高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律综合与测试练习题

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册第八章 机械能守恒定律综合与测试练习题，共17页。试卷主要包含了单选题，填空题，解答题等内容，欢迎下载使用。
机械能守恒定律
一、单选题
1．单位为J/m的物理量是（　　）
A．力 B．功 C．动能 D．电场强度
2．在离地面4米高的天花板下用一根长为1m的绳吊着一个10N的物体，若取地面为重力势能零势能面，则该物体的重力势能为（　　）
A．10J B．30J C．40J D．无法确定
3．在兵器科学中，常用到一个概念为“比动能”，其定义为子弹或炮弹的动能与其最大截面积的比值。为了区分玩具枪与真实枪支，在法律上规定：若发射弹丸的比动能数值大于 1.8×10−4 ，则认定为枪支。“比动能”的单位正确的是（　　）
A．Ns B．Ns2 C．kgs D．kgs2
4．质量均为m的两个物体，分别在地球表面和月球表面以相同的初速度v0竖直上抛，不计空气阻力，已知月球表面的重力加速度约为地球表面的重力加速度的16，下列说法正确的是（　　）
A．物体在地球表面比在月球表面的惯性大
B．从抛出到运动至最高点的过程中，重力的平均功率相等
C．从最高点落回至抛出点，物体重力势能的变化量相等
D．落回抛出点时，重力的瞬时功率相等
5．如图，倾角为θ的绝缘光滑斜面和斜面底端电荷量为Q的正点电荷均固定，一质量为m、电荷量为q的带正电小滑块从A点由静止开始沿斜面下滑，刚好能够到达B点。已知A、B间距为L，Q>>q，重力加速度大小为g。则A、B两点间的电势差UAB等于（　　）

A．−mgLsinθQ B．mgLsinθQ C．−mgLsinθq D．mgLsinθq
6．如图所示，竖直平面内固定两根足够长的细杆L1、L2，两杆不接触，且两杆间的距离忽略不计。两个小球a、b（均可视为质点）质量均为m,a球套在竖直杆L1上，b球套在水平杆L2上，a、b通过铰链用长度为l的刚性轻杆连接。现将a球从图示位置（轻杆与L2之间的夹角为45°）由静止释放，不计一切摩擦，已知重力加速度为g，在此后的运动过程中，下列说法正确的是（　　）

A．a球和b球组成的系统机械能不守恒
B．a球的最大速度不是2gl
C．b球的速度为零时，a球的加速度大小为零
D．b球的速度为零时，a球的速度大小也一定为零
7．如图所示，匀强电场平面内有一个直角三角形MNP，其中∠M=90°，∠N=30°，MP=3m。若在M点处沿该平面向不同方向射出动能为8eV的电子，有两电子分别经过P、N两点时的动能分别为6eV和14eV。不考虑电子间的相互作用，则下列关于该匀强电场场强E的大小及P、N点电势高低的比较正确的是：（　　）

A．E=43(V/m)；φPφN
C．E=233(V/m)；φPφN
8．如图所示，质量分别为m1和m2的两个物体，m1W2 B．W10），b球带电荷量为－q。现在该空间加一水平向右的匀强电场E，且qE=mg（g为重力加速度），不计两球间的库仑力，因空气阻力作用，a、b两球最终将静止于某一位置，则从加电场到a、b两球均静止过程中，两球克服空气阻力做的功为（　　）

A．Wf=3（2−1）mgl B．Wf=（2−1）mgl
C．Wf=322mgl D．Wf=（3−322）mgl
14．在燃放礼花弹时，要先将礼花弹放入竖直的炮筒中，然后点燃发射部分，通过火药剧烈燃烧产生高压燃气，将礼花弹由筒底射向空中。若礼花弹在由筒底发至筒口的过程中，克服重力做功为W1，克服炮筒阻力及空气阻力做功为W2，高压燃气对礼花弹做功为W3，则礼花弹在筒中的运动过程中（设礼花弹的质量不变） （　　）
A．动能增加量为 W3—W2—W1
B．动能增加量为W1+ W2 +W3
C．机械能增加量为W3—W2—W1
D．机械能增加量为W3+W2
15．如图所示为某探究活动小组设计的节能运输系统。斜面轨道倾角为30°，质量为M的木箱与轨道间的动摩擦因数为34。木箱在轨道顶端时，自动装货装置将质量为m的货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速度滑下（货物与木箱之间无相对滑动），当轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，再重复上述过程。下列说法正确的是（　　）

A．木箱与货物的质量之比为6：1
B．下滑与上滑过程中木箱速度最大的位置在轨道上的同一点
C．木箱与弹簧没有接触时，下滑的加速度与上滑的加速度大小之比为1：6
D．在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能等于弹簧增加的弹性势能
二、填空题
16．悬崖速降是选择崖面平坦，高度适合的崖壁，用专业的登山绳作保护，由崖壁主体缘绳下滑，从崖顶下降到崖底的一种运动，如图所示，某次速降可视为竖直方向的直线运动，速降者先从静止开始做匀加速运动至2m/s，接着匀速运动了20s，之后做匀减速运动，到达地面时速度恰好减为零，总共历时40s，若速降者及装备的总质量为75kg，运动方向始终竖直向下，取重力加速度大小g=10m/s2，则速降者下降的起点距地面的高度为　 　m，在整个下降过程中，速降者及装备所受重力的最大功率为　 　W。

17．做验证机械能守恒的实验时，学生按照图甲组装好装置，把打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上，反复做了很多次，最终仅选出4条点迹清晰的纸带。测量纸带起始两点距离时，学生用手机正对纸带与测量的刻度尺拍照，把照片放大到正常尺寸的10倍，测出了精度更高的数据，分别是：① 1.50mm，②2.00mm，③1.92mm，④2.49mm，为了选出最理想的一条纸带，学生查询得到当地重力加速度g = 9.80m/s2，通过推算，他们选择了编号为　 　的纸带进行研究。
在选出的纸带上，0是打下的第一个点，在后面选取了3个连续的点，标上n-1、n、n+1，测得它们与0点的距离如图乙所示。则从打下“0”点到打下第“n”点的过程中质量m=1kg的重锤动能的增加量ΔEk=　 　J，重锤势能的减少量ΔEP=　 　J，重锤下落的实际加速度a = 　 　m/s2，a≠g的原因是　 　。（结果保留3位有效数字）

18．如图，质量为m的圆环套在固定的粗糙程度均匀的竖直杆上，轻质弹簧的左端固定在墙壁上的O点，右端与圆环相连。初始时刻，圆环处于A点，弹簧水平，且恰好处于原长状态。将圆环从A点由静止释放，第一次经B点时环的速度最大，最低可到达C点。之后，圆环沿杆向上滑动。忽略空气阻力的影响，则圆环从C点向上运动的过程中，速度最大的位置　 　（选填“在B点”、“在B点上方”、“在B点下方”、“无法确定”）。圆环从A运动到C点的过程中，各种能量的变化情况是：　 　。

19．如图， AB为长度足够长的水平地面， AC为与水平方向成30o的倾斜地面，D为AC中点．已知将某物体以6 J的初动能从D点水平抛出，其落到水平地面时的动能为12J。若将该物体以一定的初速度从C点水平抛出，要使其恰好能落在A点，则其抛出时的初动能应为　 　J。

20．用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图乙，滑块上固定挡光片。用50分度的游标卡尺测量挡光片的宽度，如图甲所示，则挡光片的宽度d=　 　cm。将气垫导轨一端适当垫高，将滑块从A点由静止释放，在B点处固定光电门，光电计时器可记录挡光时间Δt，再测出A、B两点离水平桌面的高度h1、h2，即可验证机械能是否守恒（滑块质量用m表示），表达式为　 　（用字母表示）。


三、解答题
21．质量M=3kg的滑板A置于粗糙的水平地面上，A与地面的动摩擦因数µ1=0.3，其上表面右侧光滑段长度L1=2m，左侧粗糙段长度为L2，质量m=2kg、可视为质点的滑块B静止在滑板上的右端，滑块与粗糙段的动摩擦因数µ2=0.15，取g=10m/s2，现用F=18N的水平恒力拉动A向右运动，当A、B分离时，B对地的速度vB=1m/s，求L2的值。




22．如图所示，在光滑水平轨道上有一小车质量为M2，它下面用长为L的细绳系质量为M1的沙袋。今有一水平射来的质量为m的子弹，它射入沙袋后并不穿出，而与沙袋一起运动，最大偏角为θ，不计细绳质量，试求子弹射入沙袋时的速度v0多大?



23．如图所示，倾角为37°的传送带，A、B两处相距24m。当传送带以10m/s的速率顺时针转动时，小物块以2m/s的初速度从A处沿传送带运动到B处。已知小物块与传送带间的动摩擦因数为0.75，重力加速度为10m/s2，sin37°=0.6。求小物块从A处运动到B处所用的时间。


答案部分
1．A 2．B 3．D 4．C 5．C
6．B 7．A 8．C 9．C 10．B
11．B 12．D 13．A 14．A 15．B
16．60；1500
17．③；7.61；7.64；9.75；存在（如：空气）阻力
18．在B点下方；动能先增大后减小、重力势能逐渐减小、弹性势能逐渐增大、内能逐渐增大
19．9
20．0.430；mg(ℎ1−ℎ2)=12m(dΔt)2
21．解：在F的作用下，A做匀加速运动，B静止不动，当A运动位移为L1时B进入粗糙段，设此时A的速度为vA，则对A由动能定理FL1−μ1(M+m)gL1=12MvA2
B进入粗糙段后，设A加速度为aA，B加速度为aB，对A由牛顿第二定律F−μ1(M+m)g−μ2mg=MaA
对B由牛顿第二定律μ2mg=maB
解得vA=2m/s，aA=0
即A以vA=2m/s的速度做匀速直线运动直至A、B分离，设分离时B的速度为vB，B在粗糙段滑行的时间为t，则对AsA=vAt
对BvB=aBt
sB=12aBt2
二者位移关系为sA−sB=L2
联立解得L2=1m
22．解：子弹射入沙袋过程中子弹和沙袋组成的系统动量守恒，设子弹射入沙袋后子弹和沙袋的共同速度为v'0，由动量守恒定律有mv0=(M1+m)v'0①
此后沙袋和子弹一起摆动到偏角为θ位置的过程中，沿水平方向做减速运动，而小车在水平方向做加速运动，当细绳偏角达到最大时，沙袋、子弹与小车速度相等，竖直方向上的速度为零，在这一过程中，系统机械能守恒，设子弹、沙袋和小车的共同速度为v，由机械能守恒定律有 12 (M1+m)v' 02 =(M1+m)gL(1-cosθ)+ 12 (M1+M2+m)v2②
子弹、沙袋、小车组成的系统在水平方向不受外力，所以系统水平方向动量守恒，有(M1+m)v'0=(M1+M2+m)v③
联立①②③解得v0= M1+mmM1+M2+mM22gL(1−cosθ) 。
23．解：小物块在传送带上运动时，所受摩擦力为滑动摩擦力，方向沿斜面向下，设小物块的加速度大小为a，由牛顿第二定律得mgsinθ+μmgcosθ=ma
解得a=12m/s2
设小物块加速到10m/s运动的距离为s1，所用时间为t1，由v=v0+at1
得t1=0.67s，s1=v0t1+12at12
得s1=4m
当小物块的速度达到10m/s时，因mgsinθ=μmgcosθ
小物块受到的摩擦力由原来的滑动摩擦力突变为静摩擦力，小物块此后随传送带一起做匀速运动，设AB间的距离为L，则L−s1=vt2
解得t2=2s
从A到B的时间t=t1+t2=2.67s

解析部分
1．A
【解析】根据功的定义式W=Fx可知J=N⋅m
则有Jm=N⋅mm=N
因N是力的单位，故单位为J/m的物理量是力。
2．B
【解析】物体的重力势能为Ep=mgℎ=10×(4−1)J=30J
3．D
【解析】根据题意，比动能是动能与其最大截面积之比，因此，比动能的单位应该是 Jm2=N⋅mm2=Nm=kg⋅mms2=kgs2 。
4．C
【解析】A．两物体的质量相同，则惯性相同，即物体在地球表面与在月球表面的惯性同样大，A不符合题意；
B．根据 t=v0g
ℎ=v022g
则从抛出到运动至最高点的过程中，重力的平均功率 P¯=mgℎt=12mgv0
因地球和月球表面的重力加速度不同，则重力的平均功率不相等，B不符合题意；
C．从最高点落回至抛出点，物体重力势能的变化量 ΔEp=mgℎ=12mv02
则物体重力势能的变化量相等，C符合题意；
D．落回抛出点时，速度大小仍为v0，则重力的瞬时功率PG=mgv0
因地球和月球表面的重力加速度不同，则重力的瞬时功率不相等，D不符合题意。
5．C
【解析】从A到B由动能定理可知mgLsinθ+UABq=0
解得UAB=−mgLsinθq
6．B
【解析】A．a球和b球所组成的系统没有外力做功，只有重力做功，则系统机械能守恒，A不符合题意；
BCD．当刚性轻杆和细杆L2第一次平行时，根据运动关系可知此时b球的速度大小为零，由系统机械能守恒得 mg2L2=12mva2
解得 va=2gL
此时a球具有向下的加速度g，故此时a球的速度不是最大，a球将继续向下做加速度逐渐减小的加速运动，到加速度为零时速度达到最大，B符合题意，CD不符合题意。
7．A
【解析】电子从M运动到P，由动能定理及电场力做功与电势差之间的关系，有UMP=WMP−e=EkP−EkM−e=−2eV−e=2V=φM−φP
同理可得 UMN=−6V=φM−φN
因此 UNP=8V
将 PN四等分，如图所示，

由几何关系知 MK⊥PN，且 UKN=6V=UMN
故可得 φM=φK
故 MK在匀强电场的等势面上，因此NP与匀强电场的电场线重合，且场强方向沿N指向P，即 φP