高中物理教科版必修二自测 机械能守恒定律 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理教科版必修二自测 机械能守恒定律 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 248.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-10-11 16:36:48 | ||
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文档简介
机械能守恒定律
(时间：15分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分)
1．关于机械能守恒，以下说法中正确的是 ( )
A．机械能守恒的物体一定只受重力和弹力的作用
B．物体处于平衡状态时，机械能一定守恒
C．物体所受合外力不等于零时，机械能可能守恒
D．合外力做功时，物体的机械能一定不守恒
C [物体机械能守恒时，还有可能受其他力的作用，但是其他力做功为零，故A错误．物体处于平衡状态时，机械能不一定守恒，例如物体匀速上升，动能不变，重力势能增大，B错误．物体所受合外力不等于零时，机械能可能守恒，例如自由下落的物体，C正确．自由落体运动中，合外力做正功，机械能守恒，D错误．]
2．(多选)下列几种情况，系统的机械能守恒的是( )
甲 乙 丙
A．图甲中，一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动
B．图乙中，运动员在蹦床上越跳越高
C．图丙中，小车上放一木块，小车的左侧有弹簧与墙壁相连，小车在左右振动时，木块相对于小车无滑动(车轮与地面摩擦不计)
D．图丙中，如果小车振动时，木块相对小车有滑动
AC [图甲中，弹丸在碗内运动时，只有重力做功，系统机械能守恒，A正确．图乙中，运动员越跳越高，表明她不断做功，系统机械能不守恒，B错误．图丙中，若小车和木块间是静摩擦力，二者相对于地面的位移总是相同，小车和木块间的静摩擦力做功总是一正一负，数值相等，总功为零，系统中只有弹簧的弹力做功，系统机械能守恒；若木块相对小车滑动，滑动摩擦力做功，有内(热)能产生，系统机械能不守恒，C正确．D错误．]
3．如图所示的光滑轻质滑轮，阻力不计，M1＝2 kg，M2＝1 kg，M1离地高度为H＝0.5 m．M1与M2从静止开始释放，M1由静止下落0.3 m时的速度为( )
A. m/s B．3 m/s
C．2 m/s D．1 m/s
A [ 对系统运用机械能守恒定律得，(M1－M2)gh＝(M1＋M2)v2，代入数据解得v＝ m/s，故A正确，B、C、D错误．]
4．半径为R＝0.4 m的圆桶固定在小车内，有一光滑小球静止在圆桶最低点，如图所示．小车以速度v＝4 m/s向右做匀速运动，g取10 m/s2，当小车突然停止，此后关于小球在圆桶中上升的最大高度，下列说法正确的是( )
A．等于0.8 m
B．等于0.4 m
C．大于0.4 m小于0.8 m
D．小于0.4 m
C [小车突然停止后，小球在圆桶内做圆周运动．当小球的动能全部转化为重力势能时，小球能上升的高度为h＝＝0.8 m，但它若能沿轨道运动到圆桶的最高点时，在最高点还须满足m≥mg，即v≥＝2 m/s，所以它必然在上升到圆心位置之上而到达最高点之前离开轨道做斜上抛运动，C正确．]
5.如图所示，重10 N的滑块在倾角为30°的斜面上，从a点由静止下滑，到b点接触到一个轻弹簧．滑块压缩弹簧到c点开始弹回，返回b点离开弹簧，最后又回到a点，已知ab＝0.8 m，bc＝0.4 m，那么在整个过程中，下列说法错误的是( )
A．滑块动能的最大值是6 J
B．弹簧弹性势能的最大值是6 J
C．从c到b弹簧的弹力对滑块做的功是6 J
D．滑块和弹簧组成的系统整个过程机械能守恒
A [滑块能回到原出发点，所以机械能守恒，D正确；以c点为参考点，则a点的机械能为6 J，c点时的速度为0，重力势能也为0，所以弹性势能的最大值为6 J，从c到b弹簧的弹力对滑块做的功等于弹性势能的减小量，故为6 J，所以B、C正确．由a到c时，因重力势能不能全部转变为动能，故A错误．]
二、非选择题(20分)
6．利用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验．
(1)除打点计时器(含纸带、复写纸)、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有__________．(选填器材前的字母)
A．大小合适的铁质重锤
B．体积较大的木质重锤
C．刻度尺
D．游标卡尺
E．秒表
(2)某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h，并计算出打相应计数点时重锤的速度v，通过描绘v2-h图像去研究机械能是否守恒．若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的v2-h图像是图中的________．
A B C D
[解析] (1)验证机械能守恒定律实验，需要尽量减小阻力，以使得减少的重力势能接近增加的动能，所以选择铁质重锤而不是木质，这样可以尽量减少阻力影响，即选项A对，B错；在计算速度时，需要刻度尺测量点迹之间的距离，以及下落的高度，所以选项C是必须的；而秒表不需要，只要查相邻点的间隔，即可得时间间隔，因为打点计时器每隔0.02秒打一个点，所以E错误；用刻度尺测量点间距，而不需要游标卡尺，选项D错．
(3)若有恒定的阻力存在，根据动能定理可得(mg－f)h＝mv2，即＝2，所以图像斜率为定值，而且过原点，对照选项A对．
[答案] (1)AC (2)A
[能力提升练]
(时间：25分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)
1．(多选)如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上．若以地面为参考平面，且不计空气阻力，则下列选项正确的是( )
A．物体落到海平面时的势能为mgh
B．重力对物体做的功为mgh
C．物体在海平面上的动能为mv＋mgh
D．物体在海平面上的机械能为mv
BCD [若以地面为参考平面，物体落到海平面时的势能为－mgh，所以A选项错误；此过程重力做正功，做功的数值为mgh，B正确；不计空气阻力，只有重力做功，所以机械能守恒，有mv＝－mgh＋Ek，在海平面上的动能为Ek＝mv＋mgh，C选项正确；在地面处的机械能为mv，因此在海平面上的机械能也为mv，D选项正确．]
2.一根全长为l、粗细均匀的铁链，对称地挂在轻小光滑的定滑轮上，如图所示，当受到轻微的扰动，铁链开始滑动，当铁链脱离滑轮瞬间，铁链速度大小为( )
A. B.
C. D.
A [设铁链脱离滑轮瞬间链条的速度为v，则下落过程只有重力做功，机械能守恒．以铁链脱离瞬间在竖直方向时铁链的重心为参考面，则有×2＝mv2，解得v＝，选项A正确．]
3.(多选)如图所示，竖直放置的光滑圆轨道被固定在水平地面上，半径r＝0.4 m，最低点有一小球(半径比r小很多)，现给小球以水平向右的初速度v0，如果要使小球不脱离圆轨道运动，那么v0应当满足(g取10 m/s2)( )
A．v0≥0 B．v0≥4 m/s
C．v0≥2m/s D．v0≤2m/s
CD [当小球沿轨道上升的最大高度等于r时，由机械能守恒定律得mv＝mgr，得v0＝2m/s；
当小球恰能到达圆轨道的最高点时有mg＝m
又由机械能守恒mv＝mg2r＋mv2
解得v0＝2m/s.所以满足条件的选项为C、D.]
4.(多选)由光滑细管组成的轨道如图所示，其中AB、BC段均为半径为R的四分之一圆弧，轨道固定在竖直平面内．一质量为m的小球，从距离水平地面高为H的管口D处由静止释放，最后能够从A端水平抛出落到地面上．下列说法正确的是( )
A．小球落到地面相对于A点的水平位移值为2
B．小球落到地面相对于A点的水平位移值为2
C．小球能从细管A端水平抛出的条件是H＞2R
D．小球能从细管A端水平抛出的最小高度Hmin＝R
BC [小球从D到A，根据机械能守恒定律知，mg(H－2R)＝mv2，小球从A出发后平抛，有gt2＝2R，水平位移x＝vt＝2，则B正确，A错误；竖直平面内小球在细管中可以过最高点A的最小速度为0，根据机械能守恒定律知，小球要到达A点且水平抛出，则需要满足H＞2R，则C正确，D错误．]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5．(12分)用如图所示的实验装置验证质量分别为m1、m2的物体组成的系统机械能守恒．物体m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量来验证机械能是否守恒．如图所示是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点未画出，计数点间的距离如图所示．已知m1＝50 g，m2＝150 g．(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字)
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤
A．按照图示的装置安装器件
B．将打点计时器接到直流电源上
C．先释放m2，再接通电源打出一条纸带
D．测量纸带上某些点间的距离
E．根据测量的结果，分别计算系统减少的重力势能和增加的动能
其中操作不当的步骤是________(填选项对应的字母)；
(2)在纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s；
(3)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统重力势能的减少量ΔEp＝________J，由此得出的结论是__________
______________________________________________________；
(4)若某同学作出v2-h图像如图所示，写出计算当地重力加速度g的表达式________，并计算出当地的实际重力加速度g＝________m/s2.
[解析] (1)实验过程中，应将打点计时器接到交流电源上，B错误；应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放m2，C错误．
(2)在纸带上打下计数点5时的速度为
v＝×10－2 m/s＝2.4 m/s.
(3)ΔEk＝(m1＋m2)v2＝0.58 J，系统重力势能的减少量ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.60 J，因此可得出：在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒．
(4)因为(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh，整理得g＝v2，整理也可得到v2＝h，所以v2-h图像的斜率为＝g，即＝ m/s2，解得g＝9.7 m/s2.
[答案] (1)BC (2)2.4 (3)0.58 0.60 在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒
(4)g＝v2 9.7
6．(14分)山谷中有三块石头和一根不可伸长的轻质青藤，其示意图如图所示，图中A、B、C、D均为石头的边缘点，O为青藤的固定点，h1＝1.8 m，h2＝4.0 m，x1＝4.8 m，x2＝8.0 m．开始时，质量分别为M＝10 kg和m＝2 kg的大、小两只滇金丝猴分别位于左边和中间的石头上，当大猴发现小猴将受到伤害时，迅速从左边石头的A点水平跳至中间石头．大猴抱起小猴跑到C点，抓住青藤下端，荡到右边石头上的D点，此时速度恰好为零．运动过程中猴子均可看成质点，空气阻力不计，重力加速度g取10 m/s2.求：
(1)大猴从A点水平跳离时速度的最小值；
(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小；
(3)猴子荡起时，青藤对猴子的拉力大小．
[解析] (1)设猴子从A点水平跳离时速度最小值为vmin，根据平抛运动规律，有
h1＝gt2 ①
x1＝vmint ②
由①②式得vmin＝8 m/s. ③
(2)猴子抓住青藤后的运动过程中机械能守恒，设荡起时速度为vC，有
(M＋m)gh2＝(M＋m)v ④
vC＝＝ m/s≈9 m/s.⑤
(3)设拉力为T，青藤长度为L，在最低点，由牛顿第二定律得
T－(M＋m)g＝ ⑥
由几何关系
(L－h2)2＋x＝L2 ⑦
故L＝10 m ⑧
综合⑤⑥⑧式并代入数据得T＝216 N.
[答案] (1)8 m/s (2)9 m/s (3)216 N
(时间：15分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分)
1．关于机械能守恒，以下说法中正确的是 ( )
A．机械能守恒的物体一定只受重力和弹力的作用
B．物体处于平衡状态时，机械能一定守恒
C．物体所受合外力不等于零时，机械能可能守恒
D．合外力做功时，物体的机械能一定不守恒
C [物体机械能守恒时，还有可能受其他力的作用，但是其他力做功为零，故A错误．物体处于平衡状态时，机械能不一定守恒，例如物体匀速上升，动能不变，重力势能增大，B错误．物体所受合外力不等于零时，机械能可能守恒，例如自由下落的物体，C正确．自由落体运动中，合外力做正功，机械能守恒，D错误．]
2．(多选)下列几种情况，系统的机械能守恒的是( )
甲 乙 丙
A．图甲中，一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动
B．图乙中，运动员在蹦床上越跳越高
C．图丙中，小车上放一木块，小车的左侧有弹簧与墙壁相连，小车在左右振动时，木块相对于小车无滑动(车轮与地面摩擦不计)
D．图丙中，如果小车振动时，木块相对小车有滑动
AC [图甲中，弹丸在碗内运动时，只有重力做功，系统机械能守恒，A正确．图乙中，运动员越跳越高，表明她不断做功，系统机械能不守恒，B错误．图丙中，若小车和木块间是静摩擦力，二者相对于地面的位移总是相同，小车和木块间的静摩擦力做功总是一正一负，数值相等，总功为零，系统中只有弹簧的弹力做功，系统机械能守恒；若木块相对小车滑动，滑动摩擦力做功，有内(热)能产生，系统机械能不守恒，C正确．D错误．]
3．如图所示的光滑轻质滑轮，阻力不计，M1＝2 kg，M2＝1 kg，M1离地高度为H＝0.5 m．M1与M2从静止开始释放，M1由静止下落0.3 m时的速度为( )
A. m/s B．3 m/s
C．2 m/s D．1 m/s
A [ 对系统运用机械能守恒定律得，(M1－M2)gh＝(M1＋M2)v2，代入数据解得v＝ m/s，故A正确，B、C、D错误．]
4．半径为R＝0.4 m的圆桶固定在小车内，有一光滑小球静止在圆桶最低点，如图所示．小车以速度v＝4 m/s向右做匀速运动，g取10 m/s2，当小车突然停止，此后关于小球在圆桶中上升的最大高度，下列说法正确的是( )
A．等于0.8 m
B．等于0.4 m
C．大于0.4 m小于0.8 m
D．小于0.4 m
C [小车突然停止后，小球在圆桶内做圆周运动．当小球的动能全部转化为重力势能时，小球能上升的高度为h＝＝0.8 m，但它若能沿轨道运动到圆桶的最高点时，在最高点还须满足m≥mg，即v≥＝2 m/s，所以它必然在上升到圆心位置之上而到达最高点之前离开轨道做斜上抛运动，C正确．]
5.如图所示，重10 N的滑块在倾角为30°的斜面上，从a点由静止下滑，到b点接触到一个轻弹簧．滑块压缩弹簧到c点开始弹回，返回b点离开弹簧，最后又回到a点，已知ab＝0.8 m，bc＝0.4 m，那么在整个过程中，下列说法错误的是( )
A．滑块动能的最大值是6 J
B．弹簧弹性势能的最大值是6 J
C．从c到b弹簧的弹力对滑块做的功是6 J
D．滑块和弹簧组成的系统整个过程机械能守恒
A [滑块能回到原出发点，所以机械能守恒，D正确；以c点为参考点，则a点的机械能为6 J，c点时的速度为0，重力势能也为0，所以弹性势能的最大值为6 J，从c到b弹簧的弹力对滑块做的功等于弹性势能的减小量，故为6 J，所以B、C正确．由a到c时，因重力势能不能全部转变为动能，故A错误．]
二、非选择题(20分)
6．利用如图所示装置做“验证机械能守恒定律”的实验．
(1)除打点计时器(含纸带、复写纸)、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有__________．(选填器材前的字母)
A．大小合适的铁质重锤
B．体积较大的木质重锤
C．刻度尺
D．游标卡尺
E．秒表
(2)某同学在纸带上选取计数点后，测量它们到起始点O的距离h，并计算出打相应计数点时重锤的速度v，通过描绘v2-h图像去研究机械能是否守恒．若实验中重锤所受阻力不可忽略，且阻力大小保持不变，从理论上分析，合理的v2-h图像是图中的________．
A B C D
[解析] (1)验证机械能守恒定律实验，需要尽量减小阻力，以使得减少的重力势能接近增加的动能，所以选择铁质重锤而不是木质，这样可以尽量减少阻力影响，即选项A对，B错；在计算速度时，需要刻度尺测量点迹之间的距离，以及下落的高度，所以选项C是必须的；而秒表不需要，只要查相邻点的间隔，即可得时间间隔，因为打点计时器每隔0.02秒打一个点，所以E错误；用刻度尺测量点间距，而不需要游标卡尺，选项D错．
(3)若有恒定的阻力存在，根据动能定理可得(mg－f)h＝mv2，即＝2，所以图像斜率为定值，而且过原点，对照选项A对．
[答案] (1)AC (2)A
[能力提升练]
(时间：25分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)
1．(多选)如图所示，在地面上以速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落到比地面低h的海平面上．若以地面为参考平面，且不计空气阻力，则下列选项正确的是( )
A．物体落到海平面时的势能为mgh
B．重力对物体做的功为mgh
C．物体在海平面上的动能为mv＋mgh
D．物体在海平面上的机械能为mv
BCD [若以地面为参考平面，物体落到海平面时的势能为－mgh，所以A选项错误；此过程重力做正功，做功的数值为mgh，B正确；不计空气阻力，只有重力做功，所以机械能守恒，有mv＝－mgh＋Ek，在海平面上的动能为Ek＝mv＋mgh，C选项正确；在地面处的机械能为mv，因此在海平面上的机械能也为mv，D选项正确．]
2.一根全长为l、粗细均匀的铁链，对称地挂在轻小光滑的定滑轮上，如图所示，当受到轻微的扰动，铁链开始滑动，当铁链脱离滑轮瞬间，铁链速度大小为( )
A. B.
C. D.
A [设铁链脱离滑轮瞬间链条的速度为v，则下落过程只有重力做功，机械能守恒．以铁链脱离瞬间在竖直方向时铁链的重心为参考面，则有×2＝mv2，解得v＝，选项A正确．]
3.(多选)如图所示，竖直放置的光滑圆轨道被固定在水平地面上，半径r＝0.4 m，最低点有一小球(半径比r小很多)，现给小球以水平向右的初速度v0，如果要使小球不脱离圆轨道运动，那么v0应当满足(g取10 m/s2)( )
A．v0≥0 B．v0≥4 m/s
C．v0≥2m/s D．v0≤2m/s
CD [当小球沿轨道上升的最大高度等于r时，由机械能守恒定律得mv＝mgr，得v0＝2m/s；
当小球恰能到达圆轨道的最高点时有mg＝m
又由机械能守恒mv＝mg2r＋mv2
解得v0＝2m/s.所以满足条件的选项为C、D.]
4.(多选)由光滑细管组成的轨道如图所示，其中AB、BC段均为半径为R的四分之一圆弧，轨道固定在竖直平面内．一质量为m的小球，从距离水平地面高为H的管口D处由静止释放，最后能够从A端水平抛出落到地面上．下列说法正确的是( )
A．小球落到地面相对于A点的水平位移值为2
B．小球落到地面相对于A点的水平位移值为2
C．小球能从细管A端水平抛出的条件是H＞2R
D．小球能从细管A端水平抛出的最小高度Hmin＝R
BC [小球从D到A，根据机械能守恒定律知，mg(H－2R)＝mv2，小球从A出发后平抛，有gt2＝2R，水平位移x＝vt＝2，则B正确，A错误；竖直平面内小球在细管中可以过最高点A的最小速度为0，根据机械能守恒定律知，小球要到达A点且水平抛出，则需要满足H＞2R，则C正确，D错误．]
二、非选择题(本题共2小题，共26分)
5．(12分)用如图所示的实验装置验证质量分别为m1、m2的物体组成的系统机械能守恒．物体m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量来验证机械能是否守恒．如图所示是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点未画出，计数点间的距离如图所示．已知m1＝50 g，m2＝150 g．(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字)
(1)下面列举了该实验的几个操作步骤
A．按照图示的装置安装器件
B．将打点计时器接到直流电源上
C．先释放m2，再接通电源打出一条纸带
D．测量纸带上某些点间的距离
E．根据测量的结果，分别计算系统减少的重力势能和增加的动能
其中操作不当的步骤是________(填选项对应的字母)；
(2)在纸带上打下计数点5时的速度v＝________m/s；
(3)在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统重力势能的减少量ΔEp＝________J，由此得出的结论是__________
______________________________________________________；
(4)若某同学作出v2-h图像如图所示，写出计算当地重力加速度g的表达式________，并计算出当地的实际重力加速度g＝________m/s2.
[解析] (1)实验过程中，应将打点计时器接到交流电源上，B错误；应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再释放m2，C错误．
(2)在纸带上打下计数点5时的速度为
v＝×10－2 m/s＝2.4 m/s.
(3)ΔEk＝(m1＋m2)v2＝0.58 J，系统重力势能的减少量ΔEp＝(m2－m1)gh＝0.60 J，因此可得出：在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒．
(4)因为(m1＋m2)v2＝(m2－m1)gh，整理得g＝v2，整理也可得到v2＝h，所以v2-h图像的斜率为＝g，即＝ m/s2，解得g＝9.7 m/s2.
[答案] (1)BC (2)2.4 (3)0.58 0.60 在误差允许的范围内，m1、m2组成的系统机械能守恒
(4)g＝v2 9.7
6．(14分)山谷中有三块石头和一根不可伸长的轻质青藤，其示意图如图所示，图中A、B、C、D均为石头的边缘点，O为青藤的固定点，h1＝1.8 m，h2＝4.0 m，x1＝4.8 m，x2＝8.0 m．开始时，质量分别为M＝10 kg和m＝2 kg的大、小两只滇金丝猴分别位于左边和中间的石头上，当大猴发现小猴将受到伤害时，迅速从左边石头的A点水平跳至中间石头．大猴抱起小猴跑到C点，抓住青藤下端，荡到右边石头上的D点，此时速度恰好为零．运动过程中猴子均可看成质点，空气阻力不计，重力加速度g取10 m/s2.求：
(1)大猴从A点水平跳离时速度的最小值；
(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小；
(3)猴子荡起时，青藤对猴子的拉力大小．
[解析] (1)设猴子从A点水平跳离时速度最小值为vmin，根据平抛运动规律，有
h1＝gt2 ①
x1＝vmint ②
由①②式得vmin＝8 m/s. ③
(2)猴子抓住青藤后的运动过程中机械能守恒，设荡起时速度为vC，有
(M＋m)gh2＝(M＋m)v ④
vC＝＝ m/s≈9 m/s.⑤
(3)设拉力为T，青藤长度为L，在最低点，由牛顿第二定律得
T－(M＋m)g＝ ⑥
由几何关系
(L－h2)2＋x＝L2 ⑦
故L＝10 m ⑧
综合⑤⑥⑧式并代入数据得T＝216 N.
[答案] (1)8 m/s (2)9 m/s (3)216 N