2024高中物理課時(shí)提升作業(yè)十六7.8機(jī)械能守恒定律含解析新人教必修2

PAGEPAGE7機(jī)械能守恒定律(40分鐘100分)一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分)1.關(guān)于機(jī)械能守恒,下列說(shuō)法中正確的是()A.物體做勻速運(yùn)動(dòng),其機(jī)械能肯定守恒B.物體所受合外力不為零,其機(jī)械能肯定不守恒C.物體所受合外力做功不為零,其機(jī)械能肯定不守恒D.物體沿豎直方向向下做加速度為5m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng),其機(jī)械能削減【解析】選D。A選項(xiàng),做勻速運(yùn)動(dòng)的物體,動(dòng)能不變,勢(shì)能可能變更,所以,機(jī)械能不肯定守恒。B選項(xiàng),物體只受重力,機(jī)械能守恒。C選項(xiàng),物體做自由落體運(yùn)動(dòng),只有重力做功,機(jī)械能守恒。D選項(xiàng),物體除受重力外,還受到向上的拉力,拉力做負(fù)功,機(jī)械能減小。2.關(guān)于機(jī)械能守恒定律的適用條件,下列說(shuō)法正確的是()A.只有重力和彈力作用時(shí),機(jī)械能才守恒B.當(dāng)有其他外力作用時(shí),只要合外力為零,機(jī)械能就守恒C.當(dāng)有其他外力作用時(shí),只要其他外力不做功,機(jī)械能就守恒D.炮彈在空中飛行不計(jì)阻力時(shí),僅受重力作用,所以爆炸前后機(jī)械能守恒【解析】選C。機(jī)械能守恒的條件是只有重力或彈力做功,也就是物體可以受其他力作用,只要其他力不做功或做功之和為零即可,故A、B均錯(cuò),C正確。在炮彈爆炸過(guò)程中,爆炸時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,機(jī)械能不守恒,D錯(cuò)。3.用一細(xì)繩拉一物體勻速上升,則該物體()A.動(dòng)能增加 B.重力勢(shì)能增加C.機(jī)械能削減 D.機(jī)械能不變【解析】選B。勻速上升過(guò)程中動(dòng)能不變,重力勢(shì)能增加,機(jī)械能增加,所以只有B項(xiàng)正確。4.從h高處以初速度v0豎直向上拋出一個(gè)質(zhì)量為m的小球,如圖所示。若取拋出處物體的重力勢(shì)能為0,不計(jì)空氣阻力,則物體著地時(shí)的機(jī)械能為()A.mgh B.mgh+12mC.12mv02 D.1【解析】選C。初態(tài)時(shí)機(jī)械能為12mv5.(多選)(2024·萬(wàn)州區(qū)高一檢測(cè))如圖所示,豎直放置在水平地面上的輕彈簧,下端固定在地面上,將一個(gè)金屬球放置在彈簧頂端(球與彈簧不粘連),并用力向下壓球,穩(wěn)定后用細(xì)線把彈簧拴牢。燒斷細(xì)線,球?qū)⒈粡椘?脫離彈簧后能接著向上運(yùn)動(dòng),則該球從細(xì)線被燒斷到剛脫離彈簧的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中()A.球的機(jī)械能守恒B.球的動(dòng)能先增大后減小,機(jī)械能始終增加C.金屬球的動(dòng)能與小彈簧的彈性勢(shì)能之和始終在減小D.球在剛脫離彈簧時(shí)動(dòng)能最大【解析】選B、C。小球在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小球、彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,小球向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,彈簧的彈性勢(shì)能減小,小球的機(jī)械能始終增大,故A錯(cuò)誤。燒斷細(xì)線后,起先的一段時(shí)間內(nèi),彈力大于重力,小球向上做加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)彈簧的彈力小于小球重力后,小球向上做減速運(yùn)動(dòng),因此當(dāng)重力與彈力相等時(shí),小球速度最大;在整個(gè)過(guò)程中,彈簧彈力始終對(duì)小球做正功,小球的機(jī)械能始終增大,故B正確,D錯(cuò)誤。小球與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,即小球的動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈簧的彈性勢(shì)能之和保持不變,小球向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中重力勢(shì)能始終增大,所以小球的動(dòng)能和彈簧的彈性勢(shì)能之和始終減小,故C正確。6.(2024·全國(guó)卷Ⅱ)小球P和Q用不行伸長(zhǎng)的輕繩懸掛在天花板上,P球的質(zhì)量大于Q球的質(zhì)量,懸掛P球的繩比懸掛Q球的繩短。將兩球拉起,使兩繩均被水平拉直,如圖所示。將兩球由靜止釋放。在各自軌跡的最低點(diǎn)世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684183()A.P球的速度肯定大于Q球的速度B.P球的動(dòng)能肯定小于Q球的動(dòng)能C.P球所受繩的拉力肯定大于Q球所受繩的拉力D.P球的向心加速度肯定小于Q球的向心加速度【解析】選C。小球P和Q由兩繩的水平位置運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過(guò)程中機(jī)械能守恒,則有mgL=12mv2,所以v=2gL,由于懸掛P球的繩比懸掛Q球的繩短,所以P球的速度肯定小于Q球的速度,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;又由于P球的質(zhì)量大于Q球的質(zhì)量,不能確定P球的動(dòng)能是否肯定小于Q球的動(dòng)能,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;依據(jù)T-mg=mv2r7.游樂(lè)場(chǎng)中的一種滑梯如圖所示。小摯友從軌道頂端由靜止起先下滑,沿水平軌道滑動(dòng)了一段距離后停下來(lái),則()A.下滑過(guò)程中支持力對(duì)小摯友做功B.下滑過(guò)程中小摯友的重力勢(shì)能增加C.整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小摯友的機(jī)械能守恒D.在水平面滑動(dòng)過(guò)程中摩擦力對(duì)小摯友做負(fù)功【解析】選D。支持力始終與速度垂直,不做功,A錯(cuò)。下滑過(guò)程中重力做正功,重力勢(shì)能減小,B錯(cuò)。在滑動(dòng)過(guò)程中摩擦力做負(fù)功,機(jī)械能減小,C錯(cuò),D對(duì)。8.(多選)如圖所示,在跨過(guò)一光滑輕滑輪的繩子兩端分別掛著質(zhì)量為m1、m2的兩個(gè)物體,已知m2>m1。若m1向上運(yùn)動(dòng),m2以加速度a向下運(yùn)動(dòng)時(shí),阻力不計(jì),則()A.m1、m2的總機(jī)械能不守恒B.m2的機(jī)械能守恒C.m1、m2的總機(jī)械能守恒D.m1的機(jī)械能不守恒【解析】選C、D。繩子對(duì)m1和m2的彈力大小相等,兩個(gè)物體在彈力的方向上發(fā)生的位移大小相等。由于m2>m1,所以m2向下運(yùn)動(dòng),而m1向上運(yùn)動(dòng)。m2克服彈力做的功為W1,彈力對(duì)m1所做的功為W2,可以看出兩個(gè)物體的機(jī)械能都不守恒。但W1=W2,以m1和m2整體為探討對(duì)象,只有重力對(duì)整體做功,所以總的機(jī)械能守恒。二、計(jì)算題(本題共2小題,共44分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)9.(22分)如圖所示為游樂(lè)場(chǎng)過(guò)山車(chē)的一種模型。假設(shè)過(guò)山車(chē)在軌道頂點(diǎn)A無(wú)初速度釋放后,全部運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的摩擦均可忽視,其他數(shù)據(jù)如圖所示,求過(guò)山車(chē)到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度大小。(g取10m/s2)世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684184【解析】由題意可知,過(guò)山車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中僅有重力做功,故其機(jī)械能守恒。以圓周軌道的最低點(diǎn)所在平面為零勢(shì)能參考平面,由機(jī)械能守恒定律得mghA=mghB+12mvB=2g(hA-h答案:70m/s10.(22分)如圖所示,一固定的楔形木塊,其斜面的傾角θ=30°,另一邊與水平地面垂直,頂上有一個(gè)定滑輪,跨過(guò)定滑輪的細(xì)線兩端分別與物塊A和B連接,A的質(zhì)量為4m,B的質(zhì)量為m。起先時(shí),將B按在地面上不動(dòng),然后放開(kāi)手,讓A沿斜面下滑而B(niǎo)上升,全部摩擦均忽視不計(jì)。當(dāng)A沿斜面下滑距離s后,細(xì)線突然斷了。求物塊B上升的最大高度H(設(shè)B不會(huì)與定滑輪相碰)。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684185【解析】設(shè)細(xì)線斷裂前一瞬間A和B的速度大小為v,A沿斜面下滑s的過(guò)程中,A的高度降低了ssinθ,B的高度上升了s。對(duì)A和B以及地球組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,物塊A機(jī)械能的削減量等于物塊B機(jī)械能的增加量,即4mgssinθ-12·4mv2=mgs+12mv2。細(xì)線斷后,物塊B做豎直上拋運(yùn)動(dòng),物塊B與地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,設(shè)物塊B接著上升的高度為h,有mgh=12mv2。由以上兩式聯(lián)立解得h=s5,故物塊B上升的最大高度為H=s+h=s+答案:65【實(shí)力挑戰(zhàn)區(qū)】1.如圖是為了檢驗(yàn)?zāi)撤N防護(hù)罩承受沖擊實(shí)力的裝置,M為半徑R=1.0m,固定于豎直平面內(nèi)的14光滑圓弧軌道,軌道上端切線水平,N為待檢驗(yàn)的固定曲面,該曲面在豎直面內(nèi)的截面為半徑r=0.69m的14圓弧,圓弧下端切線水平且圓心恰好位于M軌道的上端點(diǎn)。M的下端相切處放置豎直向上的彈簧槍,可放射速度不同的質(zhì)量m=0.01kg的小鋼珠,假設(shè)某次放射的鋼珠沿軌道恰好能過(guò)M的上端點(diǎn),水平飛出后落到N的某一點(diǎn)上。g取10m(1)放射該鋼珠前,彈簧的彈性勢(shì)能Ep多大?(2)鋼珠落到圓弧N上時(shí)的速度大小vN是多少?【解析】(1)設(shè)鋼珠在M軌道最高點(diǎn)的速度為v,mg=mv2R從放射前到最高點(diǎn),由機(jī)械能守恒定律得:Ep=mgR+12mv2聯(lián)立①、②解出Ep=0.15J。(2)鋼珠從最高點(diǎn)飛出后,做平拋運(yùn)動(dòng)x=vt③y=12gt2由幾何關(guān)系x2+y2=r2⑤從M飛出到打在N的圓弧面上,由機(jī)械能守恒定律:mgy+12mv2=12mv聯(lián)立①、③、④、⑤、⑥解出所求vN=4m/s答案:(1)0.15J(2)4m/s2.(2015·福建高考)如圖,質(zhì)量為M的小車(chē)靜止在光滑水平面上,小車(chē)AB段是半徑為R的四分之一光滑圓弧軌道,BC段是長(zhǎng)為L(zhǎng)的粗糙水平軌道,兩段軌道相切于B點(diǎn)。一質(zhì)量為m的滑塊在小車(chē)上從A點(diǎn)由靜止起先沿軌道滑下,重力加速度為g。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)35684187(1)若固定小車(chē),求滑塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)小車(chē)的最大壓力。(2)若不固定小車(chē),滑塊仍從A點(diǎn)由靜止下滑,然后滑入BC軌道,最終從C點(diǎn)滑出小車(chē)。已知滑塊質(zhì)量m=M2,在任一時(shí)刻滑塊相對(duì)地面速度的水平重量是小車(chē)速度大小的2倍,滑塊與軌道BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ①滑塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小車(chē)的最大速度大小vm。②滑塊從B到C運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小車(chē)的位移大小s。【解析】(1)由于圓弧軌道光滑,滑塊下滑過(guò)程機(jī)械能守恒,有mgR=