《高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_2 研究機械能守恒定律學業(yè)分層測評 滬科版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_2 研究機械能守恒定律學業(yè)分層測評 滬科版必修2（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

4.2 研究機械能守恒定律 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1．下列說法正確的是(　　) A．物體沿水平面做勻加速運動，機械能一定守恒 B．起重機勻速提升物體，機械能一定守恒 C．物體沿光滑曲面自由下滑過程中，機械能一定守恒 D．跳傘運動員在空中勻速下落過程中，機械能一定守恒 【解析】　A項，勢能不變動能增加；B項，動能不變勢能增加；C項，只有重力做功機械能守恒；D項，動能不變勢能減小，綜上所述選項C正確． 【答案】　C 2．如圖4212所示，在水平臺面上的A點，一個質量為m的物體以初速度v0被拋出，不計空氣阻力，則它到達B點時速度的大小是(　　) 圖4212 A.　　　　　 B. C. D．v0 【解析】　若選桌面為參考面，則mv ＝－mgh＋mv，解得vB＝. 【答案】　B 3.(多選)豎直放置的輕彈簧下連接一個小球，用手托起小球，使彈簧處于壓縮狀態(tài)，如圖4213所示．則迅速放手后(不計空氣阻力)(　　) 圖4213 A．放手瞬間小球的加速度等于重力加速度 B．小球與彈簧與地球組成的系統(tǒng)機械能守恒 C．小球的機械能守恒 D．小球向下運動過程中，小球動能與彈簧彈性勢能之和不斷增大 【解析】　放手瞬間小球加速度大于重力加速度，A錯；整個系統(tǒng)(包括地球)的機械能守恒，B對，C錯；向下運動過程中，由于重力勢能減小，所以小球的動能與彈簧彈性勢能之和增大，D對． 【答案】　BD 4．(2016金華高一檢測)質量為1 kg的物體從傾角為30、長2 m的光滑斜面頂端由靜止開始下滑，若選初始位置為零勢能點，那么，當它滑到斜面中點時具有的機械能和重力勢能分別是(g取10 m/s2)(　　) A．0 J，－5 J　　　　 B．0 J，－10 J C．10 J,5 J D．20 J，－10 J 【解析】　物體下滑時機械能守恒，故它下滑到斜面中點時的機械能等于在初始位置的機械能，下滑到斜面中點時的重力勢能Ep＝－mgsin 30＝－110sin 30 J＝－5 J．故選項A正確． 【答案】　A 5．如圖4214所示，一固定在地面上的光滑斜面的頂端固定有一輕彈簧，地面上質量為m的物塊(可視為質點)向右滑行并沖上斜面．設物塊在斜面最低點A的速率為v，壓縮彈簧至C點時彈簧最短，C點距地面高度為h，則物塊運動到C點時彈簧的彈性勢能為(　　) 圖4214 A．mgh　　　　　　　 B．mgh＋mv2 C．mgh－mv2 D.mv2－mgh 【解析】　由機械能守恒定律可得物塊的動能轉化為其重力勢能和彈簧的彈性勢能，有mv2＝mgh＋Ep，故Ep＝mv2－mgh. 【答案】　D 6．如圖4215所示的光滑輕質滑輪，阻力不計，M1＝2 kg，M2＝1 kg，M1離地高度為H＝0.5 m．M1與M2從靜止開始釋放，M1由靜止下落0.3 m 時的速度為(　　) 【導學號：02690047】 A. m/s B．3 m/s C．2 m/s D．1 m/s 圖4215 【解析】　 對系統(tǒng)運用機械能守恒定律得，(M1－M2)gh＝(M1＋M2)v2，代入數(shù)據(jù)解得v＝ m/s，故A正確，B、C、D錯誤． 【答案】　A 7．質量為25 kg的小孩坐在秋千上，小孩重心離拴繩子的橫梁2.5 m，如果秋千擺到最高點時，繩子與豎直方向的夾角是60，秋千板擺到最低點時，忽略手與繩間的作用力，求小孩對秋千板的壓力大?。?g取10 m/s2) 圖4216 【解析】　秋千擺在最低點過程中，只有重力做功，機械能守恒，則： mgl(1－cos 60)＝mv2① 在最低點時，設秋千對小孩的支持力為FN，由牛頓第二定律得： FN－mg＝m② 聯(lián)立①②解得：FN＝2mg＝22510 N＝500 N， 由牛頓第三定律得小孩對秋千板的壓力為500 N. 【答案】　500 N 8．2014年冬季奧林匹克運動會跳臺滑雪比賽在俄羅斯舉行．圖4217為一跳臺的示意圖．假設運動員從雪道的最高點A由靜止開始滑下，不借助其他器械，沿光滑雪道到達跳臺的B點時速度多大？當他落到離B點豎直高度為10 m的雪地C點時，速度又是多大？(設這一過程中運動員沒有做其他動作，忽略摩擦和空氣阻力，g取10 m/s2) 圖4217 【解析】　運動員在滑雪過程中只有重力做功，故運動員在滑雪過程中機械能守恒．取B點所在水平面為參考平面．由題意知A點到B點的高度差h1＝4 m，B點到C點的高度差h2＝10 m，從A點到B點的過程由機械能守恒定律得mv＝mgh1， 故vB＝＝4 m/s≈8.9 m/s； 從B點到C點的過程由機械能守恒定律得 mv＝－mgh2＋mv， 故vC＝＝2 m/s≈16.7 m/s. 【答案】　8.9 m/s　16.7 m/s [能力提升] 9．(多選)如圖4218所示，在地面上以速度v0拋出質量為m的物體，拋出后物體落到比地面低h的海平面上．若以地面為參考平面，且不計空氣阻力，則下列選項正確的是(　　) 圖4218 A．物體落到海平面時的勢能為mgh B．重力對物體做的功為mgh C．物體在海平面上的動能為mv＋mgh D．物體在海平面上的機械能為mv 【解析】　若以地面為參考平面，物體落到海平面時的勢能為－mgh，所以A選項錯誤；此過程重力做正功，做功的數(shù)值為mgh，因而B正確；不計空氣阻力，只有重力做功，所以機械能守恒，有mv＝－mgh＋Ek，在海平面上的動能為Ek＝mv＋mgh，C選項正確；在地面處的機械能為mv，因此在海平面上的機械能也為mv，D選項正確． 【答案】　BCD 10．(多選)如圖4219所示，豎直放置的光滑圓軌道被固定在水平地面上，半徑r＝0.4 m，最低點有一小球(半徑比r小很多)，現(xiàn)給小球以水平向右的初速度v0，如果要使小球不脫離圓軌道運動，那么v0應當滿足(g取10 m/s2)(　　) 【導學號：02690048】 圖4219 A．v0≥0 B．v0≥4 m/s C．v0≥2 m/s D．v0≤2 m/s 【解析】　當小球沿軌道上升的最大高度等于r時，由機械能守恒定律得mv＝mgr，得v0＝2 m/s； 當小球恰能到達圓軌道的最高點時有mg＝m 又由機械能守恒mv＝mg2r＋mv2 解得v0＝2 m/s. 所以滿足條件的選項為CD. 【答案】　CD 11．某課外活動小組利用豎直上拋運動驗證機械能守恒定律，測得數(shù)據(jù)如圖4220所示． 圖4220 (1)某同學用20分度的游標卡尺測量小球的直徑，讀數(shù)如圖甲所示，小球的直徑為________cm.圖乙所示彈射裝置將小球豎直向上拋出，先后通過光電門A，B，計時裝置測出小球通過A，B的時間分別為2.55 ms、5.15 ms，由此可知小球通過光電門A，B時的速度分別為vA，vB，其中vA＝________m/s. (2)用刻度尺測出光電門A，B間的距離h，已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間，只需比較____________是否相等，就可以驗證機械能是否守恒(用題目中涉及的物理量符號表示)． (3)通過多次實驗發(fā)現(xiàn)，小球通過光電門A的時間越短，(2)中要驗證的兩數(shù)值差越大，試分析實驗中產(chǎn)生誤差的主要原因是________________． 【解析】　(1)由游標卡尺的讀數(shù)方法d＝主尺讀數(shù)＋游標尺的讀數(shù)，注意分度，讀得小球直徑為1.020 cm，小球通過光電門可近似認為做勻速直線運動，所以vA＝＝＝4 m/s； (2)在驗證機械能守恒定律時，要看動能的減少量是否等于勢能的增加量，即gh＝－； (3)小球通過光電門A的時間越短，意味著小球的速度越大，而速度越大受到的空氣阻力就越大，損失的能量就越多，動能的減少量和勢能的增加量差值就越大． 【答案】　(1)1.020　4(4.0或4.00也對) (2)gh和 (3)小球上升過程中受到空氣阻力的作用，速度越大，所受阻力越大 12．山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的輕質青藤，其示意圖如圖4221，圖中A、B、C、D均為石頭的邊緣點，O為青藤的固定點，h1＝1.8 m，h2＝4.0 m，x1＝4.8 m，x2＝8.0 m．開始時，質量分別為M＝10 kg和m＝2 kg的大、小兩只滇金絲猴分別位于左邊和中間的石頭上，當大猴發(fā)現(xiàn)小猴將受到傷害時，迅速從左邊石頭的A點水平跳至中間石頭．大猴抱起小猴跑到C點，抓住青藤下端，蕩到右邊石頭上的D點，此時速度恰好為零．運動過程中猴子均可看成質點，空氣阻力不計，重力加速度g取10 m/s2.求： 圖4221 (1)大猴從A點水平跳離時速度的最小值； (2)猴子抓住青藤蕩起時的速度大小； (3)猴子蕩起時，青藤對猴子的拉力大小． 【解析】　本題考查了平拋運動、機械能守恒定律和圓周運動的綜合應用，考查了考生的綜合分析能力，運動過程和受力分析是解答關鍵．思路大致如下：根據(jù)平拋運動求猴子的最小速度，根據(jù)機械能守恒定律求猴子蕩起時的速度，利用圓周運動，結合幾何關系，求青藤的拉力． (1)設猴子從A點水平跳離時速度最小值為vmin，根據(jù)平拋運動規(guī)律，有 h1＝gt2① x1＝vmint② 由①②式，得vmin＝8 m/s.③ (2)猴子抓住青藤后的運動過程中機械能守恒，設蕩起時速度為vC，有 (M＋m)gh2＝(M＋m)v④ vC＝＝ m/s≈9 m/s.⑤ (3)設拉力為FT，青藤長度為L，在最低點，由牛頓第二定律得 FT－(M＋m)g＝⑥ 由幾何關系 (L－h(huán)2)2＋x＝L2⑦ 故L＝10 m⑧ 綜合⑤⑥⑧式并代入數(shù)據(jù)得FT＝216 N. 【答案】　(1)8 m/s　(2)9 m/s　(3)216 N