高中物理學(xué)考復(fù)習(xí)優(yōu)化練習(xí)13機(jī)械能守恒定律含答案-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

1.下列關(guān)于機(jī)械能守恒的說(shuō)法正確的是( )
A.若只有重力做功,則物體機(jī)械能一定守恒
B.若物體的機(jī)械能守恒,一定只受重力
C.做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能一定守恒
D.物體所受合外力不為零,機(jī)械能一定守恒
2.下列物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,機(jī)械能守恒的是( )
A.被起重機(jī)拉著向上做勻速運(yùn)動(dòng)的貨物
B.一個(gè)做斜拋運(yùn)動(dòng)的鐵球
C.沿粗糙的斜面向下做勻速運(yùn)動(dòng)的木塊
D.在空中向上做加速運(yùn)動(dòng)的氫氣球
3.嫦娥五號(hào)是我國(guó)月球軟著陸無(wú)人登月探測(cè)器,當(dāng)它接近月球表面時(shí),可打開(kāi)反沖發(fā)動(dòng)機(jī)使探測(cè)器減速下降。探測(cè)器減速下降過(guò)程中,它在月球表面的重力勢(shì)能、動(dòng)能和機(jī)械能的變化情況是( )
A.動(dòng)能增加、重力勢(shì)能減小
B.動(dòng)能減小、重力勢(shì)能增加
C.機(jī)械能增加
D.機(jī)械能減小
4.如圖所示,在離地面高h(yuǎn)處以初速度v0拋出一個(gè)質(zhì)量為m的物體,不計(jì)空氣阻力,取地面為零勢(shì)能面,則物體著地時(shí)的機(jī)械能為( )
A.mghB.12mv02-mgh
C.12mv02+mghD.12mv02
5.以20 m/s的速度將質(zhì)量為m的物體從地面豎直上拋,若忽略空氣阻力,取地面為零勢(shì)能面,g取10 m/s2,則上升過(guò)程中,物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能相等時(shí),物體距地面的高度為( )
A.5 mB.10 mC.15 mD.20 m
6.用長(zhǎng)繩將一重球懸掛在天花板上,如圖所示,一同學(xué)緊靠墻站立,雙手拉球使其與鼻尖恰好接觸,然后由靜止釋放重球。若該同學(xué)保持圖示姿勢(shì)不變,忽略空氣阻力,則重球擺動(dòng)過(guò)程中( )
A.到最低點(diǎn)時(shí)重力勢(shì)能最大
B.到最低點(diǎn)時(shí)機(jī)械能最大
C.一定不會(huì)撞擊該同學(xué)
D.可能會(huì)撞擊該同學(xué)
7.一同學(xué)用一根橡皮筋發(fā)射飛機(jī)模型,如圖所示。發(fā)射過(guò)程類似于彈弓彈射彈子一樣,用橡皮筋將飛機(jī)彈射出去。不計(jì)空氣阻力,下列說(shuō)法正確的是( )
A.當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)飛機(jī)的速度達(dá)到最大
B.在橡皮筋恢復(fù)的整個(gè)過(guò)程中橡皮筋的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的動(dòng)能
C.在橡皮筋恢復(fù)過(guò)程中此同學(xué)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的機(jī)械能
D.在橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)過(guò)程中飛機(jī)的速度先增大后減小
8.“反向蹦極”是將彈性繩拉長(zhǎng)后固定在人身上,并通過(guò)外力作用使人停留在地面上,當(dāng)撤去外力后,人被“發(fā)射”出去沖向高空。如圖所示,當(dāng)人從地面彈射到高空過(guò)程中(指上升過(guò)程),人可視為質(zhì)點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是( )
A.彈射繩對(duì)人做的功等于人動(dòng)能的變化量
B.重力與阻力對(duì)人做功之和等于人重力勢(shì)能的增量
C.彈射繩及阻力對(duì)人做功之和等于人機(jī)械能的增量
D.彈射繩對(duì)人做的功等于人動(dòng)能的增量與重力勢(shì)能的增量之和
能力提高
9.(2022浙江杭州高二月考)如圖甲所示,輕彈簧豎直放置,下端固定在水平地面上,一質(zhì)量為m的小球,從離彈簧上端高h(yuǎn)處由靜止釋放。某同學(xué)探究小球在接觸彈簧后向下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,他以小球開(kāi)始下落的位置為原點(diǎn),沿豎直向下方向建立坐標(biāo)軸Ox,作出小球所受彈力F大小隨小球下落的位置坐標(biāo)x的變化關(guān)系如圖乙所示,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g。以下判斷正確的是( )
A.當(dāng)x=h+x0時(shí),重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能之和最小
B.最低點(diǎn)的坐標(biāo)為x=h+2x0
C.小球受到的彈力最大值等于2mg
D.小球動(dòng)能的最大值為mgh+mgx0
10.如圖所示是滑沙場(chǎng)地的一段,可視為傾角為30°的斜面,設(shè)人和滑車總質(zhì)量為m,人從距底端高為h處的頂端沿滑道由靜止開(kāi)始勻加速下滑,加速度為0.4g,人和滑車可視為質(zhì)點(diǎn),則從頂端向下滑到底端的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( )
A.人和滑車獲得的動(dòng)能為0.4mgh
B.人和滑車克服摩擦力做功為0.6mgh
C.人和滑車減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能
D.人和滑車減少的機(jī)械能為0.2mgh
11.游樂(lè)園中的豎直摩天輪在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),其每個(gè)載客輪艙能始終保持豎直直立狀(如圖所示),一質(zhì)量為m的旅行包放置在該摩天輪輪艙水平底板上。已知旅行包在最高點(diǎn)對(duì)地板的壓力為0.8mg,下列說(shuō)法正確的是( )
A.摩天輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,旅行包所受合力不變
B.旅行包隨摩天輪的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終受到輪艙水平底板的摩擦力作用
C.旅行包隨摩天輪運(yùn)動(dòng)到圓心等高處時(shí)受到的摩擦力為0.2mg
D.旅行包隨摩天輪運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能守恒
12.如圖所示,一物體從光滑斜面AB底端A點(diǎn)以初速度v0上滑,沿斜面上升的最大高度為h,下列說(shuō)法正確的是(設(shè)下列情境中物體從A點(diǎn)上滑的初速度仍為v0)( )
A.若把斜面CB部分截去,物體沖過(guò)C點(diǎn)后上升的最大高度仍為h
B.若把斜面AB變成曲面AEB,物體沿此曲面上升仍能到達(dá)B點(diǎn)
C.若把斜面彎成圓弧形D,物體仍沿圓弧升高h(yuǎn)
D.以上說(shuō)法都不對(duì)
13.(2021年浙江1月學(xué)考)如圖所示,豎直平面內(nèi)由傾角α=60°的斜面軌道AB、半徑均為R的半圓形細(xì)圓管軌道BCDE和16圓周細(xì)圓管軌道EFG構(gòu)成一游戲裝置固定于地面,B、E兩處軌道平滑連接,軌道所在平面與豎直墻面垂直。軌道出口處G和圓心O2的連線,以及O2、E、O1和B四點(diǎn)連成的直線與水平線間的夾角均為θ=30°,G點(diǎn)與豎直墻面的距離d=3R?，F(xiàn)將質(zhì)量為m的小球從斜面的某高度h處?kù)o止釋放,不計(jì)小球大小和所受阻力。
(1)若釋放處高度h=h0,求小球運(yùn)動(dòng)到圓管最低點(diǎn)時(shí)速度大小vC;
(2)求小球在圓管最低點(diǎn)C所受彈力FN與h的關(guān)系式;
(3)小球離開(kāi)G點(diǎn)之后恰好垂直撞擊墻面,求釋放處高度h。
14.如圖所示為雜技演員進(jìn)行摩托車表演的軌道,它由傾斜直線軌道AB、圓弧形軌道BCD、半圓形軌道DE、水平軌道EF組成,軌道BCD的半徑R=4.8 m,軌道DE的半徑r=2.4 m,軌道最低點(diǎn)C距水平地面的高度差h=0.2 m。表演者從A點(diǎn)駕駛摩托車由靜止開(kāi)始沿軌道AB運(yùn)動(dòng),接著沿軌道BCDEF運(yùn)動(dòng),然后從F點(diǎn)離開(kāi)軌道,最后落到地面上的G點(diǎn)。已知表演者與摩托車的總質(zhì)量m=100 kg,表演者與摩托車可視為質(zhì)點(diǎn),阻力不計(jì)。g取10 m/s2。
(1)某次表演中,通過(guò)C點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)摩托車的支持力F=6 000 N,求表演者與摩托車經(jīng)過(guò)C點(diǎn)的速度大小vC;
(2)若表演者與摩托車恰好能經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)D且安全完成完整表演,求F點(diǎn)與G點(diǎn)的水平距離x。
15.(2021年浙江7月學(xué)考)如圖所示是一種彈射游戲裝置,由處在同一豎直平面內(nèi)的彈射部分和接收部分組成。彈射部分的光滑軌道由水平軌道AB和豎直圓弧軌道BC平滑連接而成,彈射器安裝在AB上;接收部分是可在豎直平面內(nèi)移動(dòng)的水平軌道DE。游戲時(shí)滑塊從彈射器彈出,經(jīng)AB和BC從C點(diǎn)拋出,若恰好從D點(diǎn)沿水平方向滑上DE且不滑離則游戲成功;從滑塊滑上DE到下一次游戲開(kāi)始,DE位置鎖定。已知圓弧BC的半徑R=0.4 m,對(duì)應(yīng)的圓心角為120°。DE長(zhǎng)度L=1.0 m?；瑝K質(zhì)量m=0.1 kg,滑塊與DE間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.25。彈射時(shí)滑塊由靜止釋放且彈射器彈性勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化為滑塊動(dòng)能,不計(jì)空氣阻力。
(1)某次游戲中彈射器彈性勢(shì)能Ep0=1.0 J,游戲成功。當(dāng)滑塊經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí),求:
①速度vB的大小;
②圓弧軌道BC對(duì)滑塊支持力FN的大小。
(2)若彈射器彈性勢(shì)能Ep從1.0 J開(kāi)始連續(xù)增大,寫(xiě)出游戲成功時(shí)滑塊最終位置到C點(diǎn)的水平距離x與Ep的關(guān)系式。
優(yōu)化集訓(xùn)13 機(jī)械能守恒定律
1.A 解析若只有重力做功,則物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化,物體的機(jī)械能一定守恒,A正確;若物體的機(jī)械能守恒,物體不一定只受重力,也許還受其他力,但其他力做功的代數(shù)和為零,B錯(cuò)誤;做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體,如果除重力外的其他力做功的代數(shù)和為零,則機(jī)械能守恒,如做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體,如果除重力外的其他力做功的代數(shù)和不為零,則機(jī)械能不守恒,C錯(cuò)誤;物體所受合外力不為零,如果除重力外的其他力做功的代數(shù)和不為零,則機(jī)械能不守恒,D錯(cuò)誤。
2.B 解析被起重機(jī)拉著向上做勻速運(yùn)動(dòng)的貨物受到了向上的拉力,拉力做正功,故貨物的機(jī)械能增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;一個(gè)做斜拋運(yùn)動(dòng)的鐵球只受到重力的作用,故它的機(jī)械能是守恒的,選項(xiàng)B正確;沿粗糙的斜面向下做勻速運(yùn)動(dòng)的木塊受到了摩擦力的作用,摩擦力做負(fù)功,使得木塊的機(jī)械能減小,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在空中向上做加速運(yùn)動(dòng)的氫氣球受到浮力的作用,浮力做正功,故它的機(jī)械能也不守恒,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
3.D 解析根據(jù)題意,在下降過(guò)程中,速度減小,動(dòng)能減小,高度下降,重力做正功,重力勢(shì)能減小,所以機(jī)械能減小,D正確。
4.C 解析小球拋出時(shí)的機(jī)械能為E1=mgh+12mv02,由機(jī)械能守恒可得,其落地時(shí)的機(jī)械能為E2=mgh+12mv02,C正確。
5.B 解析設(shè)距地面的高度為h時(shí)物體的重力勢(shì)能和動(dòng)能相等,mgh=12mv2,由機(jī)械能守恒mgh+12mv2=12mv02,解得h=10 m,故B正確。
6.C 解析重球下擺過(guò)程中重力做正功,重力勢(shì)能減小,所以到最低點(diǎn)時(shí)重力勢(shì)能最小,故A錯(cuò)誤;重球下擺過(guò)程中只有重力做功,所以重球的機(jī)械能守恒,故B錯(cuò)誤;重球擺動(dòng)過(guò)程中只有重力做功,其機(jī)械能守恒,所以重球擺回原處時(shí)的速度為0,則重球一定不會(huì)撞擊該同學(xué),故C正確,D錯(cuò)誤。
7.D 解析飛機(jī)斜向上發(fā)射,則當(dāng)橡皮筋的彈力等于重力沿彈力方向的分量時(shí),飛機(jī)的加速度為零,此時(shí)速度最大,則在橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)過(guò)程中飛機(jī)的速度先增大后減小,橡皮筋在原長(zhǎng)時(shí)飛機(jī)的速度不是最大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,D正確;由能量關(guān)系可知,在橡皮筋恢復(fù)的整個(gè)過(guò)程中橡皮筋的彈性勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的動(dòng)能,一部分轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能,即彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的機(jī)械能,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)過(guò)程中,橡皮筋的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的機(jī)械能,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。
8.C 解析根據(jù)動(dòng)能定理,人動(dòng)能變化量,應(yīng)該等于合外力對(duì)人做的功,即重力、彈力和阻力做功之和,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;人重力勢(shì)能的增量等于克服重力做的功,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;人機(jī)械能的增量等于除重力之外的彈力、阻力做功之和,選項(xiàng)C正確;彈性繩做的功即釋放的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為人的重力勢(shì)能,動(dòng)能以及克服空氣阻力做功產(chǎn)生的熱能,所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
9.A 解析由題圖乙可知,當(dāng)x=h+x0時(shí),彈力等于重力,加速度為零,小球速度最大,動(dòng)能最大,由于系統(tǒng)機(jī)械能守恒,所以重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能之和最小,故A正確;根據(jù)對(duì)稱性可知,小球在x=h+2x0和x=h兩個(gè)位置的速度大小相等,所以x=h+2x0不是最低點(diǎn),故B錯(cuò)誤;根據(jù)對(duì)稱性可知,小球在x=h+2x0和x=h兩個(gè)位置的合力大小相等,都等于mg,即小球在x=h+2x0位置時(shí)的彈力等于2mg,該位置不是最低點(diǎn),所以彈力的最大值大于2mg,故C錯(cuò)誤;當(dāng)x=h+x0時(shí),彈力等于重力,加速度為零,小球速度最大,動(dòng)能最大,從開(kāi)始下落到x=h+x0位置,由機(jī)械能守恒定律和平衡條件得mg(h+x0)=Ekm+12kx02,mg=kx0,解得Ekm=mgh+mgx02,故D錯(cuò)誤。
10.D 解析設(shè)受到的摩擦力是Ff,加速度大小為0.4g,則沿斜面的方向mgsin 30°-Ff=ma,解得Ff=0.1mg,人和滑車下滑的過(guò)程中重力和摩擦力做功,獲得的動(dòng)能為(mgsin 30°-Ff)hsin30°=Ek,代入數(shù)據(jù)解得Ek=0.8mgh,故A錯(cuò)誤;整個(gè)下滑過(guò)程中人和滑車減少的機(jī)械能為ΔE=mgh-Ek=mgh-0.8mgh=0.2mgh,故D正確;整個(gè)下滑過(guò)程中人和滑車減少的機(jī)械能為0.2mgh,所以人和滑車克服摩擦力做功為0.2mgh,故B錯(cuò)誤;由以上的分析可知,人下滑的過(guò)程中受到摩擦力的作用,人和滑車減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和內(nèi)能,故C錯(cuò)誤。
11.C 解析旅行包跟隨摩天輪做勻速圓周運(yùn)動(dòng),故旅行包所受合力提供向心力,大小不變,方向時(shí)刻在變化,故A錯(cuò)誤;旅行包隨輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而做勻速圓周運(yùn)動(dòng),合力提供向心力,在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)只受到重力和支持力的作用,不受摩擦力,故B錯(cuò)誤;在最高點(diǎn)有mg-FN=mv2R,且FN=0.8mg,聯(lián)立解得mv2R=mg-FN=0.2mg,旅行包隨摩天輪運(yùn)動(dòng)到圓心等高處時(shí),由摩擦力提供向心力,則有Ff=mv2R=0.2mg,故C正確;旅行包隨摩天輪運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中動(dòng)能不變,而重力勢(shì)能會(huì)變,則機(jī)械能不守恒,故D錯(cuò)誤。
12.B 解析若把斜面CB部分截去,物體沖過(guò)C點(diǎn)后做斜拋運(yùn)動(dòng),由于物體機(jī)械能守恒,同時(shí)物體運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí),速度不為零,故不能到達(dá)h高處,故A錯(cuò)誤;若把斜面AB變成曲面AEB,物體在最高點(diǎn)速度為零,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,物體沿斜面上升的最大高度仍然為h,故B正確,D錯(cuò)誤;若把斜面彎成圓弧形D,如果能到圓弧最高點(diǎn),由于合力充當(dāng)向心力,速度不為零,故會(huì)得到機(jī)械能增加,矛盾,故C錯(cuò)誤。
13.解析 (1)根據(jù)機(jī)械能守恒mgh0=12mvC2
解得vC=2gh0。
(2)根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律F合=mvC2R,F合=FN-mg,解得FN=mg(2hR+1)。
(3)小球可以看成平拋運(yùn)動(dòng)的逆運(yùn)動(dòng)
d=vxt
vy=gt
其中vx=vGsin θ,vy=vGcs θ
整理解得vG=2Rg
又由機(jī)械能守恒可知
mgh-52R=12mvG2
解得h=92R。
答案 (1)2gh0 (2)FN=mg(2hR+1) (3)92R
14.解析 (1)對(duì)摩托車在C點(diǎn)應(yīng)用牛頓第二定律可得
FN-mg=mvC2R
代入數(shù)據(jù)解得經(jīng)過(guò)C點(diǎn)的速度為vC=415 m/s。
(2)表演者要能完整表演,在D點(diǎn)應(yīng)用牛頓第二定律可得mg=mvD2R
從D點(diǎn)到F點(diǎn),由機(jī)械能守恒可得
12mvD2+mg·2r=12mvF2
解得vF=12 m/s
則平拋運(yùn)動(dòng)的豎直位移
y=R+h=5 m
所以運(yùn)動(dòng)時(shí)間
t=2yg=1 s
因此,表演者落點(diǎn)G點(diǎn)與F點(diǎn)的水平距離
x=vFt=12×1 m=12 m。
答案 (1)415 m/s (2)12 m
15.解析 (1)①滑塊彈射并運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)
Ep0=12mvB2
得vB=25 m/s
②滑塊在B點(diǎn)時(shí),由牛頓第二定律
FN-mg=mvB2R
得FN=6 N。
(2)OC與水平方向夾角為θ,則θ=30°
滑塊從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過(guò)程中,由機(jī)械能守恒定律得
Ep=mgR(1+sin θ)+12mvC2
C點(diǎn)和D點(diǎn)之間水平距離為x1,時(shí)間為t,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有x1=vCtsin θ,vCcs θ=gt
滑塊在DE上滑動(dòng)的距離為x2,由動(dòng)能定理得
-μmgx2=0-12m(vCsin θ)2
滑塊最終到達(dá)的位置和C點(diǎn)的水平間距
x=x1+x2
x=2+32(Ep-0.6)(m)
其中,1.0 J≤Ep≤1.6 J。
答案 (1)①25 m/s ②6 N (2)見(jiàn)解析

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