1.5科学验证：机械能守恒定律基础巩固（word版含答案）

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．物体在地面附近以某一初速度做竖直上抛运动，忽略空气阻力的影响，则在上升过程中，物体的机械能将（ ）
A．不变
B．减小
C．增大
D．无法判断
2．下列所述的实例中（均不计空气阻力），机械能守恒的是（ ）
A．子弹射穿木块的过程
B．木箱沿粗糙斜面匀速下滑的过程
C．人乘电梯加速上升的过程
D．小石块被水平抛出后在空中运动的过程
3．下列所述的情景中，机械能守恒的是（ ）
A．汽车在平直路面上加速行驶 B．小球在空中做自由落体运动
C．降落伞在空中匀速下落 D．木块沿斜面匀速下滑
4．在水平面上竖直放置一轻质弹簧，有一物体在它的正上方自由落下．压缩弹簧速度减为零时：
A．物体的重力势能最大 B．弹簧的弹性势能最大
C．物体的动能最大 D．弹簧的弹性势能最小
5．关于机械能守恒的叙述，正确的是（ ）
A．做匀速直线运动的物体机械能不一定守恒
B．做变速直线运动的物体机械能不可能守恒
C．合外力为零时，机械能一定守恒
D．只有重力对物体做功，物体的机械能不一定守恒
6．某运动员推铅球的过程简化如图：1为铅球刚出手的位置，2为铅球在空中的最高点位置，3为铅球落地的位置。铅球运动过程中（　　）
A．铅球由位置1到位置2的过程，重力做正功
B．铅球由位置2到位置3的过程，重力做负功
C．铅球由位置1到位置3的过程，动能守恒
D．铅球由位置1到位置3的过程，机械能守恒
7．下列物体运动过程中，机械能守恒的是
A．真空中自由下落的羽毛
B．沿斜坡匀速行驶的汽车
C．蹦床运动中越跳越高的运动员
D．在竖直平面内作匀速圆周运动的小球
8．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
9．在验证“机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要直接测量的是：（ ）
A．重锤的质量； B．重锤下落的高度；
C．重力加速度； D．重锤下落某一高度所对应的瞬时速度．
10．在2020年蹦床世界杯巴库站暨东京奥运会积分赛中，中国选手朱雪莹夺得女子个人网上冠军。蹦床运动可以简化为图示的模型，A点为下端固定的竖直轻弹簧的自由端，B点为小球在弹簧上静止时的位置，现将小球从弹簧正上方某高度处由静止释放，小球接触弹簧后运动到最低点C的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．小球从A运动到C的过程中小球的机械能不守恒
B．小球到达A时速度最大
C．小球从A运动到B的过程中处于超重状态
D．小球从B运动到C的过程中处于失重状态
11．下列几种运动中，机械能守恒的是（ ）
A．汽车在平直路面上加速行驶
B．物体做自由落体运动
C．雨滴匀速下落
D．物体沿斜面匀速下滑
12．大家都看过杂技演员表演的“水流星”，如图所示。一根细绳两端各系一只盛水的杯子，随着演员的轮动，杯子就在竖直面内做半径为R的圆周运动。忽略空气阻力，重力加速度为g。下列的分析正确的是（　　）
A．杯子做匀速圆周运动
B．杯子的机械能不守恒
C．若杯子经过最高点时细绳断裂，杯子将自由下落
D．要表演成功，杯子过最高点的速度至少为
13．物体以60J的初动能从A点出发做竖直上抛运动，在它上升到某一高度时， 动能减少了30J，而机械能损失了10J。若物体在运动过程中所受空气阻力大小恒定，则该物体回到出发点A时的动能为（ ）
A．20J B．60J C．50J D．40J
14．直立在水平面上的轻弹簧上端位置为A，如图甲所示。在弹簧上放一个质量为2m的物体a，或者将质量为m的物体b与弹簧上端连接后再在b上放质量为m的物体c，结果弹簧上端被压缩至位置O（图中未画出），A、O间距离为x0；若同时对a、c施加竖直向下的压力将弹簧上端缓慢压缩至B处，此时压力大小为F，如图乙、丙所示，A、B间距离为x；突然撤去压力F，a、b、c在向上运动的过程中，物体a在某处脱离弹簧上端继续向上运动，重力加速度为g，弹簧始终在弹性限度内，弹簧的弹性势能Ep=，k为弹簧的劲度系数，Δx为弹簧的形变量，不计空气阻力。下列说法正确的是（　　）
A．压力F大于2mg
B．物体c会在位置O脱离物体b
C．撤去压力F瞬间，a、b处于超重状态，c处于失重状态
D．向上运动过程中c对b的压力先增大后减小
15．如图所示，在光滑固定斜面的底端有一挡板，轻质弹簧下端固定在挡板上，且平行于斜面放置。小物块P放在斜面上，并在外力的作用下，使弹簧压缩一定的距离。然后突然撤去外力，P沿斜面上滑，离开斜面后斜向上运动到最高点。不计空气阻力，从撤去外力到小物块P运动到最高点的过程中，下列判断正确的是（　　）
A．弹簧的弹性势能先减小后增大
B．P在弹簧恢复到原长时机械能最大，之后保持不变
C．P在离开弹簧时动能最大
D．撤去外力时弹簧的弹性势能大于P在该过程中的重力势能增加量
二、填空题（共4题）
16．机械能守恒定律
（1）内容：在只有_____或_____做功的物体系统内，_____与_____可以互相转化，而_____保持不变。
（2）表达式：mv22＋mgh2＝mv12＋mgh1或Ek2＋Ep2＝_____
（3）应用机械能守恒定律解决问题只需考虑运动的初状态和_____，不必考虑两个状态间_____，即可以简化计算。
17．质量为的物体从距地面的高处自由下落，以地面为零势能面，则初始时的机械能为______；下落末时机械能为______；在时机械能又为______；下落______时，该物体的动能和重力势能相等。
18．某实验小组的学生们为探究“机械能守恒定律”设计了如图所示的实验装置：用一个电磁铁吸住一个质量为m，直径为d的小铁球；当将电磁铁断电后，小铁球由静止开始向下加速运动；小铁球经过光电门时，计时装置将记录其通过光电门的时间t。小铁球由静止开始下降至光电门时的高度h，当地的重力加速度为g，那么
(1)小铁球通过光电门的速度v=_______（用d、t表示）；
(2)验证此过程小铁球机械能守恒定律的表达式_____________；
(3)考虑小铁球在运动过程中受到阻力的因素，其重力势能减少量____动能的增加量（选填 “大于”，“等于”或“小于”）
19．某同学利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示。气垫导轨倾斜固定在水平桌面上，导轨A点处有一带挡光片的滑块，滑块与挡光片的总质量为M，挡光片的宽度为d，滑块通过细线跨过光滑的定滑轮与两个相同的钩码相连，连接滑块的一段细线与导轨平行，每个钩码的质量为m。开启气泵，滑块恰好能静止于A点。导轨上B点处固定一个光电门，挡光片到光电门的距离为L（L小于钩码到定滑轮的距离）。已知当地重力加速度为g。
(1)该同学用游标卡尺测出遮光片的宽度d=0.946cm，则该同学用的游标卡尺是______（填“10”“20”或50”）分度；
(2)某时刻只撤去钩码2，让滑块从A点静止开始运动，已知光电门记录挡光片的挡光时间为，则滑块通过B点的瞬时速度为______（用题目中所给的物理符号表示）；
(3)在滑块从A点运动到B点的过程中，为了验证滑块与钩码1组成的系统机械能守恒。需要验证的关系式为______（用题目中所给的物理符号表示）。
三、综合题（共4题）
20．如图所示，质量为的木块放在光滑的水平桌面上，用轻绳绕过桌边的定滑轮将其与质量为的重物相连。已知，绳被拉直后使重物从静止开始下降（小于桌高）的距离，木块仍没离开桌面，不计空气阻力，则重物的速度为多少？
21．小明设计了一个弹球游戏装置，如图所示，为四分之三圆弧轨道，端通过竖直过渡轨道与弹射装置相连，端通过水平过渡轨道与水平轨道相连，两过渡轨道稍微错开；管径很小的圆形细管与轨道相切于点，细管底部进出口、稍微错开，整个轨道固定于同一竖直平面内，各段轨道间均平滑连接。现有一小球（可视为质点）被压缩的轻弹簧从点弹出后沿轨道运动。已知小球质量，轨道的半径，细管的圆半径，、两点间的高度差，、两点间的距离，、两点间的距离足够大，小球与轨道间的动摩擦因数，其余轨道均光滑，假设小球位于点时，弹簧的弹性势能大小可调，但最大值不超过，弹簧的形变始终不超过其弹性限度，小球运动时始终未脱离轨道。取。
（1）求小球通过点的最小速度和对应的弹簧弹性势能；
（2）为使小球最终停在段，求弹簧弹性势能应满足的条件。
22．A、B两个小物块用轻绳连结，绳跨过位于倾角为30°的光滑斜面顶端的轻滑轮，滑轮与转轴之间的摩擦不计，斜面固定在水平桌面上，如图甲所示．第一次，A悬空，B放在斜面上，用t表示B自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间．第二次，将A和B位置互换，使B悬空，A放在斜面上，发现A自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间为t/2．（重力加速度g已知）
（1）求A与B两小物块的质量之比．
（2）若将光滑斜面换成一个半径为R（已知）的半圆形光滑轨道固定在水平桌面上，将这两个小物块用轻绳连结后，如图放置，现将B球从轨道边缘由静止释放．若不计一切摩擦，求：B沿半圆形光滑轨道滑到底端时，A、B的速度大小．
23．一根细杆弯制成如图所示的轨道，固定在竖直面内，BD为光滑的半圆形轨道，轨道半径R=1m，AB为粗糙水平轨道，A与B相距L=10m，一质量m=0.2kg的小环套在水平轨道上的A点，与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.1．现用一水平恒力F向右拉小环，已知F=2N，当小环运动到某点C时撤去该力（C点位于AB之间），设C点到A点的距离为x．在圆轨道的最高点D处安装一力传感器，当小环运动到D点时传感器就会显示环对轨道弹力大小的读数FN，力传感器所能承受的最大作用力大小为18N，g取10m/s2．
（1）当x=4.2m时，小环运动到圆轨道上的B点时速度是多大？
（2）要使小环能够通过圆轨道的最高点D且保证力传感器安全，求x的范围；
（3）在满足（2）问的情况下，在坐标系中作出力传感器的读数FN与x的关系图象（不要求写出作图过程）．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
2．D
3．B
4．B
5．A
6．D
7．A
8．B
9．B
10．A
11．B
12．D
13．A
14．A
15．B
16． 重力 弹力 动能 势能 总的机械能 Ek1＋Ep1. 末状态 过程的细节
17． 800J 800J 800J 20m
18． 大于
19． 50
20．
21．（1），；（2）
22．（1） （2）
23．（1）8m/s；（2）3m≤x≤8m；（3）FN与x的关系图象如图所示．
答案第1页，共2页