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
挑战学霸
一、单选题
1． 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
2． 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
3． 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
4． 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．
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． 某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为20m的圆面。某时间内该地区的风向恰好跟叶片转动的圆面垂直，已知空气的密度为1.2kg/m3，假如这个风力发电机能将此圆内空气动能的10%转化为电能，若该风力发电机的发电功率约为1.63×104W，则该地区的风速约为（ ）
A．10m/s B．8m/s C．6m/s D．4m/s
7． 如图所示，A、B两物体的质量分别为m、2m，中间用轻杆相连，放在光滑的斜面上．现将它们从静止释放，在下滑的过程中（ ）
A．两物体下滑的加速度不相同 B．轻杆对A做正功，对B做负功
C．系统的机械能守恒 D．任意时刻两物体重力的功率相同
8． 如图所示，小滑块P、Q的质量均为m，P套在固定光滑竖直杆上，Q放在光滑水平面上。P、Q间通过铰链用长为L的轻杆连接，轻杆与竖直杆的夹角为α，一水平轻弹簧左端与Q相连，右端固定在竖直杆上。当α＝30°时，弹簧处于原长，P由静止释放，下降到最低点时α变为60°，整个运动过程中，P、Q始终在同一竖直平面内，弹簧在弹性限度内，忽略一切摩擦，重力加速度为g。则P下降过程中（ ）
A．P、Q组成的系统机械能守恒
B．弹簧弹性势能最大值为
C．竖直杆对滑块P的弹力始终大于弹簧弹力
D．滑块P的动能达到最大时，Q受到地面的支持力大于2mg
9． 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
10．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。将一内壁光滑血管弯成半径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。求小物块到达D点时细管内壁对小物块的支持力大小；（ ）
A．42N B．45N C．48N D．55N
二、多选题
11．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
12．小明坐在半球形轨道顶端玩耍，突然被小伙伴推了一下，沿球面向下滑动。半球形轨道横截面示意图如图所示。假设球面是光滑的，球半径为R，从最高点A滑动时的水平速度为v0，至B点时脱离轨道，最终落在水平地面上的C点，OA和OB间的夹角为θ，不计空气阻力，重力加速度为g。下列说法中正确的是（ ）
A．从A到B的过程中，小明水平方向的加速度先减小后增大
B．在B点时，小明的速度为
C．cosθ
D．从A到C的过程中，小明运动的时间大于
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．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
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．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，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。
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 C C B B B C C B B D
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AD BCD CD AD BC
三、解答题
16．（1）4.5s；（2）8J
17．（1）17N；（2）；（3）（m） （）
四、实验题
18． C 0.07 3
19． 天平 大于 9.75
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