1.5.科学验证：机械能守恒定律 同步练习-2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册（word 含答案）

鲁科版（2019）高一物理必修第二册课时同步练习
第5节科学验证:机械能守恒定律
一、选择题
1、下列说法正确的是( )
A．机械能守恒时，物体一定不受阻力
B．机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用
C．物体处于平衡状态时，机械能必守恒
D．物体所受的外力不等于零，其机械能也可以守恒
2、汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑，在这个过程中( )
A．汽车的机械能守恒
B．汽车的动能和势能相互转化
C．机械能转化为内能，总能量守恒
D．机械能和内能之间没有转化
3、一个质量为m的滑块，以初速度v0沿光滑斜面向上滑行，当滑块从斜面底端滑到高为h的地方时，以斜面底端为参考平面，滑块的机械能为(　　)
A．mv B．mgh
C．mv＋mgh D．mv－mgh
4、竖直放置的轻弹簧下端固定在地面上，上端与轻质平板相连，平板与地面间的距离为H1，如图所示。现将一质量为m的物块轻轻放在平板中心，让它从静止开始往下运动，直至物块速度为零，此时平板与地面的距离为H2，则此时弹簧的弹性势能Ep为 (　　)
A.mg H1 B.mgH2
C.mg(H1-H2) D.mg(H1+H2)
5、如图所示，在地面上以速度v0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．若以海平面为参考平面，不计空气阻力，则下列说法中正确的是(　　)
A．物体到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mv＋mgh
D．物体在海平面上的机械能为mv
6、两物体质量之比为1∶3，它们距离地面高度之比也为1∶3，让它们自由下落，它们落地时的动能之比为(　　)
A．1∶3 B．3∶1
C．1∶9 D．9∶1
7、如图所示，在光滑水平面上有一物体，它的左端连接着一轻弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去力F后，物体将向右运动，在物体向右运动的过程中，下列说法正确的是 ( )
A．弹簧的弹性势能逐渐减少
B．物体的机械能不变
C．弹簧的弹性势能先增加后减少
D．弹簧的弹性势能先减少后增加
8、如图所示，某同学在离地面高度为h1处沿与水平方向成θ夹角抛出一质量为m的小球，小球运动到最高点时离地面高度为h2。若该同学抛出小球时对它做功为W，重力加速度为g，不计空气阻力。则下列说法正确的是( )
A．小球抛出时的初动能为W＋mgh1
B．小球在最高点的动能为W＋mgh1－mgh2
C．小球落到地面前瞬间的动能为W＋mgh2
D．小球落到地面时的机械能与抛出时的角度θ有关
二、多项选择题
9、如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(　　)
甲　　　乙　　　丙　　　丁
A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A机械能守恒
B．乙图中，A置于光滑水平面，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒
C．丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，A、B组成的系统机械能守恒
D．丁图中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能守恒
10、蹦床运动员与蹦床接触的过程可简化为下述模型：运动员从高处落到处于自然状态的蹦床(A位置)上，随蹦床一同向下做变速运动到达最低点(B位置)，如图所示，有关运动员从A运动至B的过程，下列说法正确的是(　　)
A.运动员的机械能守恒
B.运动员的速度一直减小
C.合力对运动员做负功
D.运动员先失重后超重
11、石块自由下落过程中，由A点到B点重力做的功是10 J，下列说法正确的是( )
A．由A到B，石块的重力势能减少了10 J
B．由A到B，功减少了10 J
C．由A到B，10 J的功转化为石块的动能
D．由A到B，10 J的重力势能转化为石块的动能
12、将地面上静止的货物竖直向上吊起，货物由地面运动至最高点的过程中，v-t图像如图所示。以下判断正确的是 (　　)
A.前3 s内货物处于超重状态
B.最后2 s内货物只受重力作用
C.前3 s内与最后2 s内货物的平均速度相同
D.第3 s末至第5 s末的过程中，货物的机械能守恒
13、如图所示，在倾角θ=30°的光滑固定斜面上，放有质量分别为1 kg和2 kg的小球A和B，且两球之间用一根长L=0.3 m的轻杆相连，小球B距水平面的高度h=0.3 m。现让两球从静止开始自由下滑，最后都进入到上方开有细槽的光滑圆管中，不计球与圆管内壁碰撞时的机械能损失，g取10 m/s2，则下列说法中正确的是 (　　)
A.从开始下滑到A进入圆管整个过程，小球A、B与地球三者组成的系统机械能守恒
B.在B球未进入水平圆管前，小球A与地球组成系统机械能守恒
C.两球最后在光滑圆管中运动的速度大小为 m/s
D.从开始下滑到A进入圆管整个过程，轻杆对B球做功-1J
三、非选择题
14、用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置如图甲所示。
甲
(1)按照图示的装置安装器件时,应将打点计时器接到电源的 (填“直流”或“交流”)输出端上。
(2)开始打点计时的时候,两个操作步骤“接通电源”和“松开纸带”的顺序应该是:先 ,后 。
(3)某同学在使用质量为m的重物来验证“机械能守恒定律”的实验中,在选定的纸带上依次取计数点如图乙所示。纸带上所打的点记录了重物在不同时刻的位置,那么纸带的 (填“左”或“右”)端与重物相连。
乙
(4)某同学上交的实验报告显示重物的动能略大于重物的势能,则出现这一问题的原因可能是 ( )
A.重物的质量测量错误
B.该同学自编了实验数据
C.重物下落时受到的阻力过大
15、如图所示是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小坡度，电车进站时要上坡，出站时要下坡，如果坡高2 m，电车到a点的速度是25.2 km/h，此后便切断电动机的电源。如果不考虑电车所受的摩擦力，则：
(1)电车到a点电源切断后，能不能冲上站台？
(2)如果能冲上，它到达b点时的速度是多大？(g取10 m/s2)
16、现利用如图所示装置验证机械能守恒定律。图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出。让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2s、2.00×10－2s。已知滑块质量为2.00 kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm，光电门1和2之间的距离为0.54 m，g取9.80 m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度。
(1)滑块经过光电门1时的速度v1＝________m/s，通过光电门2时的速度v2＝________m/s。
(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为________J，重力势能的减少量为________J。
17、用如图甲实验装置验证A、B组成的系统机械能守恒。B从高处由静止开始下落,A上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)。已知A的质量为m1=50 g,B的质量为m2=150 g,打点计时器工作频率为50 Hz,则(g取10 m/s2,结果保留两位有效数字)
甲
(1)纸带上打下计数点5时的速度v= m/s。
(2)在打计数点0~5的过程中系统动能的增加量ΔEk= J,系统势能的减少量ΔEp= J,由此得出的结论是 。
(3)若某同学作出-h图像如图丙所示,则当地的重力加速度g'=
m/s2。
乙
丙
答案与解析
1、D
解析：机械能守恒的条件是只有重力做功或系统内物体间的弹力做功。机械能守恒时，物体或系统可能不只受重力和弹力作用，也可能受其他力，但其他力不做功或做的总功一定为零，A、B错误；物体沿斜面匀速下滑时，它处于平衡状态，但机械能不守恒，C错误；物体做自由落体运动时，合力不为零，但机械能守恒，D正确。]
2、C
解析：汽车关闭发动机后，匀速下滑，汽车与地面摩擦生热、温度升高．有部分机械能转化为内能，机械能减小(动能不变，重力势能减小)，但总能量守恒，故A、B、D错误，C正确．
3、A
解析：在整个过程中，只有重力做功，机械能守恒，总量都是mv，因在高度h处，速度可能不为零，故B错误；C、D错误，A正确。]
4、C
解析：选物块和弹簧组成的系统为研究对象，从物块开始运动到速度为零的过程中，只有重力和弹簧的弹力做功，系统的机械能守恒，弹性势能增加量应等于重力势能的减少量，即Ep=mg(H1-H2)。
5、C
解析：物体到达海平面时位于参考平面上，重力势能为零，A错；物体运动过程下落了h高度，重力做功mgh，B错；根据机械能守恒定律得mgh＋mv＝mv2，即物体在海平面上的机械能E2＝mv2＝mgh＋mv，C对，D错．
6、C
解析：只有重力做功，机械能守恒。取地面为零势能面，则落地时动能之比等于初位置重力势能之比，据Ep＝mgh，有Ep1∶Ep2＝1∶9，所以 Ek1∶Ek2＝1∶9，C正确。
7、D
解析：因弹簧的左端固定在墙上，右端与物体连接，故撤去F后，物体向右运动过程中，弹簧先恢复到原长后，再被物体拉伸，其弹性势能先减少后增加，物体的机械能先增加后减少，故D正确，A、B、C错误。
8、B
解析：对于抛球的过程，根据动能定理可得，抛出时初动能为W，故A错误；从开始抛球到球到最高点的过程，由动能定理得：小球在最高点的动能为W＋(mgh1－mgh2)，故B正确；小球在落到地面前瞬间的动能为W＋mgh1，故C错误；小球在落到地面前过程中机械能守恒，与抛出时的角度θ无关，故D错误。
9、CD
解析：甲图中重力和弹簧弹力做功，系统机械能守恒，但弹簧的弹性势能增加，物体A的机械能减少，A错；物体B下滑，物体B对A的弹力做功，A的动能增加，物体B的机械能减少，B错；丙图中A、B组成的系统只有重力做功，机械能守恒，C对；丁图中小球受重力和拉力作用，但都不做功，小球动能不变，机械能守恒，D对。]
10、CD
解析：由能量守恒定律可知，运动员减小的机械能转化为蹦床的弹性势能，故选项A错误；当F弹=mg时，a=0，在此之前，F弹mg，加速度方向向上(超重)，运动员做减速运动，选项B错误而选项D正确；从A位置到B位置，由动能定理得，W合=-Ek0，选项C正确。
11、AD
解析：重力从A到B做正功10 J，物体的重力势能减小10 J，故A正确；由A到B重力做功10 J，但不能说功减小了10 J，故B错误；功是能量转化的量度，由A点到B点重力做功10 J，说明有10 J的重力势能转化为10 J的动能，并不是功转化为动能，故C错误，D正确。
12、AC
解析：由图示图像可知，前3 s内货物加速上升，加速度竖直向上，处于超重状态，故A正确；最后2 s内货物的加速度大小为a= = m/s2=3 m/s213、ABC
解析：从开始下滑到A进入圆管整个过程，除重力做功外，杆对系统做功为零，小球A、B与地球三者组成的系统机械能守恒，故A正确；在B球未进入水平圆管前，只有重力对A做功，小球A与地球组成系统机械能守恒，故B正确；以A、B组成的系统为研究对象，系统机械能守恒，由机械能守恒定律得：mBgh+mAg(h+Lsin θ)=(mA+mB)v2，代入数据解得：v= m/s，故C正确；以A球为研究对象，由动能定理得：mAg(h+Lsin θ)+W=mAv2，代入数据解得：W=-1 J，则轻杆对B做功，WB=-W=1 J，故D错误。
14、答案：(1)交流
(2)接通电源　松开纸带
(3)左
(4)B
解析：(1)打点计时器需接交流电源;
(2)开始打点时应先接通电源后松开纸带;
(3)由纸带可看出左端与重物相连;
(4)由于存在摩擦阻力,重锤的势能应略大于动能,不可能存在动能大于势能的情况,故选B。
15、解析：(1)取a所在水平面为重力势能的参考平面，电车在a点的机械能为
E1＝mv
式中v1＝25.2 km/h＝7 m/s
将这些动能全部转化为重力势能，据机械能守恒定律有
mgh′＝mv
所以h′＝＝ m＝2.45 m
因为h′>h，所以电车能够冲上站台。
(2)设电车到达b点时的速度为v2，根据机械能守恒定律有
mv＝mgh＋mv
所以v2＝＝ m/s＝3 m/s。
答案：(1)能 (2)3 m/s
16、解析：(1)v1＝＝ m/s＝1.00 m/s。
v2＝＝ m/s＝2.50 m/s。
(2)动能增加量
ΔEk＝×2.00×(2.502－1.002)J＝5.25 J
重力势能的减少量：
ΔEp＝2.00×9.80×0.54×sin 30°J＝5.29J。
答案：(1)1.00　2.50
(2)5.25　5.29
17、答案：(1)2.4
(2)0.58　0.60　在误差允许的范围内,A、B组成的系统机械能守恒　(3)9.7
解析：(1)纸带上打下计数点5时的速度大小为
v==×10-2 m/s=2.4 m/s
在打点0~5过程中系统动能的增加量为ΔEk=m1v2+m2v2-0=×50×10-3×2.42 J+×150×10-3×2.42 J-0≈0.58 J
系统重力势能的减少量为ΔEp=m2gh05-m1gh05=150×10-3×10×
(38.40+21.60)×10-2 J-50×10-3×10×(38.40+21.60)×10-2 J=0.60 J
实验结果表明,在误差允许的范围内,A、B组成的系统重力势能的减少量等于动能的增加量,即系统的机械能守恒。
(3)A、B组成的系统机械能守恒,则m2g'h-m1g'h=m2v2+m1v2-0,整理得v2=g'h
可见,重力加速度g'大小等于-h图像斜率的2倍,则g'= m/s2=9.7 m/s2。