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3. 我们小时候都玩过秋千吧,闭上眼睛,那种时高时低的感觉如同在飞……,你知道其中的能量转化吗? 图11-4-3甲中的小孩在荡秋千,图11-4-3乙是小孩荡秋千过程示意图,其中黑色小球代表正在荡秋千的小孩,A、C两点分别为两侧的最高点,B点为最低点。以下分析中错误的是()
A.小孩在A点具有最大动能
B.小孩在B点势能最小
C.小孩从B点荡到C点的过程中,动能转化为势能
D.如果没有能量损失,他将一直荡下去
A.小孩在A点具有最大动能
B.小孩在B点势能最小
C.小孩从B点荡到C点的过程中,动能转化为势能
D.如果没有能量损失,他将一直荡下去
答案
A
解析
【分析】
要判断各选项的正误，需结合动能、重力势能的影响因素，分析秋千在不同位置的能量变化：
1. 动能的大小与质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能越大；重力势能的大小与质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大。
2. 分析A选项：A点是最高点，小孩速度为0，动能为0，是最小的，不是最大动能，所以A错误。
3. 分析B选项：B点是最低点，高度最低，小孩的重力势能最小，B正确。
4. 分析C选项：从B到C，小孩高度升高，速度减小，动能转化为重力势能，C正确。
5. 分析D选项：若没有能量损失，机械能守恒，小孩的机械能总量不变，会一直荡下去，D正确。
综上，错误的是A选项。
【解析】
对于A选项：小孩在A点时，处于最高点，速度为0，动能为0，是动能最小的位置，并非最大动能，该选项错误。
对于B选项：B点是最低点，小孩的高度最低，根据重力势能的影响因素，此时重力势能最小，该选项正确。
对于C选项：小孩从B点荡到C点的过程中，高度逐渐升高，速度逐渐减小，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能，该选项正确。
对于D选项：如果没有能量损失，小孩的机械能总量保持不变，机械能守恒，他将一直荡下去，该选项正确。
本题要求选错误的选项，故选A。
【答案】
A
【知识点】
动能势能转化；机械能守恒；动能势能影响因素
【点评】
本题考查动能和重力势能的转化及机械能守恒的理解，需明确不同位置的速度和高度变化对能量的影响，注意分析能量转化的方向。
【难度系数】
0.6
要判断各选项的正误，需结合动能、重力势能的影响因素，分析秋千在不同位置的能量变化：
1. 动能的大小与质量和速度有关，质量越大、速度越大，动能越大；重力势能的大小与质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能越大。
2. 分析A选项：A点是最高点，小孩速度为0，动能为0，是最小的，不是最大动能，所以A错误。
3. 分析B选项：B点是最低点，高度最低，小孩的重力势能最小，B正确。
4. 分析C选项：从B到C，小孩高度升高，速度减小，动能转化为重力势能，C正确。
5. 分析D选项：若没有能量损失，机械能守恒，小孩的机械能总量不变，会一直荡下去，D正确。
综上，错误的是A选项。
【解析】
对于A选项：小孩在A点时，处于最高点，速度为0，动能为0，是动能最小的位置，并非最大动能，该选项错误。
对于B选项：B点是最低点，小孩的高度最低，根据重力势能的影响因素，此时重力势能最小，该选项正确。
对于C选项：小孩从B点荡到C点的过程中，高度逐渐升高，速度逐渐减小，动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能，该选项正确。
对于D选项：如果没有能量损失，小孩的机械能总量保持不变，机械能守恒，他将一直荡下去，该选项正确。
本题要求选错误的选项，故选A。
【答案】
A
【知识点】
动能势能转化；机械能守恒；动能势能影响因素
【点评】
本题考查动能和重力势能的转化及机械能守恒的理解，需明确不同位置的速度和高度变化对能量的影响，注意分析能量转化的方向。
【难度系数】
0.6
4. 如图11-4-4所示,从a处竖直向下抛出一个小球,抛出时具有300 J的机械能,其中动能200 J,小球经过b点落到地面c处。不计空气阻力,则下列分析正确的是()
A.在a处的重力势能为300 J
B.在b处的机械能为300 J
C.在b处的动能为200 J
D.在c处的动能为200 J
A.在a处的重力势能为300 J
B.在b处的机械能为300 J
C.在b处的动能为200 J
D.在c处的动能为200 J
答案
B
解析
【分析】
首先明确机械能的定义：机械能是动能与重力势能的总和；且不计空气阻力时，小球在运动过程中只有重力做功，机械能守恒（即各位置的机械能大小等于初始机械能）。接下来逐个分析选项：
1. 分析A选项：已知a处机械能300J，动能200J，根据机械能=动能+重力势能，可算出a处重力势能，判断A是否正确；
2. 分析B选项：利用机械能守恒的特点，判断b处机械能大小；
3. 分析C选项：从a到b小球下落，重力势能转化为动能，动能会增大，判断C是否正确；
4. 分析D选项：c处是地面，重力势能为0，机械能全部转化为动能，据此判断c处动能大小。
【解析】
1. 计算a处的重力势能：
机械能等于动能与重力势能之和，已知a处机械能为300J，动能为200J，因此a处的重力势能：
$ E_{pa} = E_{机a} - E_{ka} = 300\ \mathrm{J} - 200\ \mathrm{J} = 100\ \mathrm{J} $，故A选项错误。
2. 判断b处的机械能：
不计空气阻力，小球运动过程中只有重力做功，机械能守恒，因此b处的机械能等于a处的机械能，即300J，故B选项正确。
3. 分析b处的动能：
小球从a到b下落，高度降低，重力势能减小，重力势能转化为动能，因此b处的动能大于a处的200J，故C选项错误。
4. 分析c处的动能：
小球落到c处（地面）时，重力势能为0，根据机械能守恒，此时机械能全部转化为动能，因此c处的动能为300J，故D选项错误。
【答案】
B
【知识点】
机械能守恒、动能与势能转化、机械能的组成
【点评】
本题考查机械能守恒定律的应用，核心是理解“不计空气阻力时，机械能总量保持不变”的规律，同时要明确动能与重力势能的转化关系，通过能量的分配关系分析不同位置的能量大小。
【难度系数】
0.6
首先明确机械能的定义：机械能是动能与重力势能的总和；且不计空气阻力时，小球在运动过程中只有重力做功，机械能守恒（即各位置的机械能大小等于初始机械能）。接下来逐个分析选项：
1. 分析A选项：已知a处机械能300J，动能200J，根据机械能=动能+重力势能，可算出a处重力势能，判断A是否正确；
2. 分析B选项：利用机械能守恒的特点，判断b处机械能大小；
3. 分析C选项：从a到b小球下落，重力势能转化为动能，动能会增大，判断C是否正确；
4. 分析D选项：c处是地面，重力势能为0，机械能全部转化为动能，据此判断c处动能大小。
【解析】
1. 计算a处的重力势能：
机械能等于动能与重力势能之和，已知a处机械能为300J，动能为200J，因此a处的重力势能：
$ E_{pa} = E_{机a} - E_{ka} = 300\ \mathrm{J} - 200\ \mathrm{J} = 100\ \mathrm{J} $，故A选项错误。
2. 判断b处的机械能：
不计空气阻力，小球运动过程中只有重力做功，机械能守恒，因此b处的机械能等于a处的机械能，即300J，故B选项正确。
3. 分析b处的动能：
小球从a到b下落，高度降低，重力势能减小，重力势能转化为动能，因此b处的动能大于a处的200J，故C选项错误。
4. 分析c处的动能：
小球落到c处（地面）时，重力势能为0，根据机械能守恒，此时机械能全部转化为动能，因此c处的动能为300J，故D选项错误。
【答案】
B
【知识点】
机械能守恒、动能与势能转化、机械能的组成
【点评】
本题考查机械能守恒定律的应用，核心是理解“不计空气阻力时，机械能总量保持不变”的规律，同时要明确动能与重力势能的转化关系，通过能量的分配关系分析不同位置的能量大小。
【难度系数】
0.6
5. 为探究能量转化,小吉将小铁块绑在橡皮筋中部,并让橡皮筋穿入铁罐,两端分别固定在罐盖和罐底上(如图11-4-5所示)。实验装置做好后让它从不太陡的斜面上滚下,发现橡皮筋被铁块卷紧了,接着铁罐居然能从斜面底部自动滚上去! 以下有关能量转化的判断,正确的是()
A.铁罐在斜面上从最高处滚到最低处,主要是重力势能转化为动能
B.铁罐在斜面上从最高处滚到最低处,主要是弹性势能转化为动能
C.铁罐在斜面上从最低处滚到最高处,主要是动能转化为重力势能
D.铁罐在斜面上从最低处滚到最高处,主要是弹性势能转化为重力势能
A.铁罐在斜面上从最高处滚到最低处,主要是重力势能转化为动能
B.铁罐在斜面上从最高处滚到最低处,主要是弹性势能转化为动能
C.铁罐在斜面上从最低处滚到最高处,主要是动能转化为重力势能
D.铁罐在斜面上从最低处滚到最高处,主要是弹性势能转化为重力势能
答案
D
解析
【分析】
要解决这道题，需分两个阶段分析能量转化：
1. 铁罐从斜面最高处滚到最低处：初始时铁罐具有重力势能，滚动过程中橡皮筋被铁块卷紧，说明重力势能先转化为铁罐的动能，最终大部分能量转化为橡皮筋的弹性势能，此过程主要是重力势能转化为弹性势能，因此A、B选项的判断错误。
2. 铁罐从斜面最低处滚到最高处：此时橡皮筋的弹性势能释放，先转化为铁罐的动能，推动铁罐上升，动能再转化为重力势能，这个过程主要是弹性势能转化为重力势能，因此C选项错误，D选项正确。
【解析】
对各选项逐一分析：
A选项：铁罐从最高处滚到最低处，橡皮筋被卷紧，说明大部分重力势能最终转化为橡皮筋的弹性势能，并非主要转化为动能，A错误。
B选项：该过程是重力势能先转化为动能，再转化为弹性势能，不存在弹性势能转化为动能的主要过程，B错误。
C选项：铁罐从最低处滚到最高处，是橡皮筋的弹性势能先转化为动能，再转化为重力势能，主要能量转化是弹性势能转化为重力势能，并非动能转化为重力势能，C错误。
D选项：铁罐从最低处滚到最高处，橡皮筋的弹性势能释放，推动铁罐上升，主要是弹性势能转化为重力势能，D正确。
【答案】
D
【知识点】
机械能的相互转化；重力势能与弹性势能转化
【点评】
本题考查不同形式机械能之间的转化，解题关键是结合实验中橡皮筋的形变情况，准确分析每个运动阶段的能量转化方向，区分不同阶段的能量变化特点。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需分两个阶段分析能量转化：
1. 铁罐从斜面最高处滚到最低处：初始时铁罐具有重力势能，滚动过程中橡皮筋被铁块卷紧，说明重力势能先转化为铁罐的动能，最终大部分能量转化为橡皮筋的弹性势能，此过程主要是重力势能转化为弹性势能，因此A、B选项的判断错误。
2. 铁罐从斜面最低处滚到最高处：此时橡皮筋的弹性势能释放，先转化为铁罐的动能，推动铁罐上升，动能再转化为重力势能，这个过程主要是弹性势能转化为重力势能，因此C选项错误，D选项正确。
【解析】
对各选项逐一分析：
A选项：铁罐从最高处滚到最低处，橡皮筋被卷紧，说明大部分重力势能最终转化为橡皮筋的弹性势能，并非主要转化为动能，A错误。
B选项：该过程是重力势能先转化为动能，再转化为弹性势能，不存在弹性势能转化为动能的主要过程，B错误。
C选项：铁罐从最低处滚到最高处，是橡皮筋的弹性势能先转化为动能，再转化为重力势能，主要能量转化是弹性势能转化为重力势能，并非动能转化为重力势能，C错误。
D选项：铁罐从最低处滚到最高处，橡皮筋的弹性势能释放，推动铁罐上升，主要是弹性势能转化为重力势能，D正确。
【答案】
D
【知识点】
机械能的相互转化；重力势能与弹性势能转化
【点评】
本题考查不同形式机械能之间的转化，解题关键是结合实验中橡皮筋的形变情况，准确分析每个运动阶段的能量转化方向，区分不同阶段的能量变化特点。
【难度系数】
0.6
6. “福船”因由福建所造而得名,是古代海上丝绸之路的重要航运工具。“福船”在大海中航行是利用了空气的能。利用水能发电时,从上游奔腾而下的水既具有能又具有能。
答案
动
动
重力势
动
重力势
解析
【分析】
首先分析第一个空：“福船”航行依靠风的推力，风是流动的空气，物体由于运动而具有的能是动能，所以流动的空气具有动能，福船利用的是空气的动能。
接着分析后两个空：从上游奔腾而下的水，“奔腾”说明水在运动，运动的物体具有动能；同时水从上游流下，相对于下游有一定的高度，物体由于被举高而具有的能是重力势能，所以这部分水既具有动能又具有重力势能。
【解析】
1. “福船”在大海中航行时，借助流动的空气（风）获得动力，流动的空气具有动能，因此第一空填“动”。
2. 从上游奔腾而下的水，处于运动状态，根据动能的定义，运动的物体具有动能；同时水位于上游，有一定的高度，相对于下游位置被举高，根据重力势能的定义，被举高的物体具有重力势能，因此后两空依次填“动”和“重力势”。
【答案】
动
动
重力势
【知识点】
动能的概念、重力势能的概念
【点评】
本题结合“福船航行”“水力发电”等生活实际场景，考查动能和重力势能的基本概念，要求学生能将物理知识与生活现象结合，准确判断不同场景下的能量形式，属于基础概念应用型题目，难度较低。
【难度系数】
0.9
首先分析第一个空：“福船”航行依靠风的推力，风是流动的空气，物体由于运动而具有的能是动能，所以流动的空气具有动能，福船利用的是空气的动能。
接着分析后两个空：从上游奔腾而下的水，“奔腾”说明水在运动，运动的物体具有动能；同时水从上游流下，相对于下游有一定的高度，物体由于被举高而具有的能是重力势能，所以这部分水既具有动能又具有重力势能。
【解析】
1. “福船”在大海中航行时，借助流动的空气（风）获得动力，流动的空气具有动能，因此第一空填“动”。
2. 从上游奔腾而下的水，处于运动状态，根据动能的定义，运动的物体具有动能；同时水位于上游，有一定的高度，相对于下游位置被举高，根据重力势能的定义，被举高的物体具有重力势能，因此后两空依次填“动”和“重力势”。
【答案】
动
动
重力势
【知识点】
动能的概念、重力势能的概念
【点评】
本题结合“福船航行”“水力发电”等生活实际场景，考查动能和重力势能的基本概念，要求学生能将物理知识与生活现象结合，准确判断不同场景下的能量形式，属于基础概念应用型题目，难度较低。
【难度系数】
0.9
7. 如图11-4-6所示是某轻轨车站的设计方案图,与站台连接的轨道有一定坡度。从节能的角度分析,这样的设计可以让列车无动力滑行进站时将能转化为能储存起来,此过程中机械能总量(选填“增加”“减少”或“不变”)。
答案
动
重力势
减少
重力势
减少
解析
【分析】
首先分析列车无动力滑行进站的过程：列车速度逐渐减小，高度逐渐升高。根据动能和重力势能的影响因素，动能与速度、质量有关，速度减小则动能减小；重力势能与高度、质量有关，高度升高则重力势能增大，所以是动能转化为重力势能储存起来。同时，列车在运动过程中会受到摩擦力的作用，需要克服摩擦力做功，一部分机械能会转化为内能，因此机械能总量会发生变化。
【解析】
列车无动力滑行进站时，速度减小，动能减小；高度增加，重力势能增大，该过程将动能转化为重力势能储存起来。
由于列车运动过程中受到摩擦力的作用，要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以机械能总量减少。
【答案】
动；重力势；减少
【知识点】
动能与重力势能的转化；机械能的损耗
【点评】
本题结合轻轨车站的实际场景，考查动能与重力势能的转化以及机械能的变化，需要结合运动状态分析能量变化，同时考虑实际阻力对机械能的影响，注重物理知识在生活中的应用。
【难度系数】
0.6
首先分析列车无动力滑行进站的过程：列车速度逐渐减小，高度逐渐升高。根据动能和重力势能的影响因素，动能与速度、质量有关，速度减小则动能减小；重力势能与高度、质量有关，高度升高则重力势能增大，所以是动能转化为重力势能储存起来。同时，列车在运动过程中会受到摩擦力的作用，需要克服摩擦力做功，一部分机械能会转化为内能，因此机械能总量会发生变化。
【解析】
列车无动力滑行进站时，速度减小，动能减小；高度增加，重力势能增大，该过程将动能转化为重力势能储存起来。
由于列车运动过程中受到摩擦力的作用，要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，所以机械能总量减少。
【答案】
动；重力势；减少
【知识点】
动能与重力势能的转化；机械能的损耗
【点评】
本题结合轻轨车站的实际场景，考查动能与重力势能的转化以及机械能的变化，需要结合运动状态分析能量变化，同时考虑实际阻力对机械能的影响，注重物理知识在生活中的应用。
【难度系数】
0.6
8. 让钢球在如图11-4-7①所示的轨道由A点静止开始自由滑下,弹簧固定在水平轨道末端,钢球下滑到水平面压缩弹簧后又被弹簧弹开。
(1)在钢球滚下的过程中,能转化为动能;在钢球被弹开的过程中,弹簧的能转化为钢球的动能。
(2)若想增大弹簧最大压缩量,提出两点可行的做法:
。
(3)将末端的挡板和弹簧取掉,并将OB向上弯折形成如图11-4-7②所示的轨道,再次将钢球沿轨道AOB下滑到达B点后离开轨道,钢球在B点的机械能(选填“大于”“等于”或“小于”)在A点的机械能。离开B点后最符合题意的运动轨迹是(选填字母序号)。
(1)在钢球滚下的过程中,能转化为动能;在钢球被弹开的过程中,弹簧的能转化为钢球的动能。
(2)若想增大弹簧最大压缩量,提出两点可行的做法:
。
(3)将末端的挡板和弹簧取掉,并将OB向上弯折形成如图11-4-7②所示的轨道,再次将钢球沿轨道AOB下滑到达B点后离开轨道,钢球在B点的机械能(选填“大于”“等于”或“小于”)在A点的机械能。离开B点后最符合题意的运动轨迹是(选填字母序号)。
答案
重力势
弹性势
换用质量更大的小球、提高小球
的初始高度
小于
c
弹性势
换用质量更大的小球、提高小球
的初始高度
小于
c
解析
【分析】
1. 对于第(1)问：判断能量转化需明确能量的变化状态。钢球从A点滑下时，高度降低、速度增大，重力势能减小、动能增大，据此判断能量转化；钢球被弹簧弹开时，弹簧形变程度减小、钢球速度增大，弹性势能减小、动能增大，从而确定转化形式。
2. 对于第(2)问：弹簧最大压缩量取决于钢球撞击弹簧时的动能大小，动能越大，对弹簧做功越多，压缩量越大。而动能可由重力势能转化而来，因此可从增大钢球初始重力势能的角度思考，即改变钢球的质量或初始高度。
3. 对于第(3)问：钢球在轨道运动时会克服摩擦力做功，机械能会转化为内能，因此B点机械能小于A点。分析运动轨迹时，需结合机械能损耗（最高点不能超过A点高度）和惯性（钢球会向前运动）两个因素，排除不符合的轨迹。
【解析】
(1) 钢球从A点静止滑下，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，因此是重力势能转化为动能；钢球被弹簧弹开时，弹簧的弹性形变程度减小，弹性势能减小，钢球速度增大，动能增大，所以弹簧的弹性势能转化为钢球的动能。
(2) 要增大弹簧最大压缩量，需增大钢球到达弹簧时的动能：
① 换用质量更大的小球：在初始高度相同时，小球质量越大，初始重力势能越大，转化的动能越多，对弹簧做功越多，压缩量越大；
② 提高小球的初始高度：在小球质量相同时，初始高度越高，初始重力势能越大，转化的动能越多，弹簧压缩量越大。
(3) 钢球在轨道AOB下滑过程中，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，因此钢球在B点的机械能小于在A点的机械能。
分析运动轨迹：
轨迹a的最高点高于A点，机械能会大于A点，不符合机械能损耗的规律；
轨迹b的最高点与A点等高，同样忽略了机械能的损耗，不可能实现；
轨迹d直接竖直下落，不符合钢球离开B点后因惯性向前运动的趋势；
轨迹c的最高点低于A点，且符合钢球向前运动的惯性，因此最符合题意的是c。
【答案】
(1) 重力势；弹性势
(2) 换用质量更大的小球；提高小球的初始高度（答案合理即可）
(3) 小于；c
【知识点】
机械能的转化；影响机械能的因素；惯性的应用
【点评】
本题围绕机械能转化展开，结合实际场景考查了重力势能、动能、弹性势能的转化规律，同时涉及摩擦对机械能的影响以及惯性在运动轨迹中的判断，注重物理知识与实际现象的结合，需要学生熟练掌握不同形式机械能的影响因素及能量转化的判断方法。
【难度系数】
0.6
1. 对于第(1)问：判断能量转化需明确能量的变化状态。钢球从A点滑下时，高度降低、速度增大，重力势能减小、动能增大，据此判断能量转化；钢球被弹簧弹开时，弹簧形变程度减小、钢球速度增大，弹性势能减小、动能增大，从而确定转化形式。
2. 对于第(2)问：弹簧最大压缩量取决于钢球撞击弹簧时的动能大小，动能越大，对弹簧做功越多，压缩量越大。而动能可由重力势能转化而来，因此可从增大钢球初始重力势能的角度思考，即改变钢球的质量或初始高度。
3. 对于第(3)问：钢球在轨道运动时会克服摩擦力做功，机械能会转化为内能，因此B点机械能小于A点。分析运动轨迹时，需结合机械能损耗（最高点不能超过A点高度）和惯性（钢球会向前运动）两个因素，排除不符合的轨迹。
【解析】
(1) 钢球从A点静止滑下，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，因此是重力势能转化为动能；钢球被弹簧弹开时，弹簧的弹性形变程度减小，弹性势能减小，钢球速度增大，动能增大，所以弹簧的弹性势能转化为钢球的动能。
(2) 要增大弹簧最大压缩量，需增大钢球到达弹簧时的动能：
① 换用质量更大的小球：在初始高度相同时，小球质量越大，初始重力势能越大，转化的动能越多，对弹簧做功越多，压缩量越大；
② 提高小球的初始高度：在小球质量相同时，初始高度越高，初始重力势能越大，转化的动能越多，弹簧压缩量越大。
(3) 钢球在轨道AOB下滑过程中，需要克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，因此钢球在B点的机械能小于在A点的机械能。
分析运动轨迹：
轨迹a的最高点高于A点，机械能会大于A点，不符合机械能损耗的规律；
轨迹b的最高点与A点等高，同样忽略了机械能的损耗，不可能实现；
轨迹d直接竖直下落，不符合钢球离开B点后因惯性向前运动的趋势；
轨迹c的最高点低于A点，且符合钢球向前运动的惯性，因此最符合题意的是c。
【答案】
(1) 重力势；弹性势
(2) 换用质量更大的小球；提高小球的初始高度（答案合理即可）
(3) 小于；c
【知识点】
机械能的转化；影响机械能的因素；惯性的应用
【点评】
本题围绕机械能转化展开，结合实际场景考查了重力势能、动能、弹性势能的转化规律，同时涉及摩擦对机械能的影响以及惯性在运动轨迹中的判断，注重物理知识与实际现象的结合，需要学生熟练掌握不同形式机械能的影响因素及能量转化的判断方法。
【难度系数】
0.6
