2024人教版高中物理必修第二册练习题--分层作业23 机械能守恒定律（有解析）
文档属性
| 名称 | 2024人教版高中物理必修第二册练习题--分层作业23 机械能守恒定律（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 425.7KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-03-12 14:19:07 | ||
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文档简介
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2024人教版高中物理必修第二册
第八章分层作业23 机械能守恒定律
A级 必备知识基础练
1.(2023山东烟台高一期末)如图所示,一个小朋友在荡秋千,他从P点向右运动到Q点的过程中,其重力势能和动能的变化情况是( )
A.动能先增加后减少
B.动能一直增加
C.重力势能一直减少
D.重力势能先增加后减少
2.(2023浙江嘉兴高一期末)下列研究对象在运动过程中机械能守恒的是(均不计空气阻力)( )
A.甲图中沿倾斜的滑草轨道下滑的游客
B.乙图中撑竿比赛中向上运动的运动员
C.丙图中点火升空的火箭
D.丁图中男子大跳台比赛在空中飞行的运动员
3.(2023福建龙岩高一期末)如图所示,过山车从斜轨上的最高点A由静止滑下,经最低点B运动到圆形轨道最高点C,设整个过程过山车无动力且忽略摩擦阻力,取最低点B所在水平面为参考平面,则过山车( )
A.在A处的重力势能大于在C处的动能
B.在A处的机械能大于在C处的机械能
C.在B处的机械能小于在C处的机械能
D.在B处的动能等于C处的动能
4. 如图所示是为了检验某种防护罩承受冲击能力的装置的一部分,M是半径为R=1.0 m、固定于竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道,轨道上端切线水平,M的下端相切处放置竖直向上的弹簧枪,可发射速度不同的质量m=0.01 kg的小钢珠,假设某次发射的小钢珠沿轨道内侧恰好能经过M的上端点水平飞出,弹簧始终处于弹性限度内,g取10 m/s2,弹簧枪的长度不计,则发射该小钢珠前,弹簧的弹性势能为( )
A.0.10 J B.0.15 J
C.0.20 J D.0.25 J
5.蹦床运动是体操运动的一种,蹦床有“空中芭蕾”之称。如图所示,可视为质点的运动员在蹦床运动中沿竖直方向起跳,图中虚线PQ是弹性蹦床的初始位置,A为运动员抵达的最高点,B为运动员刚抵达蹦床时的位置,C为运动员抵达的最低点。不考虑空气阻力,在A、B、C三个位置上运动员、地球和蹦床组成的系统的机械能分别是EA、EB、EC,则下列判断正确的是( )
A.EA=EB=EC B.EA>EB=EC
C.EA=EB>EC D.EA>EB>EC
6. 如图所示,轻弹簧一端与墙相连处于自然状态,质量为4 kg的木块沿光滑的水平面以5 m/s的速度运动并开始挤压弹簧,弹簧始终处于弹性限度内,求:
(1)弹簧的最大弹性势能;
(2)木块被弹回速度增大到3 m/s时弹簧的弹性势能。
7.在跳水比赛中,有一个单项是“3 m跳板”。如图所示,其比赛过程可简化为:运动员走上跳板,跳板被压弯到最低点C,跳板又将运动员竖直向上弹到最高点,运动员做自由落体运动,竖直落入水中。将运动员视为质点,运动员质量m=60 kg。(g取10 m/s2)求:
(1)跳板被压弯到最低点C时具有的弹性势能。
(2)运动员入水前的速度大小。(可以用根号表示结果)
B级 能力素养提升练
8.某小组利用频闪照相的方法研究单摆的运动过程,即用在同一张底片上多次曝光的方法,在远处从与单摆摆动平面垂直的视角拍摄单摆在摆动过程中的多个位置的照片。从摆球离开左侧最高点A时开始,每隔相同时间曝光一次,得到了一张记录摆球从A位置由静止运动到右侧最高点B位置的照片,如图所示,其中摆球运动到最低点O时摆线被一把刻度尺挡住。从图中发现,A、B等高,改变刻度尺的位置,发现仍然有这一现象。这一现象可以解释为小球运动过程中存在一个守恒量,这个守恒量是( )
A.摆球的动能
B.摆球的质量
C.摆球(和地球共有)的机械能
D.摆球(和地球共有)的重力势能
9. 如图所示,在高1.5 m的光滑平台上有一个质量为2 kg的小球被一细线系在墙上,小球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧。当烧断细线时,小球被弹出,小球落地时的速度方向与水平方向成60°角,则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g取10 m/s2)( )
A.10 J B.15 J
C.20 J D.25 J
10.(多选)(2023广东珠海高一期末)如图甲所示,轻弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上,一质量为m的小球从弹簧正上方某处由静止释放,落到弹簧上瞬间粘连(无能量损失)并压缩弹簧至最低处。设弹簧一直在弹性限度内,空气阻力忽略不计,以地面为参考平面,小球的动能随高度变化(由h5下落至h1)的图像如图乙所示。已知h1~h4段图线为曲线,h4~h5段为直线,下列说法正确的是( )
A.小球向下运动到最低点的过程中,小球和弹簧组成的系统机械能守恒
B.小球在h3高度时加速度为0
C.弹簧的劲度系数为
D.小球在h2高度时动能为mg(h2-h1)
11.如图所示,质量为m的物体,以某一初速度从A点向下沿光滑的轨道运动,不计空气阻力,若物体通过轨道最低点B时的速度为3,求:
(1)物体在A点时的速度大小;
(2)物体离开C点后还能上升的高度。
12.如图所示是弹簧枪发射钢珠前,测量弹簧的弹性势能的装置,M为半径R=1.6 m、固定于竖直平面内的光滑半圆弧轨道,A、B分别是轨道的最低点和最高点;N为钢珠接收罩,它是一个与轨道的最低点A相平的水平的接收罩(足够大)。在A放置水平向左的弹簧枪(枪的水平长度远小于M的半径),可向M轨道发射速度不同的质量均为m=0.01 kg的小钢珠,弹簧枪可将弹性势能完全转化为小钢珠的动能。g取10 m/s2。
(1)某次发射的小钢珠沿轨道恰好能经过B点,水平飞出后落到N的某一点上,求该次发射钢珠前,弹簧的弹性势能Ep1;
(2)另一次发射的小钢珠沿轨道从B点水平飞出后落到N上的位置与A点水平距离为s=4.8 m,求该次发射钢珠前,弹簧的弹性势能Ep2。
分层作业23 机械能守恒定律
1.A 从P点到最低点的过程中,由于重力做正功,则动能增加,重力势能减小;从最低点向Q点运动过程中,重力做负功,则动能减小,重力势能增加。故选A。
2.D 滑动摩擦力对游客做负功,机械能不守恒,故A错误;竿对运动员的支持力做正功,机械能不守恒,故B错误;推力对升空的火箭做正功,机械能不守恒,故C错误;在空中飞行的过程中,只有重力做功,机械能守恒,故D正确。
3.A 整个过程过山车无动力且忽略摩擦阻力,则过山车在运动中机械能守恒,在A处的机械能等于在B、C处的机械能,B、C错误;取最低点B所在水平面为参考平面,则过山车在C处的动能与重力势能之和等于在A处的重力势能,所以在A处的重力势能大于在C处的动能,A正确;过山车在C处的动能与重力势能之和等于在B处的动能,所以在B处的动能大于在C处的动能,D错误。
4.B 设小钢珠在M轨道最高点的速度为v,在最高点,由题意可得mg=m,从发射前到最高点,由机械能守恒定律有Ep=mgR+mv2=0.15 J,故选B。
5.A 不考虑空气阻力,运动过程中,只有重力和弹力做功,系统的机械能守恒,所以有EA=EB=EC,故选A。
6.答案 (1)50 J (2)32 J
解析 (1)对弹簧和木块组成的系统由机械能守恒定律有Epm=×4×52 J=50 J。
(2)对弹簧和木块组成的系统由机械能守恒定律有+Ep1,所以Ep1==32 J。
7.答案 (1)1 200 J (2)3 m/s
解析 (1)运动员由C点运动到A点时,跳板的弹性势能转化为运动员增加的重力势能,则
Ep=mghAC=60×10×(1.5+0.5) J=1 200 J。
(2)运动员由A点开始做自由落体运动,机械能守恒,则mghA=mv2,解得v= m/s=3 m/s。
8.C A和B位置等高,在这两个位置摆球的重力势能相等,动能也相等,即机械能相等,说明摆球在运动过程中机械能守恒,故选C。
9.A 由2gh=-0得vy=,即vy= m/s,落地时,tan 60°=,可得v0= m/s,弹簧与小球组成的系统机械能守恒,在小球被弹出的过程中,由机械能守恒定律得Ep=,可求得Ep=10 J,故选A。
10.AB 忽略空气阻力,小球向下运动到最低点的过程中,只有重力和弹簧弹力做功,所以小球和弹簧组成的系统机械能守恒,故A正确;由图乙可知,小球在h3高度时,动能最大,则速度最大,此时重力与弹簧弹力平衡,小球的加速度为零,故B正确;小球运动到高度为h3时动能最大,根据牛顿第二定律有mg=kx,其中x=h4-h3,则弹簧的劲度系数为k=,故C错误;h4~h5过程为直线,故该过程小球做自由落体运动,到达h4时小球动能为Ek=mg(h5-h4),由图乙可知到达h2和到达h4时,小球动能相等,所以小球的高度为h2时,动能为mg(h5-h4),故D错误。
11.答案 (1) (2)3.5R
解析 (1)物体在运动的全过程中只有重力做功,机械能守恒,选取B点为零势能点。设物体在B处的速度为vB,则mg·3R+,得v0=。
(2)设从B点上升到最高点的高度为h1,由机械能守恒可得mgh1=,得h1=4.5R
所以离开C点后还能上升h2=h1-R=3.5R。
12.答案 (1)0.4 J (2)0.5 J
解析 (1)在B处对小钢珠进行受力分析,由牛顿第二定律得mg=m
解得vB=4 m/s
从发射钢珠到上升至B点过程,由机械能守恒定律得
Ep1=ΔEp+ΔEk1=mg·2R+
解得Ep1=0.4 J。
(2)钢珠做平抛运动,有
2R=gt2
s=vB'·t
联立解得vB'=6 m/s
由机械能守恒定律得
Ep2=ΔEp+ΔEk2=mg·2R+mvB'2
解得Ep2=0.5 J。
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第八章分层作业23 机械能守恒定律
A级 必备知识基础练
1.(2023山东烟台高一期末)如图所示,一个小朋友在荡秋千,他从P点向右运动到Q点的过程中,其重力势能和动能的变化情况是( )
A.动能先增加后减少
B.动能一直增加
C.重力势能一直减少
D.重力势能先增加后减少
2.(2023浙江嘉兴高一期末)下列研究对象在运动过程中机械能守恒的是(均不计空气阻力)( )
A.甲图中沿倾斜的滑草轨道下滑的游客
B.乙图中撑竿比赛中向上运动的运动员
C.丙图中点火升空的火箭
D.丁图中男子大跳台比赛在空中飞行的运动员
3.(2023福建龙岩高一期末)如图所示,过山车从斜轨上的最高点A由静止滑下,经最低点B运动到圆形轨道最高点C,设整个过程过山车无动力且忽略摩擦阻力,取最低点B所在水平面为参考平面,则过山车( )
A.在A处的重力势能大于在C处的动能
B.在A处的机械能大于在C处的机械能
C.在B处的机械能小于在C处的机械能
D.在B处的动能等于C处的动能
4. 如图所示是为了检验某种防护罩承受冲击能力的装置的一部分,M是半径为R=1.0 m、固定于竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道,轨道上端切线水平,M的下端相切处放置竖直向上的弹簧枪,可发射速度不同的质量m=0.01 kg的小钢珠,假设某次发射的小钢珠沿轨道内侧恰好能经过M的上端点水平飞出,弹簧始终处于弹性限度内,g取10 m/s2,弹簧枪的长度不计,则发射该小钢珠前,弹簧的弹性势能为( )
A.0.10 J B.0.15 J
C.0.20 J D.0.25 J
5.蹦床运动是体操运动的一种,蹦床有“空中芭蕾”之称。如图所示,可视为质点的运动员在蹦床运动中沿竖直方向起跳,图中虚线PQ是弹性蹦床的初始位置,A为运动员抵达的最高点,B为运动员刚抵达蹦床时的位置,C为运动员抵达的最低点。不考虑空气阻力,在A、B、C三个位置上运动员、地球和蹦床组成的系统的机械能分别是EA、EB、EC,则下列判断正确的是( )
A.EA=EB=EC B.EA>EB=EC
C.EA=EB>EC D.EA>EB>EC
6. 如图所示,轻弹簧一端与墙相连处于自然状态,质量为4 kg的木块沿光滑的水平面以5 m/s的速度运动并开始挤压弹簧,弹簧始终处于弹性限度内,求:
(1)弹簧的最大弹性势能;
(2)木块被弹回速度增大到3 m/s时弹簧的弹性势能。
7.在跳水比赛中,有一个单项是“3 m跳板”。如图所示,其比赛过程可简化为:运动员走上跳板,跳板被压弯到最低点C,跳板又将运动员竖直向上弹到最高点,运动员做自由落体运动,竖直落入水中。将运动员视为质点,运动员质量m=60 kg。(g取10 m/s2)求:
(1)跳板被压弯到最低点C时具有的弹性势能。
(2)运动员入水前的速度大小。(可以用根号表示结果)
B级 能力素养提升练
8.某小组利用频闪照相的方法研究单摆的运动过程,即用在同一张底片上多次曝光的方法,在远处从与单摆摆动平面垂直的视角拍摄单摆在摆动过程中的多个位置的照片。从摆球离开左侧最高点A时开始,每隔相同时间曝光一次,得到了一张记录摆球从A位置由静止运动到右侧最高点B位置的照片,如图所示,其中摆球运动到最低点O时摆线被一把刻度尺挡住。从图中发现,A、B等高,改变刻度尺的位置,发现仍然有这一现象。这一现象可以解释为小球运动过程中存在一个守恒量,这个守恒量是( )
A.摆球的动能
B.摆球的质量
C.摆球(和地球共有)的机械能
D.摆球(和地球共有)的重力势能
9. 如图所示,在高1.5 m的光滑平台上有一个质量为2 kg的小球被一细线系在墙上,小球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧。当烧断细线时,小球被弹出,小球落地时的速度方向与水平方向成60°角,则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g取10 m/s2)( )
A.10 J B.15 J
C.20 J D.25 J
10.(多选)(2023广东珠海高一期末)如图甲所示,轻弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上,一质量为m的小球从弹簧正上方某处由静止释放,落到弹簧上瞬间粘连(无能量损失)并压缩弹簧至最低处。设弹簧一直在弹性限度内,空气阻力忽略不计,以地面为参考平面,小球的动能随高度变化(由h5下落至h1)的图像如图乙所示。已知h1~h4段图线为曲线,h4~h5段为直线,下列说法正确的是( )
A.小球向下运动到最低点的过程中,小球和弹簧组成的系统机械能守恒
B.小球在h3高度时加速度为0
C.弹簧的劲度系数为
D.小球在h2高度时动能为mg(h2-h1)
11.如图所示,质量为m的物体,以某一初速度从A点向下沿光滑的轨道运动,不计空气阻力,若物体通过轨道最低点B时的速度为3,求:
(1)物体在A点时的速度大小;
(2)物体离开C点后还能上升的高度。
12.如图所示是弹簧枪发射钢珠前,测量弹簧的弹性势能的装置,M为半径R=1.6 m、固定于竖直平面内的光滑半圆弧轨道,A、B分别是轨道的最低点和最高点;N为钢珠接收罩,它是一个与轨道的最低点A相平的水平的接收罩(足够大)。在A放置水平向左的弹簧枪(枪的水平长度远小于M的半径),可向M轨道发射速度不同的质量均为m=0.01 kg的小钢珠,弹簧枪可将弹性势能完全转化为小钢珠的动能。g取10 m/s2。
(1)某次发射的小钢珠沿轨道恰好能经过B点,水平飞出后落到N的某一点上,求该次发射钢珠前,弹簧的弹性势能Ep1;
(2)另一次发射的小钢珠沿轨道从B点水平飞出后落到N上的位置与A点水平距离为s=4.8 m,求该次发射钢珠前,弹簧的弹性势能Ep2。
分层作业23 机械能守恒定律
1.A 从P点到最低点的过程中,由于重力做正功,则动能增加,重力势能减小;从最低点向Q点运动过程中,重力做负功,则动能减小,重力势能增加。故选A。
2.D 滑动摩擦力对游客做负功,机械能不守恒,故A错误;竿对运动员的支持力做正功,机械能不守恒,故B错误;推力对升空的火箭做正功,机械能不守恒,故C错误;在空中飞行的过程中,只有重力做功,机械能守恒,故D正确。
3.A 整个过程过山车无动力且忽略摩擦阻力,则过山车在运动中机械能守恒,在A处的机械能等于在B、C处的机械能,B、C错误;取最低点B所在水平面为参考平面,则过山车在C处的动能与重力势能之和等于在A处的重力势能,所以在A处的重力势能大于在C处的动能,A正确;过山车在C处的动能与重力势能之和等于在B处的动能,所以在B处的动能大于在C处的动能,D错误。
4.B 设小钢珠在M轨道最高点的速度为v,在最高点,由题意可得mg=m,从发射前到最高点,由机械能守恒定律有Ep=mgR+mv2=0.15 J,故选B。
5.A 不考虑空气阻力,运动过程中,只有重力和弹力做功,系统的机械能守恒,所以有EA=EB=EC,故选A。
6.答案 (1)50 J (2)32 J
解析 (1)对弹簧和木块组成的系统由机械能守恒定律有Epm=×4×52 J=50 J。
(2)对弹簧和木块组成的系统由机械能守恒定律有+Ep1,所以Ep1==32 J。
7.答案 (1)1 200 J (2)3 m/s
解析 (1)运动员由C点运动到A点时,跳板的弹性势能转化为运动员增加的重力势能,则
Ep=mghAC=60×10×(1.5+0.5) J=1 200 J。
(2)运动员由A点开始做自由落体运动,机械能守恒,则mghA=mv2,解得v= m/s=3 m/s。
8.C A和B位置等高,在这两个位置摆球的重力势能相等,动能也相等,即机械能相等,说明摆球在运动过程中机械能守恒,故选C。
9.A 由2gh=-0得vy=,即vy= m/s,落地时,tan 60°=,可得v0= m/s,弹簧与小球组成的系统机械能守恒,在小球被弹出的过程中,由机械能守恒定律得Ep=,可求得Ep=10 J,故选A。
10.AB 忽略空气阻力,小球向下运动到最低点的过程中,只有重力和弹簧弹力做功,所以小球和弹簧组成的系统机械能守恒,故A正确;由图乙可知,小球在h3高度时,动能最大,则速度最大,此时重力与弹簧弹力平衡,小球的加速度为零,故B正确;小球运动到高度为h3时动能最大,根据牛顿第二定律有mg=kx,其中x=h4-h3,则弹簧的劲度系数为k=,故C错误;h4~h5过程为直线,故该过程小球做自由落体运动,到达h4时小球动能为Ek=mg(h5-h4),由图乙可知到达h2和到达h4时,小球动能相等,所以小球的高度为h2时,动能为mg(h5-h4),故D错误。
11.答案 (1) (2)3.5R
解析 (1)物体在运动的全过程中只有重力做功,机械能守恒,选取B点为零势能点。设物体在B处的速度为vB,则mg·3R+,得v0=。
(2)设从B点上升到最高点的高度为h1,由机械能守恒可得mgh1=,得h1=4.5R
所以离开C点后还能上升h2=h1-R=3.5R。
12.答案 (1)0.4 J (2)0.5 J
解析 (1)在B处对小钢珠进行受力分析,由牛顿第二定律得mg=m
解得vB=4 m/s
从发射钢珠到上升至B点过程,由机械能守恒定律得
Ep1=ΔEp+ΔEk1=mg·2R+
解得Ep1=0.4 J。
(2)钢珠做平抛运动,有
2R=gt2
s=vB'·t
联立解得vB'=6 m/s
由机械能守恒定律得
Ep2=ΔEp+ΔEk2=mg·2R+mvB'2
解得Ep2=0.5 J。
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