必修28.机械能守恒定律导学案及答案

这是一份必修28.机械能守恒定律导学案及答案，共24页。学案主要包含了选择题，计算题等内容，欢迎下载使用。
第五章 机械能守恒定律
第1节 电场力性质的描述
班级 姓名 成绩
(时间：45分钟 满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题7分，每题至少一个答案正确，选不全得4分，共70分)
1.某物体同时受到三个力作用而做匀减速直线运动，其中F1、F3与速度v的方向相反，F2与速度v的方向相同，则 ( )
A. F1对物体做正功
B. F2对物体做正功
C. F3对物体做负功
D. 合外力对物体做负功
2. 一个人乘电梯从1楼到20楼，在此过程中经历了先加速、后匀速、再减速的运动过程，则电梯支持力对人做功情况是 ( )
A. 加速时做正功，匀速时不做功，减速时做负功
B. 加速时做正功，匀速和减速时做负功
C. 加速和匀速时做正功，减速时做负功
D. 始终做正功
3. (2010·黄冈模拟)一滑块在水平地面上沿直线滑行,t=0时其速度为1 m/s.从此刻开始滑块运动方向上再施加一水平作用力F，力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图甲、乙所示.设在第1秒内、第2秒内、第3秒内力F对滑块做的功分别为W1、W2、W3,则以下关系式正确的是 ( )
A. W1=W2=W3 B. W10，即F>Ff，
故F做的正功多于克服摩擦力做的功，故机械能增加.A正确.
答案:A
4. 解析: 小球在向右运动的整个过程中，力F做正功，由功能原理知小球和弹簧组成的系统机械能逐渐增大，选项A错误，选项B正确;弹力一直增大，当弹力等于F时，小球的速度最大，动能最大，当弹力大于F时，小球开始减速运动，速度减小，动能减小，选项C错误，选项D正确.
答案:BD
5. 解析：准确把握功和对应能量变化之间的关系是解答此类问题的关键.由动能定理，货物动能的增加量等于货物合外力做的功mah,故A错误；由功能关系，货物机械能的增量等于除重力以外的力做的功而不等于合外力做的功,故B错误;由功能关系，重力势能的增量对应货物克服重力做的功,故C错误;由功能关系，货物机械能的增量为起重机拉力做的功m(g+a)h,故D正确.
答案:D
6. 解析:物体做自由落体运动时，满足v2=2gh,h=,则Ek==mgh,设物体下落点距地面高为h0,则物体下落过程中，重力势能为Ep=mg(h0-h),所以Ep=mgh0-或Ep=mgh0-或Ep=mgh0-Ek.由以上各式对照图象可知选项B正确.
答案:B
7. 解析:物体在和弹簧接触之前做自由落体运动，这一过程中只发生动能和重力势能的相互转化，物体的机械能是守恒的；一旦和弹簧接触，除有重力对物体做功外，还有弹簧的弹力对物体做功，即发生动能、重力势能和弹性势能三者之间的相互转化，这时就不能说“物体的机械能守恒”，只能说“物体和弹簧组成的系统的机械能守恒”，所以选项A错误、B正确.物体在把弹簧压缩到最短的过程中，弹簧对物体做负功，即克服弹簧弹力做的功等于弹簧弹性势能的增大，当压缩到最短时，弹性势能最大.它的机械能最小，选项D正确.由物体的受力分析可知，物体接触弹簧以后，弹簧的弹力随着压缩量的增加而增大，当重力和弹簧的弹力相等时，合力为零，再向下压缩，弹力就要大于重力，速度则开始减小，选项C正确.
答案:BCD
8. 解析:由h=和vy=gt得vy= m/s，落地时，tan 60°=可得v0==10 m/s，由机械能守恒可得Ep=,可得Ep=10 J,故A正确.
答案:A
9. 解析:由机械能守恒定律可知，A、B下落相同高度到达O点时速率不相等，A错误.由于平抛运动竖直方向的运动是自由落体运动，两物体从同一水平线上开始运动，将同时到达O点，B正确.两物体运动过程中机械能守恒，但A具有初动能，故它们从同一高度到达O点时机械能不相等，C错误.重力的功率P=mgvy，由于两物体质量相等，到达O点时的竖直分速度vy相等，故在O点时，重力的功率一定相等，D正确.
答案：BD
10. 解析:因A球质量大且处的位置高，图中三角形框架处于不稳定状态，释放后支架就会向左摆动.摆动过程中只有小球受的重力做功，故系统的机械能守恒，选项B正确，D正确.A球到达最低点时，若设支架边长是L，A球下落的高度是，有mg()的重力势能转化为支架和球的动能，因而此时A球速度不为零，还要继续左摆，B球仍要继续上升，因此B球能达到的最高位置比A球的最高位置要高，选项C正确.
答案:BCD
11. 解析: 对小球A、B组成的系统，系统与外界没有发生能的转化，没有其他形式的能量转化为机械能，机械能也没有转化为其他形式的能，物体间只有动能和重力势能及弹性势能的相互转化，因此A、B组成的系统机械能守恒.
设摆到最低点时B球速度为v，则A球速度为v2，由机械能守恒的条件有：
mg2l+mgl=+
得v=
对B球由动能定理得：
W+mg2l=-0,
解得W=-mg2l=mgl.
12. 解析:（1）因系统机械能守恒，所以有
mgh+mg(h+Lsin θ)= ，
解得v=.
(2)以A球为研究对象，由动能定理得
mg(h+Lsin θ)+W=，
则W=-mg(h+Lsin θ)= m(2gh+gLsin θ)-mg(h+Lsin θ)，解得W=-mgLsin θ.
(3)从B球与地面刚接触开始至A球也到达地面的这段时间内，杆对A球做了-12mgLsin θ的功.
第4节 功能关系 能量转化和守恒定律
1. 解析: 判定物体机械能的变化，关键要看除重力以外的其他力做功情况，由mgsin θ+Ff-F=ma，F-Ff=mgsin θ-ma＞0，即F＞Ff，故F做的正功多于克服摩擦力做功，所以物体的机械能一定增加.选项A正确.
答案:A
2. 解析: 重力做功不能改变系统的机械能，机械能减少时，一定是机械能转化为其他形式的能，如系统克服摩擦阻力做功，机械能转化成内能.由以上可知只有B正确.
答案:B
3. 解析:把物体向上提起的过程中有两个力对物体做功，人对物体做正功，重力对物体做负功.物体的动能增加了1 J，重力势能增加了20 J，即机械能增加了21 J.由功能关系知，人对物体做的功等于物体机械能的变化，所以人对物体做功21 J.由动能定理知，合力对物体所做的功等于物体动能的变化，所以合外力对物体做功1 J，故选项A、B、C、D均正确.
答案:ABCD
4. 解析:汽车制动受到摩擦阻力，动能转化为内能；流星在空中下坠受到空气阻力，动能和势能不断转化为内能；降落伞在空中匀速下降，受到空气阻力，势能转化为内能；条形磁铁在线圈中下落，在线圈中产生感应电流，该电流又阻碍磁铁下落（产生磁场），机械能转化为电能，最终又转化为内能.上述现象中所包含的相同的物理过程为A、D.
答案:AD
5. 解析:物体下落的加速度为g，说明物体下落过程中受到的阻力大小为Ff=mg,由动能定理,ΔEk=mgh-mgh=mgh;其中阻力做功为-15mgh,即机械能减少量；又重力做功总与重力势能变化相对应，故选项A、C、D正确.
答案:ACD
6. 解析：当小球处于最高点时，重力势能最大；当小球刚滚到水平面时重力势能全部转化为动能，此时动能最大；当小球压缩弹簧到最短时动能全部转化为弹性势能，弹性势能最大，由机械能守恒定律可知Ep=Ek=E′p，故答案为A.
答案:A
7. 解析:由能的转化和守恒定律可知，物块由A到B的过程中重力势能减少mgh1,全部用于克服摩擦力做功，即WAB=mgh1,同理，WBC=mgh2,又随着小滑块最大高度的降低，每次滑过的路程越来越短，必有WAB>WBC,所以mgh1>mgh2，得h1>h2,C正确.
答案：C
8. 解析：由于A、B两球的角速度相同，则vA∶vB=2l∶l=2∶1，故选项D正确，由分析可知，A球的机械能不守恒，则A球的最大速度肯定不是2gl,故选项A错误.再由机械能守恒定律知，两球的总重力势能最小时，两球的总动能最大，它们的速度也最大，A球的速度也最大，故选项B正确.设支架转过θ角时，系统的重力势能减少量最大，A球的速度也最大，
则有ΔEp=mg·2lsin θ-2mgl(1-cos θ),
即ΔEp=2mgl［2sin(θ+π4)-1］.
当θ=45°时，ΔEp最大，A球的速度最大，故选项C正确..
答案: BCD
9. 解析:因斜面体和B均不动，小球A下摆过程中只有重力做功，因此机械能守恒，C正确，D错误；开始A球在与O等高处时，绳的拉力为零，B受到沿斜面向上的摩擦力，小球A摆至最低点时，由FT-mg=mv2/lOA和mglOA=1/2mv2得FT=3mg,对B物体沿斜面列方程:4mgsin θ=Ff+FT，当FT由0增加到3mg的过程中，Ff先变小后反向增大，故A正确.以斜面体和B为一整体，因OA绳的拉力水平方向的分力始终水平向左，故地面对斜面的摩擦力的方向一直向右，故B正确.
答案:D
10. 解析:受力分析可知，下滑时加速度为a=gsin θ-μgcos θ，上滑时加速度为a′=gsin θ+μgcos θ，a′>a,C错误.设下滑的距离为l，根据能量守恒有μ(m+M)glcos θ+μMglcos θ=mglsin θ，得m=2M.也可以根据除了重力、弹力做功以外，还有其他力(非重力、弹力)做的功之和等于系统机械能的变化量，B正确.在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能和内能，所以D错误.
答案:BC
11. 解析:(1)依题意，在B点应用牛顿第二定律有7mg-mg=①
由机械能守恒定律有mgh=②
由①②两式解得h=3R.
(2)依题意，在C点应用牛顿第二定律可得
mg=，
则小车从B到C的过程中，根据动能定理有-2mgR-Wf= -，
从C到B的过程中应用动能定理有
2mgR-Wf=，
解得v′B=.
12. 解析:(1)mgsin θ=ma,h/sin θ=,
可得t=1.6 s.
(2)由能的转化和守恒得：
mgh=μmgl/2，l=12.8 m.
(3)在此过程中，物体与传送带间的相对位移:x相=l/2+v带·t,又l/2=，
而摩擦热Q=μmg·x相，
以上三式可联立得Q=160 J.
(4)物体随传送带向右匀加速，当速度为v带=6 m/s时向右的位移为x，
则μmgx=，x=3.6 m