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
过 关 演 练
一、单选题
1． 下列说法正确的是（ ）
A．随着科技的发展，永动机是可以制成的
B．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的
C．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生
2． 如图所示为运动员参加撑杆跳高比赛的示意图，对运动员在撑杆跳高过程中的能量变化描述正确的是（ ）
A．加速助跑过程中，运动员的机械能不断增大
B．运动员越过横杆正上方时，动能为零
C．起跳上升过程中，运动员的机械能守恒
D．起跳上升过程中，杆的弹性势能一直增大
3． 如图所示，用两段不可伸长的轻质细线OA、OB将小球（可看作质点）悬挂于天花板上，小球静止时，OA、OB相互垂直且拉力大小之比为，若分别把细线OA、OB剪断，下列说法正确的是（ ）
A．当小球摆到各自最低点时，向心力之比为
B．当小球摆到各自最低点时，向心加速度之比为
C．当小球摆到各自最低点时，细线拉力之比为
D．小球从静止位置摆到各自最低点的过程中，动能的变化量之比为
4． 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
5． 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
6． 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
7． 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
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，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．
10．2022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
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．如图所示为某缓冲装置的模型图，一轻杆被两个固定薄板夹在中间，轻杆与两薄板之间的滑动摩擦力均为，轻杆露在薄板外面的长度为。轻杆前端固定一个劲度系数为的轻弹簧。一质量为的物体从左侧以速度撞向弹簧，能使轻杆向右侧移动。已知弹簧的弹性势能，其中为劲度系数，为形变量。最大静摩擦力等于滑动摩擦力，弹簧始终在弹性限度内。下列说法正确的是（ ）
A．欲使轻杆发生移动，物体运动的最小速度为
B．欲使轻杆发生移动，物体运动的最小速度为
C．欲使轻杆左端恰好完全进入薄板，物体运动的速度为
D．欲使轻杆左端恰好完全进入薄板，物体运动的速度为
13．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
14．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
15．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
三、解答题
16．如图所示，粗糙轻杆水平固定在竖直轻质转轴上A点。质量为m的小球和轻弹簧套在轻杆上，小球与轻杆间的动摩擦因数为μ，弹簧原长为0.6L，左端固定在A点，右端与小球相连。长为L的细线一端系住小球，另一端系在转轴上B点，AB间距离为0.6L。装置静止时将小球向左缓慢推到距A点0.4L处时松手，小球恰能保持静止。接着使装置由静止缓慢加速转动。已知小球与杆间最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g，不计转轴所受摩擦。
（1）求弹簧的劲度系数k；
（2）求小球与轻杆间恰无弹力时装置转动的角速度ω；
（3）从开始转动到小球与轻杆间恰无弹力过程中，外界提供给装置的能量为E，求该过程摩擦力对小球做的功W。
17．如图所示，水平地面上竖直放置倾角为的光滑直轨道、四分之一细圆管道和四分之一圆弧轨道平滑连接。其中管道的半径、圆心在点，轨道的半径，圆心在点，、D和处在同一水平线上，E、和F处在同一竖直线上。一质量为m的小球（可视为质点）从轨道上距水平地面高为h的P点静止下滑，小球经管道、轨道从E点滑出并做平抛运动，然后落到地面上的Q点，不计一切摩擦，重力加速度g取。，。求：
（1）F、Q之间的最小距离；
（2）h的最小值。
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．某同学用图（a）所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有、和，打出纸带的一部分如图（b）所示。
该同学在实验中没有记录交流电的频率，需要用实验数据和其他条件进行推算。
（1）在该实验中，下列叙述正确的是_______；
A．安装打点计时器时，两限位孔应在同一竖直线上
B．实验时，在松开纸带让重物下落的同时，应立即接通电源
C．若纸带上开始打出的几个点模糊不清，也可设法用后面清晰的点进行验证
D．测量重物下落高度时必须从起始点算起
（2）若从打出的纸带可判定重物做匀加速下落运动，利用打点周期为和图（b）中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出点时，重物下落的速度大小为__________，打出点时重物下落的速度大小为__________；若已测得，，；当重力加速度大小为，试验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的。由此推算出为__________。
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 A D B B C D A B A
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 ACD BD ACD BC AD
三、解答题
16．（1）；（2）；（3）E－
17．（1）；（2）
四、实验题
18． B C 大于
19． AC 40
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