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弹性势

惯性
大于
增大
小于
B
B
增大

上坡
【分析】
首先梳理题目给出的已知条件:小球从a点静止释放,ab、bc段管道内壁光滑,cd段粗糙,a点高度略高于c点,b点与d点高度相等。解题思路是结合重力势能、动能的影响因素,以及机械能守恒的条件逐个判断选项:
1. 重力势能由质量和高度决定,小球质量不变,高度变化则重力势能必然变化,据此判断A选项;
2. 分析c到d的过程:小球高度降低,重力势能减小,同时cd段粗糙,克服摩擦力做功会消耗部分机械能,若重力势能的减少量恰好等于克服摩擦消耗的能量,小球的动能就不会发生变化,由此判断B选项是否成立;
3. 动能由质量和速度决定,小球速度最大时动能最大,小球在b点时已经将a点的重力势能大量转化为动能,之后从b到c上坡减速,从c到d下坡同时受摩擦阻力,因此动能最大的位置不是d点,判断C选项;
4. 机械能守恒的条件是只有重力/弹力做功,无额外能量损耗,本题cd段粗糙会产生内能,因此机械能不守恒,判断D选项。
【解析】
我们逐个对选项进行分析:
A选项:从a到c的过程中,小球的高度先降低(a到b段)后升高(b到c段),小球质量不变,因此重力势能先减小后增大,并非保持不变,A错误。
B选项:从c到d的过程中,小球高度降低,重力势能减小,同时cd段粗糙,小球需要克服摩擦力做功,部分机械能转化为内能;若小球重力势能的减少量恰好等于克服摩擦力消耗的能量,那么小球在c点和d点的动能就相等,因此小球在c、d两点的动能是可能相等的,B正确。
C选项:小球动能最大的位置是速度最大的位置,小球从a到b的过程中重力势能持续转化为动能,在b点时速度达到最大,动能最大;从b到c小球上坡减速,动能减小,因此d点的动能不可能比b点大,d点不是动能最大的位置,C错误。
D选项:从a到d的过程中,cd段管道内壁粗糙,小球运动时需要克服摩擦力做功,部分机械能转化为内能,因此小球的机械能不守恒,D错误。
【答案】
B
【知识点】
重力势能影响因素,动能影响因素,机械能守恒条件
【点评】
本题是机械能转化板块的经典易错题,重点考察对机械能转化逻辑和守恒条件的理解,不少同学会误以为c到d段有摩擦动能就一定减小,忽略了重力势能的减少量可以抵消摩擦的能量损耗,要注意审题抓住选项中“可能”的限定条件,避免绝对化判断出错。
【难度系数】
0.6
【分析】
我们可以一步步梳理思路:首先回忆弹性势能的相关规律,物体发生弹性形变产生弹性势能,弹性形变越大,弹性势能就越大。当橡皮筋释放能量推动小石子时,橡皮筋的弹性势能会转化为小石子的动能,小石子获得的动能越多,在质量不变的情况下,弹出的速度就越大。之后分析能量转化的对应形式:被拉伸的橡皮筋储存的是弹性势能,运动的小石子具有的是动能,所以该过程是弹性势能向动能转化。最后,小石子离开弹弓后不再受橡皮筋的推力,依然能向前飞行,这是因为一切物体都有保持自身原有运动状态不变的性质,也就是惯性。
【解析】
1. 第一空:橡皮筋被拉伸的形变越大,储存的弹性势能就越大,释放时对小石子做的功越多,小石子获得的动能越大,小石子质量不变,因此弹出时的速度越大。
2. 第二、第三空:橡皮筋发生弹性形变时具备弹性势能,在恢复原状推动小石子运动的过程中,橡皮筋的弹性势能减小,小石子的动能增大,因此是弹性势能转化为小石子的动能。
3. 第四空:弹出的小石子不再受到弹弓的作用力,仍能继续向前飞行,是因为小石子具有惯性,要保持原来的运动状态继续运动。
【答案】
大 弹性势 动 惯性
【知识点】
弹性势能;能量转化;惯性
【点评】
本题结合生活中常见的弹弓场景命题,属于力学基础概念应用题,重点考察学生对弹性势能的影响因素、能量转化规律以及惯性概念的理解,难度较低,能够帮助学生建立物理知识和日常生活现象的关联。
【难度系数】
0.9
【分析】
我们可以分三步梳理解题思路:第一步判断弹簧原长:小球最终静止时高度稳定在40cm,此时小球压在弹簧上,弹簧处于被压缩的状态,当前弹簧长度为40cm,未被压缩的原长自然比该长度更长,即可得到第一空结论。第二步分析0~t₁内的动能变化:小球下落过程中只要合力向下,速度就会持续增大,动能随之变大,在0~t₁阶段弹簧弹力始终小于小球重力,合力一直向下,小球持续加速,因此动能是增大的。第三步分析能量变化:从图像能看到小球后续弹跳的最大高度不断降低,说明运动过程存在阻力,机械能不守恒,小球减少的重力势能并没有全部转化为动能,还有一部分转化为弹簧的弹性势能和克服阻力产生的内能,因此动能的变化量小于重力势能的变化量。
【解析】
1. 由图乙可知,小球最终静止时高度稳定在40cm,此时小球放置在弹簧上,弹簧处于压缩状态,当前弹簧长度为40cm,因此弹簧原来的长度大于40cm。
2. 在0~t₁内,小球下落过程中,弹簧的弹力始终小于小球自身的重力,小球所受合力方向竖直向下,小球持续做加速运动,小球质量不变,速度不断增大,因此小球的动能增大。
3. 由图乙中小球弹跳的最大高度逐渐减小,可知小球运动过程中受到空气阻力作用,存在机械能损耗。0~t₁内,小球减小的重力势能,一部分转化为小球的动能,一部分转化为弹簧的弹性势能,还有一部分用于克服阻力做功转化为内能,因此小球动能的变化量小于重力势能的变化量。
【答案】
大于;增大;小于
【知识点】
弹簧弹力特性,动能影响因素,机械能转化
【点评】
本题结合高度-时间图像分析弹簧与小球的相互作用过程,核心是通过受力判断小球的运动状态,同时需要考虑运动过程中的能量损耗,易错点是误认为小球接触弹簧后立刻开始减速,错填动能先增大后减小,忽略了弹力小于重力的加速阶段,以及能量转化时容易遗漏弹性势能和内能的去向。
【难度系数】
0.4
【分析】
首先明确本题的核心要求是选出内能转化为机械能的场景,这类转化的特点是:过程中消耗内能,最终获得机械能。我们可以逐个分析四个场景的能量变化:第一步先判断每个图对应的物理过程,第二步梳理每个过程中消耗的能量和最终得到的能量,对比“内能减少、机械能增加”的特征,排除不符合的选项,即可得到正确答案。
【解析】
我们逐一分析各选项:
1. 选项A:图中汽油机的进气门、排气门均关闭,活塞向上运动,属于内燃机的压缩冲程,该过程中活塞的机械能转化为气缸内气体的内能,不符合“内能转化为机械能”的要求。
2. 选项B:酒精灯加热试管中的水,水升温汽化后,高温水蒸气的内能不断增大,最终将试管口的塞子推出,水蒸气对塞子做功,自身内能减小,塞子获得机械能,实现了内能向机械能的转化,符合题意。
3. 选项C:小孩从滑梯上下滑的过程中,需要克服滑梯的摩擦力做功,小孩的机械能不断减小,转化为内能,不符合要求。
4. 选项D:电热水壶工作时消耗电能,将水的温度升高,是电能转化为内能,不符合题意。
综上,只有B选项符合要求。
【答案】
B
【知识点】
能量转化、内燃机冲程、做功改变内能
【点评】
本题结合课本经典实验、生活常见场景考察能量转化的判断,解题核心是先明确转化前后的能量形式,区分“消耗的能量”和“得到的能量”,避免混淆不同过程的能量转化方向。
【难度系数】
0.8
【分析】
我们可以结合改变内能的两种方式、能量守恒规律,逐个判断四个表述的正误:首先明确做功是不同形式能量的转化、热传递是内能的转移,再逐一核对压缩机工作、膨胀机工作、水升温的内能变化逻辑,最后结合实际能量损耗判断总能量的大小关系,就能快速选出正确选项。
【解析】
我们逐个分析序号对应的表述:
① 压缩机工作时,消耗电能驱动机械对空气做功,将机械能转化为空气的内能,是通过做功的方式改变空气的内能,该说法正确;
② 压缩空气通过膨胀机时,空气对外做功,将自身内能转化为膨胀机的机械能,空气的内能减小,虽然能量转化和汽油机做功冲程(内能转化为机械能)一致,但表述中“空气内能增大”的描述错误,该说法错误;
③ 高温空气向罐外的水放热,水吸收热量温度升高,内能从空气转移到水,是通过热传递的方式改变水的内能,该说法正确;
④ 整个能量转化过程中,存在机械摩擦损耗、热量散失等不可避免的能量损失,因此输入的总电能$E_1$必然大于最终输出的电能$E_3$,$E_1≠ E_3$,该说法错误。
综上,正确的是①③,答案选B。
【答案】
B
【知识点】
改变内能的方式,能量守恒
【点评】
本题结合压气储能的实际应用场景,考察内能相关的基础知识点,易错点是忽略能量转化过程中必然存在的耗散,误判$E_1$和$E_3$的大小关系,解题时要结合实际场景分析,不要理想化忽略能量损耗。
【难度系数】
0.8
【分析】
我们可以结合机械能相关的基础概念逐个分析三个问题:①第一问判断动能变化,首先明确动能的影响因素是物体质量和运动速度,失控下坡的车辆质量不变,重力势能持续转化为动能,车速不断升高,因此动能会增大;②第二问,汽车制动时刹车片和车轮剧烈摩擦,摩擦生热的过程就是机械能向内能转化的过程,会让刹车部件温度升高,频繁制动后温度过高就容易出现刹车失灵;③第三问,避险车道的作用是让失控车辆快速减速停下,要让车辆的动能转化为重力势能实现减速,就需要让车辆向高处行驶,因此避险车道要设计为上坡路段。
【解析】
(1) 失控车辆在下坡过程中,自身质量保持不变,速度持续变大,动能随速度增大而增大,因此动能增大。
(2) 汽车制动时,刹车部件之间克服摩擦力做功,将机械能转化为内能,刹车部件内能增加、温度升高,频繁制动后温度过高就容易引发刹车失灵。
(3) 失控车辆驶入上坡的避险车道时,动能会不断转化为重力势能,车辆速度快速降低,最终可以安全停下实现避险,因此避险车道是上坡路。
【答案】
(1)增大 (2)内 (3)上坡
【知识点】
动能的影响因素,能量转化,机械能转化
【点评】
本题结合真实交通场景和避险车道的实际应用,将机械能相关基础知识点和生活实际结合,既考察了基础的物理概念,也科普了交通安全常识,让学生体会物理知识在工程设计中的实用价值,属于基础应用型题目。
【难度系数】
0.9