第一章第5节科学验证 ：机械能守恒定律练习（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
每课自我检测
一、单选题
1． “验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示。一位同学在某次实验中，安装的打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，纸带通过时受到的阻力较大，那么，这种情况造成的结果是（ ）
A．重物减少的重力势能小于增加的动能
B．重物减少的重力势能大于增加的动能
C．重物的机械能不变
D．重物的机械能逐渐增大
2． 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
3． 如图所示，一根足够长的圆管竖直固定在地面上，管内有一劲度系数为k＝10 N/m的轻质弹簧，弹簧上端连有质量可以忽略的活塞，下端连有质量为m＝0.1 kg的小球（小球直径小于管径），已知活塞与管壁间的最大静摩擦力Ff＝1.4 N，弹簧从自然长度开始伸长x的过程中平均弹力为F＝kx，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小g＝10 m/s2。当弹簧处于自然长度时由静止释放小球，在小球第一次运动到最低点的过程中（ ）
A．小球先做加速度减小的加速运动，再做加速度增大的减速运动直到静止
B．弹簧的最大伸长量为0.24 m
C．当小球运动到最低点时，弹簧的弹性势能为0.098 J
D．活塞克服摩擦力做的功为0.105 J
4． 如图所示，两根轻质杆构成直角支架，O点为水平转轴，OA杆长为L，A端固定一质量为2m的小球a，OB杆长为2L，B端固定一质量为m的小球b，用手抬着B端使OB杆处于水平状态，撒手后支架在竖直平面内转动，不计一切摩擦，则以下说法正确的是（ ）
A．小球a不可能转到与O点等高处
B．小球b转动的最大速度为
C．转动过程中杆受力一定沿杆方向
D．小球a从最低点运动到最高点的过程中，杆对小球a做的功为mgL
5． 能量守恒定律的建立是人类认识自然的一次重大飞跃，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一。下列说法正确的是 （ ）
A．因为能量守恒，所以能量可以随意使用
B．不同形式的能量之间可以相互转化
C．因为能量不会消失，所以不可能有能源危机
D．能量可以被消灭，也可以被创生
6． 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
7． 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
8． 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
9． 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
10．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
二、多选题
11．如图所示，倾角为的固定斜面下端固定一挡板，一劲度系数为k的轻弹簧下端固定在挡板上。现将一质量为m的小物块从斜面上离弹簧上端距高为s处，由静止释放，已知物块与斜面间的动摩擦因数为，物块下滑过程中的最大动能为，则小物块从释放到运动至最低点的过程中，下列说法中正确的是（ ）
A．
B．物块刚与弹簧接触的瞬间动能最大
C．物块与弹簧接触后运动到最低点的过程中加速度先减小后增大
D．弹簧的最大弹性势能等于整个过程中重力与摩擦力对物块做功之和
12．游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行，游客却不会掉下来。我们把这种情况抽象为如图所示的模型；弧形轨道的下端与竖直圆轨道平滑连接，使小球从弧形轨道上端由静止滚下，小球进入圆轨道下端后沿圆轨道运动。实验发现，只要高度大于一定值，小球就可以顺利通过圆轨道的最高点。如果已知圆轨道的半径为，不考虑摩擦等阻力。要使小球顺利通过圆轨道的最高点，以下符合要求的是（ ）
A． B． C． D．
13．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
14．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
15．关于下列对配图的说法中正确的是（ ）
A．图1中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中，它的机械能守恒
B．图2中火车在匀速转弯时所受合外力不为零，动能不变
C．图3中握力器在手的压力下弹性势能增加了
D．图4中撑杆跳高运动员在上升过程中机械能守恒
三、解答题
16．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）
17．如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器，光滑水平轨道，竖直光滑半圆轨道、，光滑水平轨道，长度可调的粗糙水平轨道组成。游戏时滑块从点弹出，经过两半圆轨道和两水平轨道后，由点抛出，运动中要求滑块不脱离轨道。已知半径，半径，长也为，最长为，滑块与之间的动摩擦因数。滑块质量且可视为质点，弹射时从静止释放且弹簧的弹性势能完全转化为滑块动能。忽略空气阻力，各部分平滑连接。
（1）若弹簧的弹性势能，求在处受到半圆轨道的支持力大小；
（2）取轨道长，若滑块能到达点，求弹簧的弹性势能最小值；
（3）若弹簧的弹性势能，调节长度，求滑块落到水平台面上离点的距离范围。
四、实验题
18．某学习小组利用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。平衡摩擦力后让物块从某处由静止开始下落，滑块上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量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，其中O点（对应的速度为0）为计时起点，、、C为连续的计时点，计时点间的距离如图乙所示，已知打点计时器所接交流电的频率为，重力加速度大小为。
（1）实验中用天平测出物块的质量为、滑块的质量为。
（2）从打点计时器打O点到打点的过程中，物块重力势能的减少量__________，系统动能的增加量__________。（均用题中和图中给出的字母表示）
（3）经计算发现，总是略大于，其主要原因是__________（写出一条即可）。
19．DIS是由传感器、数据采集器、计算机、实验教学软件构成的数字化实验系统。某实验小组“用DIS研究机械能守恒定律”的实验装置如图甲所示。实验时，将摆球（连同遮光片J）每次都从同一位置M下摆，传感器K分别固定在A、B、C、D采集数据，D点为摆球通过的最低点。在一次实验中以图象方式采集数据并分析实验结果，所显示的图象如图乙所示。图象的横轴表示摆球距离D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E（不计空气阻力）。
（1）图乙中的图象表示摆球重力势能Ep随摆球距离D点的高度h变化关系的图线是_____（选填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。
（2）摆球在摆动过程中，重力所做功的最大值为_____J（重力加速度取9.8m/s2）。
（3）从图乙中的图象可以得出本实验的结论是：_____。
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 B B A D C B A
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 ACD CD AB BCD BC
三、解答题
16．4×1026W
17．（1）；（2）；（3）
四、实验题
18． ①没有完全平衡摩擦力；②滑轮存在摩擦；③纸带与打点计时器间存在摩擦（写出其中一点即可给分，其他合理说法也给分）
19． Ⅱ 0.016 摆球在摆动过程中，机械能守恒
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