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  • 2021-10-25 发布

高中物理人教版必修2练习:第七章 第11讲 习题课:机械能守恒定律 word版含解析

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第 11 讲 习题课:机械 能守恒定律 [时间:60 分钟] 题组一 机械能是否守恒的判断 1.下列物体中,机械能守恒的是( ) A.做平抛运动的物体 B.被匀速吊起的集装箱 C.光滑曲面上自由运动的物体 D.物体以 4 5g 的加速度竖直向上做匀减速运动 2.木块静止挂在绳子下端,一子弹以水平速度射入木块并留在其中,再与木块一起共同摆到一 定高度,如图 1 示,从子弹开始入射到共同上摆到最大高度的过程中,下面说法正确的是( ) 图 1 A.子弹的机械能守恒 B.木块的机械能守恒 C.子弹和木块的总机械能守恒 D.以上说法都不对 3.如图 2 物体从某一高度自由下落到竖直立于地面的轻质弹簧上.在 a 点时物体开始与弹簧接 触,到 b 点时物体速度为零.则从 a 到 b 的过程中,物体( ) 图 2 A.动能一直减小 B.重力势能一直减小 C.所受合外力先增大后减小 D.动能和重力势能之和一直减小 题组二 多物体组成的系统的机械能守恒问题 4.如图 3 所示,在两个质量分别为 m 和 2m 的小球 a 和 b 之间,用一根轻质细杆连接,两小 球可绕过细杆中心的水平轴无摩擦转动,现让细杆水平放置,静止释放小球后,小球 b 向下 转动,小球 a 向上转动,在转动 90°的过程中,以下说法正确的是( ) 图 3 A.b 球的重力势能减少,动能增加 B.a 球的重力势能增大,动能减少 C.a 球和 b 球的机械能总和保持不变 D.a 球和 b 球的机械能总和不断减小 5.内壁光滑的环形凹槽半径为 R,固定在竖直平面内,一根长度为 2R 的轻杆,一端固定有质 量为 m 的小球甲,另一端固定有质量为 2m 的小球乙.现将两小球放入凹槽内,小球乙位于凹 槽的最低点,如图 4 所示,由静止释放后( ) 图 4 A.下滑过程中甲球减少的机械能总是等于乙球增加的机械能 B.下滑过程中甲球减少的重力势能总是等于乙球增加的重力势能 C.甲球可沿凹槽下滑到槽的最低点 D.杆从右向左滑回时,乙球一定不能回到凹槽的最低点 6.如图 5 所示是一个横截面为半圆、半径为 R 的光滑柱面,一根不可伸长的细线两端分别系 着物体 A、B,且 mA=2mB,由图示位置从静止开始释放 A 物体,当物体 B 达到圆柱顶点时, 求物体 A 的速度. 图 5 7.如图 6 所示,质量为 m 的木块放在光滑的水平桌面上,用轻绳绕过桌边的光滑定滑轮与质量 为 M 的砝码相连.已知 M=2m,让绳拉直后使砝码从静止开始下降 h 的距离(未落地)时,木 块仍没离开桌面,则砝码的速度为多少? 图 6 题组三 综合应用 8.如图 7 所示,质量为 m=2 kg 的小球系在轻弹簧的一端,另一端固定在悬点 O 处,将弹簧拉 至水平位置 A 处由静止释放,小球到达距 O 点下方 h=0.5 m 处的 B 点时速度为 2 m/s.求小球 从 A 运动到 B 的过程中弹簧弹力做的功(g 取 10 m/s2). 图 7 9.如图 8,一不可伸长的轻绳上端悬挂于 O 点,下端系一质量 m=1.0 kg 的小球.现将小球拉 到 A 点(保持绳绷直)由静止释放,当它经过 B 点时绳恰好被拉断,小球平抛后落在水平地面上 的 C 点.地面上的 D 点与 OB 在同一竖直线上,已知绳长 L=1.0 m,B 点离地高度 H=1.0 m, A、B 两点的高度差 h=0.5 m,重力加速度 g 取 10 m/s2,不计空气影响,求: 图 8 (1)地面上 DC 两点间的距离 s; (2)轻绳所受的最大拉力大小. 10.如图 9 所示,半径为 R 的光滑半圆弧轨道与高为 10R 的光滑斜轨道放在同一竖直平面内, 两轨道之间由一条光滑水平轨道 CD 相连,水平轨道与斜轨道间有一段圆弧过渡.在水平轨道 上,轻质弹簧被 a、b 两小球挤压,处于静止状态.同时释放两个小球,a 球恰好能通过圆弧 轨道的最高点 A,b 球恰好能到达斜轨道的最高点 B.已知 a 球质量为 m1,b 球质量为 m2,重 力加速度为 g.求: 图 9 (1)a 球离开弹簧时的速度大小 va; (2)b 球离开弹簧时的速度大小 vb; (3)释放小球前弹簧的弹性势能 Ep. 答案精析 第 11 讲 习题课:机械能守恒定律 1.AC [物体做平抛运动或沿光滑曲面自由运动时,不受摩擦力,在曲面上弹力不做功,只 有重力做功,机械能守恒;匀速吊起的集装箱,动能不变,势能增加,机械能不守恒;物体 以 4 5g 的加速度竖直向上做匀减速运动时,由牛顿第二定律 mg-F=m·4 5g,有 F=1 5mg,则物 体受到竖直向上的大小为 1 5mg 的外力作用,该力对物体做了正功,机械能不守恒,故选 A、 C.] 2.D [子弹打入木块的过程中,子弹克服摩擦力做功产生热能,故系统机械能不守恒.] 3.BD [物体刚接触弹簧一段时间内,物体受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力,且弹力 小于重力,所以物体的合外力向下,物体做加速运动,在向下运动的过程中弹簧的弹力越来 越大,所以合力越来越小,即物体做加速度减小的加速运动,当弹力等于重力时,物体的速 度最大,之后弹力大于重力,合力向上,物体做减速运动,因为物体速度仍旧向下,所以弹 簧的弹力仍旧增大,所以合力在增大,故物体做加速度增大的减速运动,到 b 点时物体的速 度减小为零,所以过程中物体的速度先增大再减小,即动能先增大后减小,A 错误;从 a 点到 b 点物体一直在下落,重力做正功,所以物体的重力势能在减小,B 正确;所受合外力先减小 后增大,C 错误;过程中物体的机械能转化为弹簧的弹性势能,所以 D 正确.] 4.AC [在 b 球向下、a 球向上转动过程中,两球均在加速转动,使两球动能增加,同时 b 球重力势能减少,a 球重力势能增加,a、b 两球的总机械能守恒.] 5.A [环形槽光滑,甲、乙组成的系统在运动过程中只有重力做功,故系统机械能守恒,下 滑过程中甲减少的机械能总是等于乙增加的机械能,甲、乙系统减少的重力势能等于系统增 加的动能;甲减少的重力势能等于乙增加的势能与甲、乙增加的动能之和;由于乙的质量较 大,系统的重心偏向乙一端,由机械能守恒,知甲不可能滑到槽的最低点,杆从右向左滑回 时乙一定会回到槽的最低点.] 6. 2 3 π-1gR 解析 由于柱面是光滑的,故系统的机械能守恒,系统重力势能的减少量等于系统动能的增 加量,系统重力势能的减少量为: ΔEp=mAgπR 2 -mBgR, 系统动能的增加量为ΔEk=1 2(mA+mB)v2 由ΔEp=ΔEk 得 v= 2 3 π-1gR 7.2 3 3gh 解析 解法一:用 E 初=E 末求解. 设砝码开始离桌面的距离为 x,取桌面所在的水平面为参考面,则系统的初始机械能 E 初=- Mgx, 系统的末机械能 E 末=-Mg(x+h)+1 2(M+m)v2. 由 E 初=E 末得:-Mgx=-Mg(x+h)+1 2(M+m)v2, 解得 v=2 3 3gh. 解法二:用ΔEk 增=ΔEp 减求解. 在砝码下降 h 的过程中,系统增加的动能为 ΔEk 增=1 2(M+m)v2, 系统减少的重力势能ΔEp 减=Mgh, 由ΔEk 增=ΔEp 减得:1 2(M+m)v2=Mgh, 解得 v= 2Mgh M+m =2 3 3gh. 8.-6 J 解析 对小球和弹簧组成的系统,只有重力和弹簧的弹力做功,故机械能守恒,小球减少的 重力势能转化为系统的动能和弹性势能,所以 mgh=1 2mv2+E 弹,E 弹=mgh-1 2mv2=6 J,W 弹 =-6 J. 即弹簧弹力对小球做功为-6 J. 9.(1)1.41 m (2)20 N 解析 (1)小球从 A 到 B 的过程中机械能守恒,有: mgh=1 2mv 2B ,① 小球从 B 到 C 做平抛运动,在竖直方向上有:H=1 2gt2,② 在水平方向上有:s=vBt,③ 联立①②③解得:s=1.41 m.④ (2)小球下摆到达 B 点时,绳的拉力和重力的合力提供向心力,有:F-mg=mv 2B L ⑤ 联立①⑤解得:F=20 N 根据牛顿第三定律,F′=-F, 轻绳所受的最大拉力大小为 20 N. 10.(1) 5gR (2)2 5gR (3) 5 2m1+10m2 gR 解析 (1)由 a 球恰好能到达 A 点知 m1g=m1 v 2A R 由机械能守恒定律得 1 2m1v 2a -1 2m1v 2A =m1g·2R 得 va= 5gR. (2)对于 b 球由机械能守恒定律得:1 2m2v 2b =m2g·10R 得 vb=2 5gR. (3)由机械能守恒定律得 Ep=1 2m1v 2a +1 2m2v 2b 得 Ep= 5 2m1+10m2 gR.