Тест по физике 9 класс: закон сохранения энергии

Что нужно знать

Закон сохранения механической энергии гласит: если тела взаимодействуют только силами тяжести и упругости, а сопротивлением движению можно пренебречь, то сумма кинетической и потенциальной энергий остаётся постоянной.

Кинетическая энергия — это энергия движущегося тела, которая определяется формулой Eк = mv² / 2, где m — масса тела (кг), v — скорость (м/с), Eк — энергия (Дж).

Потенциальная энергия тела, поднятого над поверхностью Земли, определяется формулой Eп = mgh, где m — масса тела (кг), g — ускорение свободного падения (примерно 10 м/с²), h — высота над выбранным уровнем отсчёта (м), Eп — энергия (Дж).

Полная механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий: E = Eк + Eп.

При падении тела без сопротивления воздуха его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая увеличивается на такую же величину, поэтому полная механическая энергия не изменяется.

Например, при движении качелей энергия постоянно переходит из потенциальной в кинетическую и обратно: в крайних положениях потенциальная энергия максимальна, а кинетическая минимальна.

Если действуют силы трения или сопротивления воздуха, часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию, поэтому механическая энергия уменьшается, хотя общая энергия сохраняется.

Типичная ошибка учеников — считать, что при движении тела его полная механическая энергия всегда сохраняется, даже если на него действуют силы трения.

Тест: 11 вопросов

Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.

1. Как формулируется закон сохранения механической энергии?
- При отсутствии трения и сопротивления воздуха сумма кинетической и потенциальной энергий остаётся постоянной.
- Полная механическая энергия тела всегда увеличивается со временем.
- Потенциальная энергия тела всегда превращается только во внутреннюю энергию.
- Кинетическая энергия любого тела всегда равна его потенциальной энергии.
Если действуют только консервативные силы, например сила тяжести, полная механическая энергия сохраняется: Eк + Eп = const.
2. В каких единицах СИ измеряется механическая энергия?
- В ваттах (Вт).
- В джоулях (Дж).
- В ньютонах (Н).
- В паскалях (Па).
Кинетическая, потенциальная и полная механическая энергия измеряются в джоулях (Дж).
3. Какая формула используется для вычисления кинетической энергии тела?
- Eк = mv
- Eк = F / S
- Eк = mv² / 2
- Eк = mgh
Кинетическая энергия движущегося тела зависит от его массы и квадрата скорости: Eк = mv² / 2.
4. Что происходит с кинетической и потенциальной энергией мяча при его вертикальном подъёме вверх, если сопротивлением воздуха пренебречь?
- Обе энергии увеличиваются.
- Кинетическая энергия увеличивается, а потенциальная уменьшается.
- Обе энергии остаются неизменными.
- Кинетическая энергия уменьшается, а потенциальная увеличивается.
При подъёме скорость мяча уменьшается, поэтому его кинетическая энергия уменьшается. Высота увеличивается, следовательно, потенциальная энергия возрастает.
5. Как изменяется полная механическая энергия падающего тела, если сопротивлением воздуха пренебречь?
- Остаётся постоянной.
- Уменьшается.
- Увеличивается.
- Становится равной нулю.
При падении потенциальная энергия превращается в кинетическую, но их сумма не меняется, поскольку сопротивлением воздуха пренебрегают.
6. Мяч массой 2 кг движется со скоростью 3 м/с. Чему равна его кинетическая энергия?
- 3 Дж.
- 9 Дж.
- 6 Дж.
- 18 Дж.
Используем формулу Eк = mv² / 2. Eк = 2 · 3² / 2 = 9 Дж.
8. Камень падает с высоты 20 м без начальной скорости. Какова его скорость непосредственно перед ударом о землю? Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 10 м/с².
- 40 м/с.
- 10 м/с.
- 20 м/с.
- 15 м/с.
По закону сохранения энергии mgh = mv² / 2. Отсюда v = √(2gh) = √(2 · 10 · 20) = √400 = 20 м/с.
9. Тело массой 4 кг движется со скоростью 5 м/с на высоте 2 м над землёй. Чему равна его полная механическая энергия? Принять g = 10 м/с².
- 100 Дж.
- 80 Дж.
- 50 Дж.
- 130 Дж.
Полная энергия E = Eк + Eп. Eк = 4 · 5² / 2 = 50 Дж; Eп = 4 · 10 · 2 = 80 Дж. Следовательно, E = 50 + 80 = 130 Дж.
10. Тело свободно падает с высоты 10 м без начальной скорости. На какой высоте над землёй его кинетическая энергия станет равной потенциальной? Сопротивлением воздуха пренебречь, g = 10 м/с².
- 5 м.
- 7,5 м.
- 10 м.
- 2,5 м.
В начале полная энергия равна mg · 10. Когда Eк = Eп, каждая энергия составляет половину полной. Поэтому mgh = mg · 10 / 2, откуда h = 5 м.
11. Почему при торможении автомобиля его механическая энергия уменьшается?
- Потому что масса автомобиля становится меньше.
- Потому что сила трения превращает часть механической энергии во внутреннюю энергию.
- Потому что закон сохранения энергии перестаёт действовать.
- Потому что потенциальная энергия автомобиля обязательно увеличивается.
При торможении трение нагревает тормозные механизмы и другие соприкасающиеся детали. Механическая энергия уменьшается, но общая энергия сохраняется.
12. В каком из перечисленных случаев механическая энергия тела может сохраняться?
- Санки скользят по снегу и постепенно останавливаются из-за трения.
- Автомобиль движется и тормозит на горизонтальной дороге.
- Маятник колеблется без потерь энергии на трение и сопротивление воздуха.
- Камень падает с учётом сопротивления воздуха.
При отсутствии трения и сопротивления воздуха механическая энергия маятника переходит из потенциальной в кинетическую и обратно, сохраняя постоянную сумму.