人教版物理必修二7.8机械能守恒定律同步训练
一、单项选择题(下列选项中只有一个选项满足题意)
1.关于物体的机械能是否守恒,下列叙述正确的是( )
A.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒
B.做匀速直线运动的物体,机械能一定不守恒
C.外力对物体做功为零时,机械能一定守恒
D.运动过程中只有重力对物体做功,机械能一定守恒
2.下列实例中,系统机械能守恒的是( )
A.小球自由下落,落在竖直弹簧上,将弹簧压缩后又被弹簧弹起来,以小球、地球和弹簧为系统
B.拉着物体沿光滑的斜面匀速上升,以物体和地球为系统
C.跳伞运动员张开伞后,在空中匀速下降,以运动员、伞和地球为系统
D.飞行的子弹击中放在光滑水平桌面上的木块,以子弹和木块为系统
3.质量为m的物体在高H处重力势能为mgH,从静止开始自由落下.当动能等于重力势能的2倍时,经历的时间为( )
A.
B.2
C.
D.
4.在粗糙水平面上竖直放置一如图所示装置,该装置上固定一光滑圆形轨道,总质量为M,现一质量为m的小球在圆形轨道最低端A以v0的水平初速度向右运动,恰能通过圆形轨道最高点B,该装置始终处于静止状态,则在小球由A到B的过程中(重力加速度取g)( )
A.当小球运动到与圆心等高处的C点时,装置对地面的摩擦力方向向左
B.当小球运动到B点时装置对地面的压力大小为
C.当小球在A点时装置对地面的压力大小为
D.若小球在最低点A的速度越大,装置对地面的压力越小
5.如图甲所示,在倾角为θ的光滑斜面上,有一个质量为m的物体在沿斜面方向的力F的作用下由静止开始运动,物体的机械能E随位移x的变化关系如图乙所示。其中0~x1过程的图线是曲线,x1~x2过程的图线为平行于x轴的直线,则下列说法中错误的是( )
A.物体在沿斜面向下运动
B.在0~x1过程中,物体的加速度一直增大
C.在0~x2过程中,物体先减速再匀速
D.在x1~x2过程中,物体的加速度为gsinθ
6.小明和小强在操场上一起踢足球,若足球质量为m,小明将足球以速度v从地面上的A点踢起。当足球到达离地面高度为h的B点位置时,如图所示,不计空气阻力,取B处为零势能参考面,则下列说法中正确的是( )
A.小明对足球做的功等于mgh
B.足球在A点处的机械能为
C.小明对足球做的功等于+mgh
D.足球在B点处的动能为-mgh
7.质量为m的物体,在距地面h高处以的加速度由静止竖直下落到地面。下列说法中正确的是(
)
A.重力做功mgh
B.物体的重力势能减少mgh
C.物体的动能增加mgh
D.物体的机械能减少mgh
8.如图所示,在倾角θ=30°的光滑固定斜面上,放有两个质量分别为1
kg和2
kg的可视为质点的小球A和B,两球之间用一根长L=0.2
m的轻杆相连,小球B距水平面的高度h=0.1
m.两球从静止开始下滑到光滑地面上,不计球与地面碰撞时的机械能损失,g取10
m/s2.则下列说法中正确的是( )
A.下滑的整个过程中A球机械能守恒
B.下滑的整个过程中B球机械能守恒
C.两球在光滑水平面上运动时的速度大小为1
m/s
D.系统下滑的整个过程中B球机械能的增加量为J
9.一条长为L的均匀链条,放在光滑水平桌面上,链条的一半垂直于桌边,如图所示。现由静止开始使链条自由滑落,当它全部脱离桌面瞬时的速度为多大( )
A.
B.
C.
D.
10.水平地面上固定一倾角为的光滑斜面体,斜面体底端有一垂直于斜面的固定挡板,如图所示,一劲度系数为K的轻弹簧两端连接两物体,质量分别为m、M,用力作用在M上,使系统静止,同时m恰好对挡板无压力。某时刻撤去外力,则撤去外力后(重力加速度取g)( )
A.M下滑过程中弹簧的最大弹性势能为
B.M下滑过程中弹簧处于原长时M速度最大
C.M运动到最低点时m对挡板的压力为
D.M在下滑过程中机械能守恒
二、多项选择题
11.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点摆向最低点的过程中( )
A.重物的重力势能减少
B.重物的重力势能增大
C.重物的机械能不变
D.重物的机械能减少
12.如图所示:半径为R的光滑圆柱体固定在课桌边缘,质量为m、2m的物体A、B用一根轻绳相连,并分居于圆柱体两侧。初始时用手托住B,使绳张直但无作用力。放手后,A会在绳子作用下向上运动(不脱离圆柱体),当A到达圆柱体最高点瞬间( )
A.物体A对圆柱体压力大小等于mg
B.物体A的动能大小等于
C.此时绳子拉力大小等于
D.物体B的重力势能损失量等于
三、综合计算题
13.如图所示,固定的光滑竖直杆上套着一个质量为m1=2m的滑块(可看成质点),轻绳的一端系着滑块绕过光滑的轻小定滑轮,另一端吊一个质量为m2=3m的物块,小滑轮到竖直杆的距离为3d,d=0.2m。开始时用T形卡使滑块停在与定滑轮等高的位置上,现去掉T
形卡,求:当滑块m1下落到绳子与竖直方向的夹角为时,物块m2的速度大小。(g=10m/s2)。
14.如图所示,ABC为一细圆管构成的圆轨道,将其固定在竖直平面内,轨道半径为R(比细圆管的半径大得多),OA水平,OC竖直,最低点为B,最高点为C,细圆管内壁光滑。在A点正上方某位置有一质量为m的小球(可视为质点)由静止开始下落,刚好进入细圆管内运动。已知细圆管的内径稍大于小球的直径,不计空气阻力。
(1)若小球经过C点时恰与管壁没有相互作用,求小球经过C点时的速度大小;
(2)若小球刚好能到达轨道的最高点C,求小球经过最低点B时的速度大小和轨道对小球的作用力大小;
(3)若小球从C点水平飞出后恰好能落回到A点,求小球刚开始下落时距离A点的高度。
15.如图所示,光滑水平面AB与竖直面内的半圆形轨道在B点相接,导轨半径为R.一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放,在弹力作用下物体获得某一向右速度后脱离弹簧,脱离弹簧后当它经过B点进入导轨瞬间对导轨的压力为其重力的8倍,之后向上运动完成半个圆周运动恰好到达C点.试求:
(1)弹簧开始时的弹性势能;
(2)物体从B点运动至C点克服阻力做的功;
(3)物体离开C点后落回水平面时,重力的瞬时功率是多大?
16.如图所示,一根细绳绕过光滑的定滑轮,两端分别系住质量M均为2kg的物体A、B,使A、B静止于离地h均为1m的高度,现轻轻的放一质量为1kg的小物体C到A上且粘连,重力加速度g取10m/s2,设绳足够长,绳与滑轮的质量不计,A、B、C都可视为质点。
(1)在没有加C物体到A上时,求绳中拉力的大小;
(2)当A物体在C的影响下由静止释放到落地前瞬间,求A、B、C所组成的系统重力势能减少量及B物体获得的速度大小;
(3)A落地后B还能上升的高度。
人教版物理必修二7.8机械能守恒定律同步训练参考答案
1.D
【解析】
AB.若物体在水平面内做匀速直线运动,动能和重力势能均不变,则物体的机械能守恒。若物体在竖直面内做匀速直线运动,则动能不变,重力势能变化,物体的机械能不守恒,故AB错误;
C.外力对物体做功为零时,可能有除重力或弹力以外的力做功,机械能不一定守恒。故C错误;
D.运动过程中只有重力对物体做功,只发生动能和势能相互转化,机械能一定守恒,故D正确。
故选D。
2.A
【解析】
A.小球在运动的过程中,以小球、地球和弹簧为系统,只有重力和弹簧的弹力做功,所以系统的机械能守恒,故A正确;
B.由于物体匀速上升,对物体受力分析可知,物体必定受到除重力之外的力的作用,并且对物体做了正功,所以物体的机械能增加,故B错误;
C.跳伞运动员张开伞后,在空中匀速下降,所以运动员要受到空气阻力的作用,故人的机械能在减小,故C错误;
D.飞行的子弹击中放在光滑水平桌面上木块的过程中,子弹受到木块的阻力的作用,阻力对子弹做负功,所以子弹的机械能减小,故D错误。
故选A。
3.B
【解析】
物体做自由落体运动,机械能守恒,当动能等于重力势能的2倍时,有:
mgH=mgh+mv2
其中:
mv2=2mgh
解得:
h=H
故下落的高度为:
H-h=H
根据自由落体运动的位移时间关系公式,有:
H=gt2
解得:
t=2
故选B。
4.C
【解析】
A.当小球运动到与圆心等高处的C点时,装置受到小球的作用方向水平向向右,由平衡可知,装置对地面的摩擦力方向向右,故A错误;
B.由于恰能通过圆形轨道最高点B,则此时小球对装置的作用力为0,则当小球运动到B点时装置对地面的压力大小为Mg,故B错误;
C.由于恰能通过圆形轨道最高点B,则有
从B到A由动能定理得
在A点由牛顿第二定律有
联立解得
方向竖直向上,则小球对装置的作用力大小6mg,方向竖直向下,所以当小球在A点时装置对地面的压力大小为,故C正确;
D.若小球在最低点A的速度越大,由
可知,小球对装置的作用力越大,且由小球对装置的作用力方向竖直向下,则装置对地面的压力越大,故D错误。
故选C。
5.C
【解析】
A.由图乙可知,物体机械能减少,故外力F做负功,故物体向下运动,故A正确;
B.对物体,由牛顿第二定律可得
图乙中切线的斜率表示外力F,因此在0~x1过程中外力F逐渐减小,故物体加速度一直增大,B正确;
C.在x1~x2过程中,机械能不变,故外力F等于0,因此物体做匀加速运动,故C错误;
D.在x1~x2过程中由于外力F等于0,故物体加速度为,D正确;
故选C。
6.D
【解析】
AC.小明对足球做的功等于足球动能的增量,即
足球在B点处的动能不为零,则
故AC错误;
BD.以B处为零势能面,故足球在A点处的机械能为
足球运动过程中机械能守恒,在B点处的机械能等于在B点处的动能,即
故B错误,D正确。
故选D。
7.C
【解析】
AB.物体在下落过程中,重力做正功为mgh,则重力势能减小也为mgh,故AB错误;
C.物体的合力为
所以物体的动能增加等于合力做功,大小为
故C正确;
D.物体动能增加,重力势能减小mgh可知,机械能减小,选项D错误。
故选C。
8.D
【解析】
AB.在下滑的整个过程中,只有重力对系统做功,系统的机械能守恒,但在B在水平面滑行,而A在斜面滑行时,杆的弹力对A做负功,也对B做正功,所以AB两球机械能都不守恒,故AB错误;
C.根据系统机械能守恒得
代入解得
故C错误;
D.系统下滑的整个过程中B球机械能的增加量为
故D正确。
故选D。
9.A
【解析】
由静止开始使链条自由滑落到当它全部脱离桌面过程,由于桌面光滑,整个链条的机械能守恒。取桌面为零势能面,整个链条的质量为,根据机械能守恒定律得
解得它全部脱离桌面瞬时的速度为
故A正确,BCD错误。
故选A。
10.C
【解析】
A.平衡时对m有
撤去外力时,M的加速度为
根据简谐运动对称性M在最低点时的加速度与刚撤去外力时大小相等,方向相反,即有
得
此时弹簧的压缩量为
弹簧的最大弹性势能为
故A错误;
B.当弹簧弹簧力重力沿斜面向下的分力大小相等,方向相反时,M的速度最大,此时弹簧处于压缩状态,故B错误;
C.M运动到最低点时,弹簧的弹力为
此时对m由平衡得
故C正确;
D.M在下滑过程中弹簧对M做功,机械能不守恒,故D错误。
故选C。
11.AD
【解析】
AB.重物的高度下降,由
可知,重物的重力势能减少,故A正确,B错误。
CD.对于重物和弹簧组成的系统,只有重力和弹簧弹力做功,系统的机械能守恒,即弹簧与重物的总机械能守恒,弹性势能增大,则重物的机械能减少。故C错误,D正确。
故选AD。
12.CD
【解析】
BD.对A、B组成的系统,在整个过程中系统机械能守恒,则
由此可得
物体A的动能为
物体B的重力势能损失量为
所以D正确,B错误;
A.在最高点的临界条件为
但是,此时的速度为
所以此时在最高点已脱离圆柱,瞬间的压力为0,所以A错误;
C.对A、B组成的系统,由牛顿第二定律可得,整体沿绳子方向的加速度为
对A由牛顿第二定律为
所以C正确。
故选CD。
13.1.14m/s
【解析】
设m1下落到绳子与竖直方向夹角为时下落的高度为h1,速度为v1,此时m2上升高度为h2,速度为v2,由系统机械能守恒得
m1gh1=m2gh2+m1+m2
由几何关系得
h1=4d,h2=2d
速度关系为
v1cos=v2
代入数据得
14.(1);(2);;(3)h=1.25R
【解析】
(1)小球通过C点时与管壁无相互作用力,由得
(2)若小球恰好到达最高点C,则通过C点时速度为零,对小球由B到C过程用动能定理有
解得
球经过B点时有
得
(3)小球从C点飞出做平抛运动,则有
得
从开始下落到经过C点,由机械能守恒得
得
h=1.25R
15.(1)3.5mgR
(2)mgR
(3)
【解析】
(1)设弹簧的弹性势能为Ep,物体经过B点时的速度为,轨道对物体的支持力为N,物体对轨道的压力为由题意知
=8mg
由机械能守恒得
由牛顿第二定律得:
由牛顿第三定律得
解得;
(2)设物体克服阻力做功为Wf,,在C点速度为
,
物体恰到达C点
由动能定理得:
-2mgR
解得Wf=mgR
(3)物体落到水平面上时的竖直分速度是
重力的上升功率是P=mg
.
16.(1)20N;(2)10J,2m/s;(3)0.2m
【解析】
(1)没有加C物体到A上时,系统处于静止状态,则
(2)A、B、C所组成的系统重力势能减少了
根据机械能守恒定律可知
解得
(3)B上升过程中机械能守恒,则
解得