高中物理人教版（2019新版）第二册 习题 第八章 第4节机械能守恒定律 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版（2019新版）第二册 习题 第八章 第4节机械能守恒定律 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 140.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-25 10:33:36 | ||
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文档简介
典型考点一 动能与势能的相互转化
1．一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升，在整个过程中，不考虑空气阻力，乒乓球动能和势能的转化情况是( )
A．重力势能→动能→重力势能
B．动能→弹性势能→重力势能
C．动能→弹性势能→动能→重力势能→动能
D．重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能
答案 D
解析 乒乓球在下落过程中，高度降低，速度增大，重力势能减小，动能增大；在撞击地板的一瞬间，由于乒乓球发生形变，乒乓球的动能转化为乒乓球的弹性势能，乒乓球在恢复原状的过程中，弹性势能又转化为乒乓球的动能，使乒乓球产生一个反方向的速度(如不考虑机械能的损失，则此速度与乒乓球撞击地板前的速度大小相同)，向上跳起，在上升过程中，动能又逐渐转化成重力势能，直至动能为零，从下落到反弹上升的全过程中，经历的能量转化过程是重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能，故D正确。
典型考点二 机械能守恒的判断
2．关于机械能守恒的条件，下列说法中正确的是( )
A．只有重力和弹力作用时，机械能才守恒
B．当有除重力和系统内弹力外的其他力作用时，只要合力为零，机械能守恒
C．当有除重力和系统内弹力外的其他力作用时，只要其他外力不做功，机械能守恒
D．炮弹在空中飞行，不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒
答案 C
解析 机械能守恒的条件是只有重力和系统内的弹力做功，如果这里的弹力是外力，且做功不为零，机械能不守恒，A错误；当有其他力作用且合力做功为零时，机械能可能不守恒，如拉一物体匀速上升，合力为零但机械能不守恒，B错误；“其他力”不含重力和系统内的弹力，故其他力不做功，机械能守恒，C正确；在炮弹爆炸过程中，化学能转化为机械能，机械能不守恒，D错误。
3．如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的。图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动。在四个图所示的运动过程中木块机械能守恒的是( )
答案 C
解析 根据力的做功情况来判断机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功。在图A、B中木块受三个力作用，即重力、支持力和外力F，因外力F做功，故木块的机械能不守恒。图D中因有摩擦力做功，机械能亦不可能守恒。只有图C中除重力做功外，其他力不做功，故机械能守恒。
4．(多选)下面列举的各个实例中，机械能守恒的是( )
A．一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落
B．水平抛出的物体(不计空气阻力)
C．拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升
D．物体在光滑斜面上自由下滑
答案 BD
解析 一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落，动能不变，势能减小，机械能减小，故A错误；水平抛出的物体(不计空气阻力)只有重力做功，机械能守恒，故B正确；拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升，动能不变，势能增加，故机械能变大，C错误；物体在光滑斜面上自由下滑，只有重力做功，机械能守恒，故D正确。
5．物体在平衡力作用下，下列说法正确的是( )
A．物体的机械能一定不变
B．物体的机械能一定增加
C．物体的机械能一定减少
D．以上说法都不对
答案 D
解析 物体在平衡力的作用下，保持静止状态或匀速直线运动状态。如果保持静止状态，机械能不变；如果保持匀速直线运动状态，就有多种情况：当物体在水平面上做匀速直线运动时，物体的高度和速度都不变，那么它的动能和势能也不变，所以机械能不变；当物体向上做匀速直线运动时，虽然速度不变，动能不变，但物体的位置升高，势能增加，所以机械能增加；当物体向下做匀速直线运动时，虽然速度不变，动能不变，但物体高度降低，势能减小，所以机械能减小。平衡力做功之和为零，物体动能不变，所以物体在平衡力作用下只能保证速度不变，不能保证高度不变，机械能可能增加，可能减少，也可能不变。故A、B、C错误，D正确。
6．如图所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度地释放，让它自由摆下，不计空气阻力。在重物由A点摆向最低点B的过程中，下列说法正确的是( )
A．重物的机械能守恒
B．重物的机械能增加
C．重物的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变
D．重物与弹簧组成的系统机械能守恒
答案 D
解析 重物由A点下摆到B点的过程中，弹簧被拉长，弹簧的弹力对重物做了负功，所以重物的机械能减少，A、B错误；此过程中，由于只有重力和弹簧的弹力做功，所以重物与弹簧组成的系统机械能守恒，即重物的重力势能、动能与弹簧的弹性势能之和不变，故C错误，D正确。
7．(多选)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，两相同的中心有小孔的小球M、N，分别套在AB和AC上，并用一细绳相连，细绳恰好被拉直，现由静止释放M、N，在运动过程中，下列说法中正确的是( )
A．M球的机械能守恒
B．M球的机械能减小
C．M和N组成的系统的机械能守恒
D．绳的拉力对N做负功
答案 BC
解析 因M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球的机械能增加，但M和N组成的系统的机械能守恒，B、C正确，A、D错误。
典型考点三 单个物体的机械能守恒定律的应用
8．在同一位置以相同的速率把三个小球分别沿水平、斜向上、斜向下方向抛出，不计空气阻力，则落在同一水平地面时的速度大小( )
A．一样大 B．水平抛的最大
C．斜向上抛的最大 D．斜向下抛的最大
答案 A
解析 三个小球被抛出后，均仅在重力作用下运动，机械能守恒，以地面为参考平面，设抛出点的高度为h，并设小球的质量为m，根据机械能守恒定律可得：mv2＝mv＋mgh，解得小球的末速度大小为：v＝，与小球抛出的方向无关，即三球的末速度大小相等，故A正确。
9．某同学身高1.8 m，在运动会上他参加跳高比赛，起跳后身体横着越过了1.8 m高度的横杆(如图所示)，据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为(g取10 m/s2)( )
A．2 m/s B．4 m/s C．6 m/s D．8 m/s
答案 B
解析 将该同学视为做竖直上抛运动，整个过程机械能守恒，取地面为参考平面，最高点速度为零，由Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2得：mv＋mgh1＝mgh2，其中h1为起跳时该同学重心的高度，即h1＝0.9 m，代入数据得起跳速度v0＝≈4 m/s，故选B。
10．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点后还能上升多高？
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点的速度为vB，
由机械能守恒定律得mg·3R＋mv＝mv，
解得v0＝。
(2)设物体从B点上升到最高点的高度为HB，
由机械能守恒定律得mgHB＝mv，
解得HB＝4.5R
所以物体离开C点后还能上升HC＝HB－R＝3.5R。
典型考点四 物体系统的机械能守恒定律的应用
11．如图所示，轻弹簧一端与墙相连，质量m＝2 kg的木块沿光滑水平面以v0＝5 m/s的初速度向左运动，当木块压缩弹簧后速度减为v＝3 m/s时弹簧的弹性势能是( )
A．9 J B．16 J C．25 J D．32 J
答案 B
解析 由系统机械能守恒知，此时弹簧的弹性势能等于木块动能的减少量：Ep＝mv－mv2＝×2×52 J－×2×32 J＝16 J，故B正确，A、C、D错误。
12．如图所示是一个横截面为半径为R的半圆的光滑柱体。一根不可伸长的细线两端分别系着物体A、B，且mA＝2mB。由图示位置从静止开始释放物体A，当物体B到达圆柱顶点时，求细线的张力对物体B所做的功。(已知重力加速度为g)
答案 mBgR
解析 由于柱体表面是光滑的，故A、B组成的系统的机械能守恒。
系统重力势能的减少量ΔEp减＝mAg－mBgR
系统动能的增加量ΔEk增＝(mA＋mB)v2
由ΔEp减＝ΔEk增，得mAg－mBgR＝(mA＋mB)v2
又mA＝2mB
联立以上两式得v2＝(π－1)gR
对物体B应用动能定理W－mBgR＝mBv2
得细线的张力对物体B做的功W＝mBgR。
典型考点五 功能关系的应用
13．如图所示，一木块放在光滑水平面上，一子弹水平射入木块中，射入深度为d，平均阻力为f。设木块滑行距离为s时开始匀速前进，下列判断正确的是( )
A．木块动能的增加量等于f(s＋d)
B．子弹损失的动能等于fs
C．子弹与木块总机械能的损失等于fs
D．子弹与木块总机械能的损失等于fd
答案 D
解析 子弹相对地面的位移为(s＋d)，木块对子弹的阻力f做功为－f(s＋d)，根据动能定理，子弹损失的动能等于f(s＋d)，故B错误；对木块，子弹对木块的作用力做功为fs，根据动能定理得知，木块增加的动能为fs，故A错误；在整个过程中，系统阻力做功为－fd，根据功能关系可知，系统损失的机械能为fd，故C错误，D正确。
1．一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升，在整个过程中，不考虑空气阻力，乒乓球动能和势能的转化情况是( )
A．重力势能→动能→重力势能
B．动能→弹性势能→重力势能
C．动能→弹性势能→动能→重力势能→动能
D．重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能
答案 D
解析 乒乓球在下落过程中，高度降低，速度增大，重力势能减小，动能增大；在撞击地板的一瞬间，由于乒乓球发生形变，乒乓球的动能转化为乒乓球的弹性势能，乒乓球在恢复原状的过程中，弹性势能又转化为乒乓球的动能，使乒乓球产生一个反方向的速度(如不考虑机械能的损失，则此速度与乒乓球撞击地板前的速度大小相同)，向上跳起，在上升过程中，动能又逐渐转化成重力势能，直至动能为零，从下落到反弹上升的全过程中，经历的能量转化过程是重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能，故D正确。
典型考点二 机械能守恒的判断
2．关于机械能守恒的条件，下列说法中正确的是( )
A．只有重力和弹力作用时，机械能才守恒
B．当有除重力和系统内弹力外的其他力作用时，只要合力为零，机械能守恒
C．当有除重力和系统内弹力外的其他力作用时，只要其他外力不做功，机械能守恒
D．炮弹在空中飞行，不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒
答案 C
解析 机械能守恒的条件是只有重力和系统内的弹力做功，如果这里的弹力是外力，且做功不为零，机械能不守恒，A错误；当有其他力作用且合力做功为零时，机械能可能不守恒，如拉一物体匀速上升，合力为零但机械能不守恒，B错误；“其他力”不含重力和系统内的弹力，故其他力不做功，机械能守恒，C正确；在炮弹爆炸过程中，化学能转化为机械能，机械能不守恒，D错误。
3．如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的。图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动。在四个图所示的运动过程中木块机械能守恒的是( )
答案 C
解析 根据力的做功情况来判断机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功。在图A、B中木块受三个力作用，即重力、支持力和外力F，因外力F做功，故木块的机械能不守恒。图D中因有摩擦力做功，机械能亦不可能守恒。只有图C中除重力做功外，其他力不做功，故机械能守恒。
4．(多选)下面列举的各个实例中，机械能守恒的是( )
A．一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落
B．水平抛出的物体(不计空气阻力)
C．拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升
D．物体在光滑斜面上自由下滑
答案 BD
解析 一小球在粘滞性较大的液体中匀速下落，动能不变，势能减小，机械能减小，故A错误；水平抛出的物体(不计空气阻力)只有重力做功，机械能守恒，故B正确；拉住一个物体沿光滑斜面匀速上升，动能不变，势能增加，故机械能变大，C错误；物体在光滑斜面上自由下滑，只有重力做功，机械能守恒，故D正确。
5．物体在平衡力作用下，下列说法正确的是( )
A．物体的机械能一定不变
B．物体的机械能一定增加
C．物体的机械能一定减少
D．以上说法都不对
答案 D
解析 物体在平衡力的作用下，保持静止状态或匀速直线运动状态。如果保持静止状态，机械能不变；如果保持匀速直线运动状态，就有多种情况：当物体在水平面上做匀速直线运动时，物体的高度和速度都不变，那么它的动能和势能也不变，所以机械能不变；当物体向上做匀速直线运动时，虽然速度不变，动能不变，但物体的位置升高，势能增加，所以机械能增加；当物体向下做匀速直线运动时，虽然速度不变，动能不变，但物体高度降低，势能减小，所以机械能减小。平衡力做功之和为零，物体动能不变，所以物体在平衡力作用下只能保证速度不变，不能保证高度不变，机械能可能增加，可能减少，也可能不变。故A、B、C错误，D正确。
6．如图所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度地释放，让它自由摆下，不计空气阻力。在重物由A点摆向最低点B的过程中，下列说法正确的是( )
A．重物的机械能守恒
B．重物的机械能增加
C．重物的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变
D．重物与弹簧组成的系统机械能守恒
答案 D
解析 重物由A点下摆到B点的过程中，弹簧被拉长，弹簧的弹力对重物做了负功，所以重物的机械能减少，A、B错误；此过程中，由于只有重力和弹簧的弹力做功，所以重物与弹簧组成的系统机械能守恒，即重物的重力势能、动能与弹簧的弹性势能之和不变，故C错误，D正确。
7．(多选)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，两相同的中心有小孔的小球M、N，分别套在AB和AC上，并用一细绳相连，细绳恰好被拉直，现由静止释放M、N，在运动过程中，下列说法中正确的是( )
A．M球的机械能守恒
B．M球的机械能减小
C．M和N组成的系统的机械能守恒
D．绳的拉力对N做负功
答案 BC
解析 因M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球的机械能增加，但M和N组成的系统的机械能守恒，B、C正确，A、D错误。
典型考点三 单个物体的机械能守恒定律的应用
8．在同一位置以相同的速率把三个小球分别沿水平、斜向上、斜向下方向抛出，不计空气阻力，则落在同一水平地面时的速度大小( )
A．一样大 B．水平抛的最大
C．斜向上抛的最大 D．斜向下抛的最大
答案 A
解析 三个小球被抛出后，均仅在重力作用下运动，机械能守恒，以地面为参考平面，设抛出点的高度为h，并设小球的质量为m，根据机械能守恒定律可得：mv2＝mv＋mgh，解得小球的末速度大小为：v＝，与小球抛出的方向无关，即三球的末速度大小相等，故A正确。
9．某同学身高1.8 m，在运动会上他参加跳高比赛，起跳后身体横着越过了1.8 m高度的横杆(如图所示)，据此可估算出他起跳时竖直向上的速度大约为(g取10 m/s2)( )
A．2 m/s B．4 m/s C．6 m/s D．8 m/s
答案 B
解析 将该同学视为做竖直上抛运动，整个过程机械能守恒，取地面为参考平面，最高点速度为零，由Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2得：mv＋mgh1＝mgh2，其中h1为起跳时该同学重心的高度，即h1＝0.9 m，代入数据得起跳速度v0＝≈4 m/s，故选B。
10．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点后还能上升多高？
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点的速度为vB，
由机械能守恒定律得mg·3R＋mv＝mv，
解得v0＝。
(2)设物体从B点上升到最高点的高度为HB，
由机械能守恒定律得mgHB＝mv，
解得HB＝4.5R
所以物体离开C点后还能上升HC＝HB－R＝3.5R。
典型考点四 物体系统的机械能守恒定律的应用
11．如图所示，轻弹簧一端与墙相连，质量m＝2 kg的木块沿光滑水平面以v0＝5 m/s的初速度向左运动，当木块压缩弹簧后速度减为v＝3 m/s时弹簧的弹性势能是( )
A．9 J B．16 J C．25 J D．32 J
答案 B
解析 由系统机械能守恒知，此时弹簧的弹性势能等于木块动能的减少量：Ep＝mv－mv2＝×2×52 J－×2×32 J＝16 J，故B正确，A、C、D错误。
12．如图所示是一个横截面为半径为R的半圆的光滑柱体。一根不可伸长的细线两端分别系着物体A、B，且mA＝2mB。由图示位置从静止开始释放物体A，当物体B到达圆柱顶点时，求细线的张力对物体B所做的功。(已知重力加速度为g)
答案 mBgR
解析 由于柱体表面是光滑的，故A、B组成的系统的机械能守恒。
系统重力势能的减少量ΔEp减＝mAg－mBgR
系统动能的增加量ΔEk增＝(mA＋mB)v2
由ΔEp减＝ΔEk增，得mAg－mBgR＝(mA＋mB)v2
又mA＝2mB
联立以上两式得v2＝(π－1)gR
对物体B应用动能定理W－mBgR＝mBv2
得细线的张力对物体B做的功W＝mBgR。
典型考点五 功能关系的应用
13．如图所示，一木块放在光滑水平面上，一子弹水平射入木块中，射入深度为d，平均阻力为f。设木块滑行距离为s时开始匀速前进，下列判断正确的是( )
A．木块动能的增加量等于f(s＋d)
B．子弹损失的动能等于fs
C．子弹与木块总机械能的损失等于fs
D．子弹与木块总机械能的损失等于fd
答案 D
解析 子弹相对地面的位移为(s＋d)，木块对子弹的阻力f做功为－f(s＋d)，根据动能定理，子弹损失的动能等于f(s＋d)，故B错误；对木块，子弹对木块的作用力做功为fs，根据动能定理得知，木块增加的动能为fs，故A错误；在整个过程中，系统阻力做功为－fd，根据功能关系可知，系统损失的机械能为fd，故C错误，D正确。