新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第5单元机械能作业15机械能守恒定律及其应用(人教版)

这是一份新高考浙江版2025届高考物理一轮总复习训练第5单元机械能作业15机械能守恒定律及其应用(人教版)，共6页。试卷主要包含了关于下列运动过程,说法正确的是，茶起源于中国等内容，欢迎下载使用。

微练一 机械能守恒的理解和判断
1.关于下列运动过程(忽略空气阻力),说法正确的是( )
A.图甲中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中机械能守恒
B.图乙中投出去的铅球在运动过程中机械能守恒
C.图丙中体验滑草运动的游客在下滑过程中机械能守恒
D.图丁中撑竿跳高运动员在上升过程中机械能守恒
2.(2023浙江五湖联盟模拟)一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落,到最低点时距水面还有数米距离。假定空气阻力可忽略,运动员可视为质点,下列说法不正确的是( )
A.运动员到达最低点前重力势能始终减小
B.蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力做负功,弹性势能增加
C.蹦极过程中,重力势能的改变量与重力势能零点的选取有关
D.蹦极过程中,运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒
微练二 单物体机械能守恒的应用
3.(2023浙江台州期末)小球在竖直光滑圆轨道的最低点获得一初速度,沿轨道内侧做完整的圆周运动,取圆轨道的最低点的重力势能为零。不计空气阻力,关于小球运动到最高点时的机械能E、重力势能Ep和动能Ek的大小关系,可能正确的是( )
A.Ek=EpB.Ek=Ep
C.E=EpD.E=Ep
4.(2023浙江强基联盟模拟)茶起源于中国。中国茶文化发展源远流长、博大精深。炒青可使茶叶柔软、增进茶香,是铁观音制作的重要步骤。技师从热锅底中将质量为m的茶叶以初速度v0竖直扬起,如图所示,不考虑阻力,以锅底为零势能面,则茶叶重心上升h时( )
A.重力做功为mgh
B.合外力做功为mgh-
C.动能为+mgh
D.机械能为
微练三 多物体的机械能守恒问题
5.(2023浙江嘉兴期末)一轻弹簧竖直放置,如图所示,下端固定在水平地面上,自然伸长时弹簧上端处于A点。t=0时将小球从A点正上方O点由静止释放,t1时到达A点,t2时弹簧被压缩到最低点B。以O为原点,向下为正方向建立x坐标轴,以B点为重力势能零点,弹簧形变始终处于弹性限度内。小球在运动过程中的动能Ek、重力势能Ep1、机械能E0及弹簧的弹性势能Ep2的变化图像可能正确的是( )
6.(多选)倾角θ=30°的光滑斜面固定在水平桌面上,轻质弹簧一端与垂直固定在斜面上的挡板C相连,另一端与物体A相连,如图所示。A上端连接一轻质细线,细线绕过光滑的定滑轮与物体B相连,滑轮左侧细线始终与斜面平行。开始时托住B,A静止且细线恰好伸直,然后由静止释放B。已知物体A、B的质量均为m,弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g,B始终未与地面接触。从释放B到B第一次下落至最低点的过程中,下列说法正确的是( )
A.刚释放物体B时,物体A受到细线的拉力大小为
B.物体B下落至最低点时,A和弹簧组成的系统机械能最大
C.物体A的速度最大时弹簧的形变量为
D.物体A的最大速度为
B组 综合提升
7.光滑的水平面上放一半径为R的四分之一光滑圆弧,与竖直墙之间恰好放入一压力传感器(此时传感器示数为零),如图所示,质量为m的小球(可视为质点)在圆弧的最高点(与圆心等高)由静止开始下滑,在小球下滑过程中,压力传感器示数的最大值为( )
A.mgB.mg
C.mgD.3mg
8.(2023浙江精诚联盟模拟)竖直平面内一弯曲固定轨道上,串有一可沿轨道自由滑动的小球,质量为m,轨道AB段平直并在左端固定有一轻质弹簧,如图甲所示。轨道上FG段粗糙,其余各处均光滑,中间部分为一半径为R的圆环,环心O与A、B、E等高,C、D分别为圆环上的最低点和最高点。现推动小球压缩弹簧至A点后静止释放,小球在B点离开弹簧后沿轨道继续滑行,途经C、D、E、F后冲上粗糙的FG段轨道,小球通过D点时对轨道恰无压力。取AB所在高度为重力势能零点,重力加速度为g,不计空气阻力。
丙
(1)求小球通过D点时的速度大小vD。
(2)求小球通过C点时所受轨道支持力FC的大小。
(3)小球冲上FG轨道后又返回环形轨道上E点时,速度已减小到零,求小球第一次沿FG轨道往返过程中摩擦力对小球做功Wf。
(4)图乙的柱状图表示小球从A点释放时的弹性势能E弹、重力势能Ep与动能Ek的大小关系,试在图丙中继续画出小球第一次经过B、C、D点和第三次经过C点时的能量关系图。
参考答案
作业15 机械能守恒定律及其应用
1.B 解析 图甲中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中,重力势能不断减小,动能不变,所以机械能不守恒,故A错误;图乙中投出去的铅球在运动过程中只受重力,机械能守恒,故B正确;图丙中体验滑草运动的游客在下滑过程中,由于游客受到地面阻力的作用,机械能不守恒,故C错误;图丁中撑竿跳高运动员在上升过程中,撑竿的弹性势能转化为运动员的机械能,所以运动员的机械能不守恒,故D错误。
2.C 解析 运动员到达最低点前,一直向下运动,根据重力势能的定义可知重力势能始终减小,故A正确;蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力方向向上,而运动员向下运动,所以弹力做负功,根据弹力做功量度弹性势能的变化关系式得,W弹=-ΔEp,因为弹力做负功,所以弹性势能增加,故B正确;根据重力做功量度重力势能的变化关系式得,WG=-ΔEp,而蹦极过程中重力做功不变,所以重力势能的改变量与重力势能零点的选取无关,故C错误;以运动员、地球和蹦极绳所组成的系统,只有重力和系统内的弹力做功,所以系统的机械能守恒,故D正确。
3.A 解析 小球在运动过程中机械能守恒,设轨道半径为R,则小球运动到最高点时,根据mg+F=m,可知当轨道对小球的弹力F=0时,速度最小为vm=,即动能不为零,则机械能E大于重力势能Ep,故C、D错误;最高点的重力势能Ep=2mgR,最小动能为Ekm=mgR,即在最高点时的动能Ek≥mgR=Ep,故B错误,A正确。
4.D 解析 重力的方向与茶叶的运动方向相反,重力做负功,所以重力做功为-mgh,故A错误;合外力做的功等于重力做的功,所以合外力的功为-mgh,故B错误;根据机械能守恒定律mv2=-mgh,故C错误;根据机械能守恒定律,茶叶重心上升h时的机械能等于抛出时的机械能,故D正确。
5.B 解析 小球在到达A点前做自由落体运动,速度一直在增大,动能在增大,在到达A点后弹簧弹力小于小球重力,小球仍然向下做加速运动,经过平衡位置后弹簧弹力大于小球重力,小球做减速运动,动能在减小,所以t1时小球的动能不是最大,故A错误;以B点为重力势能零点,可知小球在下降的过程中有Ep1=mgx2-mgx,可知Ep1-x图像为一条直线,故B正确;小球在到达A点前,只有重力做功,机械能守恒,接触弹簧后,弹力做负功,小球的机械能减小,故C错误;设弹簧的劲度系数为k,小球接触到弹簧后,根据弹簧的弹性势能公式有Ep2=k·Δx2=k·(x-x1)2,可知Ep2-x图像不是直线,故D错误。
6.ABD 解析 设释放B前弹簧的压缩量为x0,对A有kx0=mgsinθ=mg,刚释放B的瞬间,对A、B组成的系统有mg+kx0-mgsinθ=2ma,解得a=g,此时对B有mg-FT=ma,解得FT=mg,故A正确;对于A和弹簧组成的系统,绳子拉力对A做的功等于该系统机械能的改变量,B下落至最低点时,绳子拉力对A做的正功最多,所以此时A和弹簧组成的系统的机械能最大,故B正确;由前面方程可解得x0=,A上升过程中,当A和B整体的加速度为0时速度达到最大值vm,设此时弹簧的拉伸量为x,对A、B整体有mg-kx-mgsinθ=0,解得x==x0,所以此时弹簧的弹性势能与初始位置时相同。对A、B和弹簧组成的系统,由机械能守恒定律有mg(x0+x)=·2m+mg(x0+x)sinθ,解得vm=,故C错误,D正确。
7.C 解析 如图,小球下落到某一位置,从释放到运动到该位置,根据机械能守恒定律可得,mgRsinθ=mv2,在该位置,根据牛顿第二定律可得,FN-mgsinθ=,小球对圆弧的压力FN=3mgsinθ,圆弧对压力传感器的力F=FNcsθ=3mgsinθcsθ=mgsin2θ,当θ=45°时,F最大,此时F=mg,因此C正确。
8.答案 (1)
(2)6mg
(3)-mgR
(4)见解析
解析 (1)由于小球经过D点时,对轨道恰无压力,即mg=m
解得vD=。
(2)小球由C点运动到D点,根据机械能守恒定律,得
-mg·2R=
在C点,有FC-mg=m
联立解得FC=6mg。
(3)小球从第一次经过C点到返回到E点,根据动能定理得-mgR+Wf=0-
解得Wf=-mgR。
(4)根据机械能守恒定律和动能定理可得,小球第一次经过B、C、D点和第三次经过C点时的能量关系图如图所示。