4.5机械能守恒定律 同步基础练-2020-2021学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册（word含答案）

2020-2021学年粤教版必修第二册高一下册第四章4.5机械能守恒定律同步基础练
一、单选题
1．下列过程中，机械能一定守恒的是（　　）
A．子弹射穿木块的过程
B．树叶在空中缓缓飘落的过程
C．木箱沿固定的光滑斜面向上滑动的过程
D．跳伞运动员张开伞后，在空中匀速下降的过程
2．荡秋千是广大人民非常喜欢的一项运动，既能强身健体，还能娱乐身心。如图所示，随着站立在秋千踏板上的人不断地下蹲和起立，秋千可越荡越高。如果不计秋千绳索的质量，忽略空气阻力和秋千轴间摩擦的影响，则下列说法正确的是（　　）
A．荡秋千的过程中人与踏板机械能守恒
B．在秋千越荡越高的过程中，人所做的功等于踏板机械能的增加
C．人始终保持相同的姿势经过最低点时，绳子的拉力最小
D．秋千板以相同的速度经过最低点时，人在站立状态下比下蹲状态下秋千绳的拉力大
3．如图所示，根据机械能守恒条件，下列说法正确的是（　　）
A．甲图中，火箭升空的过程中，若匀速升空机械能守恒，若加速升空机械能不守恒
B．乙图中物体沿着斜面匀速向上运动，机械不能守恒
C．丙图中小球做匀速圆周运动，机械能不守恒
D．丁图中，轻弹簧将A、B两小车弹开，两小车组成的系统（不包括弹簧）机械能守恒
4．如图所示，具有一定初速度v的物块，在沿倾角为37°的粗糙斜面向上运动的过程中，受一个恒定的沿斜面向上的拉力F作用，这时物块的加速度大小为6m/s2，方向沿斜面向下，g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，在物块向上运动的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．物块的机械能不变
B．物块的机械能一定减少
C．物块的机械能一定增加
D．物块的机械能可能增加，也可能减少
5．广州塔上有一“摩天轮”轮面与水平面成一定的角度。一游客随“摩天轮”一起做匀速圆周运动，则（　　）
A．游客的机械能守恒
B．游客所受的合力始终指向轴心O
C．游客在最高点处超重
D．游客始终只受重力和竖直向上的支持力作用
6．如图所示质量为m的小球，从离桌面高h处由静止下落，桌面离地面高为H，设在桌面处物体重力势能为零，空气阻力不计，那么，小球落到地面时的机械能为（　　）
A． B． C． D．
7．2020年12月17日凌晨1时59分，嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆。如图所示是嫦娥五号探测器到达月面之前的两个轨道，轨道Ⅰ为环月圆轨道，轨道Ⅱ是椭圆轨道，其中B为近月点，A为远月点。下列说法正确的是（　　）
A．嫦娥五号探测器在轨道Ⅱ上A点的速度大于在B点的速度
B．嫦娥五号探测器在轨道Ⅱ运动的周期大于在轨道Ⅰ运动的周期
C．嫦娥五号探测器从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，机械能增加
D．嫦娥五号探测器在轨道Ⅰ上运动到A点时的加速度等于在轨道Ⅱ上运动到A点时的加速度
8．如图所示，A、B两球质量相等，A球用不能伸长的轻绳系于O点，B球用轻质弹簧系O′点。O与O′点在同一水平面上，分别将A、B球拉到与悬点等高处，使绳和轻弹簧均处于水平，弹簧处于自然状态，将两球分别由静止开始释放，当两球达到各自悬点的正下方时两球恰好仍处在同一水平面上，则（　　）
A．两球到达各自悬点的正下方时，两球动能相等
B．两球到达各自悬点的正下方时，B球动能较大
C．两球到达各自悬点的正下方时，A、B两球机械能相等
D．两球到达各自悬点的正下方时，A球机械能较大
9．如图所示，在地面上以速度抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上。若以海平面为零势能面，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法中正确的是（　　）
A．物体到达海平面时的重力势能为mgh
B．重力对物体做的功为-mgh
C．物体在海平面上的动能为
D．物体在海平面上的机械能为
10．如图所示，质量为的物体置于粗糙的质量为的斜面体上，斜面体置于光滑的水平面上，当物体以速度沿斜面体底端冲上顶端的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．物体受到的力的个数比斜面体受到的力的个数要少
B．物体和斜面体组成的系统机械能守恒
C．斜面体对物体的作用力不做功
D．物体的机械能增大
二、多选题
11．如图所示，一个容器固定在水平地面上，其内壁是一粗糙程度均匀、半径为R的半球面，在半球面水平直径AB的一端A处有一质量为m的小滑块，它沿容器内壁由静止开始下滑。当小滑块第一次经过容器底部时，它对容器底部的压力大小为2mg，重力加速度大小为g，则（　　）
A．小滑块下滑过程中机械能守恒
B．小滑块能够上升到对面距容器底部高度处
C．小滑块第一次经过容器底部时，向心加速度大小为g
D．小滑块从开始下滑到第一次经过容器底部的过程中，克服摩擦力做功
12．质量为m的物体从高h处以的加速度由静止竖直下落到地面，下列说法正确的是（　　）
A．物体的机械能减少 B．物体的重力势能减少
C．物体的动能增加 D．重力做功为mgh
13．质量为0.5kg的物体以9m/s的初速度竖直向上抛出。物体向上运动时的加速度大小为，假设全程阻力大小不变。当物体回到出发点的过程中，下列说法正确的有（）（　　）
A．物体的机械能守恒 B．物体上升的最大高度为3.375m
C．全程合外力对物体做功为零 D．全程物体的机械能损失为6.75J
14．如图所示，质量均为m的两物体处于同一高度h处，A沿固定在地面上的长为s的光滑斜面下滑，B自由下落，最后到达同一水平面，则（　　）
A．重力对A做功mgscosθ B．两物体重力的平均功率相同
C．到达底端时重力的瞬时功率PA15．6月份是收割小麦的季节，如图甲所示，粮库工作人员通过传送带把小麦堆积到仓库内。其简化模型如图乙所示，工作人员把一堆小麦轻轻地放在倾斜传送带的底端，小麦经过加速和匀速两个过程到达传送带顶端，然后被抛出落到地上。已知传送带与地面的夹角为，两轴心间距为L，传送带以恒定的速度v顺时针转动，忽略空气阻力，重力加速度为g，以地面为零势能面，对于其中一颗质量为m的麦粒P（如图所示）的说法正确的是（　　）
A．在匀速阶段，其他麦粒对麦粒P不做功
B．在传送带上运动时，其他麦粒对麦粒P做的功为
C．麦粒P离开传送带后（未落地）的机械能为
D．麦粒P克服重力做功的最大值为
三、实验题
16．某探究小组想利用验证机械能守恒定律的装置测量当地的重力加速度，如图甲所示。框架上装有可上下移动位置的光电门1和固定不动的光电门2；框架竖直部分紧贴一刻度尺，零刻度线在上端，可以测量出两个光电门到零刻度线的距离和；框架水平部分用电磁铁吸住一个质量为m的小铁块，小铁块的重心所在高度恰好与刻度尺零刻度线对齐。切断电磁铁线圈中的电流时，小铁块由静止释放，当小铁块先后经过两个光电门时，与光电门连接的传感器即可测算出其速度大小和。小组成员多次改变光电门1的位置，得到多组和的数据，建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k。
（1）当地的重力加速度为________（用k表示）。
（2）若选择光电门2所在高度为零势能面，则小铁块经过光电门1时的机械能表达式为______________（用题中物理量的字母表示）。
（3）关于光电门1的位置，下面哪个做法可以减小重力加速度的测量误差________
A．尽量靠近刻度尺零刻度线
B．尽量靠近光电门2
C．既不能太靠近刻度尺零刻度线，也不能太靠近光电门2
17．某同学利用如图甲所示的实验装置探究自由落体运动的规律。
(1)请指出该同学在实验操作中存在的两处明显错误：
①____________________；
②____________________。
(2)该同学经正确操作得到如图乙所示的纸带，取连续的六个计数点A、B、C、D、E、F，测得h1、h2、h3、h4、h5。若他分别计算了出各计数点对应的速度数值，并在坐标系中画出v2与h的关系图线，如图丙所示，则图线的斜率代表的物理含义是______________，进一步可得当地的重力加速度g=________m/s2（计算结果保留两位有效数字）。
四、解答题
18．如图所示，轻绳一端固定在O点，另一端系住质量m=1.0kg的小球（可视为质点），A点与O点位于同一水平高度。小球从A点由静止释放后在竖直平面内做圆周运动，到达O点正下方的B点时绳子突然断裂，小球从B点开始做平抛运动并落在水平面上的C点，B点与水平面的高度差h=1.8m，B，C间的水平距离s=2.4m，O、A、B、C在同一竖直面内，重力加速度g取10 m/s2，不计一切阻力。求：
（1）小球由B点运动到C点的时间t；
（2）小球在B点的速度大小vB；
（3）小球在A点的重力势能EpA（取地面的重力势能为零）。
19．雪车是冬季竞技运动项目之一。如图所示，在一段赛道上，运动员操控雪车无动力滑行，沿斜坡赛道经A点至坡底O点，再沿水平赛道经B点滑至C点。已知运动员与雪车的总质量为m，A点距水平赛道的高度为h，OB距离为s，雪车在A、B和C各点的速度分别为vA、vB和vC，从B点滑至C点所用tBC。忽略空气阻力，设雪车与赛道表面间的摩擦力大小恒定，重力加速度大小为g，求∶
(1)滑行过程中雪车所受摩擦力的大小；
(2)雪车与运动员从A点滑到O点的过程中机械能的改变量。
20．如图所示，光滑轨道由水平面内的直轨道AB与竖直面内的半圆形轨道CD组成，B、C点光滑无缝衔接，在C点底部放置一压力传感器（不考虑其厚度）。质量为1kg的物块P静止在A点，在拉力F的作用下加速向B点运动。到达B点时撤去F，在C点进入轨道时压力传感器的示数为80.0N，之后沿半圆轨道到达D点，已知半圆轨道半径R=1m，，外力F=14N，，取，求：
（1）A点到B点的距离；
（2）物块到达D点时的速度；
（3）将物块P换为质量为2kg的物块Q，再次用F将物块Q从A拉到B，到达B点时撤去F，Q达到的最高点到地面的距离。
参考答案
1．C
【详解】
A．子弹射穿木块的过程，机械能有损失，不守恒，选项A错误；
B．树叶在空中缓缓飘落的过程，空气阻力要做功，机械能减小，选项B错误；
C．木箱沿固定的光滑斜面向上滑动的过程，只有重力做功，机械能守恒，选项C正确；
D．跳伞运动员张开伞后，在空中匀速下降的过程，动能不变，重力势能减小，则机械能减小，选项D错误。
故选C。
2．D
【详解】
A.荡秋千的过程中，人体的肌肉收缩伸展，对人与踏板组成的系统做功，使系统的机械能增大，故A错误；
B. 在秋千越荡越高的过程中，人所做的功等于人和踏板组成系统的机械能的增加，故B错误；
C.人始终保持相同的姿势经过最低点时，人和踏板的速度最大，所需向心力最大，绳子的拉力最大，故C错误；
D. 设秋千绳拉力为N，由牛顿第二定律可知，在最低点
则站立状态时重心高，相当于半径r小，因此秋千绳拉力N比较大，故D正确；
故选D。
3．B
【详解】
A．甲图中，火箭升空的过程中，若匀速升空，则机械能增加，若加速升空机械能也增加，选项A错误；
B．乙图中物体沿着斜面匀速向上运动，则动能不变，重力势能增加，则机械不能守恒，选项B正确；
C．丙图中小球做匀速圆周运动，小球的动能和重力势能都不变，则机械能守恒，选项C错误；
D．丁图中，轻弹簧将A、B两小车弹开，两车和弹簧系统的机械能守恒，但是两小车组成的系统（不包括弹簧）机械能不守恒，选项D错误。
故选B。
4．A
【详解】
物体的加速度为6m/s2方向沿斜面向下，根据牛顿第二定律得
代入数据可知，F等于f，F与f的合力不做功，支持力不做功，此过程中只有重力做功，机械能守恒。故A正确BCD错误。
故选A。
5．B
【详解】
A．游客随“摩天轮”一起做匀速圆周运动，动能不变，重力势能不断变化，故机械能不守恒，故A错误；
B．一游客随“摩天轮”一起做匀速圆周运动，所以游客所受的合力始终指向轴心O，故B正确；
C．游客在最高点处，加速度向下，处于失重状态，故C错误；
D．游客始终合力始终指向圆心，则在除最高点和最低点外，不仅受重力和竖直向上的支持力作用，还受其他力作用，故D错误。
故选B。
6．A
【详解】
由小球下落过程只有重力做功，机械能守恒，小球落到地面上时机械能与刚下落时机械能相等，又设桌面处物体重力势能为零，故刚下落时机械能为，所以小球落到地面时的机械能也为，故A正确。
故选A。
7．D
【详解】
A．B为近月点，A为远月点，所以嫦娥五号探测器在轨道Ⅱ上A点的速度小于在B点的速度，A错误；
B．根据开普勒第三定律，嫦娥五号探测器在轨道Ⅱ运动的周期小于在轨道Ⅰ运动的周期，B错误；
C．嫦娥五号探测器从轨道Ⅰ变轨到轨道Ⅱ，需要点火减速，所以机械能减小，C错误；
D．根据牛顿第二定律，A点所受合外力相同，故嫦娥五号探测器在轨道Ⅰ上运动到A点时的加速度等于在轨道Ⅱ上运动到A点时的加速度，D正确。
故选D。
8．D
【详解】
A．两个球都是从同一个水平面下降的，到达最低点时还是在同一个水平面上，AB两球重力做的功相同，B球在下落的过程中弹簧要对球做负功，B球在最低点的动能要比A的小，A错误；
B．两个球都是从同一个水平面下降的，到达最低点时还是在同一个水平面上，AB两球重力做的功相同，B球在下落的过程中弹簧要对球做负功，B球在最低点的动能要比A的小，B错误；
C．由于下落的过程中弹簧要对球做负功，B的机械能减小，所以两球到达各自悬点的正下方时，A球机械能较大，C错误；
D．由于下落的过程中弹簧要对球做负功，B的机械能减小，所以两球到达各自悬点的正下方时，A球机械能较大 ，D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．以海平面为零势能面，物体到达海平面时的重力势能为0，A错误；
B．重力对物体做的功为mgh，B错误；
C．根据机械能守恒定律，可知，物体在海平面上的动能为，C错误；
D．物体在山顶时的机械能为，物体的机械能守恒，则海平面上的机械能为，D正确。
故选D。
10．A
【详解】
A．物体m受到重力、斜面的支持力和摩擦力，共3个力。斜面体M受到重力、地面的支持力、m的压力和摩擦力，共4个力，所以物体m受到的力的个数比斜面体M受到的力的个数要少，A正确；
B．在物体m向上运动的过程中，系统要产生内能，所以系统的机械能不守恒，B错误；
C．在物体m向上运动的过程中，斜面体M水平向右运动，所以斜面体M对物体m的支持力与m的速度不垂直，两者成钝角，所以M对物体m的支持力对m做负功，摩擦力对m也做负功，因此M对物体m的作用力对物体m做负功，即物体的机械能减小，CD错误。
故选A。
11．CD
【详解】
A．小滑块下滑过程有摩擦力做负功，则机械能减小，故A错误；
CD．小滑块第一次经过容器底部时，它对容器底部的压力大小为2mg，由牛顿第三定律可知容器对滑块的支持力为2mg，由牛顿第二定律有
可得向心加速度大小为
速度为
则下滑过程由动能定理有
可得
即克服摩擦力做功，故CD正确；
B．滑块向右上滑到速度减为零的过程，由动能定理有
因摩擦力做负功，则，故B错误；
故选CD。
12．CD
【详解】
A.因为物体下落的加速度小于g，所以物体一定受到竖直向上的外力f，根据牛顿第二定律可得
解得
则物体机械能的减少量为
故A错误；
BD.物体的重力势能减少量即重力做的功，为
故B错误，D正确；
C.根据动能定理可得物体动能的增加量为
故C正确。
故选CD。
13．BD
【详解】
A．由于有阻力存在，所以物体的机械能不守恒，故A错误；
B．设阻力大小为f，物体上升的最大高度为h，根据牛顿第二定律有
解得
由动能定理得
解得
故B正确；
C．上升和下降过程中，阻力方向总是与速度方向相反，即阻力一直负功；上升过程中重力做负功，下降过程中重力做正功，则整个过程中重力做功为零；所以全程合外力对物体做负功，故C错误；
D．对于下降过程，由动能定理可得
所以全程物体损失的机械能为
故D正确。
故选BD。
14．CD
【详解】
A．物体A重力做功为
故A错误；
B．两物体重力做功相等，由于时间不等，B的时间较短，所以重力的平均功率不同，故B错误；
C．由机械能守恒得

则
可知AB到达同一水面速度大小相等，A的重力的瞬时功率
B的重力瞬时功率
所以达到底端时重力的瞬时功率
故C正确；
D．由机械能守恒可知，到达底端时两物体的动能能相同，故D正确。
故选CD。
15．BD
【详解】
A．选麦粒P为研究对象，根据动能定理
在匀速阶段，其他麦粒对麦粒P做功，A错误；
B．在传送带上运动时，根据动能定理
解得
B正确；
C．麦粒P刚离开传送带时，机械能为
在抛出过程机械能守恒，则麦粒P离开传送带后（未落地）的机械能为，C 错误；
D．麦粒P离开传送带做斜抛运动，竖直分速度为
则麦粒P上升的高度为
解得
则麦粒P克服重力做功的最大值
D正确。
故选BD。
16． C
【详解】
（1）[1]以0刻度线为零势能面，小铁块从光电门1运动到光电门2的过程中机械能守恒，根据机械能守恒定律得
mv12-mgx1=mv22-mgx2
整理得
v22-v12=2g（x2-x1）
所以图像的斜率
k=2g
解得
g=
（2）[2]小铁块经过光电门1时的机械能等于小铁块经过光电门1时的动能加上势能，若选择刻度尺零刻度线所在高度为零势能面，则有
E1=mv12-mgx1=mv12-mkx1
（3）[3]用电磁铁释放小球的缺点是，当切断电流后，电磁铁的磁性消失需要一时间，铁球与电磁铁铁心可能有一些剩磁，都会使经过光电门1的时间较实际值大，引起误差，并适当增大两光电门A、B间的距离，使位移测量的相对误差减小，故C正确。
故选C。
17．打点计时器接了直流电源 重物释放时离打点计时器太远 重力加速度的两倍或“2g” 9.7
【详解】
(1)[1]打点计时器应接交流电源；
[2]重物释放时应紧靠打点计时器；
(2)[3]依据减小的重力势能等于增加的动能，则有
即
那么速度的二次方v2与距离h的关系图线的斜率为
[4]所以
18．（1）0.6s；（2）4m/s；（3）26J
【详解】
（1）小球在竖直方向上做自由落体运动，根据运动学公式有
解得t=0.6s。
（2）小球在水平方向上做匀速直线运动，根据运动学公式有
（3）取地面的重力势能为零，则小球在B点的机械能为
小球从A点运动到B点的机械能守恒，且小球在A点动能为零，所以
19．(1)；(2)
【详解】
(1)设雪车在O点的速度为，雪车与赛道表面间的摩擦力为，则雪车在OB及BC段做匀减速直线运动，由动能定理及速度公式得
解得
(2) 雪车与运动员在O点的动能为
在A点的机械能为
所以从A点滑到O点的过程中机械能的改变量
20．（1）2.5m；（2）；（3）1.6875m
【详解】
（1）物块在C点时，根据牛顿第二定律可得
解得
从A到C的过程中，由动能定理可得
联立上式，代入数据解得
（2）从C到D的过程中，由动能定理可得
代入数据解得
（3）当换为质量为2kg的物块Q时，从A到C的过程中，由动能定理可得
代入数据解得
设物块能够上升的高度为h，根据机械能守恒有
解得
由于，所以物块不能到达D点，设物块在E点脱离轨道，此后将做斜抛运动，如下图所示
从C到E的过程中，由机械能守恒可得
物块在E点时，根据牛顿第二定律有
联立上式解得
，
设物体做斜抛运动上升的最大高度为H，在竖直方向则有
解得
所以Q达到的最高点到地面的距离为