鲁科版 (2019)必修 第二册第5节 科学验证:机械能守恒定律练习

1.5科学验证：机械能守恒定律基础巩固2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）必修第二册

一、选择题（共14题）

1．在“验证机械能守恒定律”的实验中不需测量或计算的物理量是（　　）

A．下落高度 B．瞬时速度 C．重物质量 D．时间

2．在水平面上竖直放置一轻质弹簧，有一物体在它的正上方自由落下．压缩弹簧速度减为零时：

A．物体的重力势能最大 B．弹簧的弹性势能最大

C．物体的动能最大 D．弹簧的弹性势能最小

3．下列说法正确的是(    )

A．拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升时，物体的机械能守恒

B．物体做竖直上抛运动时，机械能守恒

C．物体从置于光滑水平面的光滑斜面上自由下滑时，机械能守恒

D．合外力对物体做功为零时，物体机械能一定守恒

4．光滑水平面上有A、B两木块，A、B之间用一轻弹簧拴接，A靠在墙壁上，用力F向左推B使两木块之间的弹簧压缩并处于静止状态，若突然撤去力F，则下列说法中正确的是（　　）

A．木块A离开墙壁前，A、B组成的系统机械能守恒

B．木块A离开墙壁后，A、B组成的系统机械能守恒

C．木块A离开墙壁前，A、B弹簧组成的系统机械能守恒

D．木块A离开墙壁后，A、B弹簧组成的系统机械能不守恒

5．质量相等的两个质点a、b，从同一位置开始沿竖直方向运动，v-t图像如图所示，取竖直向下为正方向。由图像可知（　　）

A．在时刻两个质点到达同一位置

B．在时间内，a质点处于失重状态

C．在时间内，a质点的机械能守恒

D．在时间内，合外力对两个质点做功不相等

6．把质量为m的小球放在竖立的弹簧上，并把小球往下按至A位置，如图甲所示，迅速松手后，弹簧把小球弹起，球升至最高位置C，如图丙所示；途中经过位置B时弹簧正好处于自由状态，如图乙所示。已知B、A的高度差为h1，C、B的高度差为h2，弹簧的质量和空气阻力均忽略不计，重力加速度为g。以下说法正确的是（　　）

A．图甲状态时弹簧的弹性势能为mgh1

B．图甲状态时弹簧的弹性势能为mgh1+mgh2

C．从A运动到B的过程中，小球的动能先减小后增大

D．从A运动经过B到达C的过程中，小球机械能守恒

7．如图，一半圆形碗的边缘上装有一定滑轮，滑轮两边通过一不可伸长的轻质细线挂着两个小物体，质量分别为m1、m2, m1＞m2。现让m1从靠近定滑轮处由静止开始沿碗内壁下滑。设碗固定不动，其内壁光滑、半径为R。则m1滑到碗最低点时的速度为（  ）

A．  B．  C． D．

8．如图，光滑圆轨道固定在竖直面内，一质量为m的小球沿轨道做完整的圆周运动．已知小球在最低点时对轨道的压力大小为N1，在最高点时对轨道的压力大小为N2．重力加速度大小为g，则N1–N2的值为

A．4mg B．5mg C．6mg D．7mg

9．根据生活经验可知，处于自然状态的水都是往低处流的，当水不再流动时，水面应该处于同一高度．将一桶水绕竖直固定中心轴以恒定的角速度转动，稳定时水面呈凹状，如图所示．这一现象可解释为，以桶为参考系，其中的水除受重力外，还受到一个与转轴垂直的“力”，其方向背离转轴，大小与到轴的垂直距离成正比．水面上的一个小水滴在该力作用下也具有一个对应的“势能”，在重力和该力的共同作用下，水面上相同质量的小水滴最终将具有相同的势能．根据以上信息，下列说法正确的是（ ）

A．该“力”对水面上小水滴做功与路径有关

B．小水滴沿水面向上移动时该“势能”增加

C．水面上的小水滴受到重力和该“力”的合力一定与水滴所在水面垂直

D．小水滴沿水面向上移动时重力势能的增加量大于该“势能”的减少量

10．关于下列对配图的说法中正确的是(　　)

A．图1中“蛟龙号”被吊车吊下水的过程中它的机械能守恒

B．图2中物块在恒力F作用下沿固定光滑斜面匀速上滑过程中，物块机械能守恒

C．图3中物块沿固定斜面匀速下滑过程中，物块机械能不守恒

D．图4中撑杆跳高运动员在上升过程中机械能守恒

11．已知一足够长的传送带与水平面的倾角为θ，以一定的速度匀速运动。某时刻在传送带适当的位置放上具有一定初速度的物块（如图a所示），以此时为t＝0时刻记录了小物块之后在传送带上运动的速度随时间的变化关系，如图b所示（图中取沿斜面向上的运动方向为正方向，其中两坐标大小。已知传送带的速度保持不变，g取10m/s2，则下列判断正确的是（　　）

A．0~t1内，传送带对物块做正功

B．物块与传送带间的动摩擦因数为μ，

C．0~t2内，传送带对物块做功为（）

D．系统产生的热量一定比物块动能的减少量大

12．如图，一细绳的上端固定在天花板上靠近墙壁的O点，下端拴一小球。L点是小球下垂时的平衡位置，Q点代表一固定在墙上的细长钉子，位于OL直线上。N点在Q点正上方，且QN=QL，M点与Q点等高，现将小球从竖直位置（保持绳绷直）拉开到与N等高的P点，释放后任其向L摆动。运动过程中空气阻力可忽略不计。小球到达L后，因细绳被长钉挡住，将开始沿以Q为中心的圆弧继续运动。在这以后（　　）

A．小球向右摆到M点，然后就摆回来

B．小球向右摆到M和N之间圆弧上某点处，然后斜抛运动

C．小球沿圆弧摆到N点，然后竖直下落

D．小球将绕Q点旋转，直到细绳完全缠绕在钉上为止

13．冬奥会上有一种女子单板滑雪U形池项目，如图所示为U形池模型，池内各处粗糙程度相同，其中a、c为U形池两侧边缘，且在同一水平面，b为U形池最低点。某运动员从a点上方h高的O点自由下落由左侧切线进入池中，从右侧切线飞出后上升至最高位置d点（相对c点高度为）。不计空气阻力，重力加速度为g，则运动员（　　）

A．第一次经过b点时处于失重状态

B．第一次经过c点时的速度大小为

C．第一次从a到b与从b到c的过程中机械能损失相同

D．从d向下返回一定能越过a点再上升一定高度

14．有一竖直放置的T型架，表面光滑，两质量均为m的滑块A、B分别套在水平杆与竖直杆上，A、B间用一不可伸长的轻细绳相连，A、B可看作质点，如图所示，开始时细绳水平伸直，A、B静止．现由静止释放B，下列关于两滑块以后运动中的说法正确的是

A．在滑块B从释放到最低点的过程中，B 物 体减少的重力势能等于A物体增加的动能

B．在滑块B从释放到最低点的过程中，绳中张力始终小于mg

C．设细绳与竖直方向的夹角为60°时，滑块B的速度为v，则连接A下降的高度为

D．当细绳与竖直方向的夹角为60°时，A、B两物体的速度比为

二、填空题（共4题）

15．能量的分类：

（1）不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，这类能源又叫作______能源．化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源叫作不可再生能源。

（2）可再生能源：水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。

16．如图，三块完全相同的磁铁A、B、C套在固定的光滑竖直杆上，相邻磁铁间同名磁极相对。平衡后A、B均悬浮在空中，C在桌面上，则相邻两块磁铁间的距离h1______h2（选填“>”、“<"或“=”）。若缓慢下压磁铁A，则磁铁之间因为相互作用力而具有的势能将______（选填“增大”、“减小”或“不变”）。

17．如图所示，一匀质杆长，从图示位置由静止沿光滑面滑动，是半径为r的圆弧，长为，则当直杆滑到时的速度大小是________．

18．“验证机械能守恒定律”的实验装置如图1所示，提供的器材如下：铁架台、电火花打点计时器、电磁打点计时器、电源、纸带、刻度尺、重锤、夹子。

(1)为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选用_____（选填“电磁”或“电火花”）打点计时器，它应接_____（选填“直”或“交”）流电源；

(2)通过研究重物自由下落过程增加的_____与减少的重力势能的关系，从而验证机械能守恒定律；

(3)正确操作得到的纸带如图2所示，O点对应重物运动的初始位置，从合适位置开始选取的三个连续点A、B、C到O点的距离如图，已知重物的质量为m，重力加速度为g，打点计时器打点周期为T。则从打下O点到B点的过程中，重物减少的重力势能为_____，在打点B时，纸带的速度为_____。

三、综合题（共4题）

19．如图甲所示，游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行，游客却不会掉下来．我们把这种情形抽象为图乙的模型：弧形轨道的下端与竖直圆轨道相接，将质量为m的小球从弧形轨道上A点由静止释放，小球进入半径为R的圆轨道下端后沿圆轨道运动．已知小球运动到竖直圆轨道最高点时对轨道的压力等于小球的重力．不考虑摩擦阻力和空气阻力．重力加速度为g．求：

（1）小球运动到竖直圆轨道最高点时的动能大小Ek；

（2）A点离地面的高度h．

20．如图所示，长为的水平传送带以恒定速度顺时针转动。传送带右端平滑地过渡到一半径竖直光滑半圆轨道ABC，AC沿竖直方向。现在传送带左端轻放一质量为的滑块（可视为质点），滑块与传送带间的动摩擦因数。取重力加速度。求：

（1）滑块经过A点时对半圆轨道的压力大小；

（2）滑块从C点飞出后落在传送带的位置到传送带左端的距离；

（3）假设滑块每次落在传送带后竖直分速度瞬间减为0且水平分速度不变，滑块第二次从C点抛出后再进入半圆轨道时是否会脱离轨道？若不会脱离轨道，求出达到的最高点距A点的高度；若会脱离轨道，说明理由。

21．如图所示，将一质量m=0.1kg的小球自水平平台顶端O点水平抛出，小球恰好与斜面无碰撞的落到平台右侧一倾角为=53°的光滑斜面顶端A并沿斜面下滑，斜面底端B与光滑水平轨道平滑连接，小球以不变的速率过B点后进入BC部分，再进入竖直圆轨道内侧运动。已知斜面顶端与平台的高度差h=3.2m，斜面顶端高H=15m，竖直圆轨道半径R=5m。g取10m/s2。试求：

(1)小球水平抛出的初速度及斜面顶端与平台边缘的水平距离x；

(2)小球离开平台后到达斜面底端的速度大小；

(3)若竖直圆轨道光滑，求小球运动到圆轨道最高点D时对轨道的压力；

(4)若竖直圆轨道粗糙，小球运动到轨道最高点与轨道恰无作用力，求小球从圆轨道最低点运动到最高点的过程中克服摩擦力所做的功。

22．如图所示，假设探测器到达月球，静止在月球表面时，内部进行了竖直方向的圆周运动实验；小球在细线的拉力与重力作用下，从悬点等高处的点由静止释放，沿圆弧轨迹运动到最低点时速度正好为，悬点与球心间距为﹔若探测器贴着月球表面做匀速圆周运动时，其周期为，万有引力常量为，求：

（1）月球表面的重力加速度；月球的密度；

（2）忽略月球的自转，求月球的半径与月球的第一宇宙速度。

参考答案

1．C

2．B

3．B

4．C

5．B

6．B

7．D

8．C

9．C

10．C

11．D

12．B

13．D

14．A

15．化石

16．>    增大   

17．

18．电火花    交    动能           

19．（1）mgR    （2）3R

20．（1）29N；（2）0.35m；（3）会脱离轨道

21．(1)6m/s ；4.8m(2)20m/s；(3)3N(4)7.5J

22．（1）；（2）；