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(新課標(biāo))2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)23 機(jī)械能守恒定律(含解析)新人教版

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1、機(jī)械能守恒定律 一、選擇題 1.(2018·南充模擬)以下運(yùn)動(dòng)中物體的機(jī)械能一定守恒的是(  ) A.物體做勻速直線運(yùn)動(dòng) B.物體從高處以的加速度豎直下落 C.不計(jì)空氣阻力,細(xì)繩一端拴一小球,使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng) D.物體做勻變速曲線運(yùn)動(dòng) 答案 C 解析 A項(xiàng),物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能不變,而重力勢(shì)能可能變化,所以機(jī)械能不一定守恒,故A項(xiàng)錯(cuò)誤.B項(xiàng),物體從高處以的加速度豎直下落時(shí),必定受到向上的阻力,物體的機(jī)械能不守恒,故B項(xiàng)錯(cuò)誤.C項(xiàng),不計(jì)空氣阻力,細(xì)繩一端拴一小球,使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),細(xì)繩的拉力對(duì)小球不做功,只有重力做功,機(jī)械能守恒,故C項(xiàng)正確.D項(xiàng),物體

2、做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)可能有除重力以外的力做功,機(jī)械能不一定守恒,故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 2.如圖所示,斜劈劈尖頂著豎直墻壁靜止于水平面上,現(xiàn)將一小球從圖示位置靜止釋放,不計(jì)一切摩擦,則在小球從釋放到落至地面的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(  ) A.斜劈對(duì)小球的彈力不做功 B.斜劈與小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 C.斜劈的機(jī)械能守恒 D.小球重力勢(shì)能減少量等于斜劈動(dòng)能的增加量 答案 B 解析 不計(jì)一切摩擦,小球下滑時(shí),小球和斜劈組成的系統(tǒng)只有小球的重力做功,系統(tǒng)機(jī)械能守恒,B項(xiàng)正確,C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤;斜劈對(duì)小球的彈力與小球位移間夾角大于90°,故彈力做負(fù)功,A項(xiàng)錯(cuò)誤. 3.(多選)人站在h高處的

3、平臺(tái)上,水平拋出一個(gè)質(zhì)量為m的物體,物體落地時(shí)的速度為v,以地面為重力勢(shì)能的零點(diǎn),不計(jì)空氣阻力,則有(  ) A.人對(duì)小球做的功是mv2 B.人對(duì)小球做的功是mv2-mgh C.小球落地時(shí)的機(jī)械能是mv2 D.小球落地時(shí)的機(jī)械能是mv2-mgh 答案 BC 解析 A項(xiàng),人對(duì)小球做的功等于小球獲得的初動(dòng)能,根據(jù)對(duì)從開(kāi)始拋到落地的過(guò)程,運(yùn)用動(dòng)能定理得:W+mgh=mv2,所以人對(duì)小球做的功是W=mv2-mgh,故A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;C項(xiàng),以地面為重力勢(shì)能的零點(diǎn),小球落地的機(jī)械能等于落地時(shí)的動(dòng)能加重力勢(shì)能,小球落地時(shí)的重力勢(shì)能是零,機(jī)械能為mv2,故C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤. 4.(2018·西

4、寧一模)(多選)某娛樂(lè)項(xiàng)目中,參與者拋出一小球去撞擊觸發(fā)器,從而進(jìn)入下一關(guān).現(xiàn)在將這個(gè)娛樂(lè)項(xiàng)目進(jìn)行簡(jiǎn)化,假設(shè)參與者從觸發(fā)器的正下方以v的速率豎直上拋一小球,小球恰好擊中觸發(fā)器.若參與者仍在剛才的拋出點(diǎn),沿A、B、C、D四個(gè)不同的光滑軌道分別以速率v拋出小球,如圖所示.則小球能夠擊中觸發(fā)器的可能是(  ) 答案 CD 解析 小球以v豎直上拋的最大高度為h,到達(dá)最大高度時(shí)速度為0,A項(xiàng),小球不能上升到最高點(diǎn)就做斜拋運(yùn)動(dòng)了,不能擊中觸發(fā)器,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;B項(xiàng),小球離開(kāi)斜面后做斜拋運(yùn)動(dòng)了,不能擊中觸發(fā)器,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;C項(xiàng),根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知,小球上升到最高點(diǎn)時(shí)速度剛好等于零,可以擊中觸發(fā)器,

5、故C項(xiàng)正確;D項(xiàng),在雙軌中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)到達(dá)最高點(diǎn)的速度可以為零,所以小球可以上升到最高點(diǎn)并擊中觸發(fā)器,故D項(xiàng)正確. 5.(2018·大連模擬)如圖所示,長(zhǎng)為2L的輕彈簧AB兩端等高的固定在豎直墻面上,彈簧剛好處于原長(zhǎng),現(xiàn)在其中點(diǎn)O處輕輕地掛上一個(gè)質(zhì)量為m的物體P后,物體向下運(yùn)動(dòng),當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),彈簧與豎直方向的夾角為θ,重力加速度為g,下列說(shuō)法正確的是(  ) A.向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,物體的加速度先增大后減小 B.向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,物體的機(jī)械能先增大后減小 C.物體在最低點(diǎn)時(shí),彈簧的彈性勢(shì)能為 D.物體在最低點(diǎn)時(shí),彈簧中的彈力為 答案 C 解析 物塊向下運(yùn)動(dòng),彈簧彈力增大,

6、所受合外力減小,加速度減小,方向向下,當(dāng)加速度為零時(shí),重力和彈簧彈力的合力相等速度最大,物塊繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)彈簧彈力增大,合力增大,加速度增大方向向上,到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)速度為零,故加速度先減小后增大,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;物體向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,彈簧彈力向上,位移向下,做負(fù)功,根據(jù)W除重=ΔE可知機(jī)械能一直減小,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)機(jī)械能守恒定律,物體在最低點(diǎn)時(shí),速度為零,動(dòng)能為零,物塊減小的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能,由幾何關(guān)系得物塊下降的高度h=,故彈簧的彈性勢(shì)能為ΔE彈=mgh=,故C項(xiàng)正確;當(dāng)加速度為零時(shí),重力和彈簧彈力的合力相等,物塊繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)彈簧彈力增大,彈簧彈力的合力大于重力,則有:F彈cosθ>,

7、解得:F彈>,故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 6.(2018·安徽三模)(多選)如圖所示,豎直平面內(nèi)有一固定的光滑軌道ABCD,其中傾角為θ=37°的斜面AB與半徑為R的圓弧軌道平滑相切于B點(diǎn),CD為豎直直徑,O為圓心.質(zhì)量為m的小球(可視為質(zhì)點(diǎn))從與B點(diǎn)高度差為h的位置A點(diǎn)沿斜面由靜止釋放.重力加速度大小為g,sin37°=06,cos37°=0.8,則下列說(shuō)法正確的是(  ) A.當(dāng)h=2R時(shí),小球過(guò)C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小為mg B.當(dāng)h=2R時(shí),小球會(huì)從D點(diǎn)離開(kāi)圓弧軌道做平拋運(yùn)動(dòng) C.當(dāng)h=3R時(shí),小球運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小為1.4mg D.調(diào)整h的值,小球能從D點(diǎn)離開(kāi)圓弧軌道,并能恰

8、好落在B點(diǎn) 答案 AC 解析 A項(xiàng),當(dāng)h=2R時(shí),從A點(diǎn)到C點(diǎn)的過(guò)程,根據(jù)機(jī)械能守恒:mg(h+R-Rcosθ)=mvC2 過(guò)C點(diǎn)時(shí)有:FN-mg=m 解得:FN=mg 根據(jù)牛頓第三定律可知,小球過(guò)C點(diǎn)壓力大小為mg,A項(xiàng)正確; B項(xiàng),若小球恰好從D點(diǎn)離開(kāi)圓弧軌道,則有:mg=,mg(h0-R-Rcosθ)=mv02 解得:v0= h0=2.3R>2R,所以當(dāng)h=2R時(shí),小球在運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)前已經(jīng)脫離軌道,不會(huì)從D點(diǎn)離開(kāi)做平拋運(yùn)動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤; C項(xiàng),由機(jī)械能守恒可得:mg(3R+R-Rcosθ)=mg2R+mvD2, 求得:vD=, 由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律可得:FN+mg=m,

9、 解得:FN=1.4mg,C項(xiàng)正確; D項(xiàng),若小球以速度v0從D點(diǎn)離開(kāi)后做平拋運(yùn)動(dòng),R+Rcosθ=gt02,得:t0=6,且x=v0t0=>0.6R,D項(xiàng)錯(cuò)誤. 7.(2018·銀川三模)蹦床是一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)員利用從蹦床反彈的競(jìng)技運(yùn)動(dòng),在某次“蹦床”娛樂(lè)活動(dòng)中,從小朋友下落到離地面高h(yuǎn)1處開(kāi)始計(jì)時(shí),其動(dòng)能Ek與離地高度h的關(guān)系如圖2所示.在h1~h2階段圖像為直線,其余部分為曲線,h3對(duì)應(yīng)圖像的最高點(diǎn),小朋友的質(zhì)量為m,重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力和一切摩擦.下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(  ) A.整個(gè)過(guò)程中小朋友的機(jī)械能守恒 B.從小朋友的腳接觸蹦床直至蹦床被壓縮至最低點(diǎn)的過(guò)程中,其加速度

10、先增大后減小 C.小朋友處于h=h4高度時(shí),蹦床的彈性勢(shì)能為Ep=mg(h2-h(huán)4) D.小朋友從h1下降到h5過(guò)程中,蹦床的最大彈性勢(shì)能為Epm=mgh1 答案 C 解析 A項(xiàng),小朋友接觸蹦床后,蹦床對(duì)小朋友的彈力做功,所以整個(gè)過(guò)程中小朋友的機(jī)械能不守恒,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;B項(xiàng),從小朋友的腳接觸蹦床直至蹦床被壓縮至最低點(diǎn)的過(guò)程中,蹦床對(duì)小朋友的彈力先小于重力,后大于重力,隨著彈力的增大,合力先減小后反向增大,所以加速度先減小后增大,故B項(xiàng)錯(cuò);C項(xiàng),由圖知,小朋友在h2處和h4處動(dòng)能相等,根據(jù)蹦床和小朋友組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒得:小朋友處于h=h4高度時(shí),蹦床的彈性勢(shì)能為Ep=mg(h2-h(huán)4

11、),故C項(xiàng)正確;D項(xiàng),小朋友從h1下降到h5過(guò)程中,蹦床的最大彈性勢(shì)能為Epm=mg(h1-h(huán)5),故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 8.(2018·濰坊三模)(多選)如圖所示,光滑長(zhǎng)鐵鏈由若干節(jié)組成,全長(zhǎng)為L(zhǎng),圓形管狀軌道半徑為R,L>2πR,R遠(yuǎn)大于一節(jié)鐵鏈的高度和長(zhǎng)度.鐵鏈靠慣性通過(guò)軌道繼續(xù)前進(jìn),下列判斷正確的是(  ) A.在第一節(jié)完成圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,第一節(jié)鐵鏈機(jī)械能守恒 B.每節(jié)鐵鏈通過(guò)最高點(diǎn)的速度依次減小 C.第一節(jié)與最后一節(jié)到達(dá)最高點(diǎn)的速度大小相等 D.第一節(jié)回到最低點(diǎn)至最后一節(jié)進(jìn)入軌道的過(guò)程中鐵鏈的速度保持不變 答案 CD 解析 A項(xiàng),在第一節(jié)沿圓周向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中受到第二節(jié)的

12、推力,而沿圓周向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中又受到拉力,所以在第一節(jié)完成圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,第一節(jié)鐵鏈機(jī)械能不守恒.故A項(xiàng)錯(cuò)誤;B、D兩項(xiàng),從第一節(jié)鐵鏈進(jìn)入圓軌道,到第一節(jié)鐵鏈回到最低點(diǎn)的過(guò)程中,鐵鏈整體是重力勢(shì)能不斷增加,則整體的速度逐漸減??;最后一節(jié)進(jìn)入軌道后,整體的重力勢(shì)能逐漸減小,則速度逐漸增大;在第一節(jié)回到最低點(diǎn)至最后一節(jié)進(jìn)入軌道的過(guò)程中鐵鏈整體的重力勢(shì)能不變,所以速度保持不變.故B項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確;C項(xiàng),第一節(jié)與最后一節(jié)到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),整體的重力勢(shì)能是相等的,所以整體的速度大小也相等.故C項(xiàng)正確. 9.(2018·遼寧二模)如圖所示,光滑水平面與光滑半球面相連,O點(diǎn)為球心,一輕繩跨過(guò)光滑小滑輪連接

13、物塊A、B,A、B質(zhì)量相等可視為質(zhì)點(diǎn),開(kāi)始時(shí)A、B靜止,輕繩水平伸直,B與O點(diǎn)等高,釋放后,當(dāng)B和球心O連線與豎直方向夾角為30°時(shí),B下滑速度為v,此時(shí)A仍在水平面上,重力加速度為g,則球面半徑為(  ) A.         B. C. D. 答案 D 解析 滑塊A和滑塊B系統(tǒng)機(jī)械能守恒,故: mgRcos30°=mvA2+mvB2, 將B的速度沿著平行繩子和垂直繩子方向正交分解,如圖所示: 滑塊A、B沿著繩子的分速度相等,故: vA=vBcos30°, 其中:vB=v, 聯(lián)立解得: R=. 10.如圖所示,有一光滑軌道ABC,AB部分為半徑是R的圓弧,

14、BC部分水平,質(zhì)量均為m的小球a、b固定在豎直輕桿的兩端,輕桿長(zhǎng)為R,不計(jì)小球大?。_(kāi)始時(shí)a球處在圓弧上端A點(diǎn),由靜止釋放小球和輕桿,使其沿光滑軌道下滑,下列說(shuō)法正確的是(  ) A.a(chǎn)球下滑過(guò)程中機(jī)械能保持不變 B.a(chǎn)、b滑到水平軌道上時(shí)速度為 C.從釋放到a、b滑到水平軌道上,整個(gè)過(guò)程中輕桿對(duì)a球做的功為 D.從釋放到a、b滑到水平軌道上,整個(gè)過(guò)程中輕桿對(duì)b球做的功為 答案 C 解析 A項(xiàng),下滑過(guò)程中,對(duì)兩個(gè)球組成的系統(tǒng),只有重力做功,故機(jī)械能守恒,而單個(gè)球機(jī)械能均不守恒,故A項(xiàng)錯(cuò)誤; B項(xiàng),下滑的整個(gè)過(guò)程中,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有:mgR+mg(2R)=×2mv2;解得

15、:v=;故B項(xiàng)錯(cuò)誤; C項(xiàng),對(duì)a球由動(dòng)能定理可知:W+mgR=mv2;解得:W=mgR-mgR=mgR;故C項(xiàng)正確; D項(xiàng),對(duì)b球由動(dòng)能定理可知:W+2mgR=mv2;解得:W=mgR-2mgR=-mgR;故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 11.(2018·大連模擬)(多選)如圖所示,由長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕桿構(gòu)成的等邊三角形支架位于豎直平面內(nèi),其中兩個(gè)端點(diǎn)分別固定質(zhì)量均為m的小球A、B,系統(tǒng)可繞O點(diǎn)在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),初始位置OA水平.由靜止釋放,重力加速度為g,不計(jì)一切摩擦及空氣阻力.則(  ) A.系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒 B.B球運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)重力勢(shì)能最小 C.A球運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)過(guò)程中,動(dòng)能一直在增

16、大 D.?dāng)[動(dòng)過(guò)程中,小球B的最大動(dòng)能為mgL 答案 AD 解析 A項(xiàng),系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,只有重力做功,故機(jī)械能守恒,故A項(xiàng)正確; B、C兩項(xiàng),系統(tǒng)重心在A、B連線的中點(diǎn)位置,故AB連線水平時(shí),系統(tǒng)重力勢(shì)能最小,動(dòng)能最大;故A球運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)過(guò)程中,動(dòng)能先增加,后減小,故B、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤; D項(xiàng),故AB連線水平時(shí),系統(tǒng)動(dòng)能最大,此時(shí)A球到圖中B球位置,故根據(jù)機(jī)械能守恒定律,有: mg·L=2×mv2, 解得:mv2=mgL,故D項(xiàng)正確. 12.(2018·江蘇二模)(多選)如圖所示,在半徑為r的軸上懸掛一個(gè)質(zhì)量為M的水桶,軸上分布著6根手柄,柄端有6個(gè)質(zhì)量為m的小球.球離軸心的距離為

17、R,輪軸、繩(極細(xì))及手柄的質(zhì)量以及摩擦均不計(jì).現(xiàn)將水桶從某一高度釋放使整個(gè)裝置轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)n周時(shí),則(  ) A.水桶的速度是小球轉(zhuǎn)動(dòng)線速度的倍 B.水桶的瞬時(shí)速度為 C.每個(gè)小球獲得的動(dòng)能為Ek= D.水桶減小的機(jī)械能為2πnrMg 答案 AB 解析 A項(xiàng),輪軸和手柄具有相同角速度ω,故水桶下落速度為ωr,小球速度大小為ωR;故A項(xiàng)正確; B、C兩項(xiàng),裝置轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程只有重力做功,機(jī)械能守恒;故有:Mg·2πnr=M(ωr)2+6×m(ωR)2; 所以,角速度ω=,那么,水桶的瞬時(shí)速度為ωr=,小球的速度為ωR=,故每個(gè)小球獲得的動(dòng)能為m(ωR)2=;故B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;

18、 D項(xiàng),水桶減小的重力勢(shì)能為2πnrMg;水桶的動(dòng)能增加,故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 二、非選擇題 13.如圖所示,在傾角為30°的光滑斜面體上,一勁度系數(shù)為k=200 N/m的輕質(zhì)彈簧一端連接固定擋板C,另一端連接一質(zhì)量為m=4 kg的物體A,一輕細(xì)繩通過(guò)定滑輪,一端系在物體A上,另一端與質(zhì)量也為m的物體B相連,細(xì)繩與斜面平行,斜面足夠長(zhǎng),用手托住物體B使細(xì)繩剛好沒(méi)有拉力,然后由靜止釋放,求: (1)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)細(xì)繩上的拉力; (2)物體A沿斜面向上運(yùn)動(dòng)多遠(yuǎn)時(shí)獲得最大速度; (3)物體A的最大速度大?。? 答案 (1)30 N (2)20 cm (3)1 m/s 解析 (1)彈簧恢復(fù)原

19、長(zhǎng)時(shí),物體A、B的加速度大小相同, 對(duì)B分析:mg-T=ma, 對(duì)A分析:T-mgsin30°=ma, 代入數(shù)據(jù)解得:T=30 N. (2)初始位置,彈簧的壓縮量為: x1==10 cm, 當(dāng)物體A速度最大時(shí),即物體A的加速度為0,對(duì)物體A分析有: mg=kx2+mgsin30°, 彈簧的伸長(zhǎng)量為:x2=10 cm, 所以物體A沿斜面上升的距離為: x=x1+x2=20 cm. (3)因?yàn)閤1=x2,所以彈簧的彈性勢(shì)能沒(méi)有改變,由系統(tǒng)機(jī)械能守恒得: mg(x1+x2)-mg(x1+x2)sin30°=·2m·v2, 解得:v=1 m/s. 14.(2018·江蘇)如

20、圖所示,釘子A、B相距5l,處于同一高度.細(xì)線的一端系有質(zhì)量為M的小物塊,另一端繞過(guò)A固定于B.質(zhì)量為m的小球固定在細(xì)線上C點(diǎn),B、C間的線長(zhǎng)為3l.用手豎直向下拉住小球,使小球和物塊都靜止,此時(shí)BC與水平方向的夾角為53°.松手后,小球運(yùn)動(dòng)到與A、B相同高度時(shí)的速度恰好為零,然后向下運(yùn)動(dòng).忽略一切摩擦,重力加速度為g,取sin53°=0.8,cos53°=0.6.求: (1)小球受到手的拉力大小F; (2)物塊和小球的質(zhì)量之比M∶m; (3)小球向下運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),物塊M所受的拉力大小T. 解析 (1)松手前小球受力分析如圖所示,由平衡得: T1sin53°=T2cos53° F+mg=T1cos53°+T2sin53° 且T1=Mg 聯(lián)立解得:F=Mg-mg (2)小球運(yùn)動(dòng)到與A、B相同高度過(guò)程中, 小球上升高度為:h1=3lsin53° 物塊下降高度為:h2=4l-2l=2l 整個(gè)過(guò)程系統(tǒng)機(jī)械能守恒,則有:mgh1=Mgh2 聯(lián)立解得:= (3)根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知,小球向下運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)即為小球回到起始點(diǎn),設(shè)此時(shí)AC方向拉力為T(mén),由牛頓第二定律得: 對(duì)物塊:Mg-T=Ma 對(duì)小球:沿AC方向與物塊的加速度相同 T-mgcos53°=ma 解得:T=mg. 10

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