高中物理鲁科版 (2019)必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律课堂检测

1.5 科学探究 机械能守恒  课时作业

1. 下列实例中的运动物体，机械能守恒的是(均不计空气阻力)(　　)

A.被起重机吊起的货物正在加速上升

B.物体水平抛出去

C.物体沿粗糙斜面匀速下滑

D.一个轻质弹簧上端固定，下端系一重物，重物沿竖直方向做上下振动

解析　起重机吊起货物做匀加速上升运动，起重机对物体做正功，机械能增加，故A错误；物体水平抛出去后只有重力做功，机械能守恒，故B正确；沿着粗糙斜面(斜面固定不动)匀速下滑的物体，摩擦力做负功，机械能减少，故不守恒，故C错误；轻质弹簧上端悬挂，重物系在弹簧的下端做上下振动过程中只有重力和系统内弹力做功，故系统机械能守恒，但物体机械能不守恒，故D错误。

2. (多选)如图所示，弹簧固定在地面上，一小球从它的正上方A处自由下落，到达B处开始与弹簧接触，到达C处速度为0，不计空气阻力，则在小球从B到C的过程中(　　)

A.弹簧的弹性势能不断增大

B.弹簧的弹性势能不断减小

C.小球和弹簧组成的系统机械能不断减小

D.小球和弹簧组成的系统机械能保持不变

解析　从B到C，小球克服弹力做功，弹簧的弹性势能不断增加，A正确，B错误；对小球、弹簧组成的系统，只有重力和系统内弹力做功，系统机械能守恒，C错误，D正确。

答案　AD

3. 如图所示，轻绳连接A、B两物体，A物体悬在空中距地面H高处，B物体放在水平面上。若A物体质量是B物体质量的2倍，不计一切摩擦。由静止释放A物体，以地面为零势能参考面。当A的动能与其重力势能相等时，A距地面的高度是(　　)

A.H   B.H 

C.H   D.H

解析　设A的动能与重力势能相等时A距地面高度为h，对A、B组成的系统，由机械能守恒得：

mAg(H－h)＝mAv2＋mBv2①

又由题意得：mAgh＝mAv2②

mA＝2mB③

由①②③式解得：h＝H，故B正确。

答案　B

4. (多选)如图所示，一轻弹簧固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度释放，让它自由摆下，不计空气阻力。在重物由A点摆向最低点B的过程中，下列说法正确的是(　　)

A.重物的机械能守恒

B.重物的机械能减少

C.重物的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变

D.重物与弹簧组成的系统机械能守恒

解析　重物由A点下摆到B点的过程中，弹簧被拉长，弹簧的弹力对重物做了负功，所以重物的机械能减少，故A错误，B正确；此过程中，由于只有重力和弹簧的弹力做功，所以重物与弹簧组成的系统机械能守恒，即重物减少的重力势能等于重物获得的动能与弹簧的弹性势能之和，故C错误，D正确。

答案　BD

5. 以相同大小的初速度v0将物体从同一水平面分别竖直上抛、斜上抛、沿光滑斜面(足够长)上滑，如图所示，三种情况达到的最大高度分别为h1、h2和h3，不计空气阻力(斜上抛物体在最高点的速度方向水平)，则(　　)

A.h1＝h2>h3    B.h1＝h2<h3

C.h1＝h3<h2    D.h1＝h3>h2

解析　竖直上抛物体和沿斜面运动的物体，上升到最高点时，速度均为0，由机械能守恒得mgh＝mv，所以h＝，斜上抛物体在最高点速度不为零，设为v1，则mgh2＝mv－mv，所以h2＜h1＝h3，故D正确。

答案　D

6. 如图所示，质量m＝70 kg的运动员以10 m/s的速度，从高h＝10 m的滑雪场A点沿斜坡自由滑下，以最低点B为零势能面，一切阻力可忽略不计。(取g＝10 m/s2)求运动员：

(1)在A点时的机械能；

(2)到达最低点B时的速度大小；

(3)能到达的最大高度。

解析　(1)运动员在A点时的机械能E＝Ek＋Ep＝mv2＋mgh＝×70×102 J＋70×10×10 J＝10 500 J。

(2)运动员从A运动到B过程，根据机械能守恒定律得

E＝mv，解得

vB＝ ＝  m/s＝10 m/s。

(3)运动员从A运动到斜坡上最高点过程，由机械能守恒得E＝mgh′，解得h′＝ m＝15 m。

答案　(1)10 500 J　(2)10 m/s　(3)15 m

7. 某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有20 Hz、30 Hz和40 Hz，打出纸带的一部分如图乙所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算。

(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图乙中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为____________，打出C点时重物下落的速度大小为__________，重物下落的加速度大小为________。

(2)已测得s1＝8.89 cm，s2＝9.50 cm，s3＝10.10 cm；当地重力加速度大小为9.80 m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为________Hz。

解析　(1)两点间时间间隔为T＝，vB＝＝，同理vC＝，重物下落的加速度的大小为a＝。

(2)据mg－0.01mg＝ma和a＝，代入数据可得f为40 Hz。

答案　(1)　　　(2)40