2024-2025學(xué)年新教材高中物理課時(shí)分層作業(yè)十六機(jī)械能守恒定律新人教版必修第二冊(cè)

課時(shí)分層作業(yè)(十六)機(jī)械能守恒定律A級(jí)必備學(xué)問(wèn)基礎(chǔ)練1.如圖所示，下列說(shuō)法正確的是(全部狀況均不計(jì)摩擦、空氣阻力以及滑輪質(zhì)量)()A．甲圖中，火箭升空的過(guò)程中，若勻速升空，則機(jī)械能守恒，若加速升空，則機(jī)械能不守恒B．乙圖中，物塊在外力F的作用下勻速上滑，物塊的機(jī)械能守恒C．丙圖中，物塊A以肯定的初速度將彈簧壓縮的過(guò)程中，物塊A的機(jī)械能守恒D．丁圖中，物塊A加速下落、物塊B加速上升的過(guò)程中，A、B系統(tǒng)機(jī)械能守恒2.如圖所示，上表面有一段光滑圓弧且質(zhì)量為M的小車(chē)A置于光滑水平面上．在一質(zhì)量為m的物體B自圓弧上端自由滑下的同時(shí)釋放A，則()A．在B下滑的過(guò)程中，B的機(jī)械能守恒B．軌道對(duì)B的支持力對(duì)B不做功C．在B下滑的過(guò)程中，A和地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒D．A、B和地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒3.如圖所示，將質(zhì)量為m的石塊從離地面h高處以初速度v0斜向上拋出．以地面為零勢(shì)能面，不計(jì)空氣阻力，則()A．石塊落地時(shí)的動(dòng)能為mghB．石塊拋出時(shí)的機(jī)械能為1C．石塊落地時(shí)的重力勢(shì)能為mghD．石塊落地時(shí)的機(jī)械能為12mv4．[2024·安徽馬鞍山高一期末](多選)如圖所示，直立彈射裝置的輕質(zhì)彈簧頂端原來(lái)在O點(diǎn)，O與管口P的距離為2x0，現(xiàn)將一個(gè)重力大小為mg的鋼珠置于彈簧頂端，再把彈簧壓縮至Q點(diǎn)，壓縮量為x0，釋放彈簧后鋼珠被彈出，鋼珠運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為4mgx0，不計(jì)一切阻力，下列說(shuō)法正確的是()A．彈射過(guò)程，彈簧和鋼珠組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒B．彈簧復(fù)原原長(zhǎng)時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為鋼珠的動(dòng)能C．鋼珠彈射所到達(dá)的最高點(diǎn)距管口P的距離為7x0D．彈簧被壓縮至Q點(diǎn)時(shí)的彈性勢(shì)能為7mgx05.如圖所示，固定的豎直光滑長(zhǎng)桿上套有質(zhì)量為m的圓環(huán)，圓環(huán)與水平狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧一端連接，彈簧的另一端連接在墻上，且處于原長(zhǎng)狀態(tài)．現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止起先下滑，已知彈簧原長(zhǎng)為L(zhǎng)，圓環(huán)下滑最大距離時(shí)彈簧的長(zhǎng)度變?yōu)?L(未超過(guò)彈性限度)，則在圓環(huán)下滑到最大距離的過(guò)程中()A．圓環(huán)的機(jī)械能守恒B．彈簧彈性勢(shì)能改變了3mgLC．圓環(huán)下滑到最大距離時(shí)，所受合力為零D．圓環(huán)重力勢(shì)能與彈簧彈性勢(shì)能之和保持不變6．將質(zhì)量為m的物體以初速度v0＝10m/s豎直向上拋出，忽視空氣阻力，g取10m/s2，則：(1)物體上升的最大高度是多少？(2)取拋出點(diǎn)為參考平面，上升過(guò)程中，何處重力勢(shì)能與動(dòng)能相等？7．如圖所示，質(zhì)量為m的小物塊在粗糙水平桌面上做直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)距離l后以速度v飛離桌面，最終落在水平地面上．已知l＝1.4m，v＝3.0m/s，m＝0.10kg，物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.25，桌面高h(yuǎn)＝0.45m．不計(jì)空氣阻力，重力加速度g取10m/s2.求：(1)小物塊落地點(diǎn)距飛出點(diǎn)的水平距離s；(2)小物塊落地時(shí)的動(dòng)能Ek；(3)小物塊的初速度大小v0.B級(jí)關(guān)鍵實(shí)力提升練8．如圖所示，P、Q兩球質(zhì)量相等，起先兩球靜止，將P上方的細(xì)繩燒斷，在Q落地之前，下列說(shuō)法正確的是(不計(jì)空氣阻力)()A．在任一時(shí)刻，兩球動(dòng)能相等B．在任一時(shí)刻，兩球加速度相等C．在任一時(shí)刻，系統(tǒng)動(dòng)能和重力勢(shì)能之和保持不變D．在任一時(shí)刻，系統(tǒng)機(jī)械能是不變的9．[2024·遼寧沈陽(yáng)質(zhì)檢]2024年2月，我國(guó)“天問(wèn)一號(hào)”火星探測(cè)器勝利實(shí)施近火捕獲制動(dòng)，順當(dāng)進(jìn)入環(huán)火軌道，成為我國(guó)放射的第一顆火星的人造衛(wèi)星．關(guān)于該次近火捕獲制動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A．假如制動(dòng)時(shí)間過(guò)短，速度減得少，探測(cè)器會(huì)撞上火星B．假如制動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，速度減得多，探測(cè)器會(huì)飛離火星C．制動(dòng)過(guò)程中由于開(kāi)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，探測(cè)器的機(jī)械能會(huì)增加D．捕獲勝利后沿環(huán)火軌道運(yùn)動(dòng)，探測(cè)器機(jī)械能保持不變10.一半徑為R的圓柱體水平固定，橫截面如圖所示．長(zhǎng)度為πR、不行伸長(zhǎng)的輕細(xì)繩，一端固定在圓柱體最高點(diǎn)P處，另一端系一個(gè)小球．小球位于P點(diǎn)右側(cè)同一水平高度的Q點(diǎn)時(shí)，繩剛好拉直．將小球從Q點(diǎn)由靜止釋放，當(dāng)與圓柱體未接觸部分的細(xì)繩豎直時(shí)，小球的速度大小為(重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力)()A．2+πg(shù)RB．C．21+πg(shù)RD．11.如圖所示，在豎直平面內(nèi)有由14圓弧AB和12圓弧BC組成的光滑固定軌道，兩者在最低點(diǎn)B平滑連接．AB弧的半徑為R，BC弧的半徑為R2.一小球在A點(diǎn)正上方與A相距R4處由靜止(1)求小球在B、A兩點(diǎn)的動(dòng)能之比；(2)通過(guò)計(jì)算推斷小球能否沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)．課時(shí)分層作業(yè)(十六)機(jī)械能守恒定律1．解析：題圖甲中，無(wú)論是勻速升空還是加速升空，推力均對(duì)火箭做正功，火箭的機(jī)械能增加，A錯(cuò)誤；題圖乙中，物塊勻速上滑的過(guò)程中，動(dòng)能不變，重力勢(shì)能增加，則機(jī)械能增加，B錯(cuò)誤；題圖丙中，在物塊A壓縮彈簧的過(guò)程中，由于彈簧的彈力對(duì)物塊A做負(fù)功，所以物塊A的機(jī)械能削減，C錯(cuò)誤；題圖丁中，對(duì)物塊A、B組成的系統(tǒng)，由于不計(jì)空氣阻力，所以只有重力做功，則A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，D正確．答案：D2．解析：A、B、C錯(cuò)：B下滑時(shí)對(duì)A有壓力，A對(duì)B有支持力．A向左滑動(dòng)，水平方向發(fā)生位移，B對(duì)A做正功，A對(duì)B做負(fù)功．因而A、B各自的機(jī)械能不守恒．D對(duì)：A、B和地球組成的系統(tǒng)沒(méi)有與外界發(fā)朝氣械能的轉(zhuǎn)移，也沒(méi)有摩擦，機(jī)械能沒(méi)有轉(zhuǎn)化為其他形式的能，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．答案：D3．解析：不計(jì)空氣阻力，石塊的機(jī)械能守恒，以地面為零勢(shì)能面，石塊落地時(shí)高度為0，則重力勢(shì)能為0，落地時(shí)的動(dòng)能Ek＝mgh＋eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))，A、C錯(cuò)誤；不計(jì)空氣阻力，石塊的機(jī)械能守恒，又本題中機(jī)械能等于重力勢(shì)能與動(dòng)能之和，則石塊拋出時(shí)及落地時(shí)機(jī)械能均為E＝mgh＋eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))，B錯(cuò)誤，D正確．答案：D4．解析：彈射過(guò)程，只有鋼珠的重力和彈簧的彈力做功，故彈簧和鋼珠組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，A正確；彈簧復(fù)原原長(zhǎng)時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為鋼珠的機(jī)械能(動(dòng)能和重力勢(shì)能)，B錯(cuò)誤；鋼珠運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為4mgx0，接著上升過(guò)程據(jù)動(dòng)能定理可得Ek＝mgh，解得h＝4x0，故鋼珠彈射所到達(dá)的最高點(diǎn)距管口P的距離為4x0，C錯(cuò)誤；鋼球從Q到最高點(diǎn)過(guò)程，彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能，重力勢(shì)能增加7mgx0，故彈簧被壓縮至Q點(diǎn)時(shí)的彈性勢(shì)能為7mgx0，D正確．答案：AD5．解析：A、D錯(cuò)：圓環(huán)沿桿下滑的過(guò)程中，圓環(huán)與彈簧組成的系統(tǒng)動(dòng)能、彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能之和守恒．B對(duì)：彈簧長(zhǎng)度為2L時(shí)，圓環(huán)下落的高度h＝eq\r(3)L，此時(shí)圓環(huán)的動(dòng)能為零，重力勢(shì)能削減了ΔEp＝mgh＝eq\r(3)mgL.依據(jù)機(jī)械能守恒定律知，此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能增加了eq\r(3)mgL.C錯(cuò)：圓環(huán)釋放后下滑，當(dāng)速度最大時(shí)，所受合力為零．下滑到最大距離時(shí)，具有向上的加速度，合力不為零．答案：B6．解析：(1)據(jù)機(jī)械能守恒定律，到達(dá)最高點(diǎn)過(guò)程有：mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))，解得最大高度H＝5m.(2)設(shè)h高處的重力勢(shì)能與動(dòng)能相等，則有：mgh＝Ek，因機(jī)械能守恒，則有：mgh＋Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))，兩式聯(lián)立解得h＝eq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)),4g)＝eq\f(102,4×10)m＝2.5m．7．解析：(1)小物塊飛離桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，依據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有豎直方向h＝eq\f(1,2)gt2水平方向s＝vt解得水平距離s＝veq\r(\f(2h,g))＝0.90m.(2)小物塊從飛離桌面到落地的過(guò)程中機(jī)械能守恒，依據(jù)機(jī)械能守恒定律可得小物塊落地時(shí)的動(dòng)能為Ek＝eq\f(1,2)mv2＋mgh＝0.90J.(3)小物塊在桌面上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，依據(jù)動(dòng)能定理，有－μmg·l＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))解得小物塊的初速度大小v0＝eq\r(2μgl＋v2)＝4.0m/s.答案：(1)0.90m(2)0.90J(3)4.0m/s8．解析：細(xì)繩燒斷瞬間，彈力不突變，球Q受力不變，球P受力改變，兩球加速度關(guān)系為aP>aQ，兩球速度不同，兩球的動(dòng)能不相等，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；彈簧長(zhǎng)度發(fā)生改變，彈性勢(shì)能發(fā)生改變，系統(tǒng)的動(dòng)能和重力勢(shì)能之和就發(fā)生改變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；Q落地前，兩球及彈簧組成的系統(tǒng)只有重力和彈簧的彈力做功，整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，選項(xiàng)D正確．答案：D9．解析：假如制動(dòng)時(shí)間過(guò)短，速度減得少，即速度大，所須要的向心力大，萬(wàn)有引力不足以供應(yīng)所需的向心力，探測(cè)器會(huì)飛離火星，故A錯(cuò)誤；假如制動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，速度減得多，即速度小，所須要的向心力小，萬(wàn)有引力大于所需的向心力，探測(cè)器會(huì)做近心運(yùn)動(dòng)，甚至撞上火星，故B錯(cuò)誤；制動(dòng)過(guò)程中開(kāi)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)讓探測(cè)器做減速運(yùn)動(dòng)，除重力外的力做了負(fù)功，探測(cè)器機(jī)械能削減，故C錯(cuò)誤；捕獲勝利后，探測(cè)器只受重力(萬(wàn)有引力)，所以探測(cè)器機(jī)械能保持不變，故D正確．答案：D10.解析：當(dāng)與圓柱體未接觸部分的細(xì)繩豎直時(shí)，其狀態(tài)如圖所示，則小球下落的高度為(R＋eq\f(πR,2)).依據(jù)機(jī)械能守恒定律有mg(R＋eq\f(πR,2))＝eq\f(1,2)mv2，解得v＝eq\r(（2＋π）gR)，選項(xiàng)A正確．答案：A11．解析：(1)設(shè)小球的質(zhì)量為m，由機(jī)械能守恒定律知，小球在A點(diǎn)的動(dòng)能為EkA＝mgeq\f(R,4)，小球在B點(diǎn)的動(dòng)能EkB＝mgeq\f(5R,4)，則小球在B、A兩點(diǎn)的動(dòng)能之比eq\f(EkB,EkA)＝5∶1.(2)若小球能沿軌道運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，則小球在C點(diǎn)所受軌道的正壓力FN應(yīng)滿意FN≥0.設(shè)小球在C點(diǎn)的速度大小為vC，由牛頓其次定律有：FN＋mg＝meq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(C)),\f(R,2))，整理得vC應(yīng)滿意mg≤meq\f(2veq\o\