀门打开，喷水时阀门关闭，图丙符合要求，图丁不符合
(2) $100\ \mathrm{W}$
【知识点】
大气压的应用；功的计算；功率的计算
【点评】
本题结合实际装置考查物理知识的应用，既需要理解装置的工作原理，又要掌握功和功率的基本计算，难度适中，能考查学生的知识应用能力。
【难度系数】
0.6
要解决本题，需分两部分思考：(1) 结合消防水枪的吸水、喷水工作过程，分析进水口阀门的状态要求，判断合理结构；(2) 明确对水做功是克服水的重力做功，利用功和功率的公式计算功率。
【解析】
(1) 消防水枪吸水时，向上提内筒，内筒内气压减小，外界大气压将水压入内筒，此时进水口阀门需打开；喷水时，向下压内筒，内筒内气压增大，需将水从喷水口压出，此时进水口阀门需关闭，防止水倒流。对比图丙和丁，图丙符合吸水时阀门打开、喷水时阀门关闭的要求，图丁不符合，故合理的是图丙。
(2) 计算对水做的功：水的重力$G=mg=20\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=200\ \mathrm{N}$，对水做的功$W=Gh=200\ \mathrm{N}×15\ \mathrm{m}=3000\ \mathrm{J}$；
功率$P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{3000\ \mathrm{J}}{30\ \mathrm{s}}=100\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) 丙；吸水时阀门打开，喷水时阀门关闭，图丙符合要求，图丁不符合
(2) $100\ \mathrm{W}$
【知识点】
大气压的应用；功的计算；功率的计算
【点评】
本题结合实际装置考查物理知识的应用，既需要理解装置的工作原理，又要掌握功和功率的基本计算，难度适中，能考查学生的知识应用能力。
【难度系数】
0.6
