2020-2021学年粤教版物理必修第二册单元练习第四章机械能及其守恒定律(word版含答案解析）

第四章机械能及其守恒定律
一、选择题
（2019·期中·北京北京市西城区）把一定质量的小球放在竖立的弹簧上，并把小球往下按至
位置，如图甲所示，迅速松手后，弹簧把小球弹起，小球升至最高位置
（图丙），途中经过位置
时弹簧正好恢复原长（图乙），弹簧质量和空气阻力均可忽略。下列说法正确的是
A．
到
的过程，小球的机械能守恒
B．
到
的过程，小球的动能一直变大
C．
到
的过程，小球动能的增加量小于弹簧弹性势能的减少量
D．
到
的过程，小球重力势能的增加量小于弹簧弹性势能的减少量
（2018·模拟·上海上海市徐汇区）将一质量为
的球由地面竖直向上抛出，测得其动能
随时间的变化关系如图所示，则球下落阶段的
图象可能为（
取
）
A．
B．
C．
D．
（2020·模拟·上海上海市闵行区）一物块在外力
的作用下沿水平地面运动，则
一定对物块做正功的情况是物块在做
A．匀速直线运动
B．加速直线运动
C．减速直线运动
D．匀速圆周运动
（2020·单元测试·上海上海市）在地面上以相同的初动能竖直向上抛出
、
两物体，它们的质量
，不计空气阻力，它们上升的最大高度为
和
，它们的最大重力势能为
和
，则有
A．
B．
C．
D．
（2020·同步练习·天津天津市）下列关于重力势能的说法正确的是
A．物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定
B．物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大
C．一个物体的重力势能从
变化到
，重力势能增加了
D．在地面上的物体具有的重力势能一定等于零
（2018·期中·北京北京市东城区）如图，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上。其正上方
位置有一只小球。小球从静止开始下落，在
位置接触弹簧的上端，在
位置小球速度减小到零。不计空气阻力，对于小球下落过程，下列正确的是
A．小球在
位置开始减速
B．由
到
位置，小球的加速度逐渐增大
C．小球加速运动中，减小的重力势能等于增加的动能
D．小球、地球和弹簧所组成的系统机械能守恒
（2019·期末·广东深圳市）如图所示，半径为
的大圆环通过细轻杆固定在竖直平面内，质量为
的小环（可视为质点）套在大环上，从大环的最高处由静止滑下．不计一切摩擦，以大环底所在的水平面为参考平面，重力加速度为
．则小环
A．在任何位置的机械能为
B．在任一直径两端的机械能之和为
C．在任一直径两端的势能之和为
D．在任一直径两端的动能之和为
二、填空题
（2019·月考·天津天津市和平区）如图所示，汽车在平直路面上以恒定功率
向左运动，用跨过光滑定滑轮的轻绳牵引重物沿竖直光滑轨道向上加速运动，汽车与滑轮间的绳保持水平。某时刻当牵引物块的绳与水平方向成
角时，物块的速度大小为
，则此时汽车的速度为
，若除去绳子拉力外汽车还受到恒定阻力
，则此时系统机械能随时间的变化率为
。
（2020·模拟·上海上海市奉贤区）如图，倾角为
的光滑斜面固定在地面上，长为
、质量为
、质量分布均匀的软绳置于斜面上，其上端与斜面顶端齐平。设斜面顶端为零势能面。用细线将质量也为
的小物块与软绳连接，物块由静止释放后向下运动，直到软绳刚好全部离开斜面（此时物块未到达地面）。软绳刚好离开斜面时，软绳的重力势能为
，此时物块的速度大小为
。
（2020·单元测试·上海上海市）木块受水平力
作用在水平面上由静止开始运动，前进
后撤去
，木块又沿原方向前进了
停止，则摩擦力
。木块最大动能为
。
（2020·单元测试·上海上海市）质量为
的物体从距地面
的高处自由下落，以地面为零势能面，则初始时的机械能为
；下落
末时机械能为
；在
时机械能又为
；下落
时，该物体的动能和重力势能相等。
（2020·同步练习·天津天津市）判断下列说法的正误。
功有正负之分，所以功是矢量。
三、解答题
（2020·单元测试·上海上海市）一辆质量为
的车，发动机的额定功率为
，已知该车沿倾角为
的足够长斜面下坡时，若关闭发动机，它立刻以大小为
的加速度做匀减速运动。现开启发动机，让该车在大小为
的恒定牵引力作用下由静止开始匀加速下坡，设阻力不变，问：
(1)
下坡过程中该车所能达到的最大速度是多少？
(2)
若开启发动机，让该车在大小为
的恒定牵引力作用下由静止开始匀加速下坡，求该车匀加速下坡能持续的时间。
（2020·同步练习·天津天津市）力对物体做正功或负功的条件，由
可知：
(1)
当
时，
，力
对物体不做功。
(2)
当
时，
，力
对物体做
功。
(3)
当
时，
，力
对物体做
功。
（2019·期末·广东深圳市）小明踩着滑板沿水平方向以
的速度离开平台，假设经过
以不变的姿势着地，如图所示，小明和滑板的总质量
。取
，不计空气阻力。求：
(1)
平台的高度
；
(2)
着地前瞬间速度
及重力的瞬时功率
。
（2021·专项）“打水漂”是男女老少都适合体验的水上项目，将扁平的小石片在手上呈水平放置后，用力飞出，石片遇到水面后并不会直接沉入水中，而是在水面上擦水面滑行一小段距离后再弹起再飞，跳跃数次后沉入水中，即称为“打水漂”。如图所示，现在有一人从岸边离水面高度
处，以
的水平初速度用力飞出一质量为
的小石片，小石片在水面上弹跳数次后沉入水底，在水面上滑行时受到的水平阻力为
。假设每次小石片接触水面相同的时间
后跳起，小石片在水面上滑动后在竖直方向上跳起时的速度与此时沿水面滑动的速度之比为常数
，；小石片在水面上速度减为零后，以
加速度沿竖直方向沉入深为
的水底。不计空气阻力。求：
(1)
小石片第一次接触水面时的速度。
(2)
小石片从开始到沉入水底的整个过程中，水对小石片做的功。
(3)
小石片从抛出到沉入水底的总时间。
四、多选题
（2020·同步练习·天津天津市）在高处的某一点将两个质量相等的小球以相同速率
分别竖直上抛和竖直下抛，下列结论正确的是（不计空气阻力）
A．从抛出到刚着地，重力对两球所做的功相等
B．从抛出到刚着地，重力对两球做的功都是正功
C．从抛出到刚着地，重力对两球做功的平均功率相等
D．两球刚着地时，重力的瞬时功率相等
（2020·同步练习·天津天津市）如图所示，细轻杆的一端与小球相连，可绕
点的水平轴自由转动。现给小球一初速度，使它在竖直平面内做圆周运动，
、
分别表示轨道的最低点和最高点，则小球在这两点对杆的作用力大小之差可能为
A．
B．
C．
D．
（2017·期中·广东广州市越秀区）如图，长为
的细绳一端系在天花板上的
点，另一端系一质量
的小球。将小球拉至细绳处于水平的位置由静止释放，在小球沿圆弧从
运动到
的过程中，不计阻力，则
A．小球经过
点时，小球的动能为
B．小球经过
点时，绳子的拉力为
C．小球下摆过程中，重力对小球做功的平均功率为
D．小球下摆过程中，重力对小球做功的瞬时功率先增大后减小
五、实验题
（2020·期中·浙江温州市）某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验，图中小车是在
条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功记为
。当用
条、
条完全相同的橡皮筋并在一起进行第
次、第
次实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺测量工具：
(1)
实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是
。
A.轻推小车，能够自由下滑即可
B.轻推小车，能够匀速下滑即可
C.轻推拖着纸带的小车，能够自由下滑即可
D.轻推拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可
(2)
若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度刚达到最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是
。长状态
B.橡皮筋仍处于伸长状态
C.小车在两个铁钉的连线处
D.小车已过两个铁钉的连线
(3)
在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图中纸带的
部分进行测量。
答案
一、选择题
1.
【答案】C
【知识点】利用机械能相关知识解决弹簧问题
2.
【答案】D
【知识点】动能定理的应用、由运动情况判断物体的受力情况
3.
【答案】B
【解析】A选项，可能
竖直向上保持平衡状态，可以不做功；C选项，沿地面减速直线运动，
小于摩擦力，可以做正功，也可以
与运动方向相反，可以做负功；加速直线运动，
一定做正功；D选项，若地面光滑，重力和支持力平衡，
可以充当向心力，不做功。
【知识点】动能定理的应用
4.
【答案】B
【知识点】重力势能、竖直上抛运动
5.
【答案】C
【解析】物体的重力势能与参考平面的选取有关，同一物体在同一位置相对不同的参考平面的重力势能不同，A选项错；物体在零势能面以上，距零势能面的距越大，重力势能越大，物体在零势能面以下，距零势能面的距离越大，重力势能越小，B选项错；重力势能的正、负号表示大小，
的重力势能小于
的重力势能，C选项对；只有选地面为零势能面时，地面上的物体的重力势能才为零，否则不为零，D选项错。
【知识点】重力势能
6.
【答案】D
【解析】A．小球碰到弹簧并未减速，直到运动至弹力等于重力位置之前都是加速过程，故A错误；
B．对小球受力分析，
到
的过程首先重力大于弹力，，
增大，加速度减小，过平衡位置后弹力大于重力，，
增大，加速度增大，故B错误；
CD．整个过程中，小球、弹簧与地球组成的系统机械能守恒，加速过程中，动能增加，弹性势能也增加，重力势能减小，因此减小的重力势能应该等于增加的动能和增加的弹性势能，故C错误，故D正确。
【知识点】利用牛顿运动定律解决的弹簧问题、利用机械能相关知识解决弹簧问题
7.
【答案】D
【知识点】机械能和机械能守恒定律
二、填空题
8.
【答案】
【知识点】联动问题、动能定理的应用
9.
【答案】；
【知识点】机械能和机械能守恒定律
10.
【答案】；
【知识点】动能定理的应用
11.
【答案】；；；
【知识点】自由落体运动、机械能和机械能守恒定律
12.
【答案】
【知识点】功
三、解答题
13.
【答案】
(1)
(2)
【知识点】牛顿第二定律、功率、恒定加速度启动
14.
【答案】
(1)
(2)
；正
(3)
；负
【知识点】功
15.
【答案】
(1)
(2)
【解析】
(1)
小明做平抛运动，根据平抛运动规律：
。
(2)
着地前瞬间的竖直速度
，
所以
，
重力的瞬时功率
。
【知识点】平抛运动规律、功率
16.
【答案】
(1)
(2)
(3)
【解析】
(1)
小石片先做平抛运动，竖直方向有：，
解得：，
，
则
。
(2)
由
解得：小石片沉入水底时的速度
，
从抛出到沉入水底过程，根据动能定理有
，
解得：。
(3)
小石片在水面上滑行时，由牛顿第二定律有：，
每次滑行速度的变化量
；
由
，
可知，小石片共在水平方向滑行了
次，空中弹起后飞行了
次，
第
次弹起后的速度
，
再由
和
可得：
为一等差数列，首项
，公差
。
根据等差数列求和公式可得，小石片在空中的飞行时间：
，
在水面上滑行的时间为
，
在水中下沉的时间
，
故总时间
。
【知识点】平抛运动规律、由受力情况判断物体的运动情况、位移与速度的关系、动能定理的应用
四、多选题
17.
【答案】A；B；D
【解析】从抛出点到着地点高度差相同，由
可知，重力对两球所做的功相等，且都做正功，故A、B项正确；由于竖直上拋比竖直下抛的运动时间长，由
，知
，故C项错误；由运动学公式
得出两球刚着地时速度相同，重力的瞬时功率
相同，故D项正确。
【知识点】功
18.
【答案】B；C；D
【解析】小球运动到
点时①若杆对球的力为支持力，，此时
，，
联立解得
，
对杆和球组成的系统，由
机械能守恒，，
时，，若
增大，则
增大，
增大；
②若杆对球恰好无弹力，则
，此时
；
③若杆对球的力为拉力，，此时
，，
则
，
综上，A错误，B、C、D正确。
【知识点】机械能和机械能守恒定律、竖直面内的圆周运动
19.
【答案】A；B；D
【知识点】向心力、动能定理的应用、功率
五、实验题
20.
【答案】
(1)
D
(2)
B
(3)
【解析】
(1)
平衡摩擦阻力的操作是：轻推拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可，故选D。
(2)
若木板水平放置，对小车受力分析可知，小车速度最大时小车受到的合力应为零，即小车受到的橡皮筋拉力与摩擦力相等，橡皮筋应处于伸长状态，所以B正确，ACD错误；故选B。
(3)
实验需要测量橡皮筋做功完毕时小车的速度，平衡摩擦力橡皮筋做功完毕后小车做匀速直线运动，在相等时间内的位移相等，由图示纸带可知，应选用图中纸带的
部分进行测量。
【知识点】实验:探究功与速度变化的关系、器材使用与实验操作、原理设计与器材选择