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物理必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律课时训练
展开1.5科学验证:机械能守恒定律基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版(2019)必修第二册
一、选择题(共15题)
1.如图所示,在同一竖直平面内,一长L=9cm的轻质细绳一端固定在O点,另一端系一质量m=0.1kg的小球,水平线AB和水平地面EF之间相距h,一倾角为53°的光滑斜面放置在AB与EF之间。将细绳拉至水平,使小球从位置C由静止释放,小球到达最低点D时,细绳刚好被拉断,D点到水平线AB的高度为h。之后小球在运动过程中恰好沿斜面向下运动。sin53°=0.8,cos53°=0.6,g=10m/s2,下列说法正确的是( )
A.细绳受到的拉力的最大值为5N
B.D点到水平线AB的高度h=0.16m
C.小球从位置C运动到EF平面的过程中重力做的功为4.1J
D.小球从位置C运动到A点的过程中重力势能变化了0.32J
2.下面的实例中,对机械能守恒判断正确的是( )
A.小球自由下落,落在竖直弹簧上,将弹簧压缩后又被弹簧弹起来,小球与弹簧组成的系统机械能守恒
B.拉着物体沿光滑的斜面匀速上升,物体的机械能守恒
C.跳伞运动员张开伞后,在空中匀速下降,运动员与伞组成的系统机械能守恒
D.飞行的子弹击中并射入放在光滑水平桌面上的木块,子弹与木块组成的系统机械能守恒
3.在下列几种运动过程中,机械能守恒的是
A.物体沿斜面匀速下滑 B.小球作自由落体运动
C.运动员打开降落伞从空中降落 D.汽车刹车做减速运动
4.体操运动员做“单臂大回环”时,用一只手抓住单杠,伸展身体,以单杠为轴在竖直平面内做圆周,如图所示,此过程中,运动员到达最低点时手臂受的拉力约为
A.50N B.500N C.2500N D.5000N
5.如图所示,A、B两物体的质量分别是m1和m2,用劲度系数为k的轻弹簧相连,处于竖直静止状态.现对A施加竖直向上的力F将A提起,稳定时B对地面无压力.当撤去F,A由静止向下运动至速度最大时,重力做功为( )
A. m12g2 B. m22g2 C. m1(m1+m2)g2 D. m2(m1+m2)g2
6.质量为m、长度为l的均匀软绳放置在水平地面上,现将软绳一端提升至离地面高度为h处,软绳完全离开地面,则至少需要对软绳做的功为
A. B. C. D.
7.如图所示,长为的光滑斜面固定在水平光滑桌面上并和桌面平滑连接,为一竖直线,将小球从斜面的顶端由静止释放,小球到达斜面底端后恰能无能量损失地从桌面边缘水平飞出。桌面底部有另一足够长且倾角可调节的斜面,小球从斜面顶端由静止释放后,恰能垂直击中斜面,已知水平桌面高度,重力加速度为,倾角,为锐角,不计空气阻力,则的值为( )
A. B. C. D.
8.如图所示,一滑块从半圆形光滑轨道上端由静止开始滑下,当滑到最低点时,关于滑块动能大小和对轨道最低点的压力,下列结论正确的是( )
A.滑块的质量不变,轨道半径越大,滑块动能越大,对轨道的压力越大
B.滑块的质量不变,轨道半径越大,滑块动能越大,对轨道的压力与半径无关
C.轨道半径不变,滑块的质量越大,滑块动能越大,对轨道的压力越小
D.轨道半径不变,滑块的质量越大,滑块动能越大,对轨道的压力不变
9.质量为 的小球A和质量为的物块用跨过光滑定滑轮的细线连接,物块放在倾角为的固定斜面体上,将小球A拉至细线与竖直方向夹角为的位置由静止释放时,物块刚好不下滑﹐当小球摆到最低点时,物块刚好不上滑,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计空气阻力,,,则为( )
A. B. C. D.
10.如左图所示,水平传送带以v2的恒定的速度顺时针运转,某时刻质量为m=5kg 的箱子以v1的初速度从左端向右水平滑上传送带,经过6s后,箱子滑离传送带,从箱子滑上传送带到离开传送带的整个过程中,箱子的v-t图像如右图所示.关于传送箱子的叙述正确的是( )
A.传送带左右两端长度为36m
B.箱子与传送带间的动摩擦因数为0.5
C.传送带对箱子做功为80J
D.传送箱子过程中摩擦产热为80J
11.如图所示,2021年2月,我国“天问一号”火星探测器抵达环绕火星的轨道,正式开启火星探测之旅。先进入火星停泊轨道2,近火点280千米、远火点5.9万千米,进行相关探测后进入较低的轨道3开展科学探测。则下列说法正确的是( )
A.在轨道1上的运行速度不超过第二宇宙速度
B.在轨道2上近火点的加速度与轨道3上近火星点的加速度相等
C.在轨道2上近火点的机械能比远火点小
D.在轨道2上近火点加速可进入轨道3
12.如图所示,质量分别为3m和m的A、B两物体用不可伸长的轻绳绕过轻质定滑轮相连,开始两物体处于同一高度,绳处于绷紧状态,轻绳足够长,不计一切摩擦,现将两物体由静止释放,在A落地之前的运动中,下列说法中正确的是( )
A.物体的加速度为2g
B.A减少的重力势能等于B增加的动能
C.A下落h时,B的瞬时速率为
D.A下落h时,A的机械能减少了
13.如图所示,某同学将带弹簧的圆珠笔倒置,在桌面上竖直向下压紧弹簧,突然松手,圆珠笔竖直向上弹起。对于圆珠笔(含弹簧),下列说法正确的是( )
A.向下压缩弹簧的过程中,笔的机械能守恒
B.笔竖直向上运动的过程中机械能守恒
C.圆珠笔刚离开桌面时动能最大
D.换用不同的弹簧,只要压缩量相同,笔上升的最大高度相同
14.如图所示,两物体由高度相同、路径不同的光滑斜面由静止下滑,物体通过两条路径的长度相等,通过C点前后速度大小不变,则下列说法正确的是( )
A.物体沿AB斜面运动时间较短 B.物体沿ACD斜面运动时间较短
C.物体沿两个光滑斜面运动时间相等 D.无法确定
15.下列物体机械能守恒的是
A.子弹在穿过木块的过程中 B.火车在进站的过程中
C.匀速上升的气球 D.在光滑水平面上匀速运动的小球
二、填空题(共4题)
16.如图所示是“用DIS实验系统研究机械能守恒定律”的实验装置,本实验中,采用的传感器是_______(填写传感器名)。本实验中,先选取零势能面再进行实验,则零势能面位置的选取对验证摆锤动能与重力势能之和为常数________影响(选填“有”或“无”)。
17.如图所示,轻质动滑轮下方悬挂重物A、轻质定滑轮下方悬挂重物B,悬挂滑轮的轻质细线竖直。开始时,重物A、B处于静止状态,释放后A、B开始运动。已知重物A的质量为3m,重物B的质量为m,不计一切摩擦及空气阻力,重力加速度为g,当B的位移为h时,重物A的速度为________,重物B的速度为________。
18.如图所示,一匀质杆长,从图示位置由静止沿光滑面滑动,是半径为r的圆弧,长为,则当直杆滑到时的速度大小是________.
19.利用如图装置做“验证机械能守恒定律”实验。
为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量。
(1)实验中,先接通电源,再释放重物,得到如图所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为、、。已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T。设重物的质量为m。从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量______,动能变化量______。
(2)大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是______。
A.利用公式计算重物速度
B.利用公式计算重物速度
C.空气阻力和摩擦力的影响
D.没有采用多次实验取平均值的方法
(3)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒,在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点的距离,计算对应计数点的重物速度,描绘图像,并做如下判断:若图像是一条过原点的直线,图像斜率满足______,则重物下落过程中机械能守恒。
三、综合题(共4题)
20.如图所示,内壁光滑且半径为的半圆形细圆管道(圆半径相比细管的内径大得多)与内壁粗糙的直管组成的圆管轨道固定在水平地面上,其中段的动摩擦因数为,长度为。该圆管轨道的端与一竖直面内半径为的光滑圆弧轨道平滑串接,端与另一竖直面内的内壁光滑的曲线细圆管道平滑串接,管道端切线水平。现将一个质量为的小球(可视为质点)从圆弧轨道上某个位置静止释放,释放位置至圆心的连线与竖直方向夹角。已知所有管道的内径均略大于小球直径,整个运动过程中空气阻力不计,取,。求:
(1)小球经过A点时的速度大小;
(2)小球经过点时对管道的压力大小;
(3)将小球释放位置的夹角增至53°,管道端的离地高度大小可自由调节,在垂直管道端切向方向的前端距点处有一块足够大的竖直挡板。若小球最终能击中挡板,求小球击中挡板的最小动能。
21.如图,小球A和B紧靠一起静止于光滑平台上,mAmB=35,两小球在内力作用下突然分离,A分离后向左运动恰好通过半径R=0.5m的光滑半圆轨道的最高点;B球分离后从平台上水平抛出,恰好落在临近平台的一倾角为的光滑斜面顶端,并刚好沿光滑斜面下滑,已知斜面顶端与平台的高度差h=0.8m,g=10m/s2,则:
(1)AB两球刚分离时A的速度大小;
(2)斜面距离平台的水平距离s;
(3)B球沿斜面下滑的加速度.
22.如图所示,一滑块紧挨着一根锁定的弹簧静止在水平面的左端,中间是一个逆时针转动的传动带(A和B是水平传送带上的两个端点),通过一水平面与倾斜角为37°的足够长的斜面CD相连。已知滑块质量为m=1kg,滑块与传送带之间的动摩擦因数μ1=0.3,传送带端点AB之间的长L=6m,传送带的速度v0=2m/s,斜面CD与滑块的动摩擦因数μ2=0.25,其余接触面光滑,且各个节点连接良好,滑块通过无能量损失。解锁弹簧,滑块离开弹簧后滑上传送带,则
(1)若滑块恰不能通过传送带,则弹簧弹性势能是多少?
(2)在第(1)问条件下,求滑块从滑上传送带到离开的过程中,与传送带摩擦产生的热量;
(3)调整弹簧的形变量,使得滑块滑上皮带后再次经过A点向左运动时,速度与传送带速度v0相等,求弹簧弹性势能的取值范围。
23.如图所示,在竖直平面内,粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD相切于B,C是最低点,圆心角,D与圆心O等高,圆弧轨道半径,现有一个质量为可视为质点的小物体,从D点的正上方E点处自由下落,D、E两点间的距离,物体与斜面AB之间的动摩擦因数,取,求:
(1)物体第一次通过C点时,物体对轨道C点的压力大小;
(2)要使物体不从斜面顶端飞出,斜面的长度至少要多长;
参考答案:
1.B
2.A
3.B
4.C
5.C
6.D
7.B
8.B
9.A
10.C
11.B
12.D
13.B
14.B
15.D
16. 光电门 无
17.
18.
19. C 2g
20.(1);(2);(3)
21.(1)5m/s;(2)1.2m;(3)8m/s
22.(1);(2);(3)
23.(1),方向竖直向下;(2)2.41m
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