高考物理一轮复习 第七章 机械能守恒定律 2 机械能守恒定律及应用训练

第2讲机械能守恒定律及应用题组一重力势能1关于重力势能的几种理解，正确的是()A重力势能的值与参考平面的选择有关B放在地面上的物体，它的重力势能一定等于零C不同质量的物体，由于在同一地点，所以重力势能相等D因为重力势能是标量，所以只能取正值解析重力势能的值与参考平面有关，选定了参考平面后，物体处于比参考平面低处重力势能为负值，A正确。答案A2关于重力做功，下列说法不正确的是()A重力做正功，物体的重力势能一定减小B重力做负功，重力势能一定增加C重力做负功，可以说成物体克服重力做功D重力做正功，物体的动能一定增加解析重力做功总是等于重力势能的变化，重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势能增加，D符合题意。答案D3如图所示，质量为m的足球在水平地面的位置1被踢出后落到水平地面的位置3，在空中达到的最高点(位置2)的高度为h，已知重力加速度为g。下列说法正确的是()A足球由位置1运动到位置2的过程中，重力做的功为mghB足球由位置1运动到位置3的过程中，重力做的功为2mghC足球由位置2运动到位置3的过程中，重力势能减少了mghD如果没有选定参考平面，就无法确定重力势能变化了多少解析足球由位置1运动到位置2的过程中，高度增加h，重力做负功，应为mgh，选项A错误；足球由位置1运动到位置3的过程中，由于位置1和位置3在同一水平地面上，故足球的高度没有变化，重力做的功为零，选项B错误；足球由位置2运动到位置3的过程中，足球的高度降低，重力做正功，重力势能减少，由于2、3两位置的高度差是h，故重力势能减少了mgh，选项C正确；分析重力势能的变化，只要找出高度的变化即可，与参考平面的选取没有关系，选项D错误。答案C4关于重力势能，下列说法中正确的是()A物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定B物体与零势能面的距离越大，它的重力势能也越大C一个物体的重力势能从5 J变化到3 J，重力势能减少了D重力势能的变化量与零势能面的选取无关解析物体的重力势能与参考面有关，同一物体在同一位置相对不同的参考面的重力势能不同，选项A错误；物体在零势面以上，距零势面的距离越大，重力势能越大；物体在零势面以下，距零势面的距离越大，重力势能越小，选项B错误；重力势能中的正、负号表示大小，5 J的重力势能小于3 J的重力势能，选项C错误；重力做的功量度了重力势能的变化，选项D正确。答案D5一只100 g的球从1.8 m的高处落到一个水平板上又弹回到1.25 m的高度，则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化是(g10 m/s2)()A重力做功为1.8 JB重力做了0.55 J的负功C物体的重力势能一定减少0.55 JD物体的重力势能一定增加1.25 J解析整个过程重力做功WGmgh0.1100.55 J0.55 J，故重力势能减少0.55 J，所以选项C正确。答案C6质量为m的物体，沿倾角为的光滑斜面由静止下滑，当下滑t(s)时重力势能减少量为()A.mg2t2sin B.mg2t2Cmg2t2 D.mg2t2sin2解析下滑加速度agsin Epmghmggsin t2sin mg2t2sin2。答案D题组二弹性势能7. 如图所示，小明玩蹦蹦杆，在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化是 ()A重力势能减少，弹性势能增大B重力势能增大，弹性势能减少C重力势能减少，弹性势能减少D重力势能不变，弹性势能增大解析弹簧向下压缩的过程中，弹簧压缩量增大，弹性势能增大；重力做正功，重力势能减少，故A正确。答案A8如图所示的几个运动过程中，物体的弹性势能增大的是 ()A如图甲，撑杆跳高的运动员上升至离杆的过程，杆的弹性势能B如图乙，人拉长弹簧的过程，弹簧的弹性势能C如图丙，模型飞机用橡皮筋发射出去的过程，橡皮筋的弹性势能D如图丁，小球被压缩弹簧向上弹起的过程，弹簧的弹性势能答案B9关于弹性势能，下列说法中正确的是()A当弹簧变长时弹性势能一定增大B当弹簧变短时弹性势能一定减小C在拉伸长度相同时，k越大的弹簧的弹性势能越大D弹簧在拉伸时弹性势能一定大于压缩时的弹性势能解析弹簧弹性势能的大小除了跟劲度系数k有关外，还跟它的形变量有关。如果弹簧原来处在压缩状态，当它变短时，它的弹性势能增大，当它变长时，它的弹性势能应先减小，在原长处它的弹性势能最小，所以A、B、D都不对。答案C10如图所示，在光滑水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去F后，物体将向右运动，在物体向右运动的过程中，下列说法正确的是()A弹簧的弹性势能逐渐减少B弹簧的弹性势能逐渐增加C弹簧的弹性势能先增加再减少D弹簧的弹性势能先减少再增加解析当力F作用在物体上时，弹簧处于压缩状态，具有弹性势能，当撤去力F后，物体向右运动。随着物体向右运动，弹簧的压缩量逐渐减小，弹性势能减少，当弹簧恢复原长时，弹性势能为零，但物体的运动速度仍然向右，继续向右运动，弹簧被拉长，弹性势能增加，所以选项D正确。答案D题组三机械能守恒定律的应用11(2016河南名校月考)下列关于机械能守恒的说法中，正确的是()A若只有重力做功，则物体机械能一定守恒B若物体的机械能守恒，一定只受重力C做匀变速运动的物体机械能一定守恒D物体所受合外力不为零，机械能一定守恒解析若只有重力做功，则物体的动能和重力势能之间发生转化，物体的机械能一定守恒，A正确；若物体的机械能守恒，物体不一定只受重力，也许还受其他力，但其他力做功的代数和为零，B错误；做匀变速运动的物体，如果除重力外的其他力做功为零，则机械能可能守恒，如做自由落体运动的物体，C错误；物体所受合外力不为零，如果除重力外的其他力做功不为零，则机械能不守恒，D错误。答案A12在同一位置以相同的速率把三个小球分别沿水平、斜向上、斜向下方向抛出，不计空气阻力，则落在同一水平地面时的速度大小()A一样大 B水平抛的最大C斜向上抛的最大 D斜向下抛的最大解析由机械能守恒定律mghmvmv知，落地时速度v2的大小相等，故A正确。答案A13总质量约为3.8吨“嫦娥三号”探测器在距月面3 m处关闭反推发动机，让其以自由落体方式降落在月球表面。4条着陆腿触月信号显示，“嫦娥三号”完美着陆月球虹湾地区。月球表面附近重力加速度约为1.6 m/s2，4条着陆腿可视作完全相同的四个轻弹簧，在软着陆后，每个轻弹簧获得的弹性势能大约是()A28 500 J B4 560 JC18 240 J D9 120 J解析由机械能守恒定律，mgh4Ep，解得Ep4 560 J，选项B正确。答案B14. 如图所示，在轻弹簧的下端悬挂一个质量为m的小球A，若将小球A从弹簧原长位置由静止释放，小球A能够下降的最大高度为h。若将小球A换为质量为2m的小球B，仍从弹簧原长位置由静止释放，已知重力加速度为g，不计空气阻力，则小球B下降h时的速度为()A. B. C. D0解析对弹簧和小球A，根据机械能守恒定律得弹性势能Epmgh；对弹簧和小球B，根据机械能守恒定律有Ep2mv22mgh，得小球B下降h时的速度v，只有选项B正确。答案B15物体做自由落体运动，Ek代表动能，Ep代表势能，h代表下落的距离，以水平地面为零势能面(不计一切阻力)。下列图象能正确反映各物理量之间关系的是()解析由机械能守恒定律得EpEEk，可知势能与动能关系的图象为倾斜的直线，C错；由动能定理得Ekmgh，则EpEmgh，故势能与h关系的图象也为倾斜的直线，D错；EpEmv2，故势能与速度关系的图象为开口向下的抛物线，B对；EpEmg2t2，势能与时间关系的图象也为开口向下的抛物线，A错。答案B16. 如图所示，位于竖直平面内的光滑轨道由四分之一圆弧ab和抛物线bc组成，圆弧半径Oa水平，b点为抛物线顶点。已知h2 m，s m。取重力加速度大小g10 m/s2。(1)一小环套在轨道上从a点由静止滑下，当其在bc段轨道运动时，与轨道之间无相互作用力，求圆弧轨道的半径；(2)若环从b点由静止因微小扰动而开始滑下，求环到达c点时速度的水平分量的大小。解析(1)小环在bc段轨道运动时，与轨道之间无相互作用力，则说明下落到b点时的速度水平，使小环做平抛运动的轨迹与轨道bc重合，故有svbt hgt2 在ab滑落过程中，根据动能定理可得mgRmv联立三式可得R0.25 m(2)下滑过程中，初速度为零，只有重力做功，根据动能定理可得mghmv因为小环滑到c点时速度与竖直方向的夹角等于(1)问中做平抛运动过程中经过c点时速度与竖直方向的夹角，设为，则根据平抛运动规律可知sin 根据运动的合成与分解可得sin 联立可得v水平 m/s。答案(1)0.25 m(2) m/s17山谷中有三块石头和一根不可伸长的轻质青藤，其示意图如下。图中A、B、C、D均为石头的边缘点，O为青藤的固定点，h11.8 m，h24.0 m，x14.8 m，x28.0 m。开始时，质量分别为M10 kg和m2 kg的大、小两只滇金丝猴分别位于左边和中间的石头上，当大猴发现小猴将受到伤害时，迅速从左边石头的A点水平跳至中间石头。大猴抱起小猴跑到C点，抓住青藤下端，荡到右边石头上的D点，此时速度恰好为零。运动过程中猴子均可看成质点，空气阻力不计，重力加速度g10 m/s2。求：(1)大猴从A点水平跳离时速度的最小值；(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小；(3)猴子荡起时，青藤对猴子的拉力大小。解析猴子先做平抛运动，后做圆周运动，两运动过程机械能均守恒。寻求力的关系时要考虑牛顿第二定律。(1)设猴子从A点水平跳离时速度的最小值为vmin，根据平抛运动规律，有h1gt2 x1vmint联立、式得vmin8 m/s(2)猴子抓住青藤后的运动过程中机械能守恒，设荡起时速度为vC，有(Mm)gh2(Mm)vvC m/s9 m/s(3)设拉力为T，青藤的长度为L。对最低点，由牛顿第二定律得T(Mm)g(Mm)由几何关系(Lh2)2xL2得L10 m综合、式并代入数据解得：T216 N。答案(1)8 m/s(2)约9 m/s(3)216 N题组四能量守恒和能源18关于能的转化与守恒定律，下列说法中错误的是()A能量能从一种形式转化为另一种形式，但不能从一个物体转移到另一个物体B能量的形式多种多样，它们之间可以相互转化C一个物体能量增加了，必然伴随着别的物体能量减少D能的转化与守恒定律证明了能量既不会创生也不会消失解析能量可以在不同物体之间转移，也可以转化，但能的总量保持不变。答案A19出行是人们工作生活中必不可少的环节，出行的工具五花八门，使用的能源也各不相同。自行车、电动自行车、普通汽车消耗能量的类型分别是 ()生物能核能电能太阳能化学能A B C D解析人骑自行车是将生物能转化为机械能；电动自行车是将蓄电池的电能转化为机械能；普通汽车是将汽油的化学能转化为机械能，所以B正确。答案B20下列说法正确的是()A随着科技的发展，永动机是可以制成的B太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了C“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的D有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生解析永动机是指不消耗或少消耗能量，而可以大量对外做功的装置，这种装置违背了能量守恒定律，所以永动机是永远不可能制成的，A错误；太阳辐射大量的能量，地球只吸收了极少的一部分，使万物生长，但辐射到宇宙空间的能量也没有消失，而是转化成了别的能量，B错误；马和其他动物，包括人，要运动，必须消耗能量，C正确；所谓“全自动”手表，内部还是有能量转化装置的，一般是一个摆锤，当人戴着手表活动时，使摆锤不停摆动，给游丝弹簧补充能量，才会维持手表的运行，如果把这种手表放在桌面上静置几天，它一定会停止走动的，D错误。答案C21(2016天门模拟)如图所示，质量为m的跳高运动员先后用背越式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度，该高度比他起跳时的重心高出h，则他从起跳后至越过横杆的过程中克服重力所做的功()A都必须大于mghB都不一定大于mghC用背越式不一定大于mgh，用跨越式必须大于mghD用背越式必须大于mgh，用跨越式不一定大于mgh解析采用背越式跳高方式时，运动员的重心升高的高度可以低于横杆，而采用跨越式跳高方式时，运动员的重心升高的高度一定高于横杆，故用背越式时克服重力做的功不一定大于mgh，而采用跨越式时克服重力做的功一定大于mgh，C正确。答案C22. (如图)蹦床是青少年喜欢的一种体育活动，蹦床边框用弹簧固定有弹性网角，运动员从最高点落下直至最低点的过程中，空气阻力大小恒定，则运动员()A刚接触网面时，动能最大B机械能一直减少C重力势能的减少量等于弹性势能的增加量D重力做功等于克服空气阻力做功解析当运动员受到的弹力、阻力、重力三力的合力为零时加速度为零，动能最大，A错误；在此过程中除重力外，运动员受到的弹力和阻力一起做负功，所以运动员的机械能减小，B正确；全过程由功能关系知mghW阻 Ep弹，所以C、D错误。答案B23如图所示，ABCD是一个盆式容器，盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧，B、C在水平线上，其距离d0.5 m。盆边缘的高度为h0.30 m。在A处放一个质量为m的小物块并让其由静止下滑。已知盆内侧壁是光滑的，而盆底BC面与小物块间的动摩擦因数为0.10。小物块在盆内来回滑动，最后停下来，则停下的位置到B的距离为 ()A0.50 m B0.25 m C0.10 m D0解析由mghmgx，得x3 m，而6，即3个来回后，恰停在B点，选项D正确。答案D24如图所示，某段滑雪雪道倾角为30，总质量为m(包括雪具在内)的滑雪运动员从距底端高为h处的雪道上由静止开始匀加速下滑，加速度为g。在他从上向下滑到底端的过程中，下列说法中正确的是()A运动员减少的重力势能全部转化为动能B运动员获得的动能为mghC运动员克服摩擦力做功为mghD下滑过程中系统减少的机械能为mgh答案D题组五验证机械能守恒定律25. 利用图示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h。某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：A用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过vgt计算出瞬时速度vB用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v计算出瞬时速度vC根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h计算出高度hD用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v以上方案中只有一种正确，正确的是_。(填入相应的字母)解析在验证机械能守恒定律的实验中不能将物体下落的加速度看做g，只能把它当做未知的定值，所以正确方案只有D项。答案D26在进行“验证机械能守恒定律”的实验中：两实验小组同学分别采用了如图甲和乙所示的装置，采用两种不同的实验方案进行实验。(1)在图甲中，下落物体应选择密度_(选填“大”或“小”)的重物；在图乙中，两个重物的质量关系是m1_m2(选填“”、“”、“”)；(2)采用图乙的方案进行实验，还需要的实验器材有交流电源，刻度尺和_；(3)比较两种实验方案，你认为图_(选填“甲”或“乙”)所示实验方案更合理，理由是_。解析(1)为了减小空气阻力的影响，选择体积小、密度大的重物；在题图乙中，m2在m1的拉力作用下向上运动，所以m1m2。(2)两重物质量不等，分析系统损失的重力势能是否近似等于增加的动能时，两边质量不能约去，故需要天平测量两重物的质量。(3)题图乙中所示实验还受到细线与滑轮的阻力的影响，机械能损失较大，故题图甲所示实验方案较为合理。答案(1)大(2)天平(3)甲图乙中还受到细线与滑轮的阻力的影响27在“验证机械能守恒定律”的实验中，现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、重锤、天平、毫米刻度尺、50 Hz交流电源。回答下列问题：(1)关于重锤的选用，以下说法正确的是()A选用重锤时，重的比轻的好B选用重锤时，密度大的比密度小的好C选用重锤后要称质量D重锤所受重力要选大于它所受的空气阻力和打点计时器对纸带的阻力(2)如图所示，释放纸带前的瞬间，重锤和手的位置合理的是_(填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”)。作这样选择的原因是_ _。(3)在实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，则结果()Amghmv2 Bmghmv2Cmghmv2 D以上都有可能解析(1)选重锤应选用质量和密度较大的，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小。故选项A、B、D正确。(2)实验中要让重物靠近打点计时器，可以在纸带上记录足够多的点；实验中手提着纸带上端并保持纸带竖直，可以减少纸带与限位孔间的摩擦阻力。故丙正确，原因如上所述。(3)重物带动纸带下落过程中，除了重力还受到较大的阻力，从能量转化的角度看，由于阻力做功，重力势能减少的量除了转化给了动能还有一部分转化给摩擦产生的内能，所以重力势能的减小量会大于动能的增加量。故选A。答案(1)ABD(2)丙实验中要让重物靠近打点计时器，可以在纸带上记录足够多的点(实验中手提着纸带上端并保持纸带竖直，可以减少纸带与限位孔间的摩擦阻力)(3)A28(2015浙江理综，21)甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验。(1)图中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材_；乙同学需在图中选用的器材_。(用字母表示)(2)某同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图所示的两条纸带和。纸带_的加速度大(填“”或“”)，其加速度大小为_。解析(1)“验证机械能守恒定律”一般采用重锤自由落体运动，使用纸带法测速度，所以要用到重锤和电火花打点计时器，即A、B；“探究加速度与力、质量的关系”实验一般以小车为研究对象，需改变小车质量，要用到纸带法测加速度，所以需要电火花计时器、小车、钩码，即B、D、E。(2)纸带相邻相等时间位移之差x10.1 cm，而纸带的x20.05 cm，由a可知纸带加速度大，且可算得a m/s22.5 m/s2。答案(1)ABBDE(2)(2.50.2)m/s2