物理必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律课时训练

1.5科学验证：机械能守恒定律基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）必修第二册

一、选择题（共15题）

1．如图所示，在同一竖直平面内，一长L=9cm的轻质细绳一端固定在O点，另一端系一质量m=0.1kg的小球，水平线AB和水平地面EF之间相距h，一倾角为53°的光滑斜面放置在AB与EF之间。将细绳拉至水平，使小球从位置C由静止释放，小球到达最低点D时，细绳刚好被拉断，D点到水平线AB的高度为h。之后小球在运动过程中恰好沿斜面向下运动。sin53°=0.8，cos53°=0.6，g=10m/s2，下列说法正确的是（　　）

A．细绳受到的拉力的最大值为5N

B．D点到水平线AB的高度h=0.16m

C．小球从位置C运动到EF平面的过程中重力做的功为4.1J

D．小球从位置C运动到A点的过程中重力势能变化了0.32J

2．下面的实例中，对机械能守恒判断正确的是（　　）

A．小球自由下落，落在竖直弹簧上，将弹簧压缩后又被弹簧弹起来，小球与弹簧组成的系统机械能守恒

B．拉着物体沿光滑的斜面匀速上升，物体的机械能守恒

C．跳伞运动员张开伞后，在空中匀速下降，运动员与伞组成的系统机械能守恒

D．飞行的子弹击中并射入放在光滑水平桌面上的木块，子弹与木块组成的系统机械能守恒

3．在下列几种运动过程中，机械能守恒的是

A．物体沿斜面匀速下滑 B．小球作自由落体运动

C．运动员打开降落伞从空中降落 D．汽车刹车做减速运动

4．体操运动员做“单臂大回环”时，用一只手抓住单杠，伸展身体，以单杠为轴在竖直平面内做圆周，如图所示，此过程中，运动员到达最低点时手臂受的拉力约为

A．50N B．500N C．2500N D．5000N

5．如图所示，A、B两物体的质量分别是m1和m2，用劲度系数为k的轻弹簧相连，处于竖直静止状态．现对A施加竖直向上的力F将A提起，稳定时B对地面无压力．当撤去F，A由静止向下运动至速度最大时，重力做功为（　　）

A． m12g2 B． m22g2 C． m1（m1+m2）g2 D． m2（m1+m2）g2

6．质量为m、长度为l的均匀软绳放置在水平地面上，现将软绳一端提升至离地面高度为h处，软绳完全离开地面，则至少需要对软绳做的功为

A． B． C． D．

7．如图所示，长为的光滑斜面固定在水平光滑桌面上并和桌面平滑连接，为一竖直线，将小球从斜面的顶端由静止释放，小球到达斜面底端后恰能无能量损失地从桌面边缘水平飞出。桌面底部有另一足够长且倾角可调节的斜面，小球从斜面顶端由静止释放后，恰能垂直击中斜面，已知水平桌面高度，重力加速度为，倾角，为锐角，不计空气阻力，则的值为（　　）

A． B． C． D．

8．如图所示，一滑块从半圆形光滑轨道上端由静止开始滑下，当滑到最低点时，关于滑块动能大小和对轨道最低点的压力，下列结论正确的是（       ）

A．滑块的质量不变，轨道半径越大，滑块动能越大，对轨道的压力越大

B．滑块的质量不变，轨道半径越大，滑块动能越大，对轨道的压力与半径无关

C．轨道半径不变，滑块的质量越大，滑块动能越大，对轨道的压力越小

D．轨道半径不变，滑块的质量越大，滑块动能越大，对轨道的压力不变

9．质量为 的小球A和质量为的物块用跨过光滑定滑轮的细线连接，物块放在倾角为的固定斜面体上，将小球A拉至细线与竖直方向夹角为的位置由静止释放时，物块刚好不下滑﹐当小球摆到最低点时，物块刚好不上滑，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，不计空气阻力，，，则为（　　）

A． B． C． D．

10．如左图所示，水平传送带以v2的恒定的速度顺时针运转，某时刻质量为m=5kg   的箱子以v1的初速度从左端向右水平滑上传送带，经过6s后，箱子滑离传送带，从箱子滑上传送带到离开传送带的整个过程中，箱子的v-t图像如右图所示．关于传送箱子的叙述正确的是（        ）

A．传送带左右两端长度为36m

B．箱子与传送带间的动摩擦因数为0.5

C．传送带对箱子做功为80J

D．传送箱子过程中摩擦产热为80J

11．如图所示，2021年2月，我国“天问一号”火星探测器抵达环绕火星的轨道，正式开启火星探测之旅。先进入火星停泊轨道2，近火点280千米、远火点5.9万千米，进行相关探测后进入较低的轨道3开展科学探测。则下列说法正确的是（　　）

A．在轨道1上的运行速度不超过第二宇宙速度

B．在轨道2上近火点的加速度与轨道3上近火星点的加速度相等

C．在轨道2上近火点的机械能比远火点小

D．在轨道2上近火点加速可进入轨道3

12．如图所示，质量分别为3m和m的A、B两物体用不可伸长的轻绳绕过轻质定滑轮相连，开始两物体处于同一高度，绳处于绷紧状态，轻绳足够长，不计一切摩擦，现将两物体由静止释放，在A落地之前的运动中，下列说法中正确的是（　　）

A．物体的加速度为2g

B．A减少的重力势能等于B增加的动能

C．A下落h时，B的瞬时速率为

D．A下落h时，A的机械能减少了

13．如图所示，某同学将带弹簧的圆珠笔倒置，在桌面上竖直向下压紧弹簧，突然松手，圆珠笔竖直向上弹起。对于圆珠笔（含弹簧），下列说法正确的是（　　）

A．向下压缩弹簧的过程中，笔的机械能守恒

B．笔竖直向上运动的过程中机械能守恒

C．圆珠笔刚离开桌面时动能最大

D．换用不同的弹簧，只要压缩量相同，笔上升的最大高度相同

14．如图所示，两物体由高度相同、路径不同的光滑斜面由静止下滑，物体通过两条路径的长度相等，通过C点前后速度大小不变，则下列说法正确的是（　　）

A．物体沿AB斜面运动时间较短 B．物体沿ACD斜面运动时间较短

C．物体沿两个光滑斜面运动时间相等 D．无法确定

15．下列物体机械能守恒的是

A．子弹在穿过木块的过程中 B．火车在进站的过程中

C．匀速上升的气球 D．在光滑水平面上匀速运动的小球

二、填空题（共4题）

16．如图所示是“用DIS实验系统研究机械能守恒定律”的实验装置，本实验中，采用的传感器是_______（填写传感器名）。本实验中，先选取零势能面再进行实验，则零势能面位置的选取对验证摆锤动能与重力势能之和为常数________影响（选填“有”或“无”）。

17．如图所示，轻质动滑轮下方悬挂重物A、轻质定滑轮下方悬挂重物B，悬挂滑轮的轻质细线竖直。开始时，重物A、B处于静止状态，释放后A、B开始运动。已知重物A的质量为3m，重物B的质量为m，不计一切摩擦及空气阻力，重力加速度为g，当B的位移为h时，重物A的速度为________，重物B的速度为________。

18．如图所示，一匀质杆长，从图示位置由静止沿光滑面滑动，是半径为r的圆弧，长为，则当直杆滑到时的速度大小是________．

19．利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。

为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量。

（1）实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为、、。已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量______，动能变化量______。

（2）大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是______。

A．利用公式计算重物速度

B．利用公式计算重物速度

C．空气阻力和摩擦力的影响

D．没有采用多次实验取平均值的方法

（3）某同学想用下述方法研究机械能是否守恒，在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点的距离，计算对应计数点的重物速度，描绘图像，并做如下判断：若图像是一条过原点的直线，图像斜率满足______，则重物下落过程中机械能守恒。

三、综合题（共4题）

20．如图所示，内壁光滑且半径为的半圆形细圆管道（圆半径相比细管的内径大得多）与内壁粗糙的直管组成的圆管轨道固定在水平地面上，其中段的动摩擦因数为，长度为。该圆管轨道的端与一竖直面内半径为的光滑圆弧轨道平滑串接，端与另一竖直面内的内壁光滑的曲线细圆管道平滑串接，管道端切线水平。现将一个质量为的小球（可视为质点）从圆弧轨道上某个位置静止释放，释放位置至圆心的连线与竖直方向夹角。已知所有管道的内径均略大于小球直径，整个运动过程中空气阻力不计，取，。求：

（1）小球经过A点时的速度大小；

（2）小球经过点时对管道的压力大小；

（3）将小球释放位置的夹角增至53°，管道端的离地高度大小可自由调节，在垂直管道端切向方向的前端距点处有一块足够大的竖直挡板。若小球最终能击中挡板，求小球击中挡板的最小动能。

21．如图，小球A和B紧靠一起静止于光滑平台上，mAmB=35，两小球在内力作用下突然分离，A分离后向左运动恰好通过半径R=0.5m的光滑半圆轨道的最高点；B球分离后从平台上水平抛出，恰好落在临近平台的一倾角为的光滑斜面顶端，并刚好沿光滑斜面下滑，已知斜面顶端与平台的高度差h=0.8m，g=10m/s2，则：

（1）AB两球刚分离时A的速度大小；

（2）斜面距离平台的水平距离s；

（3）B球沿斜面下滑的加速度．

22．如图所示，一滑块紧挨着一根锁定的弹簧静止在水平面的左端，中间是一个逆时针转动的传动带（A和B是水平传送带上的两个端点），通过一水平面与倾斜角为37°的足够长的斜面CD相连。已知滑块质量为m=1kg，滑块与传送带之间的动摩擦因数μ1=0.3，传送带端点AB之间的长L=6m，传送带的速度v0=2m/s，斜面CD与滑块的动摩擦因数μ2=0.25，其余接触面光滑，且各个节点连接良好，滑块通过无能量损失。解锁弹簧，滑块离开弹簧后滑上传送带，则

（1）若滑块恰不能通过传送带，则弹簧弹性势能是多少？

（2）在第（1）问条件下，求滑块从滑上传送带到离开的过程中，与传送带摩擦产生的热量；

（3）调整弹簧的形变量，使得滑块滑上皮带后再次经过A点向左运动时，速度与传送带速度v0相等，求弹簧弹性势能的取值范围。

23．如图所示，在竖直平面内，粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD相切于B，C是最低点，圆心角，D与圆心O等高，圆弧轨道半径，现有一个质量为可视为质点的小物体，从D点的正上方E点处自由下落，D、E两点间的距离，物体与斜面AB之间的动摩擦因数，取，求：

(1)物体第一次通过C点时，物体对轨道C点的压力大小；

(2)要使物体不从斜面顶端飞出，斜面的长度至少要多长；

参考答案：

1．B

2．A

3．B

4．C

5．C

6．D

7．B

8．B

9．A

10．C

11．B

12．D

13．B

14．B

15．D

16．     光电门     无

17．         

18．

19．               C     2g

20．（1）；（2）；（3）

21．（1）5m/s；（2）1.2m；（3）8m/s

22．（1）；（2）；（3）

23．(1)，方向竖直向下；(2)2.41m