2024届高考物理一轮复习——5.7机械能守恒定律综合练讲义

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一、单选题
1．如图所示，质量分别为、的小球，通过完全相同的甲、乙两弹簧竖直悬挂在天花板上。已知重力加速度大小为，弹簧质量可忽略不计且始终在弹性限度内，不计一切阻力。用水平挡板竖直向上缓慢托起小球，直至将甲弹簧压缩到弹力大小为，之后在某时刻突然撤去挡板，下列说法正确的是（ ）

A．与初始位置比，撤去挡板前甲弹簧的弹性势能增加
B．与初始位置比，撤去挡板前乙弹簧的弹性势能增加
C．在撤去挡板的瞬间，甲、乙两弹簧的弹力之比为
D．在撤去挡板的瞬间，甲、乙两弹簧的形变量之比一定为
2．如图所示，坡道滑雪中运动员从斜面自由滑到水平面直至停止，运动员与斜面、水平面间的动摩擦因数相同，空气阻力不计，其运动过程中重力的瞬时功率P和动能随时间t、重力势能和机械能E随水平位移x变化的图像中，可能正确的是（ ）
A．B．
C．D．
3．某款质量的汽车沿平直公路从静止开始做直线运动，其图像如图所示。汽车在时间内做匀加速直线运动，内汽车保持额定功率不变，内汽车做匀速直线运动，最大速度，汽车从末开始关闭动力减速滑行，时刻停止运动。已知，，汽车的额定功率为，整个过程中汽车受到的阻力大小不变。下列说法正确的是（ ）

A．时刻的瞬时速度
B．汽车在内通过的距离
C．为
D．阻力大小为
4．如图所示，倾角为30°的光滑斜面固定在水平地面上，质量均为m的物体A、B通过轻绳轻质滑轮连接，轻绳倾斜部分与斜面平行，重力加速度为g，从静止释放A到B落地前（ ）
A．A的动能增加量是B的4倍B．B的重力势能变化量是A的2倍
C．B的加速度为gD．轻绳中的拉力为mg
5．小球在空中自由下落，无风条件下，小球受到的空气阻力大小与其下落速度大小的平方成正比。一小球从某一高处由静止竖直下落至地面的过程中，位移大小为x，速度大小为v，加速度大小为a，重力势能为，动能为，下落时间为t。取地面为零势能面，则下列关系图像，可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
6．如图，一侧有竖直挡板的足够长的实验台固定在地面上，台面水平且光滑。质量均为的甲、乙两小球用一根劲度系数为的轻质弹簧拴接在一起，小球乙与竖直挡板接触（不固定），用力推压小球甲使弹簧压缩，弹簧压缩量为时锁定小球甲。现解除对小球甲的锁定，同时给小球甲施加一个水平向左的外力F，使小球甲由静止开始向左以的加速度做匀加速直线运动，当小球乙刚要离开竖直挡板时撤掉外力F。有关甲、乙两小球的运动情况的判断，下列说法正确的是（ ）

A．外力F的最大值为
B．弹簧锁定时弹性势能为
C．小球乙刚离开挡板瞬间小球甲的速度大小为
D．外力F对小球甲做的功为
7．已知汽车在平直路面上由静止启动，阻力恒定，最终达到最大速度后以额定功率匀速行驶，ab、cd平行于v轴，bc反向延长线过原点O，汽车质量为M，已知M、、、，下列说法不正确的是（ ）

A．汽车额定功率为B．汽车从b到c过程作变加速运动
C．汽车匀加速运动持续的时间为D．汽车从a到b过程克服阻力做功
8．如图所示，一顶角为直角的“ ”形光滑细杆竖直放置。质量均为的两金属环套在细杆上，高度相同，用一劲度系数为的轻质弹簧相连，此时弹簧为原长。两金属环同时由静止释放，运动过程中弹簧的伸长在弹性限度内，且弹簧始终保持水平，已知弹簧的长度为时，弹性势能为，重力加速度为，下列说法正确的是（ ）

A．金属环在最高点与最低点加速度大小相等
B．左边金属环下滑过程机械能守恒
C．弹簧的最大拉力为
D．金属环的最大速度为
二、多选题
9．如图所示，现将一长为L、质量为m且分布均匀的金属链条通过装有传送带的斜面输送到高处。斜面与传送带靠在一起连成一直线，与水平方向夹角为，斜面光滑，链条与传送带之间的动摩擦因数为常数。传送带以较大的恒定速率顺时针转动。已知链条处在斜面或者传送带上任意位置时，支持力都均匀作用在接触面上。将链条放在传送带和斜面上，当位于传送带部分的长度时，链条恰能保持静止。现将链条从位于传送带部分的长度的位置由静止释放，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是（ ）

A．释放瞬间链条的加速度为
B．链条与传送带之间的动摩擦因数
C．链条始终在滑动摩擦力的作用下，从的位置静止释放，到完全进入传送带的瞬间，速度大小
D．若链条的机械能增加量为，传送带消耗的电能为，不计电路中产生的电热，等于
10．如图所示，竖直平面内固定一半径为R = 0.5m的表面粗糙的四分之一圆弧轨道，其圆心O与A点等高。一质量m = 1kg的小物块（可视为质点）在不另外施力的情况下，能以速度沿轨道自A点匀速率运动到B点，P为弧AB的中点，重力加速度g = 10m/s2。下列说法正确的是（ ）

A．在P点时，重力的瞬时功率为
B．小物块从A运动到B的过程中合力对小物块做的功为零
C．小物块在AP段和PB段产生的内能相等
D．在B点时，小物块对圆弧轨道的压力大小为11N
11．如题图甲，辘轳是古代民间提水设施，由辘轳头、支架、井绳、水斗等部分构成。如题图乙为提水设施工作原理简化图，某次需从井中汲取m=2kg的水，辘轳绕绳轮轴半径为r=0.1m，水斗的质量为0.5kg，井足够深且井绳的质量忽略不计。t=0时刻，轮轴由静止开始绕中心轴转动，其角速度随时间变化规律如题图丙所示，g取，则（ ）
A．水斗速度随时间变化规律为v=0.4t
B．井绳拉力瞬时功率随时间变化规律为P=10t
C．0~10s内水斗上升的高度为4m
D．0~10s内井绳拉力所做的功为520J
12．如图所示，质量均为m的物块A、B用轻弹簧连接并竖直放置，轻绳绕过分别固定在同一水平面上O、E两点的定滑轮一端与物块A相连，另一端与质量为的小球C相连，小球C套在水平固定、粗细均匀的光滑直杆上。开始时，小球C锁定在直杆的P点，连接小球的轻绳与水平方向的夹角为θ=53°，物块B对地面的压力恰好为零。某时刻解除对小球C的锁定，同时对小球C施加一个水平向右、大小为F的恒力，小球C运动到直杆Q点时的速度达到最大，OQ与水平方向的夹角也为θ，D点为P、Q两点的中点，P、Q两点间的距离为L，E点在物块A的正上方，小球C运动过程中轻绳始终处于拉直状态，弹簧始终在弹性限度内。忽略两定滑轮的大小，已知重力加速度大小为g，sin53°=0.8，cs53°=0.6，下列说法正确的是（ ）

A．小球C从P点运动到D点的过程中，合外力对物块A做的功不为零
B．小球C从P点运动到D点的过程中，弹簧的弹力和轻绳的拉力对物块A冲量的和为零
C．小球C运动到Q点时物块A的速度大小为
D．小球C运动到Q点时物块A的加速度大小为
三、实验题
13．实验小组利用光电门和数字传感设备设计了一个测量当地重力加速度的集成框架，如图甲所示，框架上装有两个光电门，都可上下移动；框架的竖直部分贴有刻度尺，零刻度线在上端，可以直接读出两个光电门到零刻度线的距离x1和x2；框架水平部分安装了电磁铁，将质量为m的小铁球吸住。一旦断电，小铁球就由静止释放，先后经过两个光电门时，与光电门连接的数字传感器即可测算出速度大小v1和v2。多次改变两个光电门的位置，得到多组x1和x2、v1和v2的数据建立如图乙所示的坐标系并描点连线，得出图线的斜率为k。
（1）需要提前向数字传感器输入小球的直径d，当小铁球经过光电门时，光电门记录下小球经过光电门的时间t，测算出的速度v= 。
（2）当地的重力加速度为 （用k表示）。
（3）若选择刻度尺的0刻度所在高度为零势能面，则小铁球经过光电门1时的机械能表达式为 （用题中的x1、x2、m、v1、v2、k表示）
14．在研究平抛运动规律时，让小钢球多次从斜槽上的挡板处由静止释放，从轨道末端抛出，落在水平地面上。某学习小组为了测量小球在轨道上损失的机械能，他们准备了一块木板，设计了如图所示的实验方案。已知木板的下端放在水平地面上且可以在地面上平移，木板与水平地面的夹角为45°。
（1）请完善下列实验步骤：
①调整轨道末端沿 方向；
②轨道末端重垂线的延长线与水平地面的交点记为O点；
③让小球多次从轨道上滚下，平移木板使小球与木板刚好不相碰，此时木板与地面接触点记为C点；
（2）用刻度尺测量小球在轨道上初位置A时到地面的高度H、小球在轨道末端B时到地面的高度h、C点到O点距离s，用天平测出小球质量m，已知当地重力加速度为g。若小球可视为质点，则小球离开B点时的速度为 ，小球在轨道上损失的机械能为 ；（用题中所给的物理量表示）
（3）实际操作中，木板与水平地面的夹角大于，实验者未察觉，那么根据（2）中的实验结论得到的机械能损失量 真实值（选填“大于”“小于”或“等于”）。
四、解答题
15．如图所示，光滑斜面AB与粗糙斜面CD为两个对称斜面，斜面的倾角均为θ，其上部都足够长，下部分别与一个光滑的圆弧面BEC的两端相切，一个物体在离切点B的高度为H处，以初速度v0沿斜面向下运动，物体与CD斜面的动摩擦因数为μ。
（1）物体首次到达C点的速度大小；
（2）物体沿斜面CD上升的最大高度h；
（3）请描述物体从静止开始下滑的整个运动情况，并简要说明理由．

16．北京欢乐谷游乐场的“天地双雄”是亚洲唯一的双塔太空梭，乘客能通过它体验强烈的失重、超重感觉。该设施先把乘有十多人的座舱送到40 m高的地方，然后让座舱自由落下，当座舱落到离地面某一高度时启动制动系统，座舱做匀减速运动且到地面时刚好停止。为估算该系统的一些数据，某同学在座舱内用弹簧测力计竖直悬挂一个质量为的钩码，发现在座舱制动过程中，弹簧测力计的示数为1.00 N。取g=10m/s2，空气阻力不计。
（1）求制动系统开始启动时座舱的加速度大小；
（2）求制动系统开始启动时座舱离地的高度；
（3）若环形座舱与该同学及游客的总质量，求制动过程中制动系统的平均输出功率。
17．某品牌电动自行车的主要技术参数如表所示。已知小明同学的质量为，当他骑该车行驶时，他和车所受的空气阻力大小与瞬时速率成正比，比例系数为。设行驶过程中车子所受路面的阻力大小恒定。
（1）若车子的驱动力为、速率为时，车子匀速行驶；若车子的驱动力为、速率为时，小明和车子的加速度为。求行驶过程中车子所受路面的阻力大小和比例系数；
（2）若车传动与变速系统因内部机件摩擦而损耗的功率与车的瞬时速率成正比，比例系数。当车子以额定输出功率在非机动车道上匀速行驶时，判断该车是否符合在非机动车道上行驶的最高限速这一道路法规要求，通过计算说明理由。整车质量（含电池）
最大载重
电动机额定输出功率