第一章第5节科学验证 ：机械能守恒定律堂堂练（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
堂堂练
一、单选题
1． 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
2． 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
3． 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
4． 如图是甲、乙、丙、丁四个物体的物理量随时间变化关系的图像，下列说法正确的是（ ）
A．甲物体的机械能一定守恒
B．乙物体受到的合力越来越大
C．丙物体相同时间内的速度变化量相同
D．丁物体的速度越来越大
5． 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
6． 一质量为m的小球从高度为H的平台上以速度v0水平抛出，落在松软路面上，砸出一个深度为h的坑，如图所示。不计空气阻力，重力加速度为g，对小球从抛出到落至坑底的过程，以下说法正确的是（ ）
A．外力对小球做的总功为mg（H+h）+m
B．小球的机械能减少量为mg（H+h）+m
C．路面对小球做的功为mg（H+h）+m
D．路面对小球做的功为
7． 2022年2月4日冬奥会将在北京开幕。运动员某次测试高山滑雪赛道的一次飞越，整个过程可以简化为：如图所示，运动员从静止开始沿倾角=37°的斜直滑道顶端自由滑下，从A点沿切线进入圆弧轨道，最后从与A等高的C点腾空飞出。已知运动员在A点的速度为108km/h，在最低位置B点的速度为144km/h，圆弧轨道半径为R=200m，运动员和滑板的总质量m=50kg，滑板与斜直滑道的动摩擦因数为μ=0.125。（不计空气阻力，在A点无机械能损失，g=10 m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）则（ ）
A．滑板在B点对轨道的压力为900N B．斜直滑道的长度为100m
C．从A到B点损失的机械能为12500J D．在C点的速度为10 m/s
8． 2021年12月9日，我国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在“天宫课堂”进行太空授课。在太空失重环境下，下列哪个力学实验能在“天和核心舱”中顺利操作（ ）
A． 验证力的平行四边形定则
B． 研究匀变速直线运动
C． 探究加速度与物体受力物体质量的关系
D． 验证机械能守恒定律
9． 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
10．热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把耗散的能量重新收集、重新加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是（ ）
A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
B．能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了
C．能量耗散表明，能量守恒定律具有一不定期的局限性
D．能量不可能耗散，能量守恒定律反映了自然界中能量转化的宏观过程可以有任意的方向性
二、多选题
11．如图所示。圆心在O点，半径为R的圆弧轨道竖直固定在水平桌面上，与的夹角为，轨道最低点a与桌面相切。一段不可伸长的轻绳两端系着质量分别为m和的小球A和B（均可视为质点），挂在圆弧轨道边缘c的两边，开始时B位于c点，从静止释放，设轻绳足够长，不计一切摩擦，则B球由c下滑到a的过程中（ ）
A．当小球B经过a点时，A、B速度大小之比为1∶1
B．当小球B经过a点时。A、B速度大小之比为
C．小球B经过a点时的速度大小为
D．小球B经过a点时的速度大小为
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．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．
14．横截面积为S的U形圆筒竖直放在水平面上，筒内装水，底部阀门K关闭时两侧水面高度分别为h1和h2，如图所示。已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g，不计水与筒壁间的摩擦阻力。现把连接两筒的阀门K打开，最后两筒水面高度相等，则该过程中（ ）
A．水柱的重力做正功
B．大气压力对水柱做负功
C．水柱的机械能守恒
D．当两筒水面高度相等时，水柱的动能是ρgS（h1-h2）2
15．如图甲所示，可视为质点的物体A、B通过轻绳连接在光滑轻质定滑轮两侧，并在外力的作用下保持静止两物块距离地面高度相同且细绳处于绷紧状态。T=0时刻撤去外力后，0-t1时间内物体A的动能Ek、重力势能Ep，（取地面为重力势能的零势能面）随时间t的变化关系如图乙所示。已知物体B的质量mB=3kg且始终没有与定滑轮相碰，忽略空气阻力，重力加速度g取10m/s2，则（ ）
A．物体A的质量为5kg
B．0-t1时间内，物体B的机械能增加了21J
C．当物体A的重力势能与动能相等时，物体A距地面的高度约为0.57m
D．物体B离地的最大高度为2.8m
三、解答题
16．近年来，我国物流行业发展迅速，在机场经常能见到地勤工作人员利用传送带从飞机上装卸货物。如图所示。若某次工作人员所用传送带与水平面夹角，传送带下行运行速率，传送带两端距离；工作人员沿传送带方向以初速度从传送带顶端推下（推力立即撤去）一件质量为的小包裹（可视为质点）；小包裹要与传送带间的动摩擦因数。取重力加速度，，。求：
（1）包裹通过传送带所需时间；
（2）包裹从顶端到底端与传送带因摩擦所产生的热量。
17．如图所示，质量的物体B通过一轻弹簧固连在地面上，弹簧的劲度系数k=100 N/m。一轻绳一端与物体B连接，另一端绕过两个光滑的轻质小定滑轮O2、O1后与套在光滑直杆顶端的、质量的小球A连接。已知直杆固定，杆长L为0.8 m，且与水平面的夹角θ=37°，初始时使小球A静止不动，与A相连的绳子保持水平，此时绳子中的张力F为45 N。已知AO1=0.5 m，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°=0.6，cos37°=0.8，轻绳不可伸长。现将小球A由静止释放。
（1）求释放小球A之前弹簧的形变量；
（2）若直线CO1与杆垂直，求小球A运动到C点的过程中绳子拉力对小球A所做的功；
（3）求小球A运动到直杆底端D点时的速度大小。
四、实验题
18．某实验小组利用如图甲所示装置来验证机械能守恒定律。A、B是两个相同的小物块，用天平测得其质量均为m，C是内部装有砝码的托盘，其总质量为M，A、B间用轻弹簧拴接，B、C间用轻质且不可伸长的细绳相连。物块A静止放置在一压力传感器上，C的正下方放置一测速仪，该测速仪能测出C的速率，压力传感器与测速仪相连，对应数据可向计算机输出。整个实验过程中弹簧均处于弹性限度内，弹簧的弹性势能只与弹簧本身及形变量有关，不计滑轮与细绳的摩擦，当地的重力加速度为g。
（1）开始时，系统在外力作用下保持静止，细绳拉直但张力为零。现自由释放C，当C向下运动到某一位置时，压力传感器示数为零，测速仪显示的对应速率为v，且v不为零。其中M和m大小关系应满足M_________m（填“小于”“等于”或“大于”），才能实现上述过程；
（2）保持A、B质量m不变，增加C中砝码的个数，即增大托盘和砝码的总质量M，重复步骤（1），当压力传感器示数再次为零时，C下落的高度为________（设弹簧的劲度系数为k），与前一次相比C下落的高度将_________（填“增加”“减少”或“不变”）；
（3）重复上述操作，得到多组不同M下对应的v。根据所测数据，为更直观地验证机械能守恒定律，作出图线如图乙所示，图线在纵轴上的截距为b，则弹簧的劲度系数k=________（用题目中的已知量表示）。
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 C C D C B B A A C B
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BD ACD CD ACD BC
三、解答题
16．（1）4.5s；（2）8J
17．（1）伸长0.1 m；（2）7 J；（3）2 m/s
四、实验题
18． 大于 不变
19． 天平 大于 9.75
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