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第八章机械能守恒定律易错精选题-高中物理人教版必修第二册
一、单选题
1.“嫦娥五号”是我国月球软着陆无人登月探测器,如图,当它接近月球表面时,可打开反冲发动机使探测器减速下降。探测器减速下降过程中,它在月球上的重力势能、动能和机械能的变化情况是( )
A.动能增加、重力势能减小
B.动能减小、重力势能增加
C.动能减小、机械能减小
D.重力势能增加、机械能增加
2.如图所示,在竖直平面内,有一光滑圆形轨道,AB为其水平方向的直径。若甲、乙两球同时以同样大小的速度从A点出发,沿轨道内表面按图示方向运动到B,运动中均不脱离圆轨道,则下列说法正确的是( )
A.甲球先到达B B.乙球先到达B
C.两球同时到达B D.若两球质量相等则同时到达B
3.轻杆AB长2L,A端连在固定轴上,B端固定一个质量为2m的小球,中点C固定一个质量为m的小球。AB杆可以绕A端在竖直平面内自由转动。现将杆置于水平位置,如图所示,然后由静止释放,不计各处摩擦力与空气阻力,重力加速度大小为,则下列说法不正确的是( )
A.AB杆转到竖直位置时,角速度为
B.AB杆转到竖直位置的过程中,B端小球的机械能的增量为
C.AB杆转动过程中杆CB对B球做正功,对C球做负功
D.AB杆转动过程中,C球机械能守恒
4.如图所示,在轻弹簧的下端悬挂一个质量为的小球A,将小球A从弹簧原长位置由静止释放,小球A能够下降的最大高度为。若将小球A换为质量为的小球B,仍从弹簧原长位置由静止释放,重力加速度为,不计空气阻力,则小球B下降时的速度为( )
A. B.
C. D.
5.如图所示,可视为质点的小球A、B用不可伸长的轻质细线连接,跨过固定在水平地面上、半径为R的光滑圆柱,A的质量为B的3倍。当B位于地面时,A恰与圆柱轴心等高。将A由静止释放(A落地时,立即烧断细线),B上升的最大高度是( )
A. B. C. D.2R
6.如图所示,光滑细杆AB、AC在A点连接,AB竖直放置,AC水平放置,两中心有孔的相同小球M、N,分别套在AB和AC上,并用一不可伸长的细绳相连,细绳恰好被拉直,现由静止释放M、N,在N球碰到A点前的运动过程中,下列说法中正确的是( )
A.M球的机械能守恒
B.M球的机械能增大
C.M球和N球组成的系统机械能守恒
D.绳的拉力对N球做负功
二、多选题
7.一个质量为1kg的小球竖直向上抛出,最终落回抛出点,假如该小球所受空气阻力大小恒定,该过程小球的位移一时间图象如图所示,重力加速度10m/s2。下列说法正确的是( )
A.小球抛出时的速度大小为12m/s B.小球抛出时的速度大小为24m/s
C.小球落地时的动能为192J D.小球落地时的动能为288J
8.图甲为排球比赛的某个场景,排球飞行过程可简化为图乙,运动员第1次将飞来的排球从a点水平击出,球击中b点;第2次将飞来的排球从a点正下方且与b点等高的c点斜向上击出,也击中b点,排球运动的最高点d与a点的高度相同。不计空气阻力,下列说法正确的有( )
A.两次排球在空中飞行的时间相同
B.两次排球击中b点时的动能相等
C.运动员两次击球后排球具有的初动能可能相等
D.排球两次击中b点前瞬间,重力的功率一定相等
9.在某一粗糙的水平面上,一质量为2 kg的物体在水平恒定拉力的作用下做匀速直线运动,当运动一段时间后,拉力逐渐减小,且当拉力减小到零时,物体刚好停止运动,图中给出了拉力随位移变化的关系图像。已知重力加速度g=10 m/s2。根据以上信息能精确得出或估算得出的物理量有( )
A.物体与水平面间的动摩擦因数
B.合外力对物体所做的功
C.物体做匀速运动时的速度
D.物体运动的时间
10.如图所示,一运动员从相同高度的A、B两位置先后抛出同一篮球,都直接落入篮筐,落入篮筐时的速度方向相同,忽略空气阻力,下列说法正确的是( )
A.篮球从A、B两位置抛出时的速度大小相等
B.篮球从A位置抛出时的水平分速度比从B位置抛出时的水平分速度大
C.两次篮球从被抛出到落入篮筐,克服重力做的功相同
D.篮球从A位置抛出后的速度变化比从B位置抛出后的速度变化快
三、实验题
11.用图甲所示实验装置验证组成的系统机械能守恒,从高处由静止开始下落,上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两个计数点间还有4个点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示。已知,则:(g取10m/s2,结果均保留两位有效数字)
(1)在纸带上打下计数点5时的速度大小 ;
(2)在打点过程中系统动能的增加量为 J,系统重力势能的减少量为 J,由此得出的结论是: ;
(3)若某同学作出的图像如图丙所示,则当地的实际重力加速度
四、解答题
12.如图所示,水平传送带以v=2 m/s的速率匀速运行,上方漏斗每秒将40 kg的煤粉竖直放到传送带上,然后一起随传送带匀速运动。如果要使传送带保持原来的速率匀速运行,则电动机应增加的功率为多少?
13.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)
14.如图所示,竖直平面内的直角坐标系xOy中有一根表面粗糙、粗细均匀的细杆OMN,它的上端固定在坐标原点O处且与x轴相切。OM和MN段分别为弯曲杆和直杆,它们相切于M点,OM段所对应的曲线方程为。一根套在直杆MN上的轻弹簧下端固定在N点,其原长比杆MN的长度短。可视为质点的开孔小球(孔的直径略大于杆的直径)套在细杆上。现将小球从O处以v0=3 m/s的初速度沿x轴的正方向抛出,小球过M点后沿杆MN运动压缩弹簧,再经弹簧反弹后恰好到达M点。已知小球的质量m=0.1 kg,M点的纵坐标为0.8 m,小球与杆间的动摩擦因数,g取10 m/s2。求:
(1)上述整个过程中摩擦力对小球所做的功;
(2)轻质弹簧被压缩至最短时的弹性势能。
15.某次滑板比赛中,赛道简化图模型如图所示,平台A和平台BC高度相距h=3.2m,粗糙水平轨道DE与光滑圆弧形轨道CD、EF相切于D、E两点。若运动员与滑板一起(可看作质点)从平台A以速度v0水平飞出,恰好从C点无能量损失地沿着圆弧切线进入CD轨道,滑过DE冲上EF轨道,然后返回,恰好到C点速度为零。已知运动员和滑板总质量m=60kg,光滑圆弧CD对应的圆心角θ=53°,圆弧形轨道半径均为R=4m,滑板与水平轨道DE间的摩擦可视为滑动摩擦,动摩擦因数μ=0.2,不计空气阻力,g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6。求:
(1)运动员的初速度v0的大小;
(2)运动员第一次经过D点时对圆弧轨道的压力FN的大小;
(3)水平轨道DE的长度L。
参考答案:
1.C
【详解】探测器减速下降过程中,速度减小,则动能减小;高度降低,则重力势能减小,故机械能减小。
故选C。
2.B
【详解】根据题意得乙球先向下运动,重力势能转化为动能,速率增大,然后动能转化为重力势能,速率变小,则乙球的速率是先变大后变小;甲球先向上运动,动能转化为重力势能,速率变小,然后重力势能转化为动能,速率变大,则甲球的速率是先变小后变大,而甲、乙两个小球运动过程中只有重力做功,机械能守恒,则到达B点的速率相等。画出两小球速率随时间变化的关系图像,如图所示
两球所通过的路程即坐标轴与图线所围面积要相等,由图可知小球乙先到达B点,故B正确,ACD错误。
故选B。
3.D
【详解】A.在AB杆由静止释放转到竖直位置的过程中,两小球和杆组成的系统机械能守恒,则以B端球的最低点为零势能点,根据机械能守恒定律有
解得角速度
故A正确,不符合题意;
B.在此过程中,B端小球机械能的增量为
故B正确,不符合题意;
CD.AB杆转动过程中,由于B球机械能增加,故杆对B球做正功,由机械能守恒,C球机械能必然减少,所以CB杆对C球做负功,故C正确,不符合题意,D错误,符合题意。
故选D。
4.A
【详解】依题意,根据小球和弹簧组成的系统机械能守恒得,对A下降的过程有
对B下降的过程有
解得
故选A。
5.B
【详解】设B的质量为m,则A的质量为3m,A球落地前,A、B组成的系统机械能守恒,有
解得
对B运用动能定理有
解得
则B上升的最大高度为
故选B。
6.C
【详解】因M球下落的过程中细绳的拉力对M球做负功,对N球做正功,故M球的机械能减小,N球的机械能增大,但M球和N球组成的系统机械能守恒。
故选C。
7.BC
【详解】AB.小球上升阶段,由匀变速直线运动规律得
可得小球初速度
A项错误、B项正确:
CD.小球上升的加速度大小
根据牛顿第二定律有
,
解得空气阻力
f=2N
设小球落地时的速度大小为v,整个上升和下降过程,根据动能定理有
解得
C项正确、D项错误。
故选BC。
8.CD
【分析】本题考查抛体运动与动能定理。
【详解】A.从c点击出的球先做斜上抛运动,到达d点后做平抛运动到b点,而从a点击出的球直接做平抛运动到达b点,a、d等高,b、c等高,由竖直方向的运动可知
A错误;
C.由于两次水平方向的位移相同,根据
可知
球从a点击出的初速度大小
从c点击出时的初速度大小
故球两次击出的初速度大小可能相等,即初动能可能相等,C正确;
B.根据运动的对称性,从c点击出的球落到b点时速度大小与击出时相等,从a点击出的球落到b点时的速度大小
其中
则从a点击出的球落到b点时的速度较大,所以两次排球击中b点时动能不相等,B错误;
D.重力的瞬时功率
结合上述分析,两次排球击中b点前瞬间,重力的功率相等,D正确。
故选CD。
9.ABC
【详解】A.物体做匀速直线运动时,拉力F与滑动摩擦力f大小相等,物体与水平面间的动摩擦因数为
μ==0.35
选项A正确;
BC.减速过程由动能定理得
WF+Wf=0-mv2
根据F x图像中图线与坐标轴围成的面积可以估算力F做的功WF,而
Wf=-μmgx
由此可求得合外力对物体所做的功及物体做匀速运动时的速度v,则BC正确;
D.因为物体做变加速运动,所以运动时间无法求出,D错误。
故选ABC。
10.BC
【详解】B.研究两个过程的逆过程,可看作是从篮筐沿同方向斜向上的斜抛运动,落到同一高度上的A、B两点,因为两球抛射角相同,A的射程较远,则从A位置抛出的水平分速度较大,故B正确;
A.逆向来看,两球抛射角相同,A的水平分速度较大,则A的竖直分速度也较大,由斜抛的对称性可知,篮球从A位置抛出时的速度大于从B位置抛出的速度,故A错误;
C.两次抛出到落入篮筐,篮球在竖直方向的位移是一样的,所以克服重力做功相同,故C正确;
D.篮球在空中运动,不计空气阻力,仅受重力作用,速度变化快慢保持不变,故D错误。
故选BC。
11. 2.4 0.58 0.60 在误差允许的范围内,组成的系统机械能守恒 9.7
【详解】(1)[1]根据题意可知,每相邻两个计数点间还有4个点,则相邻两个计数点间的时间间隔为,由匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度,可知打第5个点时的速度大小为
(2)[2]的初速度均为零,所以动能的增加量为
[3]系统重力势能的减小量为
[4]由此得出的结论是,在误差允许的范围内,组成的系统机械能守恒。
(3)[5]本题中根据机械能守恒可知
即有
所以作出的图像中,图线的斜率
解得
故当地的实际重力加速度
12.160W
【详解】由功能关系,电动机多做的功等于使单位时间内落在传送带上的煤粉获得的动能以及煤粉相对传送带滑动过程中产生的热量,所以
ΔPt=mv2+Q
传送带做匀速运动,而煤粉相对地面做匀加速运动过程中的平均速度为传送带速度的一半,所以煤粉相对传送带的位移大小等于相对地面的位移大小,结合动能定理,故
Q=Ff·Δx=Ffx=mv2
解得
ΔP=160W
13.(1)1 200 J;(2)3 m/s
【详解】(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=3m/s
14.(1);(2)
【详解】(1)小球运动的整个过程,由能定理得
代入数据解得
(2)假设小球抛出后做平抛运动,根据平抛运动规律可得
代入数据得
与OM曲线方程一致,说明小球在OM段运动过程中与细杆无摩擦,做平抛运动,由动能定理
代入数据解得
由运动的合成和分解可得vM的方向与x轴正方向夹角的余弦值
小球从M点开始直至小球被弹回M点的过程中,由
得,小球下滑的最大距离为
在小球从M点开始直至将弹簧压缩到最短的过程中,由动能定理得
又根据功能关系得
代入数据得
15.(1)6m/s;(2)2580N;(3)12.5m
【详解】(1)运动员滑入C点时,对速度进行分解,水平方向有
竖直方向有
联立解得
v0=6m/s
(2)运动员经过C点时的速度为
运动员第一次经过D点时,根据动能定理有
在D点根据牛顿第二定律可得
联立解得
据牛顿第三定律可知,对圆弧轨道的压力FN的大小为2580N。
(3)运动员从C点进入圆弧轨道,直至返回C点时速度恰好为零,全程根据动能定理有
解得
L=12.5m
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