2020高中物理 第四章 机械能和能源 机械能守恒定律练习（基础篇）教科版必修2 6页

机械能守恒定律(基础篇)‎ 一、选择题：‎ ‎1．质量为m的物体从距地面h高处的某点自由落下，在这过程中不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）‎ A．重力对物体做功为mgh B．重力势能减少mgh C．动能增加mgh D．机械能增加mgh ‎2．关于机械能是否守恒的叙述，正确的是（ ）‎ A．作匀速直线运动的物体的机械能一定守恒 B．作匀速直线运动的物体机械能可能守恒 C．合外力对物体做功为零时，机械能一定守恒 D．只有重力对物体做功，物体机械能一定守恒 ‎3．在不计空气阻力的条件下，下列几种运动中机械能不守恒的是（ ）‎ A．氢气球匀速上升 B．从高处向任意方向抛出的小球 C．物体沿光滑曲面下滑 D．一小球用一细绳拴着在摆动的过程中 ‎4．汽车上坡时，如果牵引力的大小等于摩擦力，不计空气阻力，那么，下列说法中哪一个是正确的（ ）‎ A．汽车匀速上坡 B．汽车在上坡过程中机械能减小 C．汽车在上坡过程中机械能增大 D．汽车在上坡过程中，动能减小，势能增大，总的机械能不变 ‎5．物体静止在某一高处时具有60J的势能。当它从该处自由下落至另一位置时所具的势能为动能的一半，那么，物体所减少的势能是下列中的哪一个（ ）‎ A．20J B．30J C．40J D．60J ‎6．质量为m的物体从距地面高为H的平台边缘以初速度v0竖直向下抛出。若不计空气阻力，则物体下落到距地面高为h时的动能为（ ）‎ A．mgh+ B．mgH-mgh C．mgH+-mgh D．mgH++ mgh ‎7．如图所示，m1＞m2，滑轮光滑且质量不计，在m1下降一段距离d的过程中（不计空气阻力），下列说法正确的是（ ）‎ A．m1的机械能增加 B．m2的机械能增加 C．m1和m2的总机械能减少 D．m1和m2的总机械能不变 ‎8．质量为m 的物体以初速度v0从地面竖直上抛，不计空气阻力，当它抛到离地面h高处时，它的动能恰好为重力势能的3倍（地面为重力势能参考面），则这个高度为h为（ ）‎ A． B． C． D． ‎ ‎9．如图所示，细线上吊着小球，用水平恒力F将它从竖直位置A拉到位置B，小球在B点受到的沿圆弧切线方向的合力恰好为零，此时线与竖直方向的夹角为θ，则有（ ）‎ 6‎ A．恒力F做的功大于小球重力势能的增量 B．小球将静止在B点 C．细线对小球做的功为零 D．若在B点将力F撤去，小球来回摆动的角度将大于θ ‎10．如图所示，半径为R的竖直光滑圆轨道内侧底部静止着一个光滑小球，现给小球一个冲击使其在瞬间得到一个水平初速v0，若v0大小不同，则小球能够上升到的最大高度（距离底部）也不同．下列说法中正确的是（ ）‎ A．如果v0=，则小球能够上升的最大高度为 B．如果v0=，则小球能够上升的最大高度为R C．如果v0=，则小球能够上升的最大高度为 D．如果v0=，则小球能够上升的最大高度为2R 二、解答题：‎ ‎1．某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤：‎ A. 用天平称出重物的质量； ‎ B. 把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度；‎ C. 拆掉导线，整理仪器；‎ D. 断开电源，调整纸带，重做两次；‎ E. 用秒表测出重物下落的时间；‎ F. 用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论；‎ G. 把打点计时器接到低压交流电源上；‎ H. 接通电源，释放纸带；‎ I.‎‎ 把打点计时器接到低压直流电源上；‎ J. 把打点计时器固定到桌边的铁架台上。‎ 上述实验步骤中错误的是_____，可有可无的是 _____，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是 _____。（均只需填步骤的代号）‎ ‎2．为进行《验证机械能守恒定律》的实验，有下列器材可供选用：铁架台、打点计时器、复写纸、纸带、秒表、低压直流电流、导线、电键、天平，其中不必要的器材是______，缺少的器材是_______．‎ ‎3．在《验证机械能守恒定律》的实验中，质量为的重锤自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源的频率为50Hz，如图所示，纸带上0点为重锤自由下落时纸带打点起点，选取的计数点A、B、C、D依次间隔为一个点，各计数点与O点距离如图示，单位为mm，g=9．‎8m／s2，则：‎ ‎(1)打点计时器记录B点时，重锤速度为=________，重锤的动能为EkB=________。‎ ‎(2)从O点下落算起，打点计时器记录B点时，重锤重力势能减少为________。‎ ‎(3)以B点为例，说明你怎样判断重锤下落过程中机械能是否守恒?‎ 6‎ ‎4．如图所示，一匀质直杆AB长为，从图示位置由静止沿光滑面ABD滑动，AB是半径为的四分之一圆弧，BD为水平面，求直杆全部滑到BD时的速度大小。‎ ‎5．将质量为的物体以初速度竖直向上抛出，忽略空气阻力，取，则：‎ ‎（1）物体上升的最大高度是多少？‎ ‎（2）上升过程中何处重力势能与动能相等？‎ ‎6．如图所示，在光滑的水平桌面上，放一根长为的链条，链条沿桌边挂在桌外的长度为a，链条由静止开始释放，求链条全部离开桌面时的速度。‎ ‎7．如图，AB是高h1=‎0.6m、倾角θ=370的斜面，放置在水平桌面上，斜面下端是与桌面相切的一段圆弧，且紧靠桌子边缘。桌面距地面的高度h2=‎1.8m。一个质量m=‎1.0kg的小滑块从斜面顶端A由静止开始沿轨道下滑，运动到斜面底端B时沿水平方向离开斜面，落到水平地面上的C点。滑块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5。不计空气阻力，‎ g=‎10m/s2。求：‎ ‎（1）小滑块经过B点时的速度；‎ ‎（2）小滑块落地点C距桌面的水平距离；‎ ‎（3）小滑块落地时的速度大小。‎ q C A B h1‎ h2‎ ‎【答案与解析】‎ 6‎ 一、选择题：‎ ‎1．ABC 解析：物体自由下落，只有重力做功，机械能守恒，Ｄ选项错误；物体下落ｈ重力对物体做功为mgh，重力势能减少mgh，动能增加mgh，故ABC正确。‎ ‎2．BD 解析：判断机械能是否守恒，依据是重力以外的力是否做了功，不管物体是做匀速还是变速运动，也不管物体是直线运动还是曲线运动，只要重力以外的力不做功或做功之和为零，机械能就守恒。合外力做功为零，并不意味着重力以外的力做功之和为零，故机械能不一定守恒，故BD选项正确。‎ ‎3．A 解析：A选项中氢气球匀速上升受浮力和重力，且浮力做功，故不守恒，其他选项只有重力做功，故守恒，D选项绳子拉力方向始终与速度方向垂直，故不做功，也守恒。‎ ‎4．D 解析：因为汽车牵引力的大小等于摩擦力，故合外力为重力，在上坡过程中只有重力做负功，动能减小，势能增大，总的机械能不变，故D选项正确。‎ ‎5．C 解析：物体自由下落机械能守恒，设初状态的势能为Ep，此时的势能为Ep1，则动能为2Ep1，‎ 根据机械能守恒可知：‎ 减少的势能为，故C选项正确。‎ ‎6．C 解析：根据机械能守恒可知：‎ 故C选项正确。‎ ‎7．BD 解析：对于系统机械能守恒，故D选项正确；但对于单个物体机械能不守恒，绳子拉力对做负功，其机械能减少，绳子拉力对做正功，其机械能增加，故B选项正确。‎ ‎8、D 解析：由机械能守恒定律：，解得：‎ ‎9、ACD 6‎ 解析：由A到B的过程中恒力F做功，使得小球的动能和重力势能均增加，因此恒力F做的功大于小球重力势能的增量，故A正确；由题意知，小球在B点受到的沿圆弧切线方向的合力恰好为零，即拉力F与重力沿圆弧切线方向的分力大小相等，方向相反，则小球到达B点之前，小球在B点受到圆弧切线方向的合力大于零，方向与速度方向相同，故从A到B小球做加速运动，故小球不可能静止在B点．故B错误；细线的拉力始终与速度方向垂直，所以不做功．故C正确；若在B点将力F撤去时，由于存在速度，所以小球来回摆动时偏离竖直方向的最大角度大于θ，故D正确。‎ ‎10、AB 解析：A、如果v0=，根据机械能守恒定律得：=mgh，解得：h=，即小球能够上升的最大高度为，故A正确；‎ B、设小球恰好能运动到与圆心等高处时在最低点的速度为v，则根据机械能守恒定律得：mgR=，解得，v=‎ 故如果v0=，则小球能够上升的最大高度为R，故B正确．‎ C、D设小球恰好运动到圆轨道最高点时在最低点的速度为v1，在最高点的速度为v2．‎ 则在最高点，有 mg=m；‎ 从最低点到最高点的过程中，根据机械能守恒定律得：2mgR=；‎ 联立以上两式得：v=；‎ 所以如果v0=和v0=，小球不能到达圆轨道的最高点，即上升的高度小于2R．‎ 如果v0=，根据机械能守恒定律得：=mgh，解得：h=，当根据竖直平面内的圆周运动知识可知小球在上升到处之前就做斜抛运动了，故C、D错误；‎ 故选：AB 二、解答题：‎ ‎1.解析：实验步骤中错误的是E和I，因为实验中不需要测定时间，打点计时器应使用低压交流电源。可有可无的实验步骤是A。     其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是：J、G、B、H、D、C、F。‎ ‎2．不必要的器材：秒表、低压直流电源和天平；缺少的器材：低压交流电源、刻度尺、重锤．‎ ‎3．解析：（1）1．‎175m／s，6．96×10-1J；‎ ‎，‎ ‎（2）6．92×10一1J；‎ ‎（3）EkB=6．96×10—1J，Ekp=6．92×10—1J．在误差允许范围内，二者相等，可认为机械能守恒．‎ ‎4．‎ 解析：物体沿光滑轨道运动，仅有重力做功，机械能守恒，根据机械能守恒定律，有 ‎5． ‎5m；‎‎2.5m 解析：(1)根据机械能守恒可知：‎ 6‎ ‎（2）重力势能与动能相等即：‎ ‎6．‎ 解析：选择桌面上和挂出部分的链条作为研究对象，从图中位置到全部移开桌面过程中，系统重力势能的减小等整个链子动能增加，由机械能守恒得（设链子单位长度质量为）‎ 则：‎ ‎∴‎ ‎7． ‎2.0m/s ；‎1.2m；‎6.4m/s 解析:(1)滑块在斜面上受力图如图所示：‎ f N mg 垂直于斜面方向:N - mgcosθ= 0‎ 沿斜面方向:mgsinθ-μN = ma 求出a=‎2.0m/s2‎ 由vB2=2as 求出vB=‎2.0m/s ‎ ‎(2)设滑块从B到C所用时间为t 由，‎ 求出x=‎‎1.2m ‎(3)从B到C，取地面为零势能面，由机械能守恒定律有：‎ 求出 6‎