2019-2020学年粤教版必修2 4.6能量转化与守恒 达标作业（解析版)

4.6能量转化与守恒
达标作业（解析版)
1．如图所示，水平桌面上的轻弹簧一端固定，另一端与小物块相连；弹簧处于自然长度时物块位于O点（图中未画出）；物块的质量为m，AB=a，物块与桌面间的动摩擦因数为μ．现用水平向右的力将物块从O点拉至A点，拉力做的功为W．撤去拉力后物块由静止开始向左运动，经O点到达B点时速度为零．重力加速度为g．则上述过程中（　　）
A．物块在A点时，弹簧的弹性势能等于W-μmga
B．物块在B点时，弹簧的弹性势能小于W-μmga
C．经O点时，物块的动能等于W-μmga
D．物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在B点时弹簧的弹性势能
2．如图所示，质量为M的长木板静止在光滑水平面上，上表面OA段光滑、AB段粗糙，且AB段长为l，左端O处固定轻质弹簧，右侧用不可伸长的轻绳连接于竖直墙上，轻绳所能承受的最大拉力为F.质量为m的小滑块以速度v从A点向左滑动压缩弹簧，弹簧的压缩量达最大时细绳恰好被拉断，再过一段时间后长木板停止运动，小滑块恰未掉落.则
A．细绳被拉断瞬间木板的加速度大小为
B．细绳被拉断瞬间弹簧的弹性势能大于
C．弹簧恢复原长时滑块的动能为
D．滑块与木板AB间的动摩擦因数为
3．某同学在离地h高的平台上抛出一个质量为m的小球，小球落地前瞬间的速度大小为v，重力加速度为g，不计空气阻力，（以地面为零势面）则（　　）
A．人对小球做功
B．人对小球做功
C．小球抛出时的动能为
D．小球落地的机械能为
4．水平地面上固定一倾角为的足够长的光滑斜面，如图所示，斜面上放一质量为、长的薄板。质量为的滑块（可视为质点）位于薄板的最下端，与之间的动摩擦因数。开始时用外力使、静止在斜面上，某时刻给滑块一个沿斜面向上的初速度，同时撤去外力，已知重力加速度，，。下列说法正确的是（ ）
A．在滑块向上滑行的过程中，、的加速度大小之比为
B．从、开始运动到、相对静止的过程所经历的时间为
C．从、开始运动到、相对静止的过程中滑块克服摩擦力所做的功为
D．从、开始运动到、相对静止的过程中因摩擦产生的热量为
5．如图所示，质量相等、材料相同的两个小球A、B间用一劲度系数为k的轻质弹簧相连组成系统，系统穿过一粗糙的水平滑杆，在作用在B上的水平外力F的作用下由静止开始运动，一段时间后一起做匀加速运动，当它们的总动能为Ek时撤去外力F，最后停止运动．不计空气阻力，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力．则在从撤去外力F到停止运动的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．撤去外力F的瞬间，弹簧的伸长量为F/2k
B．撤去外力F的瞬间，弹簧的伸长量为F/k
C．A克服外力所做的总功等于Ek/2
D．系统克服摩擦力所做的功小于系统机械能的减少量
6．一个质量为m的物体以a=2g的加速度竖直向下运动，则在此物体下降h高度的过程中，物体的(　　)
A．重力势能减少了2mgh
B．动能增加了2mgh
C．机械能保持不变
D．机械能增加了mgh
7．如图所示，某人将质量为m的小球从距水平地面高为h处以一定初速度水平抛出，在距抛出点水平距离为L处，有一根管口比小球直径略大的竖直细管。管上口距地面高为，由于存在水平向左、大小恒定的风力，小球恰能无碰撞地通过细管，重力加速度为g，则下列说 法正确的是
A．小球的初速度大小为L
B．风力的大小为
C．小球落地时的速度大小为
D．在小球被抛出到落地的过程中，风力对小球做的功为
8．某同学将一个质量为m的小球竖直向上抛出，小球上升的最大高度为H.设上升过程中空气阻力f大小恒定. 则在上升过程中
A．小球的动能减小了(f+mg)H
B．小球机械能减小了fH
C．小球重力势能减小了mgH
D．小球克服空气阻力做功(f+mg)H
9．足够长的倾斜传送带以速度v顺时针运动，现在把一个小物块轻放在传送带底端，在小物块沿传送带从A运动到B的过程中，其速度v、重力势能Ep、动能Ek、机械能E随着时间t或位移x变化，下列v–t、Ep–t、Ek–x、E–x图像正确的是
A．
B．
C．
D．
10．如图，长度为L的小车静止在光滑的水平面上，可视为质点的小物块放在小车的最左端，现用一水平恒力F作用在小物块上，使物块从静止开始做匀加速直线运动，物块和小车之间的摩擦力为f，物块运动到小车的最右端时，小车通过的距离为则　 　
A．物块到达小车最右端时，小车具有的动能为fx
B．物块到达小车最右端时，物块具有的动能为
C．在这个过程中，摩擦力对物块所做的功为
D．在这个过程中，物块和小车增加的动能为fx
11．A、B两个木块叠放在竖直轻弹簧上，如图所示，已知，轻弹簧的劲度系数。若在木块A上作用一个竖直向上的力F使木块A由静止开始以的加速度竖直向上做匀加速运动，且已知轻弹簧弹性势能的表达式为为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量。取，求：
刚开始运动时弹簧的弹性势能是多少？
求使木块A竖直向上做匀加速运动的过程中力F的最小值是多少？
从木块A竖直向上做匀加速运动直到A、B分离的过程中，力F对木块做的功是多少？
12．如图甲所示，一倾角为37°的传送带以恒定速度运行。现将一质量m＝1 kg的物体抛上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，取沿传送带向上为正方向，g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8：求：
（1）物体与传送带间的动摩擦因数；
（2）0-8s内物体运动的位移；
（3）0-8s内物体机械能的增加量。
13．如图，篮球离开手时速度方向竖直向下，底部距离地面，与地面碰撞后恰好竖直反弹到离开手时的高度。已知篮球直径为，质量为。假设篮球运动过程中所受空气阻力恒为自身重力的0.05倍，不计与地面碰撞时动能的损失和篮球的形变。若以地面为零势能面，篮球离开手时，重力势能为__________；速度大小为__________。（结果保留两位有效数字）
14．近日，美国化学学会(the American Chemical Society)针对漫威的电影“复仇者联盟2”进行了研究。他们首先关注的是托尼·史塔克，也就是钢铁侠。他的盔甲最初由纯铁制成，质量约为70公斤，穿着既不舒适，也不方便移动。后来，盔甲的升级版为镍钛诺（镍和钛的合金），情况就好多了。“镍钛诺制成的盔甲又轻又结实，受到损伤之后还可以复原。”盔甲中也许还包含石墨和碳纤维，用来吸收大量热量；如果钢铁侠不想让自己的靴子把脚烤熟的话，这一手段就很有必要了。” 钢铁侠的推进器与传统的火箭发动机以化学能燃烧为动力有区别，一种被称为电火箭发动机的技术进入了人们的视野，采用电能加速工质产生高速喷射流驱动飞船前进。应用这种技术打造的动力系统也被称为霍尔推进器，其通过轴向电场产生喷射离子推进，与化学能火箭发动机最大的不同之处是利用电能来形成离子化的推进动力，在现有的空间探测器中，离子驱动技术已经成功用于姿态控制等操作。但如果少了史塔克的便携式“核电站”提供能量的话，钢铁侠的武器和装备将统统派不上用场。
物理信息：盔甲中也许还包含石墨和碳纤维，用来吸收大量热量
物理知识：石墨和碳纤维材料的比热容较大，吸热能力强
物理信息：__________________________________________________
物理知识：__________________________________________________
参考答案
1．B
【解析】
【详解】
据题意分析：物块到达B点时速度为0，但加速度不一定是零，即不一定合力为0，这是此题的不确定处．弹簧作阻尼振动，如果接触面摩擦系数μ很小，则动能为最大时时弹簧伸长量小（此时弹力等于摩擦力μmg），而弹簧振幅变化将很小，B点弹簧伸长大于动能最大点；如果较大，则动能最大时，弹簧伸长量较大，（因弹力等于摩擦力，较大，摩擦力也较大，同一个弹簧，则需要较大伸长量，弹力才可能与摩擦力平衡），而此时振幅变化很大，即振幅将变小，则物块将可能在离O点很近处，就处于静止（速度为0，加速度也为0），此时B点伸长量可能小于动能最大时伸长量，B点势能可能小于动能最大处势能．至于物块在A点或B点时弹簧的弹性势能，由功能关系和动能定理分析讨论即可．
如果没有摩擦力，则O点应该在AB的中点，由于有摩擦力，物体从A到B过程中有机械能损失，故无法到达没有摩擦力情况下的B点，也即O点靠近B点．故．设物块在A点时弹簧的弹性势能为，物块从A点运动到O点的过程，由能量守恒定律得，则得，即物块在A点时，弹簧的弹性势能小于，故A错误；由A分析得物块从开始运动到最终停在B点，路程大于，故整个过程物体克服阻力做功大于，故物块在B点时，弹簧的弹性势能小于，故B正确；从O点开始到再次到达O点，物体路程大于a，故由动能定理得，物块的动能小于，故C正确；物块动能最大时，弹力等于摩擦力，而在B点弹力与摩擦力的大小关系未知，故物块动能最大时弹簧伸长量与物块在B点时弹簧伸长量大小未知，故此两位置弹性势能大小关系不好判断，故D错误。
2．D
【解析】
【详解】
A．细绳被拉断瞬间，对木板分析，由于OA段光滑，没有摩擦力，在水平方向上只受到弹簧给的弹力，细绳被拉断瞬间弹簧的弹力等于F，故，解得，A错误；
B．细绳被拉断瞬间弹簧的压缩量达最大，弹性势能最大，根据机械能守恒可知，此时弹性势能为，B错误；
C．弹簧恢复原长时，木板获得的动能，滑块的动能和木板的动能之和，故C错误；
D．由于细绳被拉断瞬间，木板速度为零，小滑块速度为零，所以小滑块的动能全部转化为弹簧的弹性势能，即，小滑块恰未掉落时，滑到木板的右端，且速度与木板相同，设为，取向左为正方向，由动量守恒定律和能量守恒定律得
联立解得，D正确。
3．C
【解析】
【详解】
AB.设小球抛出时的速度为 ，在此过程中人对小球做功，根据动能定理可知：
此后小球做平抛运动，下落高度h的过程中，有动能定理可知：
联立解得：
故AB错误；
C. 小球抛出时的动能为
故C正确；
D.以抛出点为零势能点，此时的机械能为
，
小球在下落过程中机械能守恒，所以小球落地的机械能为，故D错误。
4．D
【解析】
【详解】
A.由题中条件可知，当滑块向上运动时，薄板将沿斜面向下运动，由受力分析和牛顿第二定律可知，对薄板，则有，薄板的加速度，方向沿斜面向下；对滑块，则有，则滑块的加速度，方向沿斜面向下，故在滑块向上滑行的过程中，、的加速度大小之比为，故选项A错误；
B.开始运动时，滑块向上做匀减速直线运动，减速到零所需要的时间，此时薄板的速度大小为，然后二者均向下运动，且二者的加速度不变，最后速度相同，则有，代入数据可解得，共同速度为，、从开始运动到速度相同所用时间为，故选项B错误；
C.沿斜面向上运动的位移，此过程中向下运动的位移，球沿斜面向下运动到两者速度相同时，下滑的位移，此过程中，向下运动的位移，故整个过程中摩擦力对滑块所做的功，即滑块克服摩擦力所做的功为，故选项C正确；
D.整个过程中因摩擦产生的热量为，故选项D正确。
5．AC
【解析】
【详解】
当A与B一起做加速运动的过程中，对于整体：F-2f=2ma，对小球A：kx-f=ma，联立得：．即弹簧的伸长量为．则撤去外力F的瞬间，弹簧的伸长量为，故A正确，B错误；A克服外力所做的总功等于A的动能，由于是当它们的总动能为Ek时撤去外力F，所以A与B的动能均为Ek，即A克服外力所做的总功等于Ek．故C正确；根据功能关系可知，整个的过程中，系统克服摩擦力所做的功等于A、B的动能以及弹簧减少的弹性势能的和，即等于系统机械能的减少量。故D错误。
6．BD
【解析】
【详解】
A．下降h高度，则重力做正功mgh，所以重力势能减小mgh，A错误；
B．根据动能定理可得F合h=ΔEk，又F合=ma=2mg，故ΔEk=2mgh，B正确；
CD．重力势能减小mgh，而动能增大2mgh，所以机械能增加mgh，C错误，D正确．
7．BC
【解析】
【分析】
由题中“某人将质量为m的小球从距水平地面高为h处以一定初速度水平抛出”可知，本题考查平抛运动，根据平抛运动规律可分析本题。
【详解】
A．小球在竖直方向做自由落体运动，故从抛出点到上管口的运动过程中，有
小球在水平方向做减速运动，因恰能无碰撞地通过细管，故小球到管口处水平速度恰好为零，设初速度为，则有
解得
故A错误；
B．因小球在水平方向做减速运动，且小球到管口处水平速度恰好为零，设小球在水平方向的加速度为a，则有
根据牛顿第二定律有
解得风力大小为，故B正确；
C．小球在竖直方向做自由落体，根据公式
可得落地时速度为，故C正确；
D．在小球被抛出到落地的过程中，风力对小球做的功等于小球在刚抛出时水平方向的动能即
解得
故D错误
8．AB
【解析】
【详解】
A.小球上升的过程中，重力和阻力都做负功，根据动能定理得:-mgH-fH=△Ek，则得动能的减小量等于mgH+fH；故A正确.
B.根据功能关系知：除重力外其余力做的功等于机械能的变化量；在上升过程中，物体克服阻力做功fH，故机械能减小fH；故B正确.
C.小球上升H，故重力势能增加mgH；故C错误.
D.在上升的过程中，小球克服空气阻力做功fH；故D错误.
9．AD
【解析】
【详解】
A.物块在足够长的传送带上先做匀加速运动，则有：
当两者共速后，滑动摩擦力突变静摩擦力，两者一起做匀速运动，故选项A符合题意；
B.物块匀加速时，则有：
与成正比，故选项B不符合题意；
C.合力做功等于动能的增量，物体匀速时动能不变，故选项C不符合题意；
D.机械能的变化对应摩擦力做功，匀加速时则有：
与成正比，匀速时则有：
所以匀速时斜率比加速时小，故选项D符合题意。
10．AC
【解析】
对小车，由动能定理得，A正确；对物块，由动能定理可知，小车的动能为，B错误；物块克服摩擦力做功，C正确；对物块与小车组成的系统，由能量守恒定律可知，系统增加的机械能为，D错误．
11． 6N；
【解析】
【分析】
由AB受力平衡求出弹簧的弹力，然后由胡克定律求出弹簧的压缩量，最后由题目中给出的公式求出弹簧的弹性势能；木块A受重力、B对A的支持力和拉力，要作匀加速运动，运用牛顿第二定律即可求解力F的最小值。根据牛顿第二定律求出弹簧的形变量，以A、B作为一个整体，由动能定理求解。
【详解】
对AN组成的整体，受到重力与弹簧的弹力处于平衡状态，则：初始位置对应的弹簧的压缩量：弹簧的弹性势能：与B开始运动时加速度是相等的，AB组成的系统受到重力、弹簧的弹力与拉力；由于开始时弹簧对AB系统的弹力最大，所以拉力F最小，由牛顿第二定律可得：代入数据可得：、B分离时设弹簧压缩了，二者分离时A与B之间的作用力为0，由牛顿第二定律对B得：得：此过程A、B上升高度?此时A、B速度设为v，则：代入数据可得：弹性势能的变化量：对系统由能量转化和守恒定律得：联立以上各式代入数据求得：
【点睛】
该题主要考查了牛顿第二定律的直接应用，要求同学们能正确分析物体的受力情况。动能定理的应用范围很广，可以求速度、力、功等物理量，特别是可以去求变力功。
12．（1）0.875（2）14m（3）90J
【解析】
【分析】
根据图象的斜率求出加速度，由牛顿第二定律求解物体与传送带间的动摩擦因数；速度时间图象与时间轴所围的“面积”大小等于位移，物体在0-2s内的位移为负值，在2-8s内的位移为正值；0-8s内物体机械能增量等于动能增加量与重力势能增加量之和；
【详解】
解：(1)?根据v?t图象的斜率表示加速度，可得物体在传送带上滑动时的加速度大小为：
对此过程，由牛顿第二定律得：
解得：
(2) 根据速度图象的“面积”大小等于位移，
则得物体在0?8s内的位移为：
(3)物体被送上的高度为：
重力势能增加量为：
动能增加量为：
故机械能的增加量为：
13． 3.6 1.0
【解析】篮球离开手时重力势能为：；对整个过程，由能量关系：，解得v=1.0m/s。
点睛：此题要搞清整个过程中能量的转化关系；篮球初末两态的重力势能是相同的，则初态的动能等于整个过程中克服阻力做功.
14． 电能加速工质产生高速喷射流驱动飞船前进 电能转化为机械能
【解析】物理现象：采用电能加速产生高速喷射流驱动飞船前进；物理知识：电能转化为机械能。