2024-2025學(xué)年高中物理第4章5機械能守恒定律練習(xí)含解析教科版必修2

PAGEPAGE135.機械能守恒定律課時過關(guān)·實力提升一、基礎(chǔ)鞏固1.(多選)下列敘述中正確的是()A.做勻速直線運動的物體的機械能肯定守恒B.做變速直線運動的物體的機械能可能守恒C.合力對物體做功為零,物體的機械能肯定守恒D.系統(tǒng)內(nèi)只有重力和彈力做功時,系統(tǒng)的機械能肯定守恒解析:系統(tǒng)機械能是否守恒可依據(jù)機械能守恒的條件來推斷,做勻速直線運動的物體所受合力為零,動能不變,但重力勢能可能變更,選項A錯誤;做變速運動的物體,若只有重力對它做功時,機械能守恒,選項B正確;合力對物體做功為零時,除重力之外的力有可能做功,此時機械能不肯定守恒,選項C錯誤;系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功時,系統(tǒng)的機械能守恒,選項D正確.答案:BD2.(多選)如圖所示,豎直輕彈簧下端與地面拴接,上端拴接一小球,小球在豎直方向力F作用下,將彈簧壓縮.若將力F撤去,小球?qū)⑾蛏蠌椘?直到速度變?yōu)榱銜r為止.在小球上升的過程中()A.小球動能先增大后減小B.小球動能與彈性勢能之和先減小后增大C.小球動能和彈性勢能之和不斷減小D.小球動能減小為零時,重力勢能最大解析:小球向上彈起的過程中,小球先加速后減速,直到接著向上減速到零,所以小球的動能先增大后減小,故選項A正確;整個上升過程,系統(tǒng)的機械能守恒,小球的重力勢能始終增加,所以,小球動能與彈性勢能之和始終減小,故選項B錯誤,C正確;小球動能為零時,即小球上升到最高處,重力勢能最大,故選項D正確.答案:ACD3.用彈簧槍將一質(zhì)量為m的小鋼球以初速度v0豎直向上彈出,不計空氣阻力,當小鋼球的速度減為A.C.解析:由12m答案:A4.如圖所示四個選項中,木塊均在固定的斜面上運動,其中圖A、B、C中的斜面是光滑的,圖D中的斜面是粗糙的.圖A、B中的F為木塊所受的外力,方向如圖中箭頭所示,圖A、B、D中的木塊向下運動,圖C中的木塊向上運動.在這四個圖所示的運動過程中機械能守恒的是()解析:機械能守恒的條件是只有重力做功,在題圖A、B中木塊受三個力作用,即重力、支持力和推力F,因有外力F做功,故不符合條件;題圖D中因有摩擦力做功,故也不符合條件,因此只有題圖C符合守恒條件.答案:C5.如圖所示,某人以拉力F將物體沿斜面對下拉動,拉力大小等于摩擦力大小,則下列說法中正確的是()A.物體做勻速運動B.合外力對物體做功等于零C.物體的機械能保持不變D.物體的機械能減小解析:由于拉力大小等于摩擦力大小,物體在重力沿斜面方向的分力作用下加速下滑,故選項A錯誤;拉力與摩擦力分別對物體做正功和負功,并且做功的大小相等,代數(shù)和為零,機械能守恒,故選項B、D錯誤,選項C正確.答案:C6.如圖所示,一輕繩的一端系在固定粗糙斜面上的O點,另一端系一小球.給小球一足夠大的初速度,使小球在斜面上做圓周運動,在此過程中()A.小球的機械能守恒B.重力對小球不做功C.繩的拉力對小球不做功D.在任何一段時間內(nèi),小球克服摩擦力所做的功總是等于小球動能的削減解析:斜面粗糙,小球受到重力、支持力、摩擦力和繩子拉力的作用.由于除重力做功外,摩擦力做負功,所以機械能削減,A、B錯誤;繩子拉力總是與運動方向垂直,故不做功,C正確;由動能定理知,小球動能的變更等于合力做功,即重力與摩擦力所做的總功,D錯誤.答案:C7.在利用重物做自由落體運動驗證機械能守恒定律的試驗中,下列說法中正確的是()A.選重錘時稍重一些的比輕的好B.選重錘時體積大一些的比小的好C.試驗時要用秒表計時,以便計算速度D.打點計時器選用電磁打點計時器比電火花計時器要好解析:選用的重錘宜重一些,可以使重力遠遠大于阻力,阻力可忽視不計,從而減小試驗誤差,故選項A正確;重物體積大,下落時受空氣阻力越大,試驗誤差就越大,故選項B錯誤;不需用秒表計時,打點計時器就是計時儀器,比秒表計時更為精準,故選項C錯誤;電磁打點計時器的振針與紙帶間有摩擦,阻力較大,電火花計時器對紙帶的阻力較小,故應(yīng)選電火花計時器,選項D錯誤.答案:A8.某同學(xué)用如圖甲所示的試驗裝置驗證機械能守恒定律,其中打點計時器的電源為溝通電源,可以運用的頻率有20Hz、30Hz和40Hz.打出紙帶的一部分如圖乙所示.甲該同學(xué)在試驗中沒有記錄交變電流的頻率f,須要用試驗數(shù)據(jù)和其他題給條件進行推算.(1)若從打出的紙帶可判定重物勻加速下落,利用f和圖乙中給出的物理量可以寫出:在打點計時器打出B點時,重物下落的速度大小為,打出C點時重物下落的速度大小為,重物下落的加速度大小為.

乙(2)已測得s1=8.89cm,s2=9.50cm,s3=10.10cm;當?shù)刂亓铀俣却笮?.80m/s2,試驗中重物受到的平均阻力大小約為其重力的1%.由此推算出f為Hz.

解析:(1)B點速度為AC段的平均速度,vB=C點速度為BD段的平均速度,vC=由vC=vB+a·1f得(2)由題意知a=(1-1%)g=9.702m/s2,把數(shù)據(jù)代入a=(s3-答案:(1)9.如圖所示,在水平桌面的A點,一個質(zhì)量為m的物體(可視為質(zhì)點)被以初速度v0拋出,拋出點離地面高度為H,不計空氣阻力,求它到達B點時速度的大小.解析:物體拋出后運動過程中只受重力作用,機械能守恒,選地面為參考面,則mgH+解得vB=若選桌面為參考面,則1解得vB=答案:v10.如圖所示,質(zhì)量分別為3kg和5kg的物體A、B,用輕繩連接跨在一個定滑輪兩側(cè),輕繩正好拉直,且A的底面與地接觸,B距地面0.8m,放開B,g取10m/s2,求:(1)當B著地時A的速度.(2)B著地后,A還能上升多高?解析:(1)對于A、B組成的系統(tǒng),當B下落時系統(tǒng)機械能守恒.解法一:利用公式E2=E1求解.以地面為參考平面,則mAgh+v=2(解法二:利用公式ΔEp減=ΔEk增求解.由題意得mBgh-mAgh=解得v=2m/s.解法三:利用公式ΔEA增=ΔEB減求解.由題意得mAgh+解得v=2m/s.(2)當B著地后,A以2m/s的速度豎直上拋,由機械能守恒定律得mAgh'=得A上升的高度h'=vA22答案:(1)2m/s(2)0.2m11.如圖所示,一根長為l=5m的輕繩一端固定在O'點,另一端系一質(zhì)量m=1kg的小球(可視為質(zhì)點).將輕繩拉至水平并將小球由位置A靜止釋放,小球運動到最低點O時輕繩剛好被拉斷.O點下方有一以O(shè)點為圓心、半徑R=5(1)輕繩剛要拉斷時繩的拉力F的大小.(2)小球從O點運動到曲面的時間t.解析:(1)設(shè)小球擺到O點的速度為v,小球由A到O的過程,只有小球的重力做功,由機械能守恒定律有mgl=在O點由牛頓其次定律得F-mg=m聯(lián)解①②并代入數(shù)據(jù)得F=30N.③(2)繩被拉斷后,小球做平拋運動,有x=vt④y=x2+y2=R2⑥聯(lián)解①④⑤⑥并代入數(shù)據(jù)得t=1s.答案:(1)30N(2)1s二、實力提升1.物體在平衡力作用下運動的過程中,下列說法正確的是()A.機械能肯定不變B.物體的動能保持不變,而勢能肯定變更C.若物體的勢能變更,則機械能肯定變更D.若物體的勢能變更,機械能不肯定有變更解析:若物體在平衡力作用下在豎直方向上做勻速直線運動,則物體的動能不變,勢能變更,機械能肯定變更,故選項A、D錯誤,選項C正確;若物體在水平面上運動,動能及勢能均不變,選項B錯誤.答案:C2.如圖所示,在距地面h高處以初速度v0沿水平方向拋出一個物體,不計空氣阻力,物體在下落過程中,下列說法中正確的是()A.物體在c點比在a點具有的機械能大B.物體在b點比在c點具有的動能大C.物體在a、b、c三點具有的動能一樣大D.物體在a、b、c三點具有的機械能相等解析:小球在運動過程中,只受到重力作用,機械能守恒,在任何一個位置小球的機械能都是相同的,選項A錯誤,選項D正確;物體在下落過程中,重力勢能轉(zhuǎn)化為動能,Eka<Ekb<Ekc,選項B、C錯誤.答案:D3.如圖所示,固定的豎直光滑長桿上套有質(zhì)量為m的小圓環(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,且處于原長狀態(tài).現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止起先下滑,已知彈簧原長為L,圓環(huán)下滑到最大距離時彈簧的長度變?yōu)?L(未超過彈性限度),則在圓環(huán)下滑到最大距離的過程中()A.圓環(huán)的機械能守恒B.彈簧彈性勢能變更了C.圓環(huán)下滑到最大距離時,所受合力為零D.圓環(huán)重力勢能與彈簧彈性勢能之和保持不變解析:在圓環(huán)下滑過程中,圓環(huán)與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,圓環(huán)自身機械能不守恒,故A錯.圓環(huán)下滑到最大距離時,其速度為零,它削減的重力勢能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能,由幾何關(guān)系得下滑距離h=3L,故彈性勢能變化了ΔEp=mgh=3mgL,B對.圓環(huán)下滑過程中先做加速度漸漸答案:B4.如圖所示,物體A靜止在光滑的水平面上,A的左邊固定有輕質(zhì)彈簧,與A質(zhì)量相等的物體B以速度v向A運動并與彈簧發(fā)生碰撞,A、B始終沿同始終線運動,則A、B組成的系統(tǒng)動能損失最大的時刻是()A.A起先運動時B.A的速度等于v時C.B的速度等于零時D.A和B的速度相等時解析:因系統(tǒng)只有彈力做功,系統(tǒng)機械能守恒,故A、B組成的系統(tǒng)動能損失最大時,彈簧彈性勢能最大.又因當兩物體速度相等時,A、B間彈簧形變量最大,彈性勢能最大,故D正確.答案:D5.(多選)把質(zhì)量為3kg的石頭從20m高的山崖上以與水平方向成30°角向斜上方拋出(如圖所示),拋出的初速度v0=5m/s,石塊落地時的速度大小與下面哪些量無關(guān)(g取10m/s2,不計空氣阻力)()A.石塊的質(zhì)量B.石塊初速度的大小C.石塊初速度的仰角D.石塊拋出時的高度解析:以地面為參考平面,石塊運動過程中機械能守恒,則mgh+12mv02=12mv2,即v2=2gh+答案:AC6.(多選)一輛小車靜止在光滑的水平面上,小車立柱上固定一條長為l拴有小球的細繩,小球在和懸點O在同一水平面上無初速度釋放,如圖所示,小球在搖擺時車也隨之做往復(fù)運動,不計一切阻力,下面說法中正確的是()A.小球的機械能守恒B.小球的機械能不守恒C.小球與小車的總機械能守恒D.繩對小球不做功解析:不計一切阻力,則以球和小車為系統(tǒng)作為探討對象,此系統(tǒng)只有動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化,故系統(tǒng)的機械能守恒,則選項C正確;系統(tǒng)機械能守恒,小球搖擺時,小車運動,小車的機械能增加了,則小球的機械能削減,即ΔE球減=ΔE車加,向下?lián)u擺時,若只有小球的重力做正功,物體的機械能不變,但小球的機械能削減了,則可知小球受到的拉力對小球做負功,選項B正確,A、D錯誤.答案:BC7.“嫦娥”三號順當實現(xiàn)了在月球上的軟著陸.假設(shè)著陸器(可視為一小球)上有一質(zhì)量不計的彈簧,彈簧下端安裝有壓力傳感器,觸地后,彈簧和壓力傳感器豎直固定在水平面上,著陸器將彈簧壓縮到最低點(形變在彈性限度內(nèi)),又被彈起離開彈簧,上升到肯定高度后又下落.如此反復(fù),通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器,測出該過程中彈簧彈力F隨時間t變更的圖像如圖所示,則()A.運動過程中小球的機械能守恒B.t2時刻小球的加速度為零C.t1~t2這段時間內(nèi),小球的動能在漸漸減小D.t2~t3這段時間內(nèi),小球的動能與重力勢能之和在增加解析:在運動過程中,除重力外,彈簧的彈力對小球做功,小球的機械能不守恒,故選項A錯誤;由圖像可知,t2時刻,彈力最大,彈簧的壓縮量最大,小球運動到最低點,合力不等于零,合力方向向上,所以加速度不等于零,故選項B錯誤;t1~t2這段時間內(nèi),小球先向下做加速度減小的加速運動,然后做加速度增大的減速運動,小球的速度先增大后減小,小球動能先增大后減小,故選項C錯誤;t2~t3這段時間內(nèi),小球和彈簧的系統(tǒng)機械能守恒,即小球的動能、重力勢能與彈簧的彈性勢能之和守恒,在t2~t3時間內(nèi)彈簧漸漸復(fù)原原長,彈簧的彈性勢能不斷減小,小球的動能與重力勢能之和在增加,故選項D正確.答案:D8.如圖甲為“驗證機械能守恒定律”的試驗裝置示意圖,在試驗中,已知電磁打點計時器工作周期T=0.02s,自由下落的重物質(zhì)量m=2kg.如圖乙為某同學(xué)試驗后選出的一條志向的紙帶,O點是打出的第一個點,A、B、C是在紙帶上取出的三個計數(shù)點,AB、BC之間各有一個點未畫出.經(jīng)測得A、B、C三點到O點的距離分別為x1=12.9cm,x2=20.6cm,x3=28.9cm,g取9.8m/s2,回答以下問題:甲乙(1)紙帶的(選填“左”或“右”)端與重物相連;

(2)依據(jù)圖上所得的數(shù)據(jù),應(yīng)取圖中O點和點來驗證機械能守恒定律;

(3)從O點到所取點,重物重力勢能削減量ΔEp=J,動能增加量ΔEk=J.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

解析:(1)依據(jù)自由落體運動的特點及該試驗的裝置可知,與重物相連的紙帶一端打出第一個計時點,故紙帶的左端與重物相連.(2)勻變速直線運動中,某段時間內(nèi)中間時刻的瞬時速度等于該段時間內(nèi)的平均速度,題圖乙中AC之間的距離由題給條件能夠計算得出,因此,應(yīng)取圖中的O點和B點來驗證機械能守恒定律.(3)由題給條件可得紙帶上AC之間的距離為hAC=x3-x1=(28.9-12.9)×10-2m=0.160m紙帶上B點對應(yīng)的瞬時速度大小為vB=hAC4T=從O到B動能的增加量為ΔEk=12mvB重力勢能的削減量為ΔEp=mghOB=mgx2=2×9.8×20.6×10-2J≈4.04J.答案:(1)左(2)B(3)4.044.009.如圖所示,軌道ABCD的AB段為半徑R=0.4m的CD水平飛出(不計空氣阻力)(1)小球從A運動到B的過程中克服摩擦力做多少功?(2)小球離開B點后,在CD軌道上的落地點到C點的水平距離.(3)小球落地時的速度大小.解析:(1)小球從A→B過程,由動能定理有Wf+mgR=代入數(shù)值解得Wf=-2J,即克服摩擦力做功2J.(2)小球離開B點后做平拋運動,由平拋運動性質(zhì)得豎直方向上h=水平方向上x=vB·t所以水平距離x=vB2