高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律课时练习

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册4 机械能守恒定律课时练习，共22页。试卷主要包含了单选题，解答题等内容，欢迎下载使用。
8.4机械能守恒定律提高优化（含答案）一、单选题1．质量为2kg的物体以10m/s的初速度，从起点A出发竖直向上抛出，在它上升到某一点的过程中，物体的动能损失了50 J，机械能损失了5J，设物体在上升、下降过程空气阻力大小恒定，重力加速度g=10m/s2，则该物体再落回到A点时的动能为（　　）A．40 J B．60 J C．80 J D．100 J2．如图所示，两个质量相同的小球A、B固定在一轻杆的两端，绕一固定转轴O从水平位置由静止释放，当杆到达竖直位置时，设杆对A做功为W1，杆对B做功为W2，则（　　）A．W1＝0，W2＝0 B．W1>0，W2>0C．W1>0，W2<0 D．W1<0，W2>03．如图所示，小物块套在固定竖直杆上，用轻绳连接后跨过小定滑轮与小球相连，开始时物块与定滑轮等高。已知小球质量是物块质量的2倍，杆与滑轮间的距离为d，重力加速度为g，绳及杆足够长，不计一切摩擦。现将物块由静止释放，在物块向下运动的过程中，下列说法错误的是（　　）A．刚释放时物块的加速度为gB．物块重力的功率先增大后减小C．物块下降的最大距离为D．物块速度最大时，绳子的拉力一定等于物块的重力4．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势能面，该物体的和随它离开地面的高度的变化如图所示。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，物体的动能为 D．从地面至时，物体的动能减少了5．一质量为m的物体从倾角为α的固定光滑斜面顶端由静止开始下滑，斜面高为h，当物体滑至斜面底端时，重力做功的瞬时功率为（　　）A．mg B．mgsin αC．mgsin α D．mg6．如图所示，物体A、B的质量相等，物体A由轻绳系在天花板上的O点，物体A、B间连接轻弹簧，物体B刚好与地面接触但两者间无弹力作用。现剪断轻绳OA，物体A下落，弹簧被压缩至最短。关于这一过程，下列说法正确的是（　　）A．剪断绳子的瞬间，物体A的加速度大小等于重力加速度gB．物体A的机械能守恒C．弹簧的机械能守恒D．物块机械能的减少量等于弹簧的弹性势能的增加量7．如图所所示，固定的光滑竖直杆上套有一质量为m的圆环，圆环与水平轻弹簧一端相连，弹簧另一端固定在墙壁上的A点，图中弹簧水平时恰好处于原长，圆环距地面高度为h。现让圆环从图示位置由静止沿杆滑下，滑到杆的底端B时速度恰好为零。重力加速度为g，则在圆环下滑至底端的过程中（　　）A．圆环的机械能守恒 B．弹簧的弹力对圆环做的功为mghC．圆环所受外力的合力对圆环做的功为mgh D．圆环到达B时，弹簧的弹性势能为mgh8．如图所示，一个小球（视为质点）从H=15m高处，由静止开始沿光滑弯曲轨道AB，进入半径R=5m的竖直圆环内侧，且与圆环的动摩擦因数处处相等，当到达圆环顶点C时，刚好对轨道压力为零；然后沿CB圆弧滑下，进入光滑弧形轨道BD，到达高度为h的D点时速度为零，则h的值可能为（　　）A．10m B．11m C．12m D．12.5m9．如图所示，小球从静止开始沿光滑曲面轨道AB滑下，从B端水平飞出，撞击到一个与地面成θ=37°的斜面上，撞击点为C。已知斜面上端与曲面末端B相连，A、B间的高度差为h，B、C间的高度差为H，不计空气阻力，则h与H的比值为（　　） A． B． C． D．10．北京时间2020年12月17日1时59分，探月工程嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。如图所示是嫦娥五号卫星绕月球运行的三条轨道，轨道1是近月圆轨道，轨道2和3是变轨后的椭圆轨道。轨道1上的A点也是轨道2、3的近月点，B点是轨道2的远月点，C点是轨道3的远月点。则下列说法中不正确的是（　　）A．卫星在轨道2的周期大于在轨道3的周期B．卫星在轨道2经过B点时的速率小于在轨道1经过A点时的速率C．卫星在轨道2经过A点时的加速度等于在轨道3经过A点时的加速度D．卫星在轨道2上B点所具有的机械能小于在轨道3上A点所具有的机械能11．北京时间2020年12月13日9时51分，嫦娥五号轨道器和返回器组合体实施第二次月地转移入射，在距月面约230公里处成功实施四台150牛发动机点火，约22分钟后，发动机正常关机。根据实时遥测数据监视判断，轨道器和返回器组合体成功进入月地转移轨道。我国已掌握“高速半弹道跳跃式再入返回技术”，为实现“嫦娥”飞船月地返回任务奠定基础。如图虚线为地球大气层边界，返回器与服务舱分离后，从a点无动力滑入大气层，然后经b点从c点“跳出”，再经d点从e点“跃入”实现多次减速，可避免损坏返回器。d点为轨迹最高点，离地面高h1，b为此过程中轨迹最低点，离地面高h2，已知地球质量为M，半径为R，引力常量为G，则返回器（　　） A．在a到d过程机械能在不断减少B．从a点到c点速度越来越小C．在e点时的线速度小于a点时的线速度D．在b点时的加速度大小为12．如图所示，轻质弹簧一端固定在处，另一端与质量为的物块相连，物块套在光滑竖直固定杆上。开始时物块处于处且弹簧处于原长。现将物块从处由静止释放，物块经过处时弹簧与杆垂直，经过处时弹簧再次处于原长，到达处时速度为零。已知之间的距离为，，。弹簧始终在弹性限度之内，重力加速度为。在物块下滑的整个过程中，下列说法正确的是（　　）A．物块在由处下滑至处的过程中机械能守恒 B．物块在处的速度为C．物块在处时弹簧的弹性势能最大 D．物块在处时弹簧的弹性势能为13．质量为的均匀条形铁链在半径的光滑半球体上方保持静止，已知，给一个微小的扰动使之向右沿球面下滑，当端点A滑至处时铁链变为竖直状态且其速度大小为，以所在平面为参考平面，取，则下列关于铁链的说法中正确的是（　　）A．铁链在初始位置时具有的重力势能为B．铁链在初始位置时其重心高小于C．铁链的端点滑至点时其重心下降约D．铁链的端点滑至处时其速度大小为14．如图所示，小球沿水平面通过O点进入半径为R的半圆弧轨道后恰能通过最高点P，然后落回水平面，不计一切阻力，下列说法正确的是（　　）A．小球运动到半圆弧最高点P时向心力恰好为零B．小球落地点时的速度大小为C．小球落地点离O点的水平距离为RD．若将半圆弧轨道上半部分的圆弧截去，其他条件不变，则小球能达到的最大高度比P点位置要高15．如图所示，半径为R、内壁光滑的硬质圆环固定在地面上，有一质量为m、可视为质点的光滑小铅球在圆环的底端，现给小铅球一个初速度，下列说法中正确的是（　　）A．铅球能上升的最大高度一定等于B．无论v多大，铅球上升的最大高度不超过C．要使铅球一直不脱离圆环，v的最小速度为D．若铅球能到达圆环最高点，则铅球在最高点的速度大小可以等于零16．如图所示，半径可变的四分之一光滑圆弧轨道置于竖直平面内，轨道的末端B处切线水平，现将一小物体从轨道顶端A处由静止释放。小物体刚到B点时的加速度为a，落地时的速率为v，对B点的压力为，小物体离开B点后的水平位移为x。若保持圆心的位置不变，改变圆弧轨道的半径R（不超过圆心离地的高度）。不计空气阻力，下列图像正确的是（　　）A． B．C． D．二、解答题17．如图所示，半径的光滑圆轨道与光滑斜直轨道平滑相接于点，水平、垂直水平地面，一质量为的小球在点静止释放，小球恰好通过点。已知，斜面倾角为，取，，，求：（1）之间的竖直高度；（2）小球从飞出后落在斜面上的点（图中没有画出），间的距离是多少？ 18．如图所示，一足够长的水平轨道与半径为的竖直光滑圆弧形轨道底端相切，质量为的木块在一大小为、方向与水平成角斜向上的拉力作用下，从轨道上的A点由静止开始运动，当木块到达点即将进入圆轨道时，撤去拉力。已知木块与水平轨道的动摩擦因数，间的水平距离为，，，，求： （1）木块到达点时的速度大小及木块从运动到的时间； （2）木块在点时对轨道的压力大小； （3）木块从离开点到再次回到点的时间。 19．如图所示，长度为L=3m的水平传送带以速度v=4m/s顺时针匀速转动，距离传送带末端B点右侧竖直高度差h=0.8m处有一半径均为R=0.5m光滑圆弧管道CD、DF，C、D等高，E为DF管道的最高点，FG是长度d=10m倾角θ=37°的粗糙直管道，在G处接一半径为R'=2m，圆心为O点的光滑圆弧轨道GHQ，H为最低点，Q为最高点，且∠GOH=θ=37°，各部分管道及轨道在连接处均平滑相切，已知物块与传送带间的动摩擦因数μ＝0.15，不计空气阻力，传送带皮带轮的大小可以忽略，重力加速度大小g=10m/s2。现有质量m=0.2kg的滑块（可视为质点）从传送带左端A点由静止释放，经过B点飞出后，恰能从C点沿切线方向进入圆弧管道，滑块略小于管道内径。求：（1）滑块离开B点时的速度大小vB以及滑块和传送带之间因摩擦产生的热量Q；（2）滑块第一次到达E点时对轨道的作用力；（3）要使滑块能经过G点且不脱离轨道，滑块与管道FG之间动摩擦因数µ'的取值范围。
参考答案1．C【详解】物体上升过程中，重力、空气阻力均做负功，根据动能定理有W合=ΔEk空气阻力做功对应着机械能的变化，则有Wf=ΔE代入数据可得W合=-50J，Wf=-5J可知合外力做功总是阻力做功的10倍，即W合=10Wf物体的初动能为Ek0==100J物体从A点到最高点的过程中，动能减小了100J，可知合力做的功W合上=-100J空气阻力做功为Wf上=-10J即机械能损失了10J，由于空气阻力大小恒定，所以下落过程机械能也损失了10J，则物体落回A点时的动能为Ek1=100J-2×10J=80J故选C。2．C【详解】A球向上运动的过程中，动能和重力势能都增大，即机械能增大，根据则杆必对A做正功，W1>0；对于B球，由于A、B组成的系统机械能不变，则B的机械能减小，根据故杆对B做负功，W2<0，所以ABD错误；C正确；故选C。3．D【详解】A．刚开始释放时，物块水平方向受力平衡，竖直方向只受重力，根据牛顿第二定律可知其加速度为，A不符合题意；B．刚释放时物块的速度为零，小球重力的功率为零。物块下降到最低点时小球的速度为零，小球重力的功率又为零，所以小球重力的功率先增大后减小，B不符合题意；C．物块下降的最大距离为，物块的质量为。根据系统机械能守恒定律，有解得C不符合题意；D．物块的合力为零时速度最大，则绳子拉力的竖直向上的分力等于物块的重力，所以绳子的拉力一定大于物块的重力，D符合题意。故选D。4．B【详解】A．由图知，h=4m时Ep=80J由Ep=mgh解得m=2kg故A错误；B．当h=0时Ep=0，E总=100J则物体的动能为Ek=E总-Ep=100J由解得v0=10m/s故B正确；C．h=3m时Ep=60J，E总=85J则物体的动能为Ek=E总-Ep=25J故C错误；D．从地面至h=4m，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错误。故选B。5．C【详解】由于斜面光滑，物体下滑过程中机械能守恒，有    mgh＝mv2物体滑至底端的速度为v＝瞬时功率公式P＝Fv·cos θ，由图可知F、v的夹角θ＝90°－α则物体滑至底端时重力做功的瞬时功率P＝mgsin αABD错误，故C选项正确。故选C。6．D【详解】A．剪断绳子的瞬间，物体A受重力和弹簧向下的拉力作用，加速度大小大于重力加速度g，故A错误；B．剪断绳子的瞬间，物体A受重力和弹簧向下的拉力作用，物体A的机械能不守恒，故B错误；C．弹簧受物体A压力和物体B的支持力作用，弹簧被压缩至最短，弹簧的机械能不守恒，故C错误；D．弹簧和两物体所组成的系统机械能守恒，物块机械能的减少量等于弹簧的弹性势能的增加量，故D正确。故选D。7．D【详解】A．圆环除了重力做功以外还有弹簧的弹力做功，圆环的机械能不守恒，故A错误；BD．对于圆环和弹簧组成的系统而言，只有重力和弹力做功，系统的机械能守恒，可知圆环的机械能减少了mgh，弹簧对圆环做负功，为-mgh，圆环到达B时弹簧弹性势能为mgh，故B错误，D正确；C．对于圆环，在整个过程中动能的变化量为零，根据动能定理可知圆环所受的合力做功为零，故C错误。故选D。8．A【详解】小球到达C点时恰好对轨道无压力，即重力提供向心力得设B到C过程中，摩擦力损耗的能量为E，则对A到C过程有得从C到B的过程中，摩擦力损耗的能量仍为则C到D过程有得故选A。9．D【详解】对AB段，根据机械能守恒得解得根据得又解得故选D。10．A【详解】A．根据开普勒第三定律轨道2的半长轴小于轨道3的半长轴，故卫星在轨道2的周期小于在轨道3的周期，故A错误；B．B点速度小于同高度处圆周运动的速度，根据“越高越慢”可以判断得出，故B正确；C．在A点根据牛顿第二定律有得故卫星在同一点的加速度相等，故C正确；D．由于“嫦娥五号”要由轨道2变轨到轨道3，必须在A点加速，机械能增加，所以“嫦娥五号”在3轨道所具有的机械能大于在2轨道所具有的机械能，故D正确。本题选不正确的。故选A。11．C【详解】A．其中c到d过程只有万有引力做功，机械能守恒，故A错误；B．a点到b点过程，万有引力做正功，空气阻力做负功，合外力可能做正功，可能做负功，甚至可能不做功，所以a点到b点过程速度可能增加、可能减小、甚至可能不变，故B错误；C．a点到e点过程，万有引力做功为0，但空气阻力做负功，所以e点时的线速度小于a点时的线速度，故C正确；D．在b点如果只受到万有引力，即但实际上在b点除了万有引力还受到空气阻力，故D错误。故选C。12．D【详解】A．物块在由处下滑至上的过程中，物块受到弹簧的弹力做功，物块的机械能不守恒，但是物块和弹簧组成的系统机械能守恒，A错误；B．物块由处下滑至处的过程中，若只是重力势能转化为动能，则可知物块在处的速度为，但还有一部分转化为弹性势能，所以物块在处的速度小于，B错误；C．物块由处下滑至处的过程物块和弹簧组成的系统机械能守恒，动能减小、重力势能减小，所以弹性势能增加，故处弹簧的弹性势能大于处弹簧的弹性势能，C错误；D．物块由处下滑至处的过程中可得D正确。故选D。13．D【详解】AB．铁链的长度为有由机械能守恒定律得可得铁链在初始位置时具有的重力势能为故AB错误；C．铁链的端点A滑至C点时其重心下降约故C错误；D．铁链的端点B滑至C处时，有几何关系可知，中心下降一半，由机械能守恒定律得可得故D正确。故选D。14．D【详解】ABC．小不恰能通过最高点P，则重力提供向心力有从最高点P飞出后小球做平抛运动，有小球落地点时，由动能定理可得解得 ，所以ABC错误；D．若将半圆弧轨道上半部分的圆弧截去，其他条件不变，则小球能达到的最大高度比P点位置要高，因为这种情况下所用动能全部转化为重力势能，则D正确；故选D。15．B【详解】AB．小球由于惯性会继续运动，冲上圆弧槽，有两种可能：一是速度较小，滑到某处速度为0，由机械能守恒定律有解得最大高度为另一可能速度较大，小球通过到达圆弧最高点做完整的圆周运动，或没有到达最高点就离开弧面而做斜抛运动，则在最高点还有水平速度，由机械能守恒定律可知小球所能达到的最大高度要小于，故A错误，B正确；CD．要使铅球一直不脱离圆桶，当小球不超过圆心等高处的A点时，有解得小球的速度比这个小都不会离开圆筒，当做完整的圆周运动时，则在最高点速度最小时，重力完全充当向心力，故有此时小球最高点的最小速度为由机械能守恒可得解得故CD错误。故选B。16．B【详解】A．物体从光滑圆轨道顶端A处由静止开始运动，运动中只受重力、支持力作用，只有重力做功，机械能守恒，则有小物体刚到B点时的加速度为a    ，此加速度是向心加速度，即加速度a为恒定值，与R无关，A错误；B．小物体离开B点后做平抛运动，设圆心距地面高度是H，由平抛运动的规律，可得：在竖直方向在水平方向解得速度v为恒定值，与R无关，B正确；C．对小物体在B点时，由牛顿第二定律可得由牛顿第三定律可知，小物体对B点的压力大小是FN =FN′=3mgFN是恒定值，与R无关，C错误；D．小物体离开B点后做平抛运动，设圆心距地面高度是H，由平抛运动的规律，可得：在竖直方向在水平方向解得x2−R应是抛物线，D错误。故选B。17．（1）；（2）【详解】(1)如图，小球恰好通过A点，由得小球从到A机械能守恒有解得(2)将小球的运动沿平行斜面和垂直斜面两个方向分解在垂直斜面方向，如图所示 小球在垂直斜面方向以做匀加速直线运动有解得在平行斜面方向，小球以做匀减速直线运动，有所以18．（1），；（2）16N；（3）【详解】（1）在段，木块受力分析如图所示。由牛顿第二定律可得代入数值解得由得由得（2）从B到C的过程中，以水平面为零势面，因只有重力做功，由机械能守恒代入数值解得在C点，设轨道对C点的支持力N，由牛顿第二定律得解得由牛顿第三定律知，木块对轨道的压力大小为16N。（3）木块离开C点时做竖直上抛运动，由运动学公式可得代入数值得19．（1）3m/s，1.5J；（2）6.4N；（3）【详解】（1）滑块在传送带上的加速度为当滑块滑到B点时，有解得此时还未达到与传送带共速，所以速度大小为3m/s。滑块和传送带之间因摩擦产生的热量其中解得故速度大小为3m/s，摩擦产生的热量为1.5J。（2）由平抛运动规律得滑块到达C点时竖直分速度所以滑块到达C点时速度大小则速度方向与水平方向夹角为则滑块处于D点时，速度方向与水平方向夹角也为53°，并且动能定理可知滑块在D点时的速度与其在C点时的速度相同，则根据动能定理有在E点，对滑块，由牛顿第二定律得解得根据牛顿第三定律得滑块第一次到达E点时对轨道的作用力为故滑块第一次到达E点时对轨道的作用力为6.4N，方向竖直向上。（3）设滑块与管道FG之间的动摩擦因数为，要使滑块能经过G点解得要使滑块不脱离轨道解得所以，要使滑块能经过G点且不脱离轨道，滑块与管道FG之间动摩擦因数的取值范围为。