新高考物理一轮复习选择题考点专项练31　含弹簧系统的机械能守恒问题（含答案解析）

这是一份新高考物理一轮复习选择题考点专项练31　含弹簧系统的机械能守恒问题（含答案解析），共5页。试卷主要包含了45 J等内容，欢迎下载使用。

A.小球的机械能守恒
B.小球的动能先增大后减小
C.小球的重力势能和弹簧的弹性势能之和先减小后增大
D.小球的动能和弹簧的弹性势能之和先增大后减小
2.(机械能守恒定律的应用)一轻弹簧上端固定，下端悬挂一个质量为m的小球A，若将小球A从弹簧原长位置由静止释放，小球A能够下降的最大高度为h。若将小球A换为质量为4m的小球B，仍从弹簧原长位置由静止释放，则小球B下降h时的速度为(重力加速度为g，不计空气阻力)( )
A.eq \r(2gh) B.eq \r(\f(3gh,2))
C.eq \r(6gh) D.eq \r(\f(4gh,3))
3.(机械能守恒的应用)如图所示为某运动员做蹦床运动的简化示意图，A为运动员某次下落过程的最高点，B为运动员下落过程中刚接触蹦床时的位置，C为运动员下落过程的最低点。若A、B之间的竖直距离为h，B、C之间的竖直距离为Δx，运动员的质量为m，重力加速度为g，不计空气阻力，下列说法正确的是( )
A.下落过程中运动员与蹦床组成的系统势能一直在减小
B.从最高点A运动到最低点C，运动员的机械能守恒
C.从B点至C点过程中，运动员在B点时的加速度最大
D.蹦床的最大弹性势能是mg(Δx＋h)
4.(机械能守恒的应用)(多选)蹦极是跳跃者把一端固定的弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处自由落下的一项极限运动(可近似看作在竖直方向运动)。某体验者质量为50 kg，在一次下落过程中所受弹性绳的拉力F与下落位移x的图像如图所示，不计空气阻力，g＝10 m/s2。下列说法正确的是( )
A.体验者下落过程的最大动能为1×104 J
B.体验者下落0～20 m过程中机械能守恒
C.体验者下落20～40 m过程中处于失重状态
D.该过程中，弹性绳的最大弹性势能为2×104 J
5.(圆周运动的机械能守恒)(多选)如图所示，一轻质橡皮条的一端系在竖直放置的半径为0.5 m的圆环顶点P，另一端系一质量为0.1 kg的小球，小球穿在圆环上可做无摩擦的运动。设开始时小球置于A点，橡皮条处于刚好无形变状态，A点与圆心O位于同一水平线上，当小球运动到最低点B时速率为1 m/s，此时小球对圆环恰好没有压力(取g＝10 m/s2)。下列说法正确的是( )
A.从A到B的过程中，小球的机械能守恒
B.从A到B的过程中，橡皮条的弹性势能增加了0.45 J
C.小球过B点时，橡皮条上的弹力为0.2 N
D.小球过B点时，橡皮条上的弹力为1.2 N
6.(与弹簧相关的机械能守恒问题)(多选)如图所示，一小球(可视为质点)套在固定的竖直光滑椭圆形轨道上，椭圆的左焦点为P，长轴AC＝2L0，短轴BD＝eq \r(3)L0。原长为L0的轻弹簧一端套在过P点的光滑轴上，另一端与小球连接。若小球做椭圆运动，在A点时的速度大小为v0，弹簧始终处于弹性限度内，则下列说法正确的是( )
A.小球在A点时弹簧的弹性势能大于在C点时的弹性势能
B.小球在A、C两点时的动能相等
C.小球在D点时的速度最大
D.小球在D点时受到轨道的弹力沿DO方向
7.(弹簧滑块模型)(多选)如图所示，在水平地面上固定一倾角为θ＝30°的光滑斜面，将一劲度系数k＝100 N/m的轻质弹簧下端固定在斜面底端，整根弹簧足够长且处于原长。质量为m＝2.0 kg的滑块从距离弹簧上端0.4 m处的O点处由静止释放。假设滑块与弹簧在接触过程中系统没有机械能损失，弹簧始终处在弹性限度内，重力加速度g取10 m/s2。若已知弹簧的弹性势能的表达式为Ep＝eq \f(1,2)kx2，其中k为劲度系数，x为弹簧的形变量。则滑块从静止下滑到最低点的过程中( )
A.滑块的机械能守恒
B.滑块下滑到距离O点0.5 m处时速度达到最大值
C.滑块下滑过程中动能最大值为Ekm＝4.5 J
D.滑块下滑过程中加速度最大值am＝15 m/s2
解析答案31 含弹簧系统的机械能守恒问题
1．BC [小球下落过程中弹簧弹力对小球做负功，小球的机械能减少，A错误；小球下落和弹簧接触过程中，开始做加速度逐渐减小的加速运动，当弹簧弹力等于重力时速度最大，然后做加速度逐渐增大的减速运动，故其动能先增大后减小，B正确；小球下落过程中动能、重力势能以及弹簧弹性势能三者之和保持不变，由于动能先增大后减小，因此弹性势能和重力势能之和先减小后增大，故C正确；由于重力势能一直减小，因此小球的动能和弹簧的弹性势能之和一直增大，故D错误。]
2．B [由机械能守恒定律mgh＝Ep，4mgh＝eq \f(1,2)·4m·v2＋Ep，解得v＝eq \r(\f(3gh,2))，B正确，A、C、D错误。]
3．D [不计空气阻力，运动员与蹦床组成的系统在整个运动过程中只有重力与弹力做功，蹦床与运动员组成的系统机械能守恒，运动员的动能在整个过程中先变大后变小，则运动员与蹦床组成的系统势能先变小后变大，故A错误；A至B，运动员做自由落体运动，只有重力做功，运动员机械能守恒，从B运动到C，蹦床逐渐发生形变，蹦床弹力对运动员做负功，运动员和蹦床组成系统机械能守恒，运动员的机械能不守恒，故B错误；蹦床与运动员组成的系统机械能守恒，在B点时，加速度大小为a＝eq \f(mg,m)＝g，从B点至C点过程中，运动员加速度先减小至0，后增大，可知在C点时，运动员所有减少的重力势能转化为蹦床的弹性势能，此时蹦床的弹性势能最大，为Ep＝mg(Δx＋h)，则可得蹦床的弹力为FN＝eq \f(2mg（Δx＋h）,Δx)，根据牛顿第二定律可知FN－mg＝ma，可得a＝g＋2geq \f(h,Δx)，则可知此时加速度最大，即在C点时，运动员的加速度最大，故C错误，D正确。]
4．BD [体验者自由下落20 m时由动能定理得mgh＝Ek，Ek＝1×104 J，此时并不是动能最大位置，故最大动能大于1×104 J，故A错误；体验者下落0～20 m过程中，只有重力做功，故机械能守恒，故B正确；体验者下落20～40 m过程中，加速度先向下后向上，故先失重后超重，故C错误；该过程中，当体验者在最低点时，弹性绳的弹性势能最大，由能量守恒得Ep＝mgh＝2×104 J，故D正确。]
5．BD [从A到B过程由橡皮条的弹力对小球做功，小球机械能不守恒，A错误；从A到B过程中小球和橡皮条组成的系统机械能守恒得mgR＝eq \f(1,2)mv2＋ΔEp，解得弹性势能的增加为ΔEp＝0.45 J，B正确；在B点对小球由牛顿第二定律得F－mg＝eq \f(mv2,R)，代入数值解得F＝1.2 N，C错误，D正确。]
6．BCD [小球运动过程中弹性势能和动能、重力势能相互转化，因为弹簧原长为L0，半长轴的长为L0，故在A点弹簧处于压缩状态，压缩量等于PO的长度，在C点弹簧长度等于L0＋PO，伸长量等于PO的长度，所以在A、C两点弹簧的形变量相等，弹簧的弹性势能相等，A错误；由于A、C两点弹簧的形变量相等，弹簧的弹性势能相等，重力势能也相等，根据机械能守恒，A、C两点的动能相等，B正确；根据数学知识可知PD＝eq \r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(L0,2)))\s\up12(2)＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(\r(3)L0,2)))\s\up12(2))＝L0，PD的距离等于椭圆半长轴的长度L0，即等于弹簧原长L0，弹簧在原长时，弹性势能为零，而且D点的重力势能最小，所以小球在D点的动能最大、速度最大，C正确；小球套在轨道上，在D点时受到轨道的弹力沿DO方向，D正确。]
7．BCD [滑块下滑过程中，滑块与弹簧组成的系统机械能守恒，但是滑块的机械能不守恒，A错误；当滑块加速度为零时，速度最大，根据共点力平衡有mgsin 30°＝kΔx，解得Δx＝eq \f(mgsin 30°,k)＝0.1 m，因为滑块从距离弹簧上端0.4 m处的O点处由静止释放，所以速度最大的位置与O点距离为d＝0.4 m＋0.1 m＝0.5 m，B正确；从滑块释放到最大速度过程中，根据系统机械能守恒有mgdsin 30°＝eq \f(1,2)kx2＋Ekm，解得Ekm＝4.5 J，所以下滑过程中动能最大值为4.5 J，C正确；滑块运动未接触弹簧之前，加速度为a＝gsin 30°＝5 m/s2，滑动到最低点的过程，根据系统机械能守恒mgdmsin 30°＝eq \f(1,2)k(dm－0.4)2，解得dm＝0.8 m，根据牛顿第二定律，此时滑块加速度为am＝eq \f(k（dm－0.4）－mgsin 30°,m)＝15 m/s2，所以最大加速度为15 m/s2，D正确。]