人教版新教材必修二第八章机械能概念专题(含答案)
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题(本大题共10小题,共60.0分)
下列实例中,机械能守恒的是( )
A. 气球匀速上升 B. 物体沿光滑斜面自由下滑
C. 物体在竖直面内做匀速圆周运动 D. 汽车沿斜坡匀速向下行驶
一木块沿斜面向下滑,下列说法正确的是( )
A. 不管斜面是否光滑,下滑过程中重力对木块做了功,它的内能将增大
B. 若斜面光滑且不计空气阻力,木块滑到斜面底部时,速度增大,内能也将增大
C. 若斜面粗糙,木块在重力作用下虽速度增大,但它的内能并不改变
D. 若斜面粗糙,木块的机械能减小,而它的内能将增大
物体在竖直方向上分别做了匀速上升、加速上升和减速上升三种运动。在这三种情况下物体机械能的变化情况是( )
A. 匀速上升机械能不变,加速上升机械能增加,减速上升机械能减小
B. 匀速上升和加速上升机械能增加,减速上升机械能减小
C. 匀速上升和加速上升机械能增加,减速上升机械能可能增加,可能减少,也可能不变
D. 三种情况中,物体的机械能均增加
如图,质量为的苹果从距离地面高度为的树上由静止开始下落,树下有一深度为的坑。以地面为零势能参考平面,忽略空气阻力,则苹果
A. 落到与地面等高时,动能为 B. 落到与地面等高时,机械能为
C. 即将落到坑底时,动能为 D. 即将落到坑底时,机械能为
如图所示,与通过轻质绳连接,,滑轮光滑且质量不计.在下降一段距离不计空气阻力的过程中,下列说法中正确的是( )
A. 的机械能守恒 B. 的机械能减小
C. 和的总机械能减少 D. 和组成的系统机械能守恒
如图所示,高的斜面固定不动。一个质量的物体,由静止开始从斜面的顶点滑下,滑到斜面底端时的速度大小为,取,在此过程中,下列判断正确的是( )
A. 系统的机械能保持不变 B. 物体的重力势能减少了
C. 物体的动能增加了 D. 物体的机械能减少了
如图,和是竖直平面内两个半径不同的半圆形光滑轨道,、、三点位于同一水平面上,并规定这一水平面为重力势能为零的参考平面。和分别为两轨道的最低点,将两个质量相同的小球分别从和两处同时无初速释放,则( )
A. 两小球沿轨道运动过程中,重力势能始终为正值 B. 两小球到达点和点时,重力做功相等
C. 两小球到达点和点时,重力势能相等 D. 两小球沿轨道运动过程中,机械能始终相等
浙江省诸暨陈蔡镇是我省有名的板栗产地。如图为老乡敲打板栗的情形,假设某一次敲打时,离地处的板栗被敲打后以的速度水平飞出。已知板栗的质量为,忽略空气阻力作用,以地面为零势能面,取,则关于该板栗下列说法正确的是( )
A. 水平飞出时的重力势能是 B. 落地时的机械能为
C. 在离地高处的势能是其机械能的 D. 有可能击中离敲出点水平距离为的工人
神舟十三号返回舱进入大气层一段时间后,逐一打开引导伞、减速伞、主伞,最后启动反冲装置,实现软着陆。某兴趣小组研究了减速伞打开后返回舱的运动情况,将其运动简化为竖直方向的直线运动,其图像如图所示。设该过程中,重力加速度不变,返回舱质量不变,下列说法正确的是:
A. 在时间内,返回舱重力的功率随时间不变 B. 在时间内,返回舱的加速度不变
C. 在时间内,返回舱的动量随时间减小 D. 在时间内,返回舱的机械能不变
如图甲所示,在水平地面上有一固定的光滑斜面,一物块以一定的初速度在沿斜面方向向下的拉力作用下沿斜面运动,其速度时间关系图线如图乙所示。以地面为零势能平面,忽略空气阻力,物体的机械能随运动距离变化的大致图线可能是下列选项中的
A. B. C. D.
二、计算题(本大题共3小题,共40.0分)
一质量为的小球从距离水平地面高的塔顶以某一竖直初速度下落,当下落时,速度达到以水平地面为零重力势能面,取求此时:
小球的动能;
小球的重力势能;
小球的机械能.
如图所示,质量为的物体自由下落的过程中,经过高度为的处时速度为,下落到高度为的处时速度为,不计空气阻力,选择地面为参考平面,求:
物体在、处的机械能各是多少?
比较物体在、处的机械能的大小,得出什么结论?
如图所示,质量的跳水运动员从距水面高的跳台上以的速度斜向上起跳,最终落入水中.若忽略运动员身高的影响且不计空气阻力.取,以运动员到达水面的重力势能为零.求:
运动员在跳台上时具有的重力势能;
运动员在最高点时的机械能;
运动员入水时速度的大小.
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
根据机械能的定义或机械能守恒的条件逐一判断即可。
本题考查了机械能守恒的条件,熟悉机械能守恒的条件是解题的关键。
【解答】
A、气球匀速上升时动能不变、重力势能增大,故机械能增大,A错误;
C、物体沿光滑斜面自由下滑时,受到重力和支持力作用,支持力不做功,只有重力做功,故机械能守恒,故B正确。
B、物体在竖直平面内做匀速圆周运动时动能不变,而重力势能随高度变化,故机械能也随高度变化,C错误;
D、汽车匀速向下行驶,动能不变、重力势能减少,故机械能减少,D错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了物体的内能;机械能守恒定律。
木块下滑时,重力做正功,重力势能减小;
木块受到的摩擦力对木块做负功,木块克服摩擦力做功,木块机械能减少;
摩擦力做功使木块的机械能减少,减少的机械能转化为木块与斜面的内能。
重力做功不改变物体的机械能,摩擦力做功,使木块的机械能减少,转化为木块与斜面的内能。
【解答】
斜面光滑且不计空气阻力时,木块下滑过程中机械能守恒,内能不变;斜面粗糙,木块下滑时要克服摩擦力做功,故木块在机械能减小,由能量守恒定律它的内能将增大;
所以,选项A、、C错误,选项D正确。
故选D。
3.【答案】
【解析】
【分析】
根据功能原理:除了重力以外的其他力做正功时,物体的机械能将增加;若除了重力以外的其他力做负功时,物体的机械能将减小.分析除重力以外的其他力做功的正负,即可判断物体机械能的变化。
本题的解题关键是掌握功能原理,并能正确运用,也可以根据机械能的概念进行判断。
【解答】
无论物体向上加速运动还是向上匀速运动,除重力外,其他外力一定对物体做正功,物体机械能都增加;物体向上减速运动时,除重力外,物体受到的其他外力不确定,故无法确定其机械能的变化,即减速上升机械能可能增加,可能减少,也可能不变,故C正确,ABD错误。
故选C。
4.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了重力势能的概念和表达式、动能的概念和表达式、机械能的概念;掌握住机械能守恒的条件即可,同时注意明确重力势能与零势能面之间的关系。
根据物体所在高度相对于零势能面的高度即可确定对应的重力势能;
整个过程中苹果的机械能守恒,在任何一个地方的机械能都是相同的,求得其中一个点的机械能即可;
根据机械能守恒定律可明确下落到坑底时的动能。
【解答】
A.根据机械能守恒定律可知,落到与地面等高时,重力势能转化为动能,动能为,故A错误;
物体开始时的机械能为:;因下落过程中机械能守恒,故落到与地面等高、落入坑底时的机械能都为,故BD错误;
C.根据机械能守恒定律可知,苹果落入坑底时动能为,故C正确。
故选C。
5.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查机械能守恒,关键是两个物体构成的系统中只有动能和重力势能相互转化,机械能总量保持不变。
本题中单个物体系统机械能不守恒,但两个物体系统中只有动能和势能相互转化,机械能守恒。
【解答】
、 两个物体系统中只有动能和重力势能相互转化,机械能总量守恒,单个物体机械能不守恒,故AC错误,D正确;
B、重力势能增加,动能增加,故机械能增加,故B错误。
故选D。
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查功能关系,应明确机械能等于动能和重力势能之和,根据物体重力势能减少量与动能增加量是否相等来判断机械能是否保持不变。
根据求出物体的重力势能减少量。由末速度可求得物体的动能增加量,从而判断机械能是否保持不变,并求得物体的机械能减少量。
【解答】
、物体的重力势能减少量为:,
物体的动能增加量为:,
可知,物体的机械能减少,即系统的机械能减少,故ABC错误;
D、机械能的减少量为:,故D正确。
7.【答案】
【解析】
【分析】
根据重力势能的表达式分析项。根据机械能守恒的条件分析机械能的情况。
考查重力势能的决定因素,明确零电势点的选择决定重力势能的大小。
【解答】
A.小球始终在所选的参考平面下方,重力势能始终为负值,则A错误;
B.下滑过程只有重力做功,与下降的高度有关,则到达点做功多,到达点做功少,则B错误
C.点位置低,重力势能小,则C错误
D.两小球在运动过程中,只有重力做功,故机械能守恒,因为选择的参考平面为所在的水平面,故两球的机械能始终相当,一直为零,则D正确。
故选D。
8.【答案】
【解析】
【分析】
由重力势能的表达式及含义判断得解;由过程中的机械能守恒判断落地时的机械能;由离地高处的势能及总机械能判断得解;由平抛运动规律判断能否击中离敲出点水平距离为的工人。
本题主要考查平抛运动规律、机械能守恒及重力势能表达式的理解与应用,难度一般。
【解答】
A.由于忽略空气阻力作用,以地面为零势能面,故由重力势能的表达式可得水平飞出时的重力势能:,A错误;
B.由于该过程板栗仅受重力作用,故该过程机械能守恒,由机械能的定义可知初始时的机械能为:,故B错误;
C.在离地高处的势能为:,其与机械能的的比值为:,C正确;
D.由平抛运动规律可知:,解得其落地时间为:,由水平方向的匀速直线可得其水平位移:,小于距离,故D错误。
故选C。
9.【答案】
【解析】
【分析】
根据图像判断出返回舱速度的变化,根据求得重力的瞬时功率,根据图像的斜率分析加速度;根据判断出动量的变化;机械能为动能与势能之和。
本题主要考查了图像,根据图像判断出速度的变化,抓住图像的斜率表示加速度,利用好动量和瞬时功率的定义式即可。
【解答】
A.根据图像可知在时间内速度逐渐减小,根据,返回舱重力的功率随时间减小,故A错误;
B.在图像中,图像的斜率表示加速度,斜率逐渐减小,故加速度逐渐减小,故B错误;
C.在时间内,速度逐渐减小,根据可知返回舱的动量随时间减小,故C正确;
D.在时间内,返回舱的速度不变,动能不变,但重力势能减小,故机械能减小,故D错误。
故选:。
10.【答案】
【解析】
【分析】
根据图象的斜率分析加速度如何变化,由牛顿第二定律分析拉力的变化情况.由功能关系分析的斜率变化情况,即可选择。
解决本题的关键要掌握功能原理,知道图象的斜率大小等于拉力,结合牛顿第二定律分析。
【解答】
根据图象的斜率等于加速度,可知,加速度不断增大。
物体沿斜面向上运动,由牛顿第二定律得:,得,可知不断增大。
对物体做正功,由功能原理知物体的机械能增大。根据功能关系有:,可知,图象的斜率大小等于拉力,增大,图象的斜率不断增大,故B图是正确的。
故选:。
11.【答案】解小球的动能;
下落时距离地面,则重力势能;
机械能。
答:小球的动能为
小球的重力势能为
小球的机械为。
【解析】根据速度的大小求出动能的大小,根据重力势能的表达式求出重力势能的大小,从而得出机械能的大小。
解决本题的关键掌握动能和重力势能的表达式,知道重力势能和机械能的大小与零势能平面的选取有关,基础题
12.【答案】解:处的机械能为
处的机械能为
根据动能定理可知
下落过程中重力做功与重力势能变化量的关系为
联立解得
即
物体在、两处的机械能相等。
【解析】根据求得机械能;
根据动能定理和重力做功与重力势能的关系即可判断。
本题主要考查了机械能的计算和只有重力做功的关系下,推导出机械能守恒。
13.【答案】解:由题意以运动员到达水面的重力势能为零,人的重力势能是;
运动员在最高点时的机械能为;;
在整个过程中,只有重力做功,机械能守恒,由,
解得。
答:
运动员在跳台上时具有的重力势能是;
运动员在最高点时的机械能是;
运动员入水时的速度大小是。
【解析】本题考查了重力势能,机械能和机械能守恒定律的应用,解题时注意零势能面,选好运动过程,比较简单。
由重力势能的定义式可以求得运动员在跳台上时具有的重力势能;
由机械能概念可以求得运动员在最高点时的机械能;
根据机械能守恒可以求得运动员入水时的速度大小。
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