适用于新高考新教材浙江专版2025届高考物理一轮总复习第5单元机械能作业15机械能守恒定律及其应用新人教版

作业15机械能守恒定律及其应用A组基础达标微练一机械能守恒的理解和推断1.关于下列运动过程(忽视空气阻力),说法正确的是 ()A.图甲中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中机械能守恒B.图乙中投出去的铅球在运动过程中机械能守恒C.图丙中体验滑草运动的游客在下滑过程中机械能守恒D.图丁中撑竿跳高运动员在上升过程中机械能守恒2.(2024浙江五湖联盟模拟)一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落,到最低点时距水面还有数米距离。假定空气阻力可忽视,运动员可视为质点,下列说法不正确的是()A.运动员到达最低点前重力势能始终减小B.蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力做负功,弹性势能增加C.蹦极过程中,重力势能的变更量与重力势能零点的选取有关D.蹦极过程中,运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒微练二单物体机械能守恒的应用3.(2024浙江台州期末)小球在竖直光滑圆轨道的最低点获得一初速度,沿轨道内侧做完整的圆周运动,取圆轨道的最低点的重力势能为零。不计空气阻力,关于小球运动到最高点时的机械能E、重力势能Ep和动能Ek的大小关系,可能正确的是()A.Ek=Ep B.Ek=15EC.E=Ep D.E=34E4.(2024浙江强基联盟模拟)茶起源于中国。中国茶文化发展源远流长、博大精深。炒青可使茶叶松软、增进茶香,是铁观音制作的重要步骤。技师从热锅底中将质量为m的茶叶以初速度v0竖直扬起,如图所示,不考虑阻力,以锅底为零势能面,则茶叶重心上升h时()A.重力做功为mghB.合外力做功为mgh-1C.动能为12D.机械能为1微练三多物体的机械能守恒问题5.(2024浙江嘉兴期末)一轻弹簧竖直放置,如图所示,下端固定在水平地面上,自然伸长时弹簧上端处于A点。t=0时将小球从A点正上方O点由静止释放,t1时到达A点,t2时弹簧被压缩到最低点B。以O为原点,向下为正方向建立x坐标轴,以B点为重力势能零点,弹簧形变始终处于弹性限度内。小球在运动过程中的动能Ek、重力势能Ep1、机械能E0及弹簧的弹性势能Ep2的变更图像可能正确的是()6.(多选)倾角θ=30°的光滑斜面固定在水平桌面上,轻质弹簧一端与垂直固定在斜面上的挡板C相连,另一端与物体A相连,如图所示。A上端连接一轻质细线,细线绕过光滑的定滑轮与物体B相连,滑轮左侧细线始终与斜面平行。起先时托住B,A静止且细线恰好伸直,然后由静止释放B。已知物体A、B的质量均为m,弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g,B始终未与地面接触。从释放B到B第一次下落至最低点的过程中,下列说法正确的是()A.刚释放物体B时,物体A受到细线的拉力大小为mgB.物体B下落至最低点时,A和弹簧组成的系统机械能最大C.物体A的速度最大时弹簧的形变量为mgD.物体A的最大速度为mB组综合提升7.光滑的水平面上放一半径为R的四分之一光滑圆弧,与竖直墙之间恰好放入一压力传感器(此时传感器示数为零),如图所示,质量为m的小球(可视为质点)在圆弧的最高点(与圆心等高)由静止起先下滑,在小球下滑过程中,压力传感器示数的最大值为()A.25mg B.3C.32mg D.38.(2024浙江精诚联盟模拟)竖直平面内一弯曲固定轨道上,串有一可沿轨道自由滑动的小球,质量为m,轨道AB段平直并在左端固定有一轻质弹簧,如图甲所示。轨道上FG段粗糙,其余各处均光滑,中间部分为一半径为R的圆环,环心O与A、B、E等高,C、D分别为圆环上的最低点和最高点。现推动小球压缩弹簧至A点后静止释放,小球在B点离开弹簧后沿轨道接着滑行,途经C、D、E、F后冲上粗糙的FG段轨道,小球通过D点时对轨道恰无压力。取AB所在高度为重力势能零点,重力加速度为g,不计空气阻力。丙(1)求小球通过D点时的速度大小vD。(2)求小球通过C点时所受轨道支持力FC的大小。(3)小球冲上FG轨道后又返回环形轨道上E点时,速度已减小到零,求小球第一次沿FG轨道来回过程中摩擦力对小球做功Wf。(4)图乙的柱状图表示小球从A点释放时的弹性势能E弹、重力势能Ep与动能Ek的大小关系,试在图丙中接着画出小球第一次经过B、C、D点和第三次经过C点时的能量关系图。参考答案作业15机械能守恒定律及其应用1.B解析图甲中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中,重力势能不断减小,动能不变,所以机械能不守恒,故A错误;图乙中投出去的铅球在运动过程中只受重力,机械能守恒,故B正确;图丙中体验滑草运动的游客在下滑过程中,由于游客受到地面阻力的作用,机械能不守恒,故C错误;图丁中撑竿跳高运动员在上升过程中,撑竿的弹性势能转化为运动员的机械能,所以运动员的机械能不守恒,故D错误。2.C解析运动员到达最低点前,始终向下运动,依据重力势能的定义可知重力势能始终减小,故A正确;蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力方向向上,而运动员向下运动,所以弹力做负功,依据弹力做功量度弹性势能的变更关系式得,W弹=-ΔEp,因为弹力做负功,所以弹性势能增加,故B正确;依据重力做功量度重力势能的变更关系式得,WG=-ΔEp,而蹦极过程中重力做功不变,所以重力势能的变更量与重力势能零点的选取无关,故C错误;以运动员、地球和蹦极绳所组成的系统,只有重力和系统内的弹力做功,所以系统的机械能守恒,故D正确。3.A解析小球在运动过程中机械能守恒,设轨道半径为R,则小球运动到最高点时,依据mg+F=mv2R,可知当轨道对小球的弹力F=0时,速度最小为vm=gR,即动能不为零,则机械能E大于重力势能Ep,故C、D错误;最高点的重力势能Ep=2mgR,最小动能为Ekm=12mvm2=12mgR,即在最高点时的动能Ek≥4.D解析重力的方向与茶叶的运动方向相反,重力做负功,所以重力做功为-mgh,故A错误;合外力做的功等于重力做的功,所以合外力的功为-mgh,故B错误;依据机械能守恒定律12mv2=12mv02-mgh,故5.B解析小球在到达A点前做自由落体运动,速度始终在增大,动能在增大,在到达A点后弹簧弹力小于小球重力,小球照旧向下做加速运动,经过平衡位置后弹簧弹力大于小球重力,小球做减速运动,动能在减小,所以t1时小球的动能不是最大,故A错误;以B点为重力势能零点,可知小球在下降的过程中有Ep1=mgx2-mgx,可知Ep1-x图像为一条直线,故B正确;小球在到达A点前,只有重力做功,机械能守恒,接触弹簧后,弹力做负功,小球的机械能减小,故C错误;设弹簧的劲度系数为k,小球接触到弹簧后,依据弹簧的弹性势能公式有Ep2=12k·Δx2=12k·(x-x1)2,可知Ep2-x图像不是直线,故6.ABD解析设释放B前弹簧的压缩量为x0,对A有kx0=mgsinθ=12mg,刚释放B的瞬间,对A、B组成的系统有mg+kx0-mgsinθ=2ma,解得a=12g,此时对B有mg-FT=ma,解得FT=12mg,故A正确;对于A和弹簧组成的系统,绳子拉力对A做的功等于该系统机械能的变更量,B下落至最低点时,绳子拉力对A做的正功最多,所以此时A和弹簧组成的系统的机械能最大,故B正确;由前面方程可解得x0=mg2k,A上升过程中,当A和B整体的加速度为0时速度达到最大值vm,设此时弹簧的拉伸量为x,对A、B整体有mg-kx-mgsinθ=0,解得x=mg2k=x0,所以此时弹簧的弹性势能与初始位置时相同。对A、B和弹簧组成的系统,由机械能守恒定律有mg(x0+x)=12·2mvm2+mg(x0+x)sinθ,解得v7.C解析如图,小球下落到某一位置,从释放到运动到该位置,依据机械能守恒定律可得,mgRsinθ=12mv2,在该位置,依据牛顿其次定律可得,FN-mgsinθ=mv2R,小球对圆弧的压力FN=3mgsinθ,圆弧对压力传感器的力F=FNcosθ=3mgsinθcosθ=32mgsin2θ,当θ=45°8.答案(1)gR(2)6mg(3)-32(4)见解析解析(1)由于小球经过D点时,对轨道