第4章　机械能及其守恒定律 分层作业23　生产和生活中的机械能守恒--2025粤教版高中物理必修第二册同步练习题

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2025粤教版高中物理必修第二册
分层作业23　生产和生活中的机械能守恒
A组 必备知识基础练
　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2024湖南岳阳检测)如图所示,广州塔摩天轮位于塔顶450~455 m处,摩天轮由16个“水晶”观光球舱组成,沿着倾斜的轨道做匀速圆周运动,则坐于观光球舱中的某游客的哪个物理量是不变的(　　)
A.线速度 B.动能
C.机械能 D.向心加速度
2.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
3.(2024重庆检测)坐过山车时,人体会分泌大量肾上腺素和多巴胺,让人感觉惊险刺激.如图所示,某车厢中游客通过环形轨道攀升的一小段时间内速率不变,则该过程中(　　)
A.该游客所受合力做功为零
B.该游客所受合力始终为零
C.该游客的机械能守恒
D.该游客所受重力的瞬时功率一定变大
4.悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动,需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术.跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动,设质量为m的运动员刚入水时的速度为v,水对他的阻力大小恒为F,那么在他减速下降深度为h的过程中,下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)(　　)
A.他的动能减少了mgh
B.他的重力势能减少了mgh-mv2
C.他的机械能减少了Fh
D.他的机械能减少了mgh
5.(2024广东佛山期中)运动员投掷铅球时,把铅球从某一高度以一定初速度斜向上投出,不计空气阻力,下列能表示铅球自投出后至落地前机械能E或动能Ek随时间t变化的图像是(　　)
B组 关键能力提升练
6.(2024广东惠州检测)如图甲所示,弹跳鞋是一种新型体育用品鞋,其底部装有弹簧.使用时人对弹簧施加压力,使弹簧形变后产生竖直向上的弹力,将人向上弹离地面.某次上升过程中人的动能Ek随重心上升高度h变化的图像如图乙所示,上升高度为h1时动能达到最大值,图中h2~h3段为直线,其余部分为曲线,已知弹簧始终处于弹性限度内,空气阻力忽略不计,则(　　)
A.上升高度为h1时,人的加速度达到最大值
B.上升高度为h2时,弹跳鞋离开地面
C.在0~h2的上升过程中,人的机械能先增大后减小
D.在h2~h3的上升过程中,人处于超重状态
7.(2024河北保定期末)如图所示,滑雪者与装备的总质量为75 kg,沿着倾角θ=30°的平直山坡直线滑下,当速度达到2 m/s时他收起雪杖自由下滑,在此后5 s的时间内滑下的路程为60 m.将这5 s内滑雪者的运动看作匀加速直线运动,g取10 m/s2.则这5 s内滑雪者损失的机械能为(　　)
A.3 800 J B.4 200 J
C.4 500 J D.5 400 J
8.(2024江西南昌检测)如图甲所示,投石机是运用杠杆原理设计和制造的一种古代用于军事攻城的大型器械.图乙为投石机的简化示意图,其长臂的长度为L=10 m,短臂的长度为l=2 m,质量为m=7 kg的石块装在长臂末端的弹袋中,质量为m0=50 kg的重锤安装于短臂末端.初始时长臂被绞索固定,杠杆处于静止状态,其与水平面的夹角为α=30°.石块和重锤均看作质点,重力加速度g取10 m/s2,不计一切阻力.释放杠杆,重锤落下带动杠杆转动,当长臂转动至竖直位置时,杠杆被制动而停止,石块被水平投出,石块被投出时的水平速度约为(　　)
A.5 m/s B.10 m/s
C.15 m/s D.18 m/s
C组 核心素养拔高练
9.(2024广东广州检测)以前人们盖房打地基叫打夯,夯锤的结构如图甲所示.打夯共有五人,其中四人分别握住系着夯锤的绳子,一个人负责喊号,喊号人一声号子,四个人同时用力将夯锤竖直向上提起,号音一落四人同时松手,经过一段时间后,夯锤自由下落至地面将地基砸实.某次打夯时,夯锤的质量m=80 kg,每个人都对夯锤施加与竖直方向夹角为θ=37°斜向上的力,大小均为F=375 N.当夯锤离开地面h=30 cm时松手,最后夯锤落地将地面砸深h1=5 cm.取地面为参考平面,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:
(1)松手时夯锤的速度大小v;
(2)夯锤对地面平均冲击力的大小F1;
(3)夯锤上升阶段,夯锤的机械能E与上升高度H的函数关系式,并在图乙中画出图像.
分层作业23　生产和生活中的机械能守恒
1.B　解析 观光球舱中的游客沿着倾斜的轨道做匀速圆周运动,线速度大小不变,方向时刻发生变化;游客的向心加速度大小不变,方向时刻发生变化;游客的动能不变,重力势能发生变化,则机械能发生变化,故选B.
2.A　解析 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.
3.A　解析 根据题意可知,游客速率不变,则动能变化量为零,由动能定理可知,该游客所受合力做功为零,故A正确;由于游客速率不变,游客做匀速圆周运动,该游客所受合力不为零,提供做圆周运动的向心力,故B错误;游客匀速率上升,动能不变,重力势能增加,则该游客的机械能增加,故C错误;若游客在环形轨道下半部分爬升,竖直分速度逐渐增大,重力的瞬时功率变大,若游客在环形轨道上半部分爬升,竖直分速度逐渐减小,重力的瞬时功率变小,故D错误.
4.C　解析 在进入水中的过程中,由动能定理,可得mgh-Fh=Ek'-Ek,所以动能的减少量为Ek-Ek'=(F-mg)h,故A错误;重力势能的减少量等于重力所做的功,即Ep-Ep'=mgh,故B错误;克服阻力所做的功等于机械能的减少量,即E-E'=Fh,故C正确,D错误.
5.A　解析 整个过程中,不计空气阻力,只有重力做功,则机械能守恒,故铅球自投出后至落地前机械能E不随时间t变化,A正确,B错误;铅球离手后,铅球在上升过程中,质量不变,速度不断减小,动能不断变小,到达最高点时,速度在水平方向上不为0,此时动能不为0,故C、D错误.
6.B　解析 上升高度为h1时,人的动能最大,速度最大,此时人受到的弹力与人的重力相等,加速度为零,选项A错误;上升高度为h2时,弹跳鞋离开地面,人做上抛运动,选项B正确;在0~h2的上升过程中,弹簧的弹性势能一直减小,弹力一直对人做正功,则人的机械能一直增大,选项C错误;在h2~h3的上升过程中,人离开地面做上抛运动,则人处于失重状态,选项D错误.
7.C　解析 滑雪者做匀加速直线运动,则x=v0t+at2,解得a=4 m/s2,根据牛顿第二定律,有mgsin θ-f=ma,得f=75 N,滑雪者损失的机械能ΔE=fx=4 500 J,故选C.
8.B　解析 根据题意,设石块被投出时的水平速度为v1,此时重锤的速度为v2,由v=ωr可知v1∶v2=L∶l,由机械能守恒定律有m0gl(1+sin α)-mgL(1+sin α)=m0,联立代入数据解得v1=10 m/s,故选B.
9.解析 (1)松手前由牛顿第二定律可得
4Fcos θ-mg=ma
解得夯锤的加速度为
a= m/s2=5 m/s2
根据运动学公式可得2ah=v2
解得松手时夯锤的速度大小为
v= m/s= m/s.
(2)松开手后,夯锤继续上升的高度为
h'= m=0.15 m
夯锤从最高点到地面停下,由动能定理可得
mg(h+h'+h1)-F1'h1=0-0
解得F1'= N=8 000 N
根据牛顿第三定律可知,夯锤对地面平均冲击力的大小为
F1=F1'=8 000 N.
(3)夯锤上升阶段,在0≤H≤0.3 m过程中,夯锤的机械能变化等于除重力外其他力对夯锤做的功,则有
ΔE=E-0=4Fcos θ·H
可得E=1 200H(J)(0≤H≤0.3 m)
在0.3 mE=mg(h+h')=80×10×(0.3+0.15) J=360 J(0.3 m所以E-H图像如图所示.
答案 (1) m/s　(2)8 000 N
(3)E=　图像见解析
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