2024-2025學年新教材高中物理第1章功和機械能第5節(jié)科學驗證機械能守恒定律課后習題含解析魯科版必修第二冊

PAGE5-第5節(jié)科學驗證:機械能守恒定律課后篇鞏固提升基礎(chǔ)鞏固1.下列運動過程中,機械能守恒的是()A.熱氣球緩緩升空B.樹葉從枝頭飄落C.擲出的鉛球在空中運動D.跳水運動員在水中下沉解析熱氣球緩緩升空過程中,空氣的浮力做功,機械能不守恒,選項A錯誤;樹葉從枝頭飄落,所受的空氣阻力不能忽視,空氣阻力做負功,其機械能不守恒,選項B錯誤;擲出的鉛球在空中運動時,所受空氣的阻力對其運動的影響可以忽視,只有重力做功,其機械能守恒,選項C正確;跳水運動員在水中下沉時,所受水的浮力做負功,其機械能不守恒,選項D錯誤。答案C2.如圖所示,小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上,在彈簧壓縮到最短的整個過程中,下列關(guān)于能量的敘述正確的是()A.重力勢能和動能之和總保持不變B.重力勢能和彈性勢能之和總保持不變C.動能和彈性勢能之和總保持不變D.重力勢能、彈性勢能和動能之和總保持不變解析球下落過程中受到的重力做正功,彈力做負功,重力勢能、彈性勢能及動能都要發(fā)生改變,隨意兩種能量之和都不會保持不變,但三種能量相互轉(zhuǎn)化,總和不變,選項D正確。答案D3.一物體從h高處自由下落,當其動能等于重力勢能時(以地面為零勢能面),物體的速度為()A.gh B.2C.2gh D.1解析設(shè)物體的質(zhì)量為m,其下落過程機械能守恒,有mgh=12mv2+Ep,Ep=12mv2,解得v=答案A4.以相同大小的初速度v0將物體從同一水平面分別豎直上拋、沿光滑斜面(足夠長)上滑,如圖所示,兩種狀況達到的最大高度分別為h1、h2,不計空氣阻力,則()A.h1=h2 B.h1>h2C.h1<h2 D.h2<v解析豎直上拋物體和沿斜面運動的物體,上升到最高點時,速度均為0,由機械能守恒定律得mgh=12mv02,所以h=v0答案A5.如圖所示,某吊車裝置的水平軌道上有一質(zhì)量為M的小車,且O點為鋼絲繩的懸點,質(zhì)量為m的重物用鋼絲繩連接,懸掛在小車的正下方,重心到O點的距離為l,從A點到B點,重物與小車一起向右做勻速運動,重物到達B點時,小車突然停止,重物向右搖擺到最高點C,上升的高度為h,整個運動過程中,鋼絲繩始終拉直,不計鋼絲繩質(zhì)量和空氣阻力,重力加速度為g。求:(1)從B到C過程中,重物克服重力所做的功W。(2)從A到B過程中,重物運動的速度大小v。解析(1)重物上升h,克服重力所做的功W=mgh。(2)從A到C重物機械能守恒,有mgh=12mv2,得v=2答案(1)mgh(2)26.在跳水競賽中,有一個單項是“3m跳板”。如圖所示,其競賽過程可簡化為:運動員走上跳板,跳板被壓彎到最低點C,跳板又將運動員豎直向上彈到最高點A,運動員由A點做自由落體運動,豎直落入水中。將運動員視為質(zhì)點,運動員質(zhì)量m=60kg。(g取10m/s2)求:(1)跳板被壓彎到最低點C時具有的彈性勢能。(2)運動員入水前的速度大小。(可以用根號表示結(jié)果)解析(1)運動員由C點運動到A點時,跳板的彈性勢能轉(zhuǎn)化為運動員增加的重力勢能,則Ep=mghAC=60×10×(1.5+0.5)J=1200J。(2)運動員由A點起先做自由落體運動,機械能守恒,則mghA=12mv解得v=2ghA=2×10×4答案(1)1200J(2)310m/s實力提升1.(多選)蹦床運動員與床墊接觸的過程可簡化為下述模型:運動員從高處落到處于自然狀態(tài)的床墊(A位置)上,隨床墊一同向下做變速運動到達最低點(B位置),如圖所示,有關(guān)運動員從A運動至B的過程,下列說法正確的是()A.運動員的機械能守恒 B.運動員的速度始終減小C.合力對運動員做負功 D.運動員先失重后超重解析由能量守恒定律可知,運動員減小的機械能轉(zhuǎn)化為床墊的彈性勢能,故選項A錯誤。當F彈=mg時,a=0,在此之前,F彈<mg,加速度方向向下(失重),物體做加速運動;在此之后,F彈>mg,加速度方向向上(超重),物體做減速運動,選項B錯誤而選項D正確。從A位置到B位置,由動能定理得,W合=-Ek0,選項C正確。答案CD2.內(nèi)壁光滑的環(huán)形凹槽半徑為R,固定在豎直平面內(nèi),一根長度為2R的輕桿,一端固定有質(zhì)量m的小球甲,另一端固定有質(zhì)量為2m的小球乙?，F(xiàn)將兩小球放入凹槽內(nèi),小球乙位于凹槽的最低點,如圖所示,由靜止釋放后()A.下滑過程中甲球削減的機械能總是等于乙球增加的機械能B.下滑過程中甲球削減的重力勢能總是等于乙球增加的重力勢能C.甲球可沿凹槽下滑到槽的最低點D.桿從右向左滑回時,乙球肯定不能回到凹槽的最低點解析環(huán)形槽光滑,甲、乙組成的系統(tǒng)在運動過程中只有重力做功,故系統(tǒng)機械能守恒,下滑過程中甲削減的機械能總是等于乙增加的機械能,甲、乙系統(tǒng)削減的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動能;甲削減的重力勢能等于乙增加的重力勢能與甲、乙增加的動能之和;由于乙的質(zhì)量較大,系統(tǒng)的重心偏向乙一端,由機械能守恒知,甲不行能滑到槽的最低點,桿從右向左滑回時乙肯定會回到槽的最低點。答案A3.(多選)如圖所示,物體從某一高度自由下落到豎直立于地面的輕質(zhì)彈簧上。在a點時物體起先與彈簧接觸,到b點時物體速度為零,則從a到b的過程中,物體()A.動能始終減小B.重力勢能始終減小C.所受合外力先增大后減小D.動能和重力勢能之和始終減小解析物體剛接觸彈簧一段時間內(nèi),物體受到豎直向下的重力和豎直向上的彈力,且彈力小于重力,所以物體的合外力向下,物體做加速運動,在向下運動的過程中彈簧的彈力越來越大,所以合力越來越小,即物體做加速度減小的加速運動,當彈力等于重力時,物體的速度最大,之后彈力大于重力,合力向上,物體做減速運動,因為物體速度仍向下,所以彈簧的彈力仍增大,所以合力在增大,故物體做加速度增大的減速運動,到b點時物體的速度減小為零,所以整個過程中物體的速度先增大再減小,即動能先增大后減小,A錯誤;從a點到b點物體始終在下落,重力做正功,所以物體的重力勢能在減小,B正確;物體所受合外力先減小后增大,C錯誤;整個過程中物體的機械能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能,所以D正確。答案BD4.如圖所示,mA=2mB,不計摩擦阻力,物體A自H高處由靜止起先下落,且B物體始終在水平臺面上。若以地面為零勢能面,求當物體A的動能與其重力勢能相等時,物體A距地面的高度。解析設(shè)物體A的動能與其重力勢能相等時,物體A距地面的