《2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 基礎(chǔ)課3 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用訓(xùn)練(含解析)教科版》由會(huì)員分享,可在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)《2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 基礎(chǔ)課3 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用訓(xùn)練(含解析)教科版(8頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、2022年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 基礎(chǔ)課3 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用訓(xùn)練(含解析)教科版
一、選擇題(1~6題為單項(xiàng)選擇題,7~10題為多項(xiàng)選擇題)
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)械能一定守恒
B.物體所受合力不為零,其機(jī)械能一定不守恒
C.物體所受合力做功不為零,其機(jī)械能一定不守恒
D.物體沿豎直方向向下做加速度為5 m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng),其機(jī)械能減少
解析 物體做勻速運(yùn)動(dòng)其動(dòng)能不變,但機(jī)械能可能變,如物體勻速上升或下降,機(jī)械能會(huì)相應(yīng)的增加或減少,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;物體僅受重力作用,只有重力做功,或受其他力但其他力不做功或做功的代數(shù)和為零時(shí)
2、,物體的機(jī)械能守恒,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;物體沿豎直方向向下做加速度為5 m/s2 的勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),物體一定受到一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向相反的力的作用,此力對(duì)物體做負(fù)功,物體的機(jī)械能減少,故選項(xiàng)D正確。
答案 D
2.如圖1所示,在輕彈簧的下端懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的小球A,將小球A從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放,小球A能夠下降的最大高度為h。若將小球A換為質(zhì)量為3m的小球B,仍從彈簧原長(zhǎng)位置由靜止釋放,重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力,則小球B下降h時(shí)的速度為( )
圖1
A. B. C. D.
解析 根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒得,對(duì)A下降h的過(guò)程有mgh=Ep,對(duì)B下降h的過(guò)程有3mgh=Ep+×3mv2
3、,解得v=,只有選項(xiàng)A正確。
答案 A
3.(2017·前黃中學(xué))一輕繩系住一質(zhì)量為m的小球懸掛在O點(diǎn),在最低點(diǎn)先給小球一水平初速度,小球恰能在豎直平面內(nèi)繞O點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng),若在水平半徑OP的中點(diǎn)A處釘一枚光滑的釘子,仍在最低點(diǎn)給小球同樣的初速度,則小球向上通過(guò)P點(diǎn)后將繞A點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng),則到達(dá)最高點(diǎn)N時(shí),繩子的拉力大小為 ( )
圖2
A.0 B.2mg C.3mg D.4mg
解析 恰能做圓周運(yùn)動(dòng),則在最高點(diǎn)有
mg=
解得v=。
由機(jī)械能守恒定律可知
mg·2R=mv-mv2
解得初速度v0=,根據(jù)機(jī)械能守恒,在最高點(diǎn)N的速度為v′,則:
mgR=mv-m
4、v′2
根據(jù)向心力公式:T+mg=
聯(lián)立得T=3mg。故選項(xiàng)C正確。
答案 C
4.將一小球從高處水平拋出,最初2 s內(nèi)小球動(dòng)能Ek隨時(shí)間t變化的圖像如圖3所示,不計(jì)空氣阻力,g取10 m/s2。根據(jù)圖像信息,不能確定的物理量是( )
圖3
A.小球的質(zhì)量
B.小球的初速度
C.最初2 s內(nèi)重力對(duì)小球做功的平均功率
D.小球拋出時(shí)的高度
解析 由機(jī)械能守恒定律可得Ek=Ek0+mgh,又h=gt2,所以Ek=Ek0+mg2t2。當(dāng)t=0時(shí),Ek0=mv=5 J,當(dāng)t=2 s時(shí),Ek=Ek0+2mg2=30 J,聯(lián)立方程解得m=0.125 kg,v0=4 m/s。當(dāng)t=
5、2 s時(shí),由動(dòng)能定理得WG=ΔEk=25 J,故==12.5 W。根據(jù)圖像信息,無(wú)法確定小球拋出時(shí)離地面的高度。綜上所述,應(yīng)選D。
答案 D
5.如圖4所示,傾角θ=30°的光滑斜面固定在水平地面上,斜面頂端固定一光滑的小定滑輪,質(zhì)量分別為m和2m的兩小物塊A、B用輕繩連接,其中B被垂直斜面的擋板擋住而靜止在斜面上,定滑輪與A之間的繩子水平,已知繩子開(kāi)始時(shí)剛好拉直,且A與定滑輪之間的距離為l?,F(xiàn)使A由靜止下落,在A向下運(yùn)動(dòng)至O點(diǎn)正下方的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是 ( )
圖4
A.物塊B始終處于靜止?fàn)顟B(tài)
B.物塊A運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度大小為
C.物塊A運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)的速度方向
6、為水平向左
D.繩子拉力對(duì)物塊B做正功
解析 若物塊B不會(huì)滑動(dòng),則當(dāng)物塊A向下運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),繩子上的拉力必大于mg,故物塊B一定會(huì)向上滑動(dòng),所以A錯(cuò)誤;設(shè)物塊A運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),定滑輪與A之間的距離為x,對(duì)A、B由機(jī)械能守恒有+=mgx-2mg(x-l)sin θ,得vA=,則vA<,A的速度方向不垂直繩子,B、C錯(cuò)誤;B向上運(yùn)動(dòng),繩子拉力做正功,D正確。
答案 D
6.如圖5所示,可視為質(zhì)點(diǎn)的小球A和B用一根長(zhǎng)為0.2 m 的輕桿相連,兩球質(zhì)量相等,開(kāi)始時(shí)兩小球置于光滑的水平面上,并給兩小球一個(gè)2 m/s的初速度,經(jīng)一段時(shí)間兩小球滑上一個(gè)傾角為30°的光滑斜面,不計(jì)球與斜面碰撞時(shí)的機(jī)
7、械能損失,g取10 m/s2,在兩小球的速度減小為零的過(guò)程中,下列判斷正確的是( )
圖5
A.桿對(duì)小球A做負(fù)功
B.小球A的機(jī)械能守恒
C.桿對(duì)小球B做正功
D.小球B速度為零時(shí)距水平面的高度為0.15 m
解析 將小球A、B視為一個(gè)系統(tǒng),設(shè)小球的質(zhì)量均為m,最后小球B上升的高度為h,根據(jù)機(jī)械能守恒定律有×2mv2=mgh+mg(h+0.2 m×sin 30°),解得h=0.15 m,選項(xiàng)D正確;以小球A為研究對(duì)象,由動(dòng)能定理有-mg(h+0.2 m×sin 30°)+W=0-mv2,可知W>0,可見(jiàn)桿對(duì)小球A做正功,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;由于系統(tǒng)機(jī)械能守恒,故小球A增加
8、的機(jī)械能等于小球B減小的機(jī)械能,桿對(duì)小球B做負(fù)功,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。
答案 D
7.如圖6所示,下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是( )
圖6
A.甲圖中,物體A將彈簧壓縮的過(guò)程中,A機(jī)械能守恒
B.乙圖中,物體B在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑時(shí),B機(jī)械能守恒
C.丙圖中,斜面光滑,物體在推力F作用下沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,物體機(jī)械能守恒
D.丁圖中,斜面光滑,物體在斜面上下滑的過(guò)程中,物體機(jī)械能守恒
解析 弄清楚機(jī)械能守恒的條件是分析此問(wèn)題的關(guān)鍵。表解如下:
選項(xiàng)
結(jié)論
分析
A
×
物體壓縮彈簧的過(guò)程中,物體所受重力和彈簧的彈力都對(duì)其做功,所以A機(jī)械能
9、不守恒
B
√
物體沿斜面下滑過(guò)程中,除重力做功外,其他力做功的代數(shù)和始終為零,所以B機(jī)械能守恒
C
×
物體下滑過(guò)程中,除重力外還有推力F對(duì)其做功,所以物體機(jī)械能不守恒
D
√
物體沿斜面下滑過(guò)程中,只有重力對(duì)其做功,所以物體機(jī)械能守恒
答案 BD
8.(2016·浙江舟山模擬)如圖7所示,一個(gè)小環(huán)沿豎直放置的光滑圓環(huán)形軌道做圓周運(yùn)動(dòng)。小環(huán)從最高點(diǎn)A滑到最低點(diǎn)B的過(guò)程中,小環(huán)線(xiàn)速度大小的平方v2隨下落高度h的變化圖像可能是( )
圖7
解析 對(duì)小環(huán)由機(jī)械能守恒定律得mgh=mv2-mv,則v2=2gh+v,當(dāng)v0=0時(shí),B正確;當(dāng)v0≠0時(shí),A正確。
答
10、案 AB
9.(2016·金陵中學(xué))一鋼球從某高度自由下落到一放在水平地面的彈簧上,從鋼球與彈簧接觸到壓縮到最短的過(guò)程中,彈簧的彈力F、鋼球的加速度a、重力所做的功WG以及小球的機(jī)械能E與彈簧壓縮量x的變化圖線(xiàn)如下圖(不考慮空間阻力),選小球與彈簧開(kāi)始接觸點(diǎn)為原點(diǎn),建立圖示坐標(biāo)系,并規(guī)定向下為正方向,則下述選項(xiàng)中的圖像符合實(shí)際的是( )
圖8
解析 由于向下為正方向,而彈簧中的彈力方向向上,A錯(cuò)誤;對(duì)小球受力分析易知,B正確;根據(jù)重力做功的計(jì)算式WG=mgx可知,C正確;小球和彈簧整體的機(jī)械能守恒,D錯(cuò)誤。
答案 BC
10.2022年第24屆冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)將在北京舉行
11、,跳臺(tái)滑雪是冬奧會(huì)的比賽項(xiàng)目之一。如圖9所示為一簡(jiǎn)化后的跳臺(tái)滑雪的雪道示意圖,運(yùn)動(dòng)員從O點(diǎn)由靜止開(kāi)始,在不借助其他外力的情況下,自由滑過(guò)一段圓心角為60°的光滑圓弧軌道后從A點(diǎn)水平飛出,然后落到斜坡上的B點(diǎn)。已知A點(diǎn)是斜坡的起點(diǎn),光滑圓弧軌道半徑為40 m,斜坡與水平面的夾角θ=30°,運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量m=50 kg,重力加速度g=10 m/s2,忽略空氣阻力。下列說(shuō)法正確的是( )
圖9
A.運(yùn)動(dòng)員從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程中機(jī)械能守恒
B.運(yùn)動(dòng)員到達(dá)A點(diǎn)時(shí)的速度為20 m/s
C.運(yùn)動(dòng)員到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為10 kJ
D.運(yùn)動(dòng)員從A點(diǎn)飛出到落到B點(diǎn)所用的時(shí)間為 s
解析 由題意
12、可得,運(yùn)動(dòng)員從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程機(jī)械能守恒,選項(xiàng)A正確;由圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械能守恒可得,運(yùn)動(dòng)員到達(dá)A點(diǎn)時(shí)的速度為20 m/s,選項(xiàng)B正確;由機(jī)械能守恒和平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知運(yùn)動(dòng)員到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的豎直方向分速度為v⊥=v0·2tan θ= m/s,則運(yùn)動(dòng)員到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能大于10 kJ,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;設(shè)運(yùn)動(dòng)員從A點(diǎn)飛出到落到B點(diǎn)所用的時(shí)間為t,則v⊥=gt,t= s,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
答案 AB
二、非選擇題
11.質(zhì)量分別為m和2m的兩個(gè)小球P和Q,中間用輕質(zhì)桿固定連接,桿長(zhǎng)為L(zhǎng),在離P球處有一個(gè)光滑固定軸O,如圖10所示?,F(xiàn)在把桿置于水平位置后自由釋放,在Q球順時(shí)針擺動(dòng)到最低位置時(shí),求:
13、圖10
(1)小球P的速度大小;
(2)在此過(guò)程中小球P機(jī)械能的變化量。
解析 (1)兩球和桿組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,設(shè)小球Q擺到最低位置時(shí)P球的速度為v,由于P、Q兩球的角速度相等,Q球運(yùn)動(dòng)半徑是P球運(yùn)動(dòng)半徑的兩倍,故Q球的速度為2v。由機(jī)械能守恒定律得
2mg·L-mg·L=mv2+·2m·(2v)2,
解得v=。
(2)小球P機(jī)械能增加量ΔE=mg·L+mv2=mgL
答案 (1) (2)增加了mgL
12.如圖11所示,質(zhì)量為3 kg小球A和質(zhì)量為5 kg的B通過(guò)一壓縮彈簧鎖定在一起,靜止于光滑平臺(tái)上,解除鎖定,兩小球在彈力作用下分離,A球分離后向左運(yùn)動(dòng)恰好通過(guò)半徑R=0
14、.5 m的光滑半圓軌道的最高點(diǎn),B球分離后從平臺(tái)上以速度vB=3 m/s水平拋出,恰好落在臨近平臺(tái)的一傾角為α的光滑斜面頂端,并剛好沿光滑斜面下滑,已知斜面頂端與平臺(tái)的高度差h=0.8 m,g=10 m/s2,求:
圖11
(1)A、B兩球剛分離時(shí)A的速度大??;
(2)彈簧鎖定時(shí)的彈性勢(shì)能;
(3)斜面的傾角α。
解析 (1)小球A恰好通過(guò)半徑R=0.5 m的光滑半圓軌道的最高點(diǎn),設(shè)在最高點(diǎn)速度為v0,
在最高點(diǎn)有mAg=mA,
物體沿光滑半圓軌道上滑到最高點(diǎn)的過(guò)程中機(jī)械能守恒,
mAg·2R+mAv=mAv,聯(lián)立解得vA=5 m/s。
(2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律,彈簧鎖定時(shí)的彈性勢(shì)能
Ep=mAv+mBv=60 J。
(3)B球分離后做平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有
h=gt2,解得t=0.4 s,vy=gt=4 m/s,
小球剛好沿斜面下滑,tan α==,解得α=53°。
答案 (1)5 m/s (2)60 J (3)53°