人教版(2019)物理必修第二册8.4机械能守恒定律同步训练(含解析)

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名称 人教版(2019)物理必修第二册8.4机械能守恒定律同步训练(含解析)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2020-05-29 14:04:00

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人教版(2019)物理必修第二册8.4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.下列运动过程中,可视为机械能守恒的是(  )
A.热气球缓缓升空
B.树叶从枝头飘落
C.掷出的铅球在空中运动
D.跳水运动员在水中下沉
2.高抛发球是乒乓球比赛中常用发球方法,具备速度快,旋转强的特点,在某次比赛中,运动员将乒乓球竖直抛出后又落回原处,被击打出去,如图所示,空气阻力恒定,则(

A.抛出到落回的过程中乒乓球的机械能守恒
B.乒乓球在上升过程中克服重力做的功小于下降过程中重力做的功
C.乒乓球在上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功
D.乒乓球落回原处的速度等于抛出时的速度
3.以20m/s的速度将质量为m的物体从地面竖直上抛,若忽略空气阻力,g取10m/s2物体上升过程中距地面的高度为多少时物体的重力势能和动能相等(

A.5m
B.10m
C.15m
D.20m
4.如图所示,质量为m的物块从A点由静止开始下落,加速度是,下落H到B点后与一轻弹簧接触,又下落h后到达最低点C,在由A运动到C的过程中,空气阻力恒定,则(  )
A.物块机械能守恒
B.物块和弹簧组成的系统机械能守恒
C.物块机械能减少
D.物块和弹簧组成的系统机械能减少
5.如图所示,小物体从某一高度自由下落,落到竖直在地面的轻弹簧上,在A点物体开始与弹簧接触,到B点物体的速度为零,然后被弹回,则下列说法中正确的是
A.物体经过A点时速度最大
B.物体从A下落到B的过程中,物体的机械能守恒
C.物体从A下落到B以及从B上升到A的过程中,动能都是先变大后变小
D.物体从A下落到B的过程中的动能和重力势能之和越来越大
6.如图所示,轻质弹簧与倾角为37°的固定斜面平行,弹簧的下端固定,上端与物块相连,绕过光滑定滑轮的轻绳分别与物块和小球相连。开始时用手托住小球,使弹簧处于原长状态,滑轮左侧的轻绳与斜面平行,滑轮右侧的轻绳竖直,然后由静止释放小球。已知小球的质量是物块质量的两倍,重力加速度大小为g,物块与斜面间的动摩擦因数为0.5,取sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计空气阻力。下列说法正确的是(  )
A.释放小球的瞬间,小球的加速度大小为
B.物块上滑过程中,小球机械能的减少量等于弹簧性势能与物块机械能的增加量之和
C.物块上滑过程中,物块动能的增加量等于它所受重力轻绳拉力、摩擦力做功之和
D.物块上滑过程中,轻绳拉力对小球做的功等于小球机械能的变化
7.如图所示,轻质弹簧和轻绳上端固定在O点,下端系质量相同的一小球.分别将小球拉至同高的N和A处,此时弹簧水平且无形变,然后释放小球,不计空气阻力,小球运动到最低点P和B又在同一水平面则
A.两小球动能相同
B.弹簧的弹性势能增大
C.两小球的重力势能减少量不同
D.两小球的机械能都守恒
8.质量分别为m1和m2的两个小物块用轻绳连结,绳跨过位于倾角θ的粗糙斜面顶端的轻滑轮,斜面左端固定在水平桌面上,通过改变AB边的高度可使AO绕O点转动,如图所示。已知滑轮与转轴之间的摩擦不计,m1=2m2,现在使O缓慢地从60°变为15°,m1始终相对斜面处静止状态,m2始终悬空(未与AB、地面接触)。下列说法正确的是(  )
A.细绳的拉力在逐渐变小
B.m1和m2系统的机械能一定守恒
C.m1受到的摩擦力先减小再增加
D.斜面对m1的支持力始终不变
9.如图所示,用长为L的细线,一端系于悬点A,另一端拴住一质量为m的小球,先将小球拉至水平位置并使细线绷直,在悬点A的正下方O点钉有一小钉子,今将小球由静止释放,要使小球能在竖直平面内做完整圆周运动,OA的最小距离是(  )
A.
B.
C.
D.
10.如图所示,一根跨越光滑定滑轮的轻绳,两端各连有一杂技演员(可视为质点),甲站于地面上,乙从图示的位置由静止开始向下摆动,运动过程中绳始终处于伸直状态,当演员乙摆至最低点时,甲刚好对地面无压力,则演员甲的质量与演员乙的质量之比为(  )
A.1∶1
B.2∶1
C.3∶1
D.4∶1
二、多项选择题
11.如图所示,A、B两小球由绕过轻质定滑轮的细线相连,A放在固定的光滑斜面上,B、C两小球在竖直方向上通过劲度系数为k的轻质弹簧相连,C球放在水平地面上,现用手控制住A,并使细线刚刚拉直但无拉力作用,并保证滑轮左侧细线竖直、右侧细线与斜面平行,已知A的质量为4m,B、C的质量均为m,重力加速度为g,细线与滑轮之间的摩擦不计,开始时整个系统处于静止状态。释放A后,A沿斜面下滑至速度最大时C恰好离开地面。下列说法正确的是(  )
A.斜面倾角α=
B.A获得的最大速度为2g
C.C刚离开地面时,B的加速度最大
D.从释放A到C刚离开地面的过程中,A、B两小球组成的系统机械能守恒
12.如图,劲度系数为100N/
m的轻弹簧下端固定于倾角为=的光滑斜面底端,上端连接物块Q,Q同时与斜面平行的轻绳相连,轻绳跨过定滑轮O与套在光滑竖直杆的物块P连接,图中O、B两点等高,间距d=0.3m。初始时在外力作用下,P在A点静止不动,A、B间距离h=0.4m,此时轻绳中张力大小为50N。已知P质量为0.8kg,Q质量为5kg。现将P由静止释放(不计滑轮大小及摩擦,取g=10m/s2,sin=0.8,cos=0.6),下列说法正确的是(  )
A.P位于A点时,弹簧的伸长量为0.1m
B.P上升至B点时的速度大小为m/s
C.P上升至B点的过程中,轻绳拉力对其所做的功为6J
D.P上升至B点的过程中,细线拉力对P做的功等于Q机械能的减少量
三、实验探究题
13.用落体法验证机械能守恒定律,打出如图甲所示的一条纸带。已知打点计时器所接电源的频率为50
Hz。计算结果均保留三位有效数字。
(1)根据纸带所给数据,打下B点时重物的速度大小为____m/s。根据纸带,算出下落到B点的过程中减小的重力势能,对比后发现,在误差允许的范围内机械能守恒。
?
(2)某同学选用两个形状相同、质量不同的重物a和b做实验,测得多组数据,画出某点的速度的平方v2与该点到释放点的高度h的关系图象,如图乙所示。若下落过程中,a、b所受阻力大小相等,由图象可知a、b的质量关系是ma___(填“大于”“小于”或“等于”)mb。?
(3)通过分析造成两图线的斜率不同的原因是实验中存在各种阻力,已知实验所用重物a的质量ma=0.2
kg,当地重力加速度g=9.8
m/s2,测得图线a的斜率ka=17.64,则重物a所受的平均阻力大小f=____N。
四、综合计算题
14.质量为2kg的物体,从竖直平面内高h=2.0m的光滑弧形轨道A处静止沿轨道滑下,并进入水平BC轨道滑行s=8.0m后停下来,取g=10m/s2,如图所示。求:
(1)物体滑至B点时的速度;
(2)BC段的滑动摩擦系数μ。
15.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,半圆弧轨道半径为R,不计空气阻力,若物体通过最低点B的速度为3,求:
(1)物体在A点时的速度v0大小;
(2)物体离开C点后还能上升多高?
16.跳台滑雪轨道如图所示,竖直面内的圆形轨道最低点与斜坡轨道相接于B点,斜坡与水平方向夹角为37°,斜坡足够长。圆形轨道的圆心为O,半径R=100m,运动员从圆轨道上的点由静止自由滑下,
OA与OB夹角为37°,运动员从跳台B点水平飞出。已知运动员的质量为,重力加速度为g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,不计一切摩擦和空气阻力。求运动员:
(1)到B点时对圆弧的压力;
(2)落到斜坡上时到B点的距离。
17.如图所示,A物体用板托着,离地高度h=4.0m,轻质细绳通过光滑定滑轮与A、B相连,绳子处于绷直状态。已知A物体质量M=3.0kg,B物体质量m=2.0kg,现将板抽走,A将拉动B上升,设A着地后不反弹,B上升过程中不会碰到定滑轮,g取10m/s2。求:
(1)A着地时,B的速度大小;
(2)B物体在上升过程中离地面的最大高度。
人教版(2019)物理必修第二册8.4机械能守恒定律同步训练参考答案
1.C
【解析】
A.热气球缓缓升空,除重力外浮力对它做功,机械能不守恒,故A错误;
B.树叶从枝头飘落,空气阻力对它做功,机械能不守恒,故B错误;
C.掷出的铅球在空中运动,阻力可以忽略,只有重力做功,机械能守恒,故C正确;
D.跳水运动员在水中下沉,除重力外,水的阻力和浮力对他做负功,机械能不守恒,故D错误.
2.C
【解析】
A.由于乒乓球受到空气阻力,机械能不守恒,故A错误;
BC.乒乓球上升和下降的高度相同,则乒乓球在上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功,均为mgh,故B错误,C正确;
D.由于克服空气阻力做功,乒乓球落回原处的速度小于抛出时的速度,故D错误.
3.B
【解析】
设距地面的高度为h时物体的重力势能和动能相等
由机械能守恒
解得
故B正确,ACD错误。
故选B。
4.D
【解析】
A.对于物体来说,从A到C要克服空气阻力做功,从B到C又将一部分机械能转化为弹簧的弹力势能,因此机械能肯定减少.故A错误;
B.对于物块和弹簧组成的系统来说,物体减少的机械能为(克服空气阻力所做的功+弹簧弹性势能),而弹簧则增加了弹性势能,因此整个系统机械能减少量即为克服空气阻力所做的功.故B错误;
C.由A运动到C的过程中,物体的动能变化为零,重力势能减小量等于机械能的减小量.
所以物块机械能减少mg(H+h),故C错误;
D.物块从A点由静止开始下落,加速度是,根据牛顿第二定律得:
,所以空气阻力所做的功为,整个系统机械能减少量即为克服空气阻力所做的功,所以物块、弹簧和地球组成的系统机械能减少,故D正确。
故选D。
5.C
【解析】
A.物体从A点下落到B点的过程中,在A点时,物体刚接触弹簧,弹簧的弹力小于物体的重力,合外力向下,物体仍向下加速运动;随着弹力的不断增大,合外力减小,速度继续增大;当弹簧的弹力和物体的重力相等时,合外力为零,此时小球的速度达到最大,故A错误;
B.物体从A下落到B的过程中,由于要克服弹簧的弹力做功,所以物体的机械能减少,即物体的机械能不守恒,故B错误;
C.物体从A下落到B以及从B上升到A的过程中,当弹簧的弹力和重力相等时,速度最大,动能最大,所以动能都是先变大后变小,故C正确;
D.由于物体的机械能会转化为弹簧的弹性势能,所以物体从A下落到B的过程中的动能和重力势能之和越来越小,故D错误。
故选C。
6.D
【解析】
A.令物块的质量为m,则小球的质量为2m,释放小球瞬间,对小球和物块整体根据牛顿第二定律有
2mg-mgsin37°-μmgcos37°=3ma
解得
故A错误;
B.根据能量守恒定律可知,物块上滑过程中,小球机械能的减少量等于弹簧弹性势能、物块机械能的增加量以及物块和斜面摩擦力产生的热量之和,故B错误;
C.根据动能定理可知,物块上滑过程中,物块动能的增加量等于它所受重力、轻绳拉力、摩擦力以及弹簧的弹力做功之和,故C错误;
D.小球运动过程中受到重力以及绳子的拉力,根据功能关系可知,绳子拉力所做的功等于小球机械能的变化,故D正确。
故选D。
7.B
【解析】
B、N球向下摆动时,弹簧的形变量增大,则弹性势能增大,故B正确.C、两小球摆动下降的初末位置等高,由可知,两球的重力势能减少量相同,故C错误.A、D、对弹簧连接的球摆动过程,重力和弹簧弹力做功,则小球和弹簧的系统机械能守恒,;而绳连接的球做圆周运动,只有重力做功,则球的运动机械能守恒,有,综合可知两球的动能不等,故A错误,D错误.故选B.
8.C
【解析】
A.由题意得,细绳的拉力等于的重力,故细绳的拉力保持不变,故A错误;
B.当O缓慢地从60°变为15°时,由图可知高度下降,故和组成的系统重力势能减小,动能不变,机械能减小,故B错误;
C.当角度大于时受力分析如下图
可得

即随着角度变小,摩擦力也在减小。当角度减小到时,重力向下的分力等于的重力,随着角度继续减小,则可做受力分析如下图
此时摩擦力为
可知角度继续减小时,摩擦力增大,故受到的摩擦力先减小再增加,故C正确;
D.斜面对的支持力为
可知角度减小,斜面对的支持力增大,故D错误。
故选C。
9.D
【解析】
设小球做完整圆周运动时其轨道半径为R,小球刚好过最高点的条件为,解得;小球由静止释放到运动至圆周的最高点过程中,只有重力做功,因而机械能守恒,取初位置所在水平面为参考平面,由机械能守恒定律得,解得,所以OA的最小距离为,故D正确.故选D.
10.B
【解析】
设定滑轮到乙演员的距离为,那么当乙摆至最低点时下降的高度为,根据机械能守恒定律可知
又因当演员乙摆至最低点时,甲刚好对地面无压力,说明绳子上的张力和甲演员的重力大小相等,所以
联立两式可得演员甲的质量与演员乙的质量之比为2∶1.
故选B。
11.AB
【解析】
A.设当物体C刚离开地面时,弹簧的伸长量为xC,则
物体C刚离开地面时,以B为研究对象,物体B受到重力mg、弹簧的弹力kxC、细线的拉力T三个力的作用,设物体B的加速度为a,根据牛顿第二定律,对B有
对A有
联立解得
当B获得最大速度时,有
联立解得

故A正确;
B.设开始时弹簧的压缩量xB,则
设当物体C刚刚离开地面时,弹簧的伸长量为xC,则
当物体C刚离开地面时,物体B上升的距离以及物体A沿斜面下滑的距离均为
由于弹簧处于压缩状态和伸长状态时的弹性势能相等,且物体C刚刚离开地面时,A、B两物体的速度相等,设为vBm,以A、B及弹簧组成的系统为研究对象,由机械能守恒定律得
代入数据,解得
故B正确;
C.C刚离开地面时,B的速度最大,加速度为零,故C错误;
D.从释放A到C刚离开地面的过程中,A、B两小球以及弹簧构成的系统机械能守恒,但A、B两小球组成的系统机械能不守恒,故D错误。
故选AB。
12.AD
【解析】
A.物块P位于A点时,假设弹簧伸长量为x1,则有
代入求得
则P位于A点时,弹簧的伸长量为0.1m,故A正确;
BCD.经分析,此时OB垂直竖直杆,OB=0.3m,此时物块Q速度为0,下降距离为
即弹簧压缩
弹性势能不变,对物块PQ及弹簧,根据能量守恒有
解得
对物块P有
解得
Q机械能的减少量
故BC错误,D正确。
故选AD。
13.2.07
小于
0.196
【解析】
(1)[1]B点的瞬时速度等于AC段的平均速度,则有:
(2)[2]根据动能定理得:
则有:
知图线的斜率为:
b的斜率大,知b的质量大,所以a的质量ma小于b的质量mb。
(3)[3]根据动能定理知:
则有:
可知:
代入数据解得:
f=0.196N。
14.(1);(2)
0.25
【解析】
(1)由机械能守恒定律可知
解得
(2)全过程根据动能定理可知
解得
15.(1);(2)3.5R
【解析】
(1)对AB过程由动能定理可知
解得
(2)从B点开始分析,对B以后及到达最高点的过程,由机械能守恒定律可知
解得
16.(1)840N;(2)75m.
【解析】
(1)从A点到B点,由动能定理
在B点
解得
vB=20m/s
FN=840N
(2)人从B点做平抛运动,则
x=vBt
y=gt2
解得
L=75m
17.(1)4m/s;(2)4.8m
【解析】
(1)A、B组成的系统,只有重力做功,系统机械能守恒,有
代入数据得
(2)A落地后,B物体仅受重力,机械能守恒,设B物体还能上升的高度为h′,有
代入解得
B物体在上升过程中离地面的最大高度