高中物理課后習(xí)題第1章第5節(jié)科學(xué)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

第1章功和機(jī)械能第5節(jié)科學(xué)驗(yàn)證:機(jī)械能守恒定律課后篇鞏固提升基礎(chǔ)鞏固1.下列運(yùn)動(dòng)過程中,機(jī)械能守恒的是()A.熱氣球緩緩升空B.樹葉從枝頭飄落C.擲出的鉛球在空中運(yùn)動(dòng)D.跳水運(yùn)動(dòng)員在水中下沉解析熱氣球緩緩升空過程中,空氣的浮力做功,機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;樹葉從枝頭飄落,所受的空氣阻力不能忽略,空氣阻力做負(fù)功,其機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;擲出的鉛球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí),所受空氣的阻力對其運(yùn)動(dòng)的影響可以忽略,只有重力做功,其機(jī)械能守恒,選項(xiàng)C正確;跳水運(yùn)動(dòng)員在水中下沉?xí)r,所受水的浮力做負(fù)功,其機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案C2.如圖所示,小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上,在彈簧壓縮到最短的整個(gè)過程中,下列關(guān)于能量的敘述正確的是()A.重力勢能和動(dòng)能之和總保持不變B.重力勢能和彈性勢能之和總保持不變C.動(dòng)能和彈性勢能之和總保持不變D.重力勢能、彈性勢能和動(dòng)能之和總保持不變解析球下落過程中受到的重力做正功,彈力做負(fù)功,重力勢能、彈性勢能及動(dòng)能都要發(fā)生變化,任意兩種能量之和都不會(huì)保持不變,但三種能量相互轉(zhuǎn)化,總和不變,選項(xiàng)D正確。答案D3.一物體從h高處自由下落,當(dāng)其動(dòng)能等于重力勢能時(shí)(以地面為零勢能面),物體的速度為()A.gh B.2C.2gh D.1解析設(shè)物體的質(zhì)量為m,其下落過程機(jī)械能守恒,有mgh=12mv2+Ep,Ep=12mv2,解得v=gh,選項(xiàng)答案A4.以相同大小的初速度v0將物體從同一水平面分別豎直上拋、沿光滑斜面(足夠長)上滑,如圖所示,兩種情況達(dá)到的最大高度分別為h1、h2,不計(jì)空氣阻力,則()A.h1=h2 B.h1>h2C.h1<h2 D.h2<v解析豎直上拋物體和沿斜面運(yùn)動(dòng)的物體,上升到最高點(diǎn)時(shí),速度均為0,由機(jī)械能守恒定律得mgh=12mv02,所以h=v022g,答案A5.如圖所示,某吊車裝置的水平軌道上有一質(zhì)量為M的小車,且O點(diǎn)為鋼絲繩的懸點(diǎn),質(zhì)量為m的重物用鋼絲繩連接,懸掛在小車的正下方,重心到O點(diǎn)的距離為l,從A點(diǎn)到B點(diǎn),重物與小車一起向右做勻速運(yùn)動(dòng),重物到達(dá)B點(diǎn)時(shí),小車突然停止,重物向右擺動(dòng)到最高點(diǎn)C,上升的高度為h,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,鋼絲繩始終拉直,不計(jì)鋼絲繩質(zhì)量和空氣阻力,重力加速度為g。求:(1)從B到C過程中,重物克服重力所做的功W。(2)從A到B過程中,重物運(yùn)動(dòng)的速度大小v。解析(1)重物上升h,克服重力所做的功W=mgh。(2)從A到C重物機(jī)械能守恒,有mgh=12mv2,得v=2答案(1)mgh(2)26.在跳水比賽中,有一個(gè)單項(xiàng)是“3m跳板”。如圖所示,其比賽過程可簡化為:運(yùn)動(dòng)員走上跳板,跳板被壓彎到最低點(diǎn)C,跳板又將運(yùn)動(dòng)員豎直向上彈到最高點(diǎn)A,運(yùn)動(dòng)員由A點(diǎn)做自由落體運(yùn)動(dòng),豎直落入水中。將運(yùn)動(dòng)員視為質(zhì)點(diǎn),運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量m=60kg。(g取10m/s2)求:(1)跳板被壓彎到最低點(diǎn)C時(shí)具有的彈性勢能。(2)運(yùn)動(dòng)員入水前的速度大小。(可以用根號表示結(jié)果)解析(1)運(yùn)動(dòng)員由C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí),跳板的彈性勢能轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)員增加的重力勢能,則Ep=mghAC=60×10×(1.5+0.5)J=1200J。(2)運(yùn)動(dòng)員由A點(diǎn)開始做自由落體運(yùn)動(dòng),機(jī)械能守恒,則mghA=12mv解得v=2ghA=2×答案(1)1200J(2)310m/s能力提升1.(多選)蹦床運(yùn)動(dòng)員與床墊接觸的過程可簡化為下述模型:運(yùn)動(dòng)員從高處落到處于自然狀態(tài)的床墊(A位置)上,隨床墊一同向下做變速運(yùn)動(dòng)到達(dá)最低點(diǎn)(B位置),如圖所示,有關(guān)運(yùn)動(dòng)員從A運(yùn)動(dòng)至B的過程,下列說法正確的是()A.運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能守恒 B.運(yùn)動(dòng)員的速度一直減小C.合力對運(yùn)動(dòng)員做負(fù)功 D.運(yùn)動(dòng)員先失重后超重解析由能量守恒定律可知,運(yùn)動(dòng)員減小的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為床墊的彈性勢能,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤。當(dāng)F彈=mg時(shí),a=0,在此之前,F彈<mg,加速度方向向下(失重),物體做加速運(yùn)動(dòng);在此之后,F彈>mg,加速度方向向上(超重),物體做減速運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤而選項(xiàng)D正確。從A位置到B位置,由動(dòng)能定理得,W合=Ek0,選項(xiàng)C正確。答案CD2.內(nèi)壁光滑的環(huán)形凹槽半徑為R,固定在豎直平面內(nèi),一根長度為2R的輕桿,一端固定有質(zhì)量m的小球甲,另一端固定有質(zhì)量為2m的小球乙?，F(xiàn)將兩小球放入凹槽內(nèi),小球乙位于凹槽的最低點(diǎn),如圖所示,由靜止釋放后()A.下滑過程中甲球減少的機(jī)械能總是等于乙球增加的機(jī)械能B.下滑過程中甲球減少的重力勢能總是等于乙球增加的重力勢能C.甲球可沿凹槽下滑到槽的最低點(diǎn)D.桿從右向左滑回時(shí),乙球一定不能回到凹槽的最低點(diǎn)解析環(huán)形槽光滑,甲、乙組成的系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過程中只有重力做功,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒,下滑過程中甲減少的機(jī)械能總是等于乙增加的機(jī)械能,甲、乙系統(tǒng)減少的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動(dòng)能;甲減少的重力勢能等于乙增加的重力勢能與甲、乙增加的動(dòng)能之和;由于乙的質(zhì)量較大,系統(tǒng)的重心偏向乙一端,由機(jī)械能守恒知,甲不可能滑到槽的最低點(diǎn),桿從右向左滑回時(shí)乙一定會(huì)回到槽的最低點(diǎn)。答案A3.(多選)如圖所示,物體從某一高度自由下落到豎直立于地面的輕質(zhì)彈簧上。在a點(diǎn)時(shí)物體開始與彈簧接觸,到b點(diǎn)時(shí)物體速度為零,則從a到b的過程中,物體()A.動(dòng)能一直減小B.重力勢能一直減小C.所受合外力先增大后減小D.動(dòng)能和重力勢能之和一直減小解析物體剛接觸彈簧一段時(shí)間內(nèi),物體受到豎直向下的重力和豎直向上的彈力,且彈力小于重力,所以物體的合外力向下,物體做加速運(yùn)動(dòng),在向下運(yùn)動(dòng)的過程中彈簧的彈力越來越大,所以合力越來越小,即物體做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)彈力等于重力時(shí),物體的速度最大,之后彈力大于重力,合力向上,物體做減速運(yùn)動(dòng),因?yàn)槲矬w速度仍向下,所以彈簧的彈力仍增大,所以合力在增大,故物體做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng),到b點(diǎn)時(shí)物體的速度減小為零,所以整個(gè)過程中物體的速度先增大再減小,即動(dòng)能先增大后減小,A錯(cuò)誤;從a點(diǎn)到b點(diǎn)物體一直在下落,重力做正功,所以物體的重力勢能在減小,B正確;物體所受合外力先減小后增大,C錯(cuò)誤;整個(gè)過程中物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能,所以D正確。答案BD4.如圖所示,mA=2mB,不計(jì)摩擦阻力,物體A自H高處由靜止開始下落,且B物體始終在水平臺面上。若以地面為零勢能面,求當(dāng)物體A的動(dòng)能與其重力勢能相等時(shí),物體A距地面的高度。解析設(shè)物體A的動(dòng)能與其重力勢能相等時(shí),物體A距地