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）必修第二册第一章节节练第5节科学验证 ：机械能守恒定律
一、单选题
1． 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
2． 2020年12月3日，嫦娥五号上升器月面点火，一段时间后顺利进人到预定环月轨道，成功实现我国首次地外天体起飞。则上升器携带的月壤（ ）
A．点火上升过程中机械能守恒
B．点火上升过程中机械能增加
C．加速上升时处于失重状态
D．加速上升时重力变大
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． 小球以某一速度竖直向上抛出，又回到出发点。由于阻力影响，机械能随高度的变化如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．小球的速度先减小后增大 B．小球上升的时间比下降的时间长
C．小球上升过程阻力做功比下降过程少 D．小球上升过程阻力做功比下降过程快
5． 如图所示，质量为m的小物块从O点以速度v0沿水平面向右运动，小物块撞击弹簧后被弹簧弹回并最终静止于O点。若取O为坐标原点，水平向右为小物块位移x的正方向，小物块可视为质点。则运动过程中小物块和弹簧组成的系统的机械能E随位移x变化的图像正确的是（ ）
A． B．
C． D．
6． 如图所示，小球沿水平面通过O点进入半径为R的半圆弧轨道后恰能通过最高点P，然后落回水平面。不计一切阻力。下列说法正确的是（ ）
A．小球落地点离O点的水平距离为R
B．小球从P到落地，重力所做的功为mgR
C．小球运动到半圆弧最高点P时向心力恰为mg
D．若将半圆弧轨道上部的 圆弧截去，其他条件不变，则小球能达到的最大高度比P点高1.5R
7． 如图所示，甲同学用质量均为m、材质相同的两个滑块1、2做实验，将滑块1、2用长为L的轻质细杆相连后在斜面上由静止释放。杆与斜面平行，倾角为的斜面上有一点A，A点距斜面底端足够长，A点以上光滑，A点以下粗糙，滑块与斜面间动摩擦因数，滑块在运动过程中可看作质点。重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A．当滑块1刚滑过A点时，滑块1的加速度大小为
B．从静止释放到滑块2刚滑过A点时，滑块2的机械能减少
C．滑块1、2组成的整体分别在粗糙部分和光滑部分运动时，连接二者的轻杆均无弹力
D．滑块1、2组成的整体分别在粗糙部分和光滑部分运动时，滑块1、2组成的整体加速度相同
8． 下列物体运动过程中，机械能守恒的是（ ）
A．匀速下降的雨滴
B．物体做自由落体运动
C．物体由斜面顶端匀速滑到斜面底端
D．摩天轮上的游客在竖直面内做匀速圆周运动
9． 半径为R的内壁光滑的圆环形轨道固定在水平桌面上，轨道的正上方和正下方分别有质量为和的小球A和B，A的质量是B的两倍，它们在轨道内沿逆时针滚动，经过最低点时速率相等；当B球在最低点时，A球恰好通过最高点，如图所示，此时轨道对桌面的压力恰好等于轨道重力，当地重力加速度为g。则小球在最低点的速率可表示为（ ）
A． B． C． D．2
10．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
二、多选题
11．下面设想符合能量守恒定律的是（ ）
A．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械
B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟
C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行
D．利用核动力，驾驶地球离开太阳系
12．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
13．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
14．如图甲所示，在竖直平面内有一个倾角为θ且足够长的斜面、现有质量为m的物块，从斜面上的某位置由静止开始下滑。斜面与物块间的动摩擦因数μ随物块下滑位移x的变化规律如图乙所示，物块的加速度随下滑位移变化规律如图丙所示，取沿斜面向下为x轴正方向，下列说法正确的是（ ）
A．图乙中x0处对应的纵坐标为μ = tanθ
B．物块的最大速度为
C．物块运动过程中机械能先变大后变小
D．物块从开始运动至最低点的过程中损失的机械能为2mgx0sinθ
15．如图所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力。已知AP＝2R，重力加速度为g，则小球从P到B的运动过程中（ ）
A．重力做功mgR B．机械能减少mgR
C．合外力做功mgR D．克服摩擦力做功mgR
三、解答题
16．如图所示，质量均为m完全相同的两个弹性环A，B用不可伸长的、长为L的轻绳连接，分别套在光滑水平细杆OM和足够长光滑竖直细杆ON上，杆OM与杆ON在O点用一小段圆弧平滑相连，A环通过O点时速率不变。现将轻绳拉至水平位置伸直，B环位于O点，并同时由静止释放两环。
（1）若B环下降高度h（）时，B环加速度恰好为零，求此时绳中拉力大小；
（2）求A环从开始运动到O点过程中，轻绳对A环拉力所做的功；
（3）求A环和B环第一次碰撞前瞬间A、B两环速度的大小。
17．横截面积S=3dm2的圆筒内装有质量m=0.6kg的水，被太阳光垂直照射2min，水的温度升高了1℃。设大气顶层的太阳能只有45%到达地面，太阳与地球之间的平均距离为1.5×1011m，试估算出太阳的全部辐射功率是多少？（已知水的比热容c=4200J/kg℃，结果保留1位有效数字）
四、实验题
18．某同学用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
（1）除了提供图中的器材，实验室还需要准备游标卡尺及___________。（填写器材序号）
A．秒表 B．天平 C．弹簧秤
（2）实验的主要步骤如下：其中不妥当的操作步骤是___________。（填写步骤序号）
A．测出遮光条的宽度d
B．测出钩码质量m和带长方形遮光条的滑块总质量M
C．实验前将导轨一端垫高平衡摩擦力
D．将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离L
E．先开启气泵，然后释放滑块，读出遮光条通过光电门的挡光时间t
（3）在实验操作正确的前提下，滑块从静止释放运动到光电门的过程中，若系统符合机械能守恒定律，测得的物理量应满足的关系式为___________。（用（2）中给出的字母表示）
（4）该实验小组在研究中发现利用该装置可以测量带长方形遮光条滑块的总质量M。实验小组多次改变光电门的位置，且每次都将滑块从同一点静止释放，测出相应的L与t值，完成实验后，某同学根据测量数据作出图像，测得直线的斜率为k，已知钩码的质量m，遮光条的宽度d，重力加速度g，则滑块总质量M的表达式为___________。（用题目给出的字母表示）
（5）若气垫导轨左端的滑轮调节过高，使得拉动滑块的绳子与气垫轨道之间存在夹角，不考虑其它影响，滑块由静止释放运动到光电门的过程中，滑块、遮光条与钩码组成的系统重力势能减小量的测量值___________（填“大于”、“小于”或“等于”）真实值。
19．用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。重锤从高处由静止开始下落，重锤上拖着的纸带通过打点计时器，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。已知当地重力加速度为。
（1）下面列举了该实验的几个操作步骤：
A．按照图1所示安装好实验器材并连接好电源
B．先打开夹子释放纸带，再接通电源开关打出一条纸带
C．测量纸带上某些点间的距离
D．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能
其中操作不当的一个步骤是__________。
（2）如图2所示，根据打出的纸带，选取纸带上的连续的五个点、、、、，通过测量并计算出点距起始点的距离为，点间的距离为，点间的距离为，若相邻两点的打点时间间隔为，重锤质量为，根据这些条件计算重锤从释放到下落距离时的重力势能减少量__________，动能增加量__________；在实际计算中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是____________________。
（3）某同学利用图2中纸带，先分别测量出从点到、、、、、点的距离（其中、点为点后连续打出的点，图中未画出），再计算打出、、、、各点时重锤下落的速度和，绘制图像，如图3所示，并求得图线的纵轴截距和斜率。
①请说明如何根据图线验证重锤下落过程机械能是否守恒？____________________；
②假设上述实验操作中不受一切阻力影响，此时绘制的图线的纵轴截距和斜率与、的关系最可能的是__________。
A． ， B．， C．， D．，
（4）某同学认为要验证机械能守恒，必须选择第1、2两点间距离约为的纸带进行数据处理，你认为他的观点是否正确？____________________。
2021-2022学年鲁科版（2019）必修第二册第一章节节练第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 D B C D B C C B C B
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BCD BC ACD AD AD
三、解答题
16．（1）；（2）；（3），
17．4×1026W
四、实验题
18． B C 大于
19． B 重锤下落过程中受到阻力作用 在实验误差允许范围内，若近似等于，则可认为这一过程机械能守恒 A 该同学观点不正确
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