【中學(xué)教材全解】2020-2021學(xué)年人教版高中物理必修2-第7章-第8節(jié)-機(jī)械能守恒定律課時(shí)練案

第8節(jié)機(jī)械能守恒定律題組1動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化、機(jī)械能守恒定律（時(shí)間：10分鐘分值：20分）1.［4分］（單選）下列運(yùn)動的物體，機(jī)械能守恒的是（）A.物體沿斜面勻速下滑B.物體從高處以0.9QUOTE的加速度豎直下落C.物體沿光滑曲面滑下D.拉著一個(gè)物體沿光滑的斜面勻速上升2.［4分］（單選）以下說法正確的是（）A.機(jī)械能守恒時(shí)，物體確定只受重力和彈力作用B.物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，機(jī)械能確定守恒C.物體所受合力不為0時(shí)，其機(jī)械能可能守恒D.物體機(jī)械能的變化等于合力對物體做的功圖7-8-13.［4分］（多選）如圖7-8-1所示，在兩個(gè)質(zhì)量分別為QUOTE和QUOTE的小球QUOTE和QUOTE之間，用一根輕質(zhì)細(xì)桿連接，兩小球可繞過輕桿中心的水平軸無摩擦轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)讓輕桿處于水平位置，靜止釋放小球后，重球QUOTE向下轉(zhuǎn)動，輕球QUOTE向上轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動90°的過程中，下列說法正確的是（）圖7-8-1A.QUOTE球的重力勢能削減，動能增加B.QUOTE球的重力勢能增加，動能削減C.QUOTE球和QUOTE球的機(jī)械能總和保持不變D.QUOTE球和QUOTE球的機(jī)械能總和不斷減小4.［4分］（單選）如圖7-8-2所示實(shí)例中均不考慮空氣阻力，系統(tǒng)機(jī)械能守恒的是（）圖圖7-8-2圖7-8-35.［4分］（單選）如圖7-8-3所示的裝置中，木塊QUOTE靜止在光滑的水平面上，子彈QUOTE沿水平方向射入木塊后留在木塊內(nèi)，將彈簧壓縮到最短?，F(xiàn)將子彈、木塊和彈簧合在一起作為爭辯對象（系統(tǒng)），則此系統(tǒng)在從子彈開頭射入到彈簧壓縮至最短的整個(gè)過程中（）圖7-8-3A.機(jī)械能守恒，子彈削減的動能等于彈簧增加的勢能B.機(jī)械能不守恒，子彈削減的動能等于系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能C.機(jī)械能不守恒，子彈削減的動能等于系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能與彈簧彈性勢能的增加量D.機(jī)械能守恒，子彈削減的動能等于彈簧增加的勢能與木塊的動能題組2機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用（時(shí)間：10分鐘分值：22分）圖7-8-46.［4分］（單選）如圖7-8-4所示，質(zhì)量為QUOTE的小球以速度QUOTE離開桌面，若以桌面為參考平面，則它經(jīng)過QUOTE點(diǎn)時(shí)所具有的機(jī)械能是（不計(jì)空氣阻力）（）圖7-8-4A.QUOTE B.QUOTEC.QUOTE D.QUOTE圖7-8-57.［4分］（多選）如圖7-8-5所示，固定的傾斜光滑桿上套有一個(gè)質(zhì)量為QUOTE的小球，小球與一輕質(zhì)彈簧一端相連，彈簧的另一端固定在地面上的QUOTE點(diǎn)。已知桿與水平面之間的夾角QUOTE＜45°，當(dāng)小球位于QUOTE點(diǎn)時(shí)，彈簧與桿垂直，此時(shí)彈簧處于原長?，F(xiàn)讓小球自QUOTE點(diǎn)由靜止釋放，在小球滑到桿底端的整個(gè)過程中，關(guān)于小球的動能、重力勢能和彈簧的彈性勢能，下列說法正確的是（）圖7-8-5A.小球的動能與重力勢能之和保持不變B.小球的動能與重力勢能之和先增大后減小C.小球的動能與彈簧的彈性勢能之和增大D.小球的重力勢能與彈簧的彈性勢能之和保持不變圖7-8-68.［4分］（多選）某物理愛好小組用空心透亮光滑塑料管制作了如圖7-8-6所示的豎直造型。兩個(gè)圓的半徑均為QUOTE。現(xiàn)讓一質(zhì)量為QUOTE、直徑略小于管徑的小球從入口QUOTE處無初速度放入，QUOTE是軌道上的三點(diǎn)，QUOTE為出口，其高度低于入口QUOTE。已知QUOTE是右側(cè)圓的一條豎直方向的直徑，QUOTE點(diǎn)（與圓心等高）是左側(cè)圓上的一點(diǎn)，QUOTE比QUOTE高QUOTE，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹镼UOTE，不計(jì)一切阻力，則（）圖7-8-6A.小球不能從QUOTE點(diǎn)射出B.小球確定能從QUOTE點(diǎn)射出C.小球到達(dá)QUOTE的速度與軌道的彎曲外形有關(guān)D.小球到達(dá)QUOTE的速度與QUOTE和QUOTE的高度差有關(guān)圖7-8-79.［10分］如圖7-8-7所示，質(zhì)量分別為3kg和5kg的物體QUOTE，用輕繩連接跨在一個(gè)定滑輪兩側(cè)，輕繩剛好拉直，且QUOTE物體底面與地面接觸，QUOTE物體距地面0.8m，求：放開QUOTE物體，當(dāng)QUOTE物體著地時(shí)QUOTE物體的速度；QUOTE物體著地后QUOTE物體還能上升多高？（QUOTE取10QUOTE）圖7-8-7題組3綜合拓展提升（時(shí)間：15分鐘分值：34分）圖7-8-810.［10分］如圖7-8-8所示，總長為QUOTE的光滑勻質(zhì)鐵鏈跨過一個(gè)光滑的輕小滑輪，開頭時(shí)下端QUOTE相平齊，當(dāng)略有擾動時(shí)其一端下落，則當(dāng)鐵鏈剛脫離滑輪的瞬間，鐵鏈的速度為多大？圖7-8-8圖7-8-911.［12分］（2011·北京高考）如圖7-8-9所示，長度為QUOTE的輕繩上端固定在QUOTE點(diǎn)，下端系一質(zhì)量為QUOTE的小球（小球的大小可以忽視）。圖7-8-9（1）在水平拉力QUOTE的作用下，輕繩與豎直方向的夾角為QUOTE，小球保持靜止。畫出此時(shí)小球的受力圖，并求力QUOTE的大小。（2）由圖示位置靜止釋放小球，求當(dāng)小球通過最低點(diǎn)時(shí)的速度大小及輕繩對小球的拉力。不計(jì)空氣阻力。圖7-8-1012.［12分］某游樂場的過山車從較高的弧形軌道頂部，由靜止開頭向下運(yùn)動，在底部進(jìn)入與之連接的圓形軌道，它可以底朝上在豎直圓軌道頂部運(yùn)行，游客不會掉下來，可以把這種情形抽象為如圖7-8-10所示的簡圖，為了游客的平安，載人過山車在通過圓軌道的最高點(diǎn)時(shí)，對軌道要有確定的壓力，假設(shè)該壓力為人與過山車總重力的QUOTE，圓軌道的半徑為QUOTE，不考慮一切阻力，問：圖7-8-10（1）弧形軌道頂部到底部的高度QUOTE應(yīng)多大？（2）若人的質(zhì)量為QUOTE，過山車經(jīng)過圓軌道最低點(diǎn)時(shí)人對座椅的壓力多大？參考答案1.C解析：物體沿斜面勻速下滑時(shí)，動能不變，重力勢能減小，所以機(jī)械能減小。物體以0.9QUOTE的加速度下落時(shí)，除重力外，其他力的合力向上，大小為0.1QUOTE，在物體下落時(shí)對物體做負(fù)功，物體機(jī)械能不守恒。物體沿光滑曲面滑下時(shí)，只有重力做功，機(jī)械能守恒。拉著物體沿斜面上升時(shí)，拉力對物體做功，物體機(jī)械能不守恒。綜上，機(jī)械能守恒的是C項(xiàng)。2.C解析：機(jī)械能守恒時(shí)，只有重力或彈力做功，但可以受其他外力作用，外力不做功即可，故選項(xiàng)A錯誤；勻速直線運(yùn)動為一種平衡狀態(tài)，但物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，機(jī)械能不愿定守恒，如在豎直方向勻速上升的物體，其機(jī)械能始終增大，所以選項(xiàng)B錯誤；若物體做平拋運(yùn)動、自由落體運(yùn)動、豎直上拋、豎直下拋或斜拋運(yùn)動只受重力作用，則機(jī)械能均守恒，故選項(xiàng)C正確；依據(jù)動能定理知，合力對物體做的功等于動能的變化，故選項(xiàng)D錯誤。3.AC解析：由于只有重力做功，故系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，QUOTE球向下轉(zhuǎn)動，桿對QUOTE球的作用力做正功，使QUOTE球的機(jī)械能增加，QUOTE球的機(jī)械能削減。4.D解析：人上樓、跳繩過程中機(jī)械能不守恒，從能量轉(zhuǎn)化角度看都要消耗人體的化學(xué)能，從做功角度看，上樓時(shí)除人所受重力做功外，樓梯對人的支持力也做功，人勻速上樓時(shí)，機(jī)械能增加；跳繩時(shí)，人落地跳起時(shí)，地面支持力對人做功，故A、B兩項(xiàng)機(jī)械能不守恒；水滴石穿，水滴的機(jī)械能削減的部分轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能；弓箭射出過程中是彈性勢能與動能、重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，只有重力和彈力做功，機(jī)械能守恒。5.C解析：子彈打擊木塊QUOTE，子彈和QUOTE組成系統(tǒng)。子彈對QUOTE的摩擦力做的功（QUOTE的位移很小），小于子彈克服摩擦力做的功，機(jī)械能削減，即有彈簧的彈力和重力之外的力對系統(tǒng)做了功，機(jī)械能不守恒。6.C解析：小球下落過程中機(jī)械能守恒，所以QUOTE。7.BC解析：以彈簧為爭辯對象，小球運(yùn)動過程中，彈簧的形變量先變小到原長，后變大，所以彈簧的彈性勢能QUOTE先減小后增大。再以彈簧和小球組成的系統(tǒng)為爭辯對象，只有重力、彈力做功，所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，則彈簧的彈性勢能QUOTE、小球的動能QUOTE和重力勢能QUOTE之和保持不變，即QUOTE＝恒量。由于QUOTE先減小后增大，故選項(xiàng)A錯誤，選項(xiàng)B正確。由于QUOTE始終減小，所以QUOTE與QUOTE之和始終增大，選項(xiàng)C正確；由題意知，小球的速度先增大后減小，即QUOTE先增大后減小，所以QUOTE與QUOTE之和先減小后增大，選項(xiàng)D錯誤。8.BD解析：小球在運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒，由于QUOTE點(diǎn)的高度低于入口QUOTE，故依據(jù)機(jī)械能守恒定律可知小球到達(dá)QUOTE點(diǎn)時(shí)動能不為0，確定能從QUOTE點(diǎn)射出，選項(xiàng)B正確；無論軌道的彎曲外形如何，運(yùn)動過程中只有小球的重力做功，小球到達(dá)QUOTE或QUOTE的速度僅與初末兩點(diǎn)的高度差有關(guān)，選項(xiàng)C錯誤，選項(xiàng)D正確。9.2m/s0.2m解析：方法1：由QUOTE得對QUOTE組成的系統(tǒng)，當(dāng)QUOTE下落時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，以地面為零勢能面，則QUOTEQUOTE=QUOTEm/s=2m/s。方法2：由ΔQUOTE=ΔQUOTE得QUOTE，解得QUOTE2m/s。方法3：由ΔQUOTE=ΔQUOTE得QUOTE，解得QUOTE2m/s。當(dāng)QUOTE落地后，QUOTE以2m/s的速度豎直上拋，則QUOTE上升的高度由機(jī)械能守恒得QUOTE，得QUOTE′QUOTEm=0.2m。10.QUOTE解析：方法一（利用QUOTE＝QUOTE求解）：設(shè)鐵鏈單位長度的質(zhì)量為QUOTE，且選取初始位置鐵鏈的下端QUOTE、QUOTE所在的水平面為參考平面，則鐵鏈初態(tài)的機(jī)械能為QUOTE。末態(tài)的機(jī)械能為QUOTE。依據(jù)機(jī)械能守恒定律有QUOTE＝QUOTE，即QUOTE，解得鐵鏈剛脫離滑輪時(shí)的速度QUOTE。圖7-8-11方法二（利用ΔQUOTE=-ΔQUOTE求解）：如圖7-8-11所示，鐵鏈剛離開滑輪時(shí)，相當(dāng)于原來的QUOTE′部分移到了AA′的位置。重力勢能的削減量為ΔQUOTE。圖7-8-11動能的增加量ΔQUOTE。依據(jù)機(jī)械能守恒定律有ΔQUOTEΔQUOTE，即QUOTE，解得鐵鏈剛脫離滑輪時(shí)的速度QUOTE。點(diǎn)撥：對繩索、鏈條之類的物體，在運(yùn)動過程中，其重心位置相對物體來說，不是固定不變的，能否確定其重心的位置是解決這類問題的關(guān)鍵，順便指出的是質(zhì)量均勻分布的規(guī)章物體常以重心的位置來確定物體的重力勢能。此題中鐵鏈初態(tài)的重心位置不在滑輪的頂點(diǎn)，由于滑輪很小，可視作對折來求重心。也可分段考慮，求出各部分的重力勢能后，再求出代數(shù)和作為總的重力勢能。至于參考平面，可任意選取，但以系統(tǒng)初、末態(tài)的重力勢能便于表示為宜。再有，利用ΔQUOTE=-ΔQUOTE列方程時(shí)，不需要選取參考平面，且便于分析計(jì)算。11.（1）受力圖如圖7-8-12所示QUOTE(2)QUOTEQUOTE，方向豎直向上圖7-8-12解析：（1）受力圖如圖7-8-12圖7-8-12依據(jù)平衡條件，應(yīng)滿足QUOTE。聯(lián)立解得拉力大小QUOTE。(2)運(yùn)動中只有重力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，有QUOTE。則通過最低點(diǎn)時(shí)，小球的速度大小QUOTE。依據(jù)牛頓其次定律有QUOTE。解得輕繩對小球的拉力QUOTE，方向豎直向上。12.（1）2.75QUOTE