高中物理鲁科版 (2019)必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律精品测试题

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律精品测试题，共17页。试卷主要包含了5科学验证，0分），0m、长5，0m/s2，0m时机械能损失了12J，【答案】D，【答案】B，【答案】CD等内容，欢迎下载使用。
 1.5科学验证：机械能守恒定律同步练习鲁科版（ 2019)高中物理必修二一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）如图所示，一物块在高、长的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取。则    A. 物块下滑过程中机械能守恒
B. 物块与斜面间的动摩擦因数为
C. 物块下滑时加速度的大小为
D. 当物块下滑时机械能损失了12J
 轻质弹簧一端固定在O点，另一端拴一个小球．现把小球拉到与O点等高的位置此时弹簧处于自然长度静止释放，在小球摆到O点正下方的过程中A. 重力对小球做正功
B. 弹簧对小球不做功
C. 小球的机械能守恒
D. 小球减少的重力势能全部转化为动能
 如图所示，小明在体验蹦极运动时，把一端固定的长弹性绳绑在踝关节处，从高处由静止落下。将小明的蹦极过程近似为在竖直方向的运动，在运动过程中，把小明视作质点，不计空气阻力。下列判断中正确的是A. 下落到弹性绳刚好被拉直时，小明的下落速度最大
B. 从开始到下落速度最大，小明动能的增加量小于其重力势能的减少量
C. 从开始到下落至最低点的过程，小明的机械能守恒
D. 从开始到下落至最低点，小明重力势能的减少量大于弹性绳弹性势能的增加量
 如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮．质量分别为M、的滑块通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行．两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动．若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中
A. 两滑块组成系统的机械能守恒
B. 重力对M做的功等于M动能的增加量
C. 轻绳对m做的功大于m机械能的增加量
D. 两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功一个质量为M的木块静止在光滑水平面上，一颗质量为m的子弹，以水平速度射入木块并留在木块中，在此过程中，子弹射入木块的深度为d，木块运动的距离为s，木块对子弹的平均阻力为f，则对于子弹和木块组成的系统，下列说法正确的是        
 A. 子弹射入木块过程中系统的机械能守恒
B. 木块增加的动能为
C. 子弹减少的动能等于fs
D. 系统损失的机械能等于fd 一物块在高、长的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取，A. 物块下滑过程中机械能守恒
B. 物块与斜面间的动摩擦因数为
C. 物块下滑时加速度的大小为
D. 当物块下滑时机械能损失了8J
 如图所示，竖直平面内有一“T”字形轻杆，轻杆的AC臂长为2R，OB臂长为R，OB臂垂直AC臂于AC中点O，轻杆的三个端点分别固定小球A、B、C，，。开始时，在外力作用下OB臂水平且整个装置处于静止状态。现撤去外力，杆将以O为转轴在竖直面内无摩擦地转动起来，重力加速度为g。则杆转动的过程中A. 小球A的机械能守恒 B. 小球B的机械能一直减小
C. 小球B的末速度为 D. 轻杆对小球C先做正功后做负功二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）多选从地面竖直向上抛出一物体，其机械能等于动能与重力势能之和．取地面为重力势能零点，该物体的和随离开地面的高度h的变化如图所示．重力加速度取由图中数据可得   A. 物体的质量为
B. 时，物体的速率为
C. 时，物体的动能
D. 从地面运动到高度处的过程中，物体的动能减少
 如图所示，在竖直平面内有一半径为R的四分之一圆弧轨道BC，与竖直轨道AB和水平轨道CD相切，轨道均光滑。现有长也为R的轻杆，两端固定质量均为m的相同小球a、可视为质点，用某装置控制住小球a，使轻杆竖直且小球b与B点等高，然后由静止释放，杆将沿轨道下滑。设小球始终与轨道接触，重力加速度为g。则A. 下滑过程中a球机械能增大
B. 下滑过程中b球机械能守恒
C. 小球a滑过C点后，a球速度为
D. 从释放至a球到滑过C点的过程中，轻杆对b球做正功为如图所示，半径为R的光滑圆环固定在竖直面内，质量均为m的A、B两球用轻杆连接套在圆环上，开始时轻杆竖直并同时由静止释放两球，当A球运动到B开始的位置时，轻杆刚好水平，重力加速度为g，则从开始运动到轻杆水平的过程中，下列说法正确的是A. 小球A、B的机械能均保持守恒 B. 小球A、B组成的系统机械能守恒
C. 杆对小球A做的功为0 D. 杆对小球B做的功为如图所示，固定在水平面上的光滑斜面倾角为，质量分别为M、m的两个物体通过细绳及轻弹簧连接于光滑轻滑轮两侧，斜面底端有一与斜面垂直的挡板。开始时用手按住物体M，此时M距离挡板的距离为s，滑轮两边的细绳恰好伸直，且弹簧处于原长状态。已知，空气阻力不计。松开手后，关于二者的运动下列说法中正确的是A. M和m组成的系统机械能守恒
B. 当M的速度最大时，m与地面间的作用力为零
C. 若M恰好能到达挡板处，则此时m的速度为零
D. 若M恰好能到达挡板处，则此过程中重力对M做的功等于弹簧弹性势能的增加量与物体m的机械能增加量之和三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）某同学设计了如图所示的装置来研究机械能是否守恒。轻质细线的上端固定在O点，下端连接圆柱形的摆锤P，在摆锤摆动的路径上，固定了四个光电门A、B、C、实验时，分别测出四个光电门到悬点O的高度差h，从某一高度释放摆锤，利用光电门测出摆锤经过四个光电门的速度。

利用光电门测量速度时，可以测量摆锤的直径作为______。若摆锤直径的测量值比实际值偏小，则摆锤动能的测量值比实际值______。
该同学认为：测得摆锤的质量为m，可由公式计算出摆锤在A、B、C、D四个位置的重力势能。他这样计算重力势能的依据是______。
另一同学在得到摆锤经过四个光电门的速度v和光电门距离悬点O的高度差h后，作出如图所示的图线。若摆动过程中机械能守恒，则该直线的斜率为______。决定图线与纵轴交点位置的因素有：______。用如图所示的实验装置做“验证机械能守恒定律”实验时，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始下落：关于本实验，下列说法正确的是________填字母代号。A.应选择质量大、体积小的重物进行实验B.释放纸带之前，纸带必须处于竖直状态C.先释放纸带，后接通电源实验中，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，测得它们到起始点点与下一点的间距接近的距离分别为、、。已知当地重力加速度为g，打点计时器的打点周期为T。设重物质量为m。从打O点到B点的过程中，重物的重力势能变化量______，动能变化量________用已知字母表示。某同学用如图所示装置验证机械能守恒定律，将力传感器固定在天花板上，细线一端系着小球，一端连在力传感器上。将小球拉至水平位置从静止释放，到达最低点时力传感器显示的示数为。已知小球质量为m，当地重力加速度为g。在误差允许范围内，当满足关系式________时，可验证机械能守恒。
四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）如图所示，小车M处在光滑水平面上，其上表面粗糙，靠在不粘连半径为的光滑固定圆弧轨道右侧，一质量的滑块可视为质点从A点正上方处自由下落经圆弧轨道底端B滑上等高的小车表面。滑块在小车上最终未离开。已知小车质量，滑块与小车间的动摩擦因数。取
 求：滑块通过A点时滑块受到的弹力大小和方向小车M的最小长度






 如图所示，小车M处在光滑水平面上，其上表面粗糙，靠在不粘连半径为的光滑固定圆弧轨道右侧，一质量的滑块可视为质点从A点正上方处自由下落经圆弧轨道底端B滑上等高的小车表面。滑块在小车上最终未离开。已知小车质量，滑块与小车间的动摩擦因数。取

求：
滑块通过A点时滑块受到的弹力大小和方向  小车M的最小长度






 如图所示，高为的光滑斜面AB，倾角，底端与水平面BD相连，经过B点时无机械能损失，在水平面末端墙上固定以轻弹簧，水平面BC段粗糙，长度为20m，动摩擦因数，水平面CD段光滑，且等于弹簧原长，质量为的物块，由斜面顶端A点静止下滑，求：
 弹簧被压缩具有的最大弹性势能；物块会停在距离C点多远的地方；物块与水平面摩擦产生的热量为多少。







答案和解析1.【答案】B
 【解析】解：A、物块在初位置其重力势能为，动能，则物块的质量，此时物块具有的机械能为；
当下滑距离为5m时，物块具有的机械能为，所以下滑过程中物块的机械能减小，故A错误；
B、令斜面的倾角为，则，所以，物体下滑的距离为的过程中，根据功能关系有：，代入数据，故B正确；
C、根据牛顿第二定律可知，物块下滑时加速度的大小为，故C错误；
D、当物块下滑距离为时，物体克服滑动摩擦力做功为，根据功能关系可知，机械能损失了，故D错误。
故选：B。
分析初位置以及下滑5m时的机械能，从而判断机械能是否守恒；
根据功能关系分析求解物块与斜面间的动摩擦因数；
根据牛顿第二定律求解物块下滑时加速度的大小；
分析物块下滑时除重力以外其它力做功情况从而判断机械能的损失量。
解决该题需要掌握机械能守恒的条件，知道势能和动能之和统称为机械能，掌握与机械能相关的功能关系。
 2.【答案】A
 【解析】【分析】
小球下摆过程，弹簧是被拉长的，即增加了弹性势能，所以此过程中的能量转化是小球减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能与小球的动能。
有重力和弹力做功时，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，单独就小球而言，机械能不守恒。
【解答】
A.小球高度下降，故重力做正功，故A正确；
B.弹簧对小球的拉力做负功，故B错误；
C.弹簧的弹性势能增加，是小球机械能的减少转化而来的，故小球的机械能减少，不守恒，故C错误；
D.小球减少的重力势能一部分转化为动能，一部分转化为弹簧的弹性势能，故D错误。
故选A。  3.【答案】B
 【解析】解：A、下落速度最大处应是加速为零时，即弹性绳的张力等于重力时，速度最大，故A错误；
B、对小明和弹性绳系统，由机械能守恒定律，有到小明速度最大处，减少的重力势能转化成了小明的动能和弹性绳的弹性势能，所以小明动能的增加量小于重力势能的减少量，故B正确；
C、小明还受到弹性绳的力对他做功，所以小明的机械能不守恒，故C错误；
D、到最低时，小明的动能为零，所以小明重力势能全部转化成了弹性绳的弹性势能，故D错误。
故选：B。
由牛顿第二定律求速度最大的位置，由机械能守恒定律分析某阶段和某个物体的机械能是否守恒。
本题是考查机械能守恒律与现初生结合在一起的好题，要抓住机械能守恒的条件，要理解守恒的内容，同时还考查了牛顿第二定律在变加速运动的应用问题。
 4.【答案】D
 【解析】【分析】本题关键理解透机械能守恒的条件和功能关系，重力做功对应重力势能变化、弹力做功对应弹性势能变化、合力做功对应动能变化、除重力或系统内的弹力做功对应机械能变化．
功与能量转化是相联系的，功是能量转化的量度．重力对做功决定了重力势能的变化，合外力做功决定了动能的变化．除了重力以外的其他力做功影响机械能的变化．根据功能关系分析即可．

【解答】与斜面ab有摩擦，两滑块组成的系统机械能减小，A错误；
B.M沿斜面ab下滑过程中，绳子拉力及摩擦力均对M做负功，由能量守恒可知重力对M做的功大于M动能的增加量，B错误；
C.因为bc面光滑，所以轻绳对m做的功等于m机械能的增加量，C错误；
D.由能量守恒与转化知，两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功，D正确．  5.【答案】D
 【解析】【分析】根据机械能守恒的条件判断是否守恒；分别对子弹和木块运用动能定理，列出动能定理的表达式；摩擦力与相对位移的乘积等于系统能量的损失。解决本题的关键知道运用动能定理解题，首先要确定好研究的对象以及研究的过程，然后根据动能定理列表达式。
【解答】A.子弹射入木块的过程中，木块对子弹的平均阻力对系统做功，所以系统的机械能不守恒，故A错误；
B.木块增加的动能等于阻力与木块位移的乘积，即，故B错误；
C.子弹减少的动能等于阻力与子弹位移的乘积，即：，故C错误；
D.系统损失的机械能等于阻力与两个物体相对位移的乘积，即：，故D正确。
故选D。  6.【答案】D
 【解析】【分析】
解决该题需要掌握机械能守恒的条件，知道势能和动能之和统称为机械能，掌握与机械能相关的功能关系。
【解答】
A.物块在初位置其重力势能为，动能，则物块的质量，此时物块具有的机械能为；当下滑距离为5m时，物块具有的机械能为，所以下滑过程中物块的机械能减小，故A错误；
B.令斜面的倾角为，则，所以，物体下滑的距离为的过程中，根据功能关系有：，代入数据，故B错误；
C.根据牛顿第二定律可知，物块下滑时加速度的大小为，故C错误；
D.当物块下滑距离为时，物体克服滑动摩擦力做功，根据功能关系可知，机械能损失了，故D正确。
故选D。  7.【答案】B
 【解析】【分析】
根据机械能守恒的条件判断机械能是否守恒；根据功能关系分析机械能的变化情况及杆对小球做功的情况。根据机械能守恒定律求末速度的大小。
本题考查系统机械能守恒的问题，考查学生的科学思维。
【解答】
由题意可知，三个小球的角速度大小相等，而三个小球在O点的距离也相等，则可知三个小球的速度大小一直相等，以三个小球为系统可知系统的机械能守恒，设速度大小为v，转过的角度为，则有，可得，可得B球的机械能的减少量为：，可知B球的机械能一直减小，小球的末速度大小为，故B正确，C错误；
由几何关系可知A球下降的高度与C球上升的高度相同，则可知A、C两球组成的系统机械能增大，A球的机械能的减小量为，其中，小球C的机械能的增加量为，其中，随着角由0增大到的过程中，则可知A的机械能不守恒，杆对小球C一直做正功，故AD错误。
故选B。  8.【答案】ABD
 【解析】【分析】
根据时的值和求出物体的质量。根据时的动能求物体的速率。时，物体的动能为根据动能与机械能、重力势能的关系求物体的动能减少量。
解决本题的关键要从图象读取有效信息，明确动能、重力势能和机械能的关系，根据功能关系进行解答。
【解答】
解：A、由图知，时，由得，故A正确。
B、时，，，则物体的动能为，由，得，故B正确；
C、时，，，则物体的动能为，故C错误。
D、从地面至，物体的机械能减少了20J，重力势能增加了80J，因此，物体的动能减少100J，故D正确。  9.【答案】CD
 【解析】【分析】
下滑过程两个球组成的系统，只有重力做功，机械能守恒；根据机械能守恒定律列式求解速度、根据功能关系求解轻杆对b球做的功。
本题主要考查机械能守恒、系统机械能守恒、功能关系。
【解答】
下滑的过程中，若以两球为整体，则系统机械能守恒。若分开研究分析，则杆对a球做负功，a球机械能减小，杆对b球做正功，则b球机械能增加，故AB错误；
C.以两球为系统进行研究，由机械能守恒得，解得，故C正确；
D.对b球分析，其机械能的变化量为，由功能关系可知，轻杆对b球做正功为，故D正确。
故选CD。  10.【答案】BD
 【解析】 【分析】
A、B组成的系统在运动的过程中，只有重力做功，机械能守恒，当动能最大时，系统重力势能最小。根据外力做功判断A、B机械能的变化。分别由动能定理分析A、B两球的运动，求解杆对A、B的做功情况。
解决本题的关键知道A、B组成的系统机械能守恒，知道当杆子水平时，系统重力势能减小的最多。
【解答】
B.由于环是光滑的，因此A、B组成的系统机械能守恒，故B正确；
A.当杆水平时，设A、B两球的速度均为v，由题意可知杆长，根据系统机械能守恒：，则，因此从开始到杆水平时，B球的机械能增加，则A球的机械能减少，故A错误；
C.根据动能定理，对A球研究有，求得，故C错误；
D.对B球研究有：，故D正确。
故选BD。  11.【答案】BD
 【解析】【分析】
分析A、B两物体的受力情况及各力做功情况，从而分析A其运动情况，类比弹簧振子，结合功能关系进行判断。
本题要正确分析物体M的受力情况和能量转化情况，知道M的合力为零时速度达到最大．要注意机械能守恒的条件。
【解答】
A、对于M、m、弹簧组成的系统，只有重力和弹力做功，系统的机械能守恒，但对于M和m组成的系统机械能不守恒；故A错误；
B、根题得：M的重力分力为；可知物体M先做加速运动，当受力平衡时M速度达最大，此时m所受的拉力为 ，故m恰好与地面间的作用力为零；故B正确；
C、从m开始运动至到M到达底部过程中，弹力的大小一直大于m的重力，故m一直做加速运动，M到达底部时，m的速度不为零；故C错误；
D、M恰好能到达挡板处，则此过程中重力对M做的功等于弹簧弹性势能的增加量与物体m的机械能增加量之和，故D正确；
故选：BD。  12.【答案】挡光片宽度，偏小；选取过O点的水平面为零势能面；，摆锤释放时的初速度；
 【解析】【分析】
根据光电门测瞬时速度的原理分析其误差；
根据公式判断选取的零势能面的位置；
根据机械能守恒得出的函数关系式进行判定；
光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法。由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度，利用图象问题结合数学知识处理物理数据是实验研究常用的方法。我们更多的研究直线图形，找出其直线的斜率和截距。
【解答】
利用光电门测量速度是利用挡光片的宽度与挡光时间的比值，即，
当摆锤直径d的测量值比实际值偏小时，则对应的速度和摆锤动能也偏小；
当选取过O点的水平面为零势能面时，可用公式计算出摆锤在A、B、C、D四个位置的重力势能；
根据机械能守恒有：，化简得：，由此可知：若机械能守恒图线的为2g，
当重锤下落的高度为0时，重锤的速度不为0，说明了操作中重锤有初速度；
故答案为：挡光片宽度，偏小；选取过O点的水平面为零势能面；，摆锤释放时的初速度。  13.【答案】
 ，
 
 【解析】【分析】
本题主要考查“验证机械能守恒定律”实验，熟悉实验过程、注意事项及误差分析，熟悉实验原理是解题的关键，难度一般。
由实验误差、注意事项及实验步骤得解；
由重力势能与重力做功的关系得解；由AC间的平均速度解得B点的瞬时速度，从而解得重物到达B点的动能及该过程的动能的增加量；
在最低点，由牛顿第二定律解得球的动能，再由机械能守恒定律得解。
【解答】
A、由该实验的误差分析可知，重物质量越小、体积越大，则其受的空气阻力不能忽略，故在实验中，应选择质量大、体积小的重物进行实验，故A正确；
B、为减小纸带与限位孔间的摩擦，释放纸带之前，纸带必须处于竖直状态，故B正确；
C、由实验步骤可知，应先接通电源，当打点计时器工作稳定后，再释放纸带，故C错误。
故选AB；
由重力做功与重力势能的关系可知，从打O点到B点的过程中，重物的重力势能变化量：，由平均速度解得打B点时重物的瞬时速度：，该过程的动能增量为：；
在最低点，由牛顿第二定律可得：，解得此时球的动能为：，球由静止释放后，到到达最低点过程，若满足机械能守恒，则有：，联立解得：，解得：．
故填：； ，；  。  14.【答案】解：
物块运动到A，由机械能守恒 ，解得：，在A点由牛顿第二定律，滑块受到的弹力：，方向水平向右由机械能守恒：   ，解得：，此后物块滑到车上，二者由于相互的摩擦力运动状态变化，滑块在小车上最终未离开，故二者最终达到共速；但由于水平方向对二者整体而言，不受外力，故整体水平方向动量守恒，故有：，解得二者的共同速度为：，从物块滑上小车到二者共速，在该过程中，由能量守恒定律可得：，当滑块恰滑到小车末端时，小车的长度最小，解得小车M的最小长度：。
 【解析】由机械能守恒解得滑块滑到A时的速度，由牛顿第二定律解得滑块通过A点时滑块受到的弹力大小，并由合力提供向心力判得方向；由机械能守恒解得滑块到达B点时的速度，由由动量守恒解得二者的共同速度，由功能关系解得小车的最小长度。本题主要考查小车滑块模型，知道其中物体的运动过程及状态变化和功与能的转化关系是解题的关键，难度一般。
 15.【答案】解：
物块运动到A，由机械能守恒 ，解得：，在A点由牛顿第二定律，滑块受到的弹力：，方向水平向右由机械能守恒：   ，解得：，此后物块滑到车上，二者由于相互的摩擦力运动状态变化，滑块在小车上最终未离开，故二者最终达到共速；但由于水平方向对二者整体而言，不受外力，故整体水平方向动量守恒，故有：，解得二者的共同速度为：，从物块滑上小车到二者共速，在该过程中，由能量守恒定律可得：，当滑块恰滑到小车末端时，小车的长度最小，解得小车M的最小长度：。
 【解析】由机械能守恒解得滑块滑到A时的速度，由牛顿第二定律解得滑块通过A点时滑块受到的弹力大小，并由合力提供向心力判得方向；由机械能守恒解得滑块到达B点时的速度，由由动量守恒解得二者的共同速度，由功能关系解得小车的最小长度。本题主要考查小车滑块模型，知道其中物体的运动过程及状态变化和功与能的转化关系是解题的关键，难度一般。
 16.【答案】解：
物块从A点沿斜面下滑，从A点到到达C点过程，
由动能定理可得：，
解得物块到达C点时的动能为：，
此后其压缩弹簧，由于水平面光滑，故减小的动能完全转化为弹簧的弹性势能，故其最大弹性势能为：；
弹簧恢复形变过程，将滑块推出，其弹性势能转化为滑块到达C点的动能，此后摩擦力做功，动能又通过克服摩擦力做功转化为内能，
则有：，
解得：，即物块会停在距离C点5m的地方；
由功能关系可得物块与水平面摩擦产生的热量为：。
 【解析】本题主要考查功能关系、动能定理的理解与应用，明确过程中的功能关系是解题的关键，难度不大。
对AC过程应用动能定理解得物体达到C位置时的动能，再由系统机械能守恒得解；
由功能关系解得物块停止的位置；
由摩擦力做功得解。