物理（新教材）高一暑假作业之巩固练习5 机械能守恒定律及其应用含答案解析

这是一份物理（新教材）高一暑假作业之巩固练习5 机械能守恒定律及其应用含答案解析，共10页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

暑假练习05
机械能守恒定律及其应用



一、选择题：第1～5题为单选题，第6～10题为多选题。
1．机械能守恒的条件是“只有重力对物体做功”，这句话的意思是（　　）
A．物体只能受重力的作用，而不能受其他力的作用
B．物体除受重力以外，还可以受其他力的作用，但其他力不做功
C．只要物体受到的重力做了功，物体的机械能就守恒，与其他力做不做功无关
D．以上说法均不正确
2．人站在距地面高为h的阳台上以相同的速率v0分别把三个小球竖直向下、竖直向上、水平抛出，不计空气阻力，则三个小球落地时的速率（　　）
A．上抛的小球最大 B．下抛的小球最大
C．平抛的小球最大 D．一样大
3．如图，处于斜面上的物体，在水平推力作用下，从静止开始沿粗糙斜面向上运动至具有某一速度，物体获得的动能一定（　　）
A．小于推力所做的功
B．等于克服重力所做的功
C．等于克服摩擦力所做的功
D．大于克服摩擦力所做的功
4．“新冠”疫情期间，湖南一民警自费买药，利用无人机空投药品，将药品送到了隔离人员手中。假设无人机在离地面高度为8 m处悬停后将药品静止释放，药品匀加速竖直下落了2 s后落地，若药品质量为1 kg，重力加速度g=10 m/s2，则药品从释放到刚接触地面的过程中（　　）
A．药品机械能守恒 B．机械能减少了48 J
C．重力势能增加了80 J D．合力做了48 J的功
5．如图所示，小滑块a、b的质量均为m，a套在固定竖直杆上，与水平地面相距h，b放在地面上。a、b通过铰链用刚性轻杆连接，由静止开始运动。不计一切摩擦，重力加速度大小为g。则（　　）
A．a落地前，轻杆对b一直做正功
B．a落地时速度大小为2
C．a下落过程中，其加速度始终小于g
D．a落地前，当a的机械能最小时，b对地面的压力为mg
6．蹦极是一项既惊险又刺激的运动，深受年轻人的喜爱。如图所示，蹦极者从P点静止跳下，到达A处时弹性绳刚好伸直，继续下降到最低点B处，B离水面还有数米距离。现分析蹦极者（视为质点）在其第一次下降的整个过程中，蹦极者重力势能的减少量为ΔE1、绳的弹性势能增加量为ΔE2，蹦极者克服空气阻力做功为W，弹性绳的质量忽略不计，则下列说法正确的是（　　）
A．蹦极者在A点速度最大
B．蹦极者机械能的减少量为ΔE1
C．蹦极者与绳组成的系统机械能的减少量为W
D．ΔE1=W+ΔE2
7．如图所示，固定的粗糙斜面的长为，倾角为，一小物块从A点处由静止释放，下滑到B点与弹性挡板碰撞，每次碰撞前后速率不变，第一次返回到达的最高点为Q（图中未画出）。设物块和斜面间的动摩擦因数为0.2，以B点为零势能面（，）。则下列说法正确的是（　　）

A．物块沿斜面下滑时其机械能减少，沿斜面上滑时其机械能增加
B．Q点到B点距离为
C．物块第一次下滑时，动能与势能相等的位置在中点下方
D．物块从开始释放到最终静止经过的总路程为
8．如图所示、小球从A点静止下落，在B点接触竖直放置的轻质弹簧，运动到D点速度变为零，下列说法正确的是（　　）

A．小球从A到B的过程中，机械能守恒
B．小球从B到D的过程中，机械能守恒
C．小球从B到D的过程中，动能的减少量小于弹簧弹性势能的增加量
D．小球从B到D的过程中，重力对小球做功的功率逐渐减小
9．如图所示，一架连接天桥和地面的滑梯，能使人们节约走楼梯的时间而快速到达地面。已知竖直固定的滑梯为光滑的等距螺旋轨道，总长度为l，入口到出口竖直高度差为h。现有一质量为m的小朋友从顶端入口静止滑下，已知重力加速度为g，不计一切摩擦，则该小朋友（　　）
A．运动过程中加速度大小逐渐增大
B．在滑梯底端时的速度大小为
C．运动到距顶端入口高度差为时，重力的冲量为
D．运动到距顶端入口高度差为时，重力的瞬时功率为
10．如图所示，长度均为L的三根轻杆构成一个正三角形支架，在A处固定质量为2m 的小球，B处固定质量为m的小球，支架悬挂在O点可绕过O点并与支架所在平面相垂直的固定轴转动，开始B球位于悬点O正下方，放手后到连接AB 两球的杆第一次水平时，下列说法正确的是（　　）
A．此时A球的速度大小为
B．此时两球的速度最大
C．此过程中A球的机械能减少(－1)mgL
D．此过程中轻杆对B做功mgL
二、非选择题
11．某校物理实验社团欲利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。跨过定滑轮的细线两端系着质量均为M的物块A、B，A下端与通过打点计时器的纸带相连，B上放置一质量为m的金属片C，固定的金属圆环D处在B的正下方。系统静止时C、D间的高度差为h。先接通电磁打点计时器，再由静止释放B，系统开始运动，当B穿过圆环D时C被D阻挡而停止。

(1)如已测出B穿过圆环D时的速度大小v，该实验中需验证的等式是________（用M、m、v和重力加速度g表示）。还可运用图像法加以验证：改变物块B的释放位置，重复上述实验，记录每次C、D间的高度差h，并求出B刚穿过D时的速度v，作出v2-h图线如图乙所示，根据图线得出重力加速度的表达式g=________，判断系统机械能是否守恒。
(2)社团同学认为，由于阻力的作用会使实验误差较大，故欲先行测量阻力的大小，然后再进行验证。已知图丙中用轻细绳跨过轻滑轮连接的两个小物块的质量分别为M和m，且M>m，打点计时器打点的周期为，重力加速度为g，纸带的质量不计。由静止释放M，小物块m上拖着的纸带通过打点计时器打出一条点迹清晰的纸带，并测出计时点1到计时点2之间的距离为x1，计时点4到计时点5之间的距离为x2，如图乙所示，则物块M运动的过程中加速度大小的表达式为________；并据此得出系统在运动的过程中所受到阻力大小的表达式为________。（用题干所给物理量的符号表示）
(3)为了更精确的验证机械能守恒定律，请提出一条改进方案_________。
12．如图所示，在离粗糙水平直轨道CD高处的A点有一质量的物块（可视为质点），现将物块以某一初速度水平抛出后，恰好能从B点沿切线方向进入光滑圆弧形轨道。B点距水平直轨道的高度，点为圆弧形轨道的圆心，圆心角为，圆弧形轨道最低点C与长为的粗糙水平直轨道平滑连接。物块沿轨道运动并与右边墙壁发生碰撞，且碰后速度等大反向，已知重力加速度，不计空气阻力。求：
(1)物块从A点刚抛出时的初速度大小；
(2)物块运动至圆弧形轨道最低点C时，物块对轨道的压力大小；
(3)若物块与墙壁发生碰撞且最终停在轨道上，则物块与轨道间的动摩擦因数应满足的条件。



答案与解析



1．【答案】B
【解析】机械能守恒的条件是“只有重力对物体做功”，这句话的意思是物体除受重力以外，还可以受其他力的作用，但其他力不做功（或做功的代数和为零），故B正确，ACD错误。
2．【答案】D
【解析】由于不计空气阻力，所以三个小球的机械能守恒。由于它们的初速度大小相同，又是从同一位置抛出最后都落在了地面上，所以它们初末位置的高度差相同，由机械能守恒定律可得，由于与质量无关，所以三个小球落地时的速率一样大。
3．【答案】A
【解析】由功能关系可知，力F对物体做的功等于物体动能增加量（获得的动能）与重力势能增加量、系统内能增量之和，即，其中即为物块克服摩擦力所做的功，即为克服重力做的功，可知，而无法比较三者间的大小关系，故选A。
4．【答案】B
【解析】无人机在离地面高度为h，设药品落地时的速度为v，则有，解得v = 8m/s，故动能增加量，重力势能减少了，则机械能减少，机械能不守恒，故AC错误，B正确；根据动能定理可知，合力做功等于动能的增加量，故合力做功为32J，故D错误。
5．【答案】D
【解析】a刚开始运动时b的速度为零，当a落地时，b的速度为零，整个运动过程，b的速度先增大后减小，动能先增大后减小，整个过程只有轻杆对b做功，由动能定理可知，轻杆对b先做正功后做负功，A错误；a、b组成的系统，只有重力做功，系统的机械能守恒，a落地时，b的速度为零，根据系统机械能守恒定律得，解得，B错误；轻杆对b先做正功后做负功，则杆先处于压缩状态、后处于拉伸状态，则轻杆对a的作用力先斜向上后斜向下，轻杆对a的作用力在竖直方向的分力先竖直向上后竖直向下，a所受合力先小于重力后大于重力，由牛顿第二定律可知，a的加速度先小于g后大于g，C错误；a、b组成的系统，只有重力做功，系统的机械能守恒，当a的机械能最小时，b的速度最大，此时b受到a的推力为零，b只受到重力的作用，所以b对地面的压力大小为mg，D正确。
6．【答案】BCD
【解析】A点蹦极者只受重力作用，加速度向下，速度不是最大，故A错误；P、B两点处动能都为0，蹦极者在其第一次下降的整个过程中，蹦极者重力势能的减少量为ΔE1、机械能的减少量为ΔE1，故B正确；蹦极者克服空气阻力做功为W，蹦极者与绳组成的系统机械能的减少量为W，故C正确；根据能量守恒知，由于动能变化量为零，重力势能的减小量等于弹性势能的增加量与克服阻力做功之和，即ΔE1=W+ΔE2，故D正确。
7．【答案】CD
【解析】物块沿斜面下滑时或者上滑时，都要克服摩擦力做功，则物块的机械能都减小，A错误；从A点到Q点，由能量关系，解得Q点到B点距离，B错误；设物块第一次下滑时，动能与势能相等的位置距离B点为x1，则，其中，解得，即动能与势能相等的位置在中点下方，C正确；由能量关系，物块最终将停止在挡板位置，则从开始释放到最终静止，则，解得经过的总路程，D正确。
8．【答案】AC
【解析】小球从A到B的过程中，除重力之外没有其他力做功，机械能守恒，故A正确；小球从B到D的过程中，弹簧对小球做功，机械能不守恒，故B错误；小球从B到D的过程中，动能和重力势能转化为弹簧弹性势能，因此动能的减少量小于弹簧弹性势能的增加量，故C正确；小球从B到D的过程中，先加速后减速，重力对小球做功的功率先增大后减小，故D错误。
9．【答案】AC
【解析】小朋友下滑时沿速度方向的加速度大小不变，线速度大小逐渐变大，垂直于速度方向的向心加速度逐渐增大，则运动过程中加速度大小逐渐增大，A正确；由于小朋友下滑过程中无重力之外的力做功，满足机械能守恒，有，解得，B错误；设轨道切线方向与水平方向的夹角为，则有，沿运动方向的加速度大小为，小朋友从顶端运动到距顶端入口高度差为的过程，有，解得，重力的冲量，C正确；小朋友从顶端运动到距顶端入口高度差为时，有，解得，重力的瞬时功率，D错误。
10．【答案】AD
【解析】两球均做圆周运动，任意时刻的角速度都相同，根据可知，任意时刻的线速度大小也相同；设连接A、B两球的杆第一次水平时两球的速度大小均为v1，根据动能定理得，得，故A正确；根据机械能守恒定律，当系统的重力势能减少最多时，两球的速度最大，所以当A、B两球组成的系统重心达到最低点时，两球的速度最大，如图所示，设A和B的重心在C点，则AC:CB＝1:2，当C点在最低点时两球的速度最大，故B错误；此过程中，A球的机械能减少量，故C错误；由于A、B组成系统的机械能守恒，所以轻杆对A做的功与对B做的功的代数和为零，根据C项分析可知轻杆对A做负功，对B做正功，且对A做负功的绝对值等于，因此连接A、B两球的杆第一次水平的过程中，轻杆对B做功，故D正确。
11．【答案】(1)          (2)         
(3)使用体积小、密度大的物体做实验
【解析】(1)系统重力势能减小量，系统动能增加量，则需验证，根据系统机械能守恒得，则。
(2)根据，得加速度大小的表达式为，根据，得所受到阻力大小的表达式。
(3)一条改进方案：使用体积小、密度大的物体做实验。
12．【解析】(1)设B点的竖直分速度为，由平抛运动规律可得

解得
设在A点开始平抛的初速度为，则
解得。
(2)物体从A点运动至C点过程，由动能定理可得

解得运动至C点时的速度
在C点，由向心力公式可得
由几何知识可得
解得圆弧形轨道半径
故当物块运动至C点时，轨道对物块支持力大小
由牛顿第三定律，在C点物块对轨道的压力大小。
(3)若物体从C到D的过程，恰好停在D点，由动能定理可得

解得
若物体经与墙壁碰撞后，恰好回到B点时速度为零，由能量守恒定律可得

解得
综上所述。