高中物理人教新版集訓(xùn)練習(xí)必修第二冊第8章　機械能守恒定律及其應(yīng)用word版含解析

1.(多選)下列說法正確的是 ()A.如果物體受到的合力為零,則其機械能一定守恒B.如果物體受到的合力做的功為零,則其機械能一定守恒C.物體沿光滑曲面自由下滑的過程中,其機械能一定守恒D.物體做勻加速運動時,其機械能可能守恒2.(多選)如圖K15-1所示,半徑分別為r和R的兩個光滑半圓形槽的圓心在同一水平面內(nèi),質(zhì)量相等的兩物體分別自兩個半圓形槽左邊緣的最高點無初速度地釋放,在下滑過程中,兩物體 ()圖K15-1A.機械能均逐漸減小B.經(jīng)最低點時動能相等C.均能到達(dá)半圓形槽右邊緣最高點D.機械能總是相等的3.某同學(xué)利用如圖K15-2所示的實驗裝置研究擺球的運動情況.擺球從A點由靜止釋放,經(jīng)過最低點C到達(dá)與A等高的B點,D、E、F是OC連線上的點,OE=DE,DF=FC,OC連線上各點均可釘釘子.每次均將擺球從A點由靜止釋放,不計繩與釘子碰撞時機械能的損失.下列說法正確的是()圖K15-2A.若只在E點釘釘子,擺球最高可能擺到A、B連線以上的某點B.若只在D點釘釘子,擺球最高可能擺到A、B連線以下的某點C.若只在F點釘釘子,擺球最高可能擺到D點D.若只在F點以下某點釘釘子,擺球可能做完整的圓周運動4.如圖K15-3所示,一不可伸長的柔軟輕繩跨過光滑的定滑輪,繩兩端各系一小球a和b.a球質(zhì)量為m,靜止于地面;b球質(zhì)量為3m,用手托圖K15-3住,高度為h,此時輕繩剛好拉緊.從靜止開始釋放b,則當(dāng)b剛落地時,a的速度為(重力加速度為g) ()A.ghB.2C.3D.65.如圖K15-4所示,光滑斜面的頂端固定一彈簧,一質(zhì)量為m的小球向右滑行,并沖上固定在地面上的斜面.設(shè)物體在斜面最低點A的速度為v,壓縮彈簧至C點時彈簧最短,C點距地面的高度為h,不計小球與斜面、彈簧碰撞過程中的能量損失,則小球在C點時彈簧的彈性勢能為(重力加速度為g) ()圖K15-4A.mghB.mgh-12mvC.mgh+12mvD.12mv26.(多選)某課外活動小組為探究能量轉(zhuǎn)換關(guān)系,設(shè)計了如圖K15-5所示的實驗.質(zhì)量為m的物塊B靜放在水平面上,勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧固定在B上,彈簧上端裝有特制鎖扣,當(dāng)物體與其接觸即被鎖住.每次實驗都讓物塊A從彈簧正上方的恰當(dāng)位置由靜止釋放,且使物塊B剛好離開地面.整個過程無機械能損失.實驗表明,物塊A質(zhì)量M不同,釋放點距彈簧上端的高度H就不同.當(dāng)物塊A的質(zhì)量為m時,釋放點高度H=h.下列說法中正確的是(重力加速度為g) ()圖K15-5A.物塊A下落過程中速度最大時,物塊B對地面的壓力最大B.物塊A下落到最低點時,物塊B對地面的壓力最大C.當(dāng)A的質(zhì)量M=2m時,釋放點高度H=hD.當(dāng)A的質(zhì)量M=2m時,釋放點高度H=17.(多選)如圖K15-6甲所示,輕彈簧豎直放置,下端固定在水平地面上,一質(zhì)量為m的小球從離彈簧上端高h(yuǎn)處由靜止釋放.某同學(xué)研究小球落到彈簧上后繼續(xù)向下運動到最低點的過程,他以小球開始下落的位置為原點,沿豎直向下方向建立坐標(biāo)軸Ox,作出小球所受彈力F大小隨小球下落的位置坐標(biāo)x的變化關(guān)系如圖乙所示,不計空氣阻力,重力加速度為g.以下判斷正確的是 ()圖K15-6A.當(dāng)x=h+x0時,小球的重力勢能與彈簧的彈性勢能之和最小B.小球到達(dá)最低點的坐標(biāo)為x=h+2x0C.小球受到的彈力最大值大于2mgD.小球動能的最大值為mgh+12mgx8.(多選)如圖K15-7所示,物體A、B通過細(xì)繩及輕質(zhì)彈簧連接在輕滑輪兩側(cè),物體A、B的質(zhì)量分別為2m、m.開始時細(xì)繩伸直,用手托著物體A,使彈簧處于原長且A與地面的距離為h,物體B靜止在地面上.放手后物體A下落,與地面即將接觸時速度大小為v,此時物體B對地面恰好無壓力.不計一切摩擦及空氣阻力,重力加速度大小為g.下列說法中正確的是 ()圖K15-7A.物體A下落過程中,物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒B.彈簧的勁度系數(shù)為2C.物體A著地時的加速度大小為gD.物體A著地時彈簧的彈性勢能為mgh-12mv9.(多選)如圖K15-8所示,用鉸鏈將質(zhì)量均為m的三個小球A、B、C與長均為L的兩根輕桿相連,小球B、C置于水平地面上.在輕桿豎直時,將小球A由靜止釋放,小球B、C在桿的作用下向兩側(cè)滑動,三小球始終在同一豎直平面內(nèi)運動.忽略一切摩擦,重力加速度為g,則此過程中 ()圖K15-8A.小球A的機械能一直減小B.小球A落地的瞬時速度為2gLC.小球B對地面的壓力始終等于32D.小球B對地面的壓力可小于mg10.(多選)如圖K15-9所示,有質(zhì)量分別為2m、m的兩個小滑塊P、Q,P套在固定豎直桿上,Q放在水平地面上.P、Q間通過鉸鏈用長為L的剛性輕桿連接,一輕彈簧左端與Q相連,右端固定在豎直桿上,彈簧水平,α=30°時,彈簧處于原長.當(dāng)α=30°時,P由靜止釋放,當(dāng)P下降到最低點時,α變?yōu)?0°.整個運圖K15-9動過程中,P、Q始終在同一豎直面內(nèi),彈簧在彈性限度內(nèi),忽略一切摩擦,重力加速度為g.在P下降過程中 ()A.P、Q組成的系統(tǒng)機械能守恒B.當(dāng)α=45°時,P、Q的速度相同C.彈簧彈性勢能的最大值為(3-1)mgLD.P下降過程中動能達(dá)到最大前,Q受到地面的支持力小于3mg11.如圖K15-10所示,勁度系數(shù)為k=100N/m的輕彈簧下端固定于傾角為θ=53°的光滑斜面底端,上端連接物塊Q.輕繩跨過定滑輪O,一端與物塊Q連接,另一端與套在光滑豎直桿的物塊P連接,定滑輪到豎直桿的距離為d=0.3m.初始時在外力作用下,物塊P在A點靜止不動,連接Q的那段輕繩與斜面平行,繩子張力大小為50N.已知物塊P質(zhì)量為m1=0.8kg,物塊Q質(zhì)量為m2=5kg,不計滑輪大小及摩擦,g取10m/s2.現(xiàn)將物塊P由靜止釋放,求:(1)物塊P位于A點時彈簧的伸長量x1;(2)物塊P上升h=0.4m至與滑輪O等高的B點時的速度大小;(3)物塊P上升至B點過程中,輕繩拉力對其所做的功.圖K15-10

1.CD[解析]物體受到的合力為零,或者受到的合力做功為零時,物體的動能不變,但機械能不一定守恒,選項A、B錯誤;物體沿光滑曲面自由下滑的過程中,只有重力做功,所以機械能守恒,選項C正確;物體做勻加速運動時,其機械能可能守恒,如做自由落體運動的物體,選項D正確.2.CD[解析]兩物體質(zhì)量相等,開始時高度相同,兩物體的機械能相同,在下滑過程中,只有重力做功,機械能守恒,到最低點時下降高度不同,重力勢能不同,動能不同,A、B錯誤,D正確;根據(jù)機械能守恒定律可知,兩物體均能到達(dá)半圓形槽右邊緣最高點,C正確.3.D[解析]根據(jù)機械能守恒定律可知,在E點和D點釘釘子時,擺球最高可擺到與A、B等高的位置,選項A、B錯誤;當(dāng)在F點釘釘子時,擺球不可能擺到D點,因為擺球如果擺到D點,根據(jù)機械能守恒定律可知,其速度為0,可是擺球要想由C點擺到D點,在D點時必須有一定的速度,至少由重力提供向心力,選項C錯誤;若在F點以下釘釘子,則擺球擺到最高點時能夠具有一定的速度,有可能做完整的圓周運動,選項D正確.4.A[解析]a、b兩球組成的系統(tǒng)機械能守恒,設(shè)b剛落地時的速度大小為v,則整個過程中動能增加量ΔEk增=12(m+3m)v2=2mv2,重力勢能的減少量ΔEp減=3mgh-mgh=2mgh,由機械能守恒定律得ΔEk增=ΔEp減,即2mv2=25.D[解析]對小球和彈簧組成的系統(tǒng),由機械能守恒定律得12mv2=Ep+mgh,故小球在C點時彈簧的彈性勢能Ep=12mv2-mgh,選項D6.BD[解析]物塊A下落過程中到達(dá)最低點時,彈簧的壓縮量最大,此時物塊B對地面的壓力最大,選項A錯誤,B正確;當(dāng)物塊B剛好離開地面時,有kΔx=mg,對A、B兩物塊和彈簧組成的系統(tǒng),從物塊A開始下落到物塊B剛好離開地面過程,由機械能守恒定律得mgh=mgΔx+Ep彈,當(dāng)A的質(zhì)量M=2m時,有2mgH=2mgΔx+Ep彈,解得H=12h+mgk,故選項C7.ACD[解析]根據(jù)圖像可知,當(dāng)x=h+x0時,小球的重力等于彈簧的彈力,此時小球具有最大速度,亦即小球具有最大動能,由彈簧和小球組成的系統(tǒng)機械能守恒,可知此時小球的重力勢能與彈簧的彈性勢能之和最小,故A正確;根據(jù)運動的對稱性可知,小球到達(dá)的最低點坐標(biāo)大于h+2x0,小球受到的彈力最大值大于2mg,故B錯誤,C正確;小球達(dá)到最大速度的過程中,根據(jù)動能定理可知Ekmax=mg(h+x0)-12mg·x0=mgh+12mgx0,故D8.AC[解析]物體A下落過程中,物體B一直靜止不動,對于物體A和彈簧組成的系統(tǒng),只有重力和彈力做功,則物體A和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,故A正確;物體B對地面的壓力恰好為零,故彈簧的拉力為FT=mg,開始時彈簧處于原長,由胡克定律得FT=kh,解得彈簧的勁度系數(shù)為k=mgh,故B錯誤;物體A著地時,細(xì)繩對A的拉力也等于mg,對A,根據(jù)牛頓第二定律得2mg-mg=2ma,解得a=g2,故C正確;物體A與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,有2mgh=Ep彈+12×2mv2,所以Ep彈=2mgh-mv2,故9.BD[解析]當(dāng)小球A即將到達(dá)地面時,小球B和C的速度為0,對小球A、B、C三者組成的系統(tǒng),由機械能守恒定律得mgL=12mv2,則小球A落地的瞬時速度v=2gL,選項B正確;小球B和C的速度先增大后減小,則小球B和C的機械能先增大后減小,由機械能守恒定律可知,小球A的機械能先減小后增大,選項A錯誤;在小球B減速階段,桿對小球B的作用力沿桿指向右上方,小球B在豎直方向上受力平衡,則此階段小球B受到的支持力小于mg,由牛頓第三定律知,小球B對地面的壓力可小于mg,選項D10.CD[解析]P、Q、彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒,故A錯誤;由運動的合成和分解可知,當(dāng)α=45°時,有vPcosα=vQsinα,所以P、Q的速度大小相等,但是P的速度方向豎直向下,Q的速度方向水平向左,故P、Q的速度不同,故B錯誤;當(dāng)P下降到最低點時,彈簧伸長量最大,彈性勢能最大,根據(jù)機械能守恒定律得Ep彈=2mgL(cos30°-cos60°),即彈簧彈性勢能的最大值為Ep彈=(3-1)mgL,故C正確;P下降過程中動能達(dá)到最大前,P加速下降,對P、Q整體,在豎直方向上,根據(jù)牛頓第二定律有3mg-FN=2ma,則FN<3mg,故D正確.11.(1)0.1m(2)23m/s(3)8J[解析](1)物塊P位于A