第5节 科学验证：机械能守恒定律 同步练习（Word版含答案）

2021-2022学年鲁科版（2019）必修第二册第一章第5节科学验证 机械能守恒定律
班级__________ 座号_____ 姓名__________ 分数__________
一、单选题
1、 在一次摩托车跨越壕沟的表演中，摩托车从壕沟的一侧以速度沿水平方向飞向另一侧，壕沟的宽度及两侧的高度如图所示。若摩托车前后轴距为1.6m，不计空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．摩托车不能越过壕沟
B．摩托车能越过壕沟，落地瞬间的速度大小为
C．摩托车能越过壕沟，落地瞬间的速度方向与水平地面的夹角的正切值为5
D．在跨越壕沟的过程中，摩托车与人组成的系统机械能不守恒
2、 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3s内货物受拉力逐渐增大
B．最后2s内货物只受重力作用
C．前3s内与最后2s内货物的平均速度相同
D．第3s末至第5s末的过程中，货物的机械能守恒
3、 如图所示，一根不可伸长的轻绳两端各系一个小球a和b，跨在两根固定在同一高度的光滑水平细杆C和D上，质量为ma的a球置于地面上，质量为mb的b球从与C、D等高的位置（轻绳伸直）静止释放。当b球摆过的角度为90°时，a球对地面的压力刚好为零，已知重力加速度为g，下列结论正确的是（ ）
A．ma∶mb＝2∶1
B．ma∶mb＝4∶1
C．若只将b的质量变大，则当b球摆过的角度为小于90°的某值时，a球对地面的压力为零
D．若只将细杆D水平向左移动少许，则当b球摆过的角度为小于90°的某值时，a球对地面的压力刚好为零
4、 如图是汕头市儿童公园的摩天轮，假设某乘客坐在座椅上随座舱在竖直面内做匀速圆周运动，整个过程座椅始终保持水平。下列说法正确的是（ ）
A．座舱转动过程，乘客的机械能守恒
B．座舱在最低点时，座椅对乘客的支持力大小小于重力
C．座舱在最高点时，座椅对乘客的支持力大小等于重力
D．座舱在与转轴等高处，乘客所受摩擦力方向指向转轴
5、 如图所示，竖直面内半径为R的粗糙半圆形导轨与长为x的水平轨道AB在B点平滑相接。一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得一个向右速度后脱离弹簧，它经过B点的速度为v1，之后沿半圆形导轨运动，到达C点的速度为v2。已知物体与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，则（ ）
A．弹簧压缩至A点时的弹性势能为
B．弹力对物体A做的功为
C．物体从A点运动到C点的过程中，重力做功-mgR
D．物体从B点运动到C点的过程中，阻力做功
6、 应用物理知识可以分析和解释生活中的很多常见现象。假设你用手掌平托一苹果，保持这样的姿势在竖直平面内按顺时针方向做匀速圆周运动。下列说法中正确的是（ ）
A．从c到d过程中手掌对苹果的摩擦力越来越大
B．在c点苹果受到的支持力等于在a点时的支持力
C．从c到d再到a过程中，苹果的机械能保持不变
D．从d到a再到b过程中，苹果先处于超重状态后处于失重状态
7、 如图所示，物体A、B通过细绳及轻质弹簧连接在轻滑轮两侧，物体B的质量为2m，放置在倾角为30°的光滑斜面上，物体A的质量为m，用手托着物体A使弹簧处于原长，细绳伸直且B与轻滑轮间的弹簧和细绳均与斜面平行，A与地面间的距离为h，物体B静止在斜面上挡板P处。放手后物体A下落，与地面即将接触时速度大小为v，此时物体B对挡板恰好无压力。不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A．弹簧的劲度系数为
B．此时弹簧的弹性势能等于
C．此时物体A的加速度大小为g，方向竖直向上
D．此后物体B可能离开挡板沿斜面向上运动
8、 如图所示，一小球以一定的初速度从图示位置进入光滑的轨道，小球先进入圆轨道1，再进入圆轨道2，圆轨道1的半径为R，圆轨道2的半径是轨道1的1.8倍，小球的质量为m，若小球恰好能通过轨道2的最高点B，则小球在轨道1上经过其最高点A时对轨道的压力大小为（重力加速度为g）（ ）
A．2mg B．3mg C．4mg D．5mg
9、 如图所示，在水平地面上方固定一水平平台，平台上表面距地面的高度H=2.2m，倾角= 37°的斜面体固定在平台上，斜面底端B与平台平滑连接。将一内壁光滑圆管弯成半径R=0.80m的半圆，固定在平台右端并和平台上表面相切于C点，C、D为细管两端点且在同一竖直线上。一轻质弹簧上端固定在斜面顶端，一质量m=1.0kg的小物块在外力作用下缓慢压缩弹簧下端至A点，此时弹簧的弹性势能Ep=2.8J，AB长L=2.0m。现撤去外力，小物块从A点由静止释放，脱离弹簧后的小物块继续沿斜面下滑，经光滑平台BC，从C 点进入细管，由D点水平飞出。已知小物块与斜面间动摩擦因数μ=0.80，小物块可视为质点，不计空气阻力及细管内径大小，重力加速度g取10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。通过调整细管长度改变半圆半径R的大小，其他条件保持不变，欲使从细管下端水平飞出的小物块落地点到D点得水平距离最大，求此时R的大小及小物块落地点到D点的水平距离。（ ）
A．R=0.5m，x=2.4m B．R=0.4m，x=2.8m
C．R=0.4m，x=2.4m D．R=0.5m，x=2.8m
10、如图甲所示，被称为“魔力陀螺”玩具的陀螺能在圆轨道外侧旋转不脱落，其原理可等效为如图乙所示的模型：半径为的磁性圆轨道竖直固定，质量为的铁球（视为质点）沿轨道外侧运动，、分别为轨道的最高点和最低点，轨道对铁球的磁性引力始终指向圆心且大小不变，不计摩擦和空气阻力，重力加速度为，则（ ）
A．铁球绕轨道可能做匀速圆周运动
B．由于磁力的作用，铁球绕轨道运动过程中机械能不守恒
C．铁球在点的速度必须大于
D．轨道对铁球的磁性引力至少为，才能使铁球不脱轨
二、多选题
11、如图所示，竖直平面内固定两根足够长的细杆L1、L2，两杆分离不接触，且两杆间的距离忽略不计，两个小球a、b（视为质点）质量均为m，a球套在竖直杆L1上，b球套在水平杆L2上，a、b通过铰链用长度为L的刚性轻杆连接，将a球从图示位置由静止释放（轻杆与L2杆夹角为45°），不计一切摩擦，已知重力加速度为g，在此后的运动过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．a球和b球所组成的系统机械能守恒
B．b球的速度为零时，a球的加速度大小一定等于g
C．b球的最大速度为
D．a球的最大速度大于
12、如图所示，物块1和2的质量均为m，1和2之间用竖直轻质弹簧连接，物块2上端连接竖直轻绳，轻绳的另一端通过轻质定滑轮与放在光滑固定斜面上的物块3相连，斜面倾角θ=30°。开始时，固定物块3，使轻绳刚好伸直（无弹力）。现释放物块3，物块3向下运动到最低位置时，物块1刚要离地，不计一切摩擦，重力加速度为g，则下列说法正确的是（ ）
A．物块3的质量为2m
B．释放物块3的瞬间，轻绳的拉力为0
C．弹簧恢复原长时，物块3的速度最大
D．物块3向下运动到最低位置时，轻绳的拉力大小为
13、如图所示，两个圆弧轨道固定在水平地面上，半径均为R，a轨道由金属凹槽制成，b轨道由金属圆管制成（圆管内径远小于R），均可视为光滑轨道。在两轨道右端的正上方分别将金属小球A和B（直径略小于圆管内径）由静止释放，小球距离地面的高度分别用hA和hB表示，下列说法中正确的是（ ）
A．若hA=hB≥R，两小球都能沿轨道运动到最高点
B．若hA=hB=R，两小球在轨道上升的最大高度均为R
C．适当调整hA和hB，均可使两小球从轨道最高点飞出后，恰好落在轨道右端口处
D．若使小球沿轨道运动并且从最高点飞出，hA的最小值为R，B小球在hB>2R的任何高度释放均可
14、如图所示，挡板固定在倾角为的斜面左下端，斜面右上端与半径为的圆弧轨道连接，其圆心在斜面的延长线上。点有一光滑轻质小滑轮，。质量均为的小物块、由一轻质弹簧拴接（弹簧平行于斜面），其中物块紧靠在挡板处，物块用跨过滑轮的轻质细绳与一质量为、大小可忽略的小球相连，初始时刻小球锁定在点，细绳与斜面平行，且恰好绷直而无张力，、处于静止状态。某时刻解除对小球的锁定，当小球沿圆弧运动到最低点时（物块未到达点），物块对挡板的作用力恰好为0.已知重力加速度为，不计一切摩擦。下列说法正确的是（ ）
A．弹簧的劲度系数为
B．小球到达点时的速度大小为
C．小球到达点时的速度大小为
D．小球由运动到的过程中，物块的动能一直在增大
15、某实验室模拟物流分拣装置，让物块在表面粗糙的水平传送带上随传送带传输时，经过一段风洞区域，使物块恰好被分拣到传送带一侧的平台上。已知传送带的宽度（物块位于传送带中间位置），传送带的速度，物块到达风洞区域前与传送带共速。物块的质量，物块在风洞区域受到恒定的作用力，物块与传送带之间的动摩擦因数为，风洞区域的长度为。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，物块的尺寸远小于传送带的宽度，重力加速度。下列说法正确的是（ ）
A．物块进入风洞区域后的加速度为
B．物块落到平台上时的速度约为1.7m/s
C．物块与传送带间的摩擦生热为0.49J
D．若增大传送带的速度，物块将不能落入平台
三、解答题
16、如图所示，是某种轨道玩具的结构示意图，弹射装置可以将小滑块以不同初速度弹出，经光滑水平轨道、光滑圆弧管道、粗糙水平轨道、冲上光滑斜面轨道，并从点沿水平方向飞出，最终落在水平轨道上。已知弹射器的最大弹性势能，圆弧轨道半径R=10cm，水平轨道长L=20cm，斜面轨道点距离水平轨道的高度h=5cm，若小滑块的质量m=0.1kg，与水平轨道的动摩擦因数。其它阻力均不计，小滑块可视为质点，轨道各部分平滑连接，小滑块从点飞离前始终未脱离轨道，取。求：
（1）若小滑块以最大速度被弹出，经过管道最低点B时对轨道的压力大小；
（2）某次游戏中小滑块被弹出后，恰能够通过圆弧轨道最高点，求此次弹射弹射器的弹性势能；
（3）将小滑块以不同初速度弹出，若均能沿轨道从点水平飞出，求小滑块最终在水平轨道上的落点到点的水平距离与弹射时弹射器的弹性势能满足的关系。
17、如图甲所示，在倾角为的粗糙斜面的底端，一质量可视为质点的滑块压缩一轻弹簧并锁定，滑块与弹簧不相连。时解除锁定，计算机通过传感器描绘出滑块的速度时间图象如图乙所示，其中段为曲线，段为直线，在时滑块已上滑的距离，取。求：
（1）物体离开弹簧后在图中段对应的加速度及动摩擦因数的大小；
（2）和时滑块的速度、的大小；
（3）锁定时弹簧具有的弹性势能。
四、实验题
18、疫情严峻期间，高风险地区“停课不停学”，小明同学在家自主开展实验探究。下图是小明用数码相机拍摄小球自由下落的频闪照片，请完成下列问题。
(1)下列说法正确的是______
A．如果有乒乓球、小塑料球和小钢球，用小塑料球做自由落体实验是最理想的
B．可以判断出照片中1位置是小球自由落体的初位置
C．如果用来验证机械能守恒定律，实验中可以不用测量小球的质量
D．如果用来验证机械能守恒定律，可利用自由下落的速度公式v=gt求小球到达某点的速度
(2)小明测出一块砖的厚度为4.9cm，查得当地的重力加速度为g= 9.8m/s2，可以估算出数码相机的曝光时间为_______s， 小球达到位置3时速度大小为_______m/s。（结果均保留1位有效数字）
19、某实验小组想要较精确地测量当地的重力加速度，其实验装置如图甲所示，实验器材有重锤、刻度尺、带滑轮的气垫导轨、气泵、滑块、细线、光电门、光电计时器、遮光条、电源。A为释放重锤前滑块所在的位置，B为光电门，已知遮光条的宽度为d，A、B之间的距离为x，遮光条经过光电门所用的时间为t。
（1）除上述实验器材外，还需要的实验器材是______；
（2）调节气垫导轨水平，该小组测定多组数据作出图像如图乙所示，实验过程中滑块的质量不变，①②图线对应的重锤质量分别为、，则______（填“大于”“小于”或“等于”）；
（3）若滑块（含遮光条）的质量为210g，重锤的质量为40g，实验中测定①图线的斜率为，则g＝______（结果保留三位有效数字）。
2021-2022学年鲁科版（2019）必修第二册第一章第5节科学验证 机械能守恒定律（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B C C D B A B C A D
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 ACD ACD AD AB BC
三、解答题
16、（1）17N；（2）；（3）（m） （）
17、（1），；（2），；（3）
四、实验题
18、 C 0.07 3
19、 天平 大于 9.75
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