实验：验证机械能守恒定律同步练习-2023-2024学年高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

8.5实验：验证机械能守恒定律

一、单选题1．下列物体的几种运动中机械能守恒的是()A.匀速下落的跳伞运动员 B.真空中自由下落的铁球C.沿斜面匀速上滑的木块 D.在光滑水平面上压缩弹簧过程中的小球2．如图为蹦床运动示意图，A为运动员到达的最高点，B为运动员下落过程中刚接触蹦床时的位置，C为运动员到达的最低点。若不计空气阻力和运动员与蹦床作用过程中的机械能损失，运动员自A落至C的过程中，下列说法正确的是()A.A至C，只有重力和蹦床弹力做功，运动员机械能守恒B.A至C，蹦床增加的弹性势能等于运动员减小的重力势能C.B至C，蹦床弹力对运动员做负功，运动员动能一直在减小D.B至C，运动员的重力势能与蹦床的弹性势能之和不变3．一个人站在阳台上,从阳台边缘以相同的速率分别把三个质量相同的球竖直上抛、竖直下抛、水平抛出,不计空气阻力,则三球落地时的动能()A.上抛球最大 B.下抛球最大 C.平抛球最大 D.一样大4．铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，下列关于铅球在空中运动时的加速度大小a、速度大小v、动能和机械能E随运动时间t的变化关系中，正确的是()A. B.C. D.5．雨滴在高空形成后，由静止开始沿竖直方向下落，雨滴受到空气阻力的大小与雨滴的速度大小成正比.设下落过程中雨滴的质量不变，雨滴下落过程中，下列关于雨滴的速度v、重力势能、动能、机械能E与时间t或位移x的图象，可能正确的是()A. B.C. D.6．如图所示，取一只按压式圆珠笔，将笔的按压端朝下按在桌面上，放手后笔将会向上弹起一定的高度，运动过程始终处于竖直状态.则下列说法正确的是()A.下压过程中，弹簧的弹力做正功B.上升过程中，弹簧的弹力做负功C.下压过程中，笔的重力势能减小，弹簧的弹性势能增大D.上升过程中，笔的重力势能和弹簧的弹性势能均增大7．用力F拉着一个物体从空中的a点运动到b点的过程中，重力做功，拉力F做功8J，空气阻力做功，则下列判断正确的是()A.物体在空中是下降的 B.物体的动能增加了4.5JC.物体的机械能减少了3J D.物体的动能增加了8J8．如图为蹦床运动员某一次下落过程的示意图。运动员从最高点A，下落到最低点C，B为运动员下落过程中刚接触蹦床时的位置，下列说法正确的是()A.B至C，蹦床弹力对运动员做负功，运动员机械能减小B.A至B，运动员加速运动；B至C，运动员减速运动C.A至C，只有重力和蹦床弹力做功，运动员机械能守恒D.运动员在C点时速度为零，加速度也为零二、多选题9．目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它运动，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小.若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是()A.卫星的动能逐渐减小B.由于地球引力做正功，引力势能一定减小C.由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D.卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小量10．如图所示，半径为R的光滑圆环固定在竖直平面内，是圆环相互垂直的两条直径，C、D两点与圆心O等高.一质量为m的光滑小球套在圆环上，一根轻质弹簧一端连在小球上，另一端固定在P点，P点在圆心O的正下方处，小球从最高点A由静止开始沿逆时针方向下滑，已知弹簧的原长为R，弹簧始终处于弹性限度内，重力加速度为g.下列说法正确的是()A.弹簧长度等于R时，小球的机械能最大B.小球运动到B点时的速度大小为C.小球运动到B点时重力的功率为D.小球在A、B两点时对圆环的压力差为5mg11．如图所示，长为L的轻杆两端分别固定着可以视为质点的小球A、B，系统置于竖直平面内，且杆可绕过O点的水平固定轴在竖直面内无摩擦转动，已知A、B的质量分别为，当小球A位于最低点时给系统一初始角速度，重力加速度为g，不计一切阻力，则()A.只有大于某临界值，系统才能做完整的圆周运动B.无论大小为多少，A球均能做完整的圆周运动C.若球运动到最高点时，杆对A球的作用力为零D.若，当A球运动到最高点时，转轴对轻杆的作用力大小为2mg三、填空题12．“天问一号”火星探测器围绕火星沿椭圆轨道运动，从离火星最远的位置（远火点）向离火星最近的位置（近火点）运动的过程中，“天问一号”的动能__________，势能__________。（均填“增大”或“减小”）13．用如图甲所示的装置“验证机被能守恒定律”,测得重物的质量为为2.0kg,打点计时器所用电源的频率为50Hz,当地重力加速度大小为,图乙是本实验获取的一条纸带.打点计时器的打点周期为______s,重物从0点运动到A点的过程中，重力势能的减少量为______J(保留三位有效数字)。14．某同学用如图所示仪器“验证机械能守恒”，实验时使重锤靠近打点计时器，先_______再_____（填“接通电源”或“放开重锤”）.四、计算题15．如图所示，AB面光滑、倾角的斜面体固定在水平桌面上，桌面右侧与光滑半圆形轨道CD相切于C点，圆弧轨道的半径。物块甲、乙用跨过轻质定滑轮的轻绳连接，开始时乙被按在桌面上，甲位于斜面顶端A点，滑轮左侧轻绳竖直、右侧轻绳与AB平行；现释放乙，当甲滑至AB中点时轻绳断开，甲恰好能通过圆形轨道的最高点D。已知AB长，桌面BC段长，甲质量、乙质量，甲从斜面滑上桌面时速度大小不变，重力加速度大小取，不计空气阻力。求：（1）甲到达斜面底端时重力的瞬时功率；（2）甲与桌面间的动摩擦因数。16．如图所示，半径的光滑圆弧轨道固定在竖直平面内，轨道的一个端点B和圆心O的连线与水平方向间的夹角，另一端点C为轨道的最低点.C点右侧的光滑水平面上紧挨C点静止放置一木板，木板质量，上表面与C点等高.质量为的物块（可视为质点）从空中A点以某一速度水平抛出，恰好从轨道的B端沿切线方向以2m/s进入轨道.已知物块与木板间的动摩擦因数，取.求：（1）物块在A点时的平抛速度；（2）物块经过C点时对轨道的压力；（3）若木板足够长，物块在木板上相对滑动过程中产生的热量Q.

参考答案1．答案：B解析：A、跳伞运动员匀速下落，动能不变，重力势能减少，机械能不守恒，A错误；B、真空中的自由下落的铁球，只有重力做功，机械能守恒，B正确；C、沿斜面匀速上滑的木块，动能不变，重力势能增大，机械能增大，C错误；D、在光滑水平面上压缩弹簧过程中的小球，受弹簧弹力做功，小球的机械能不守恒，D错误.2．答案：B解析：AB.从A至C，重力和嶰床弹力对运动员做功，运动员机械能减小，弹簧弹性势能增加，运动员和㗅床的系统机械能守恒，故蹦床增加的弹性势能等于运动员减小的重力势能，故A错误，B正确；C.B至C，重力先大于弹力，加速度向下，后重力小于弹力，加速度向上，即运动员先加速后减速运动，动能先增加后减小，故C错误；D.系统机械能守恒，运动员的重力势能、动能、蹦床的弹性势能之和不变，故D错误。故选B。3．答案：D解析：设阳台离地面的高度为h,根据动能定理得,初速度相同,高度相同,所以三球落地时动能相同,D正确.4．答案：D解析：由题意可知，铅球被水平推出后做平抛运动，加速度a即为重力加速度，故a不变，A错误；设铅球初速度大小为，由平抛运动规律以及速度的合成可知，v与t的关系为，不是一次函数关系，B错误；由动能可知，与t是二次函数关系，C错误；铅球在空中运动时只受重力，机械能守恒，D正确.5．答案：C解析：A.设空气阻力为根据牛顿第二定律即可知由静止开始沿竖直方向下落，速度增大，加速度减小，雨滴做加速度减小的加速运动，所以速度时间图象的斜率应该减小，故A错误；B.雨滴下落的过程，重力的瞬时功率可知速度越来越大，重力势能减小得越来越快，直到重力与阻力等大反向，速度不再变化，重力的瞬时功率不变，所以图象斜率增大到某个值不变，故B错误；C.雨滴下落的过程，合力可知速度越来越大，合力减小，直到重力与阻力等大反向，合力为零，所以图象斜率减小到零后不变，故C正确；D.雨滴下落的过程，阻力可知速度越来越大，阻力增大，直到重力与阻力等大反向，阻力不再变化，所以图象斜率增大到某个值不变，故D错误。故选C。6．答案：C解析：下压过程，弹簧弹性势能增大，弹力做负功，重力做正功，重力势能减小，上升过程弹簧弹性势能减小，弹力做正功，重力做负功，重力势能增大，则C正确，ABD错误.7．答案：B解析：8．答案：A解析：A.B至C，蹦床弹力与位移方向相反，对运动员做负功，运动员机械能减小，选项A正确；B.A至B，运动员加速运动；B至C，重力先大于弹力，加速度向下，后重力小于弹力，加速度向上，即运动员先加速后减速运动，选项B错误；C.A至C，只有重力和蹦床弹力做功，运动员与蹦床系统的机械能守恒，运动员的机械能减小，选项C错误；D.运动员在C点，速度为零，弹力大于重力，则加速度不为零，选项D错误。故选A。9．答案：BD解析：卫星在轨道半径逐渐变小的过程中做近心运动，万有引力做正功，引力势能减小，B正确；由于稀薄气体的阻力做负功，故卫星的机械能减小，C错误；卫星做圆周运动，设卫星质量为m，地球质量为M，卫星的线速度大小为v，卫星轨道半径为r，则有，解得，轨道半径变小，则动能变大，可知引力做的正功大于卫星克服阻力做的功，A错误，D正确.10．答案：AB解析：小球和弹簧组成的系统机械能守恒，弹簧长度等于R时为原长状态，弹性势能为零，则小球的机械能最大，故A正确；小球在A点和B点时，弹簧的形变量相同，则弹性势能的变化量为零，根据动能定理有，解得小球在B点的速度，故B正确；小球运动到B点时，重力的方向与速度方向垂直，则重力的功率为零，故C错误；设弹簧的劲度系数为k，在A点，根据平衡条件有；在B点，根据牛顿第二定律得，解得，可知小球在A、B两点时对圆环的压力差为，故D错误.11．答案：BC解析：转动过程中，A、B和杆组成的系统机械能守恒，当B球在上，A球在下，杆转动到任意位置时，设杆和初始位置间的夹角为θ，则B小球重力势能的减少量为小球重力势能的增加量为，可知转动过程中，系统的重力势能不变，故系统的动能不变，两个小球都做匀速圆周运动，则无论大小为多少，A球均能做完整的圆周运动，A错误，B正确；A球在最高点时，对A球，有，解得，即杆和A球间的作用力为零，对B球，根据牛顿第二定律有，解得，则B球对杆有向下的作用力，此时，转轴对轻杆的作用力大小为，C正确，D错误.12．答案：增大；减小解析：“天问一号”从离火星最远的位置（远火点）向离火星最近的位置（近火点）运动的过程中，引力做正功，故动能增大，势能减小。13．答案：0.02；0.615解析：打点计时器的打点周期为0.02s，重物从O点运动到A点的过程中，重力势能的减少量为0.615J。14．答案：接通电源；放开重锤解析：实验时应先接通电源让打点计时器打点稳定，后松开纸带让重锤下落。15．答案：（1）21W（2）0.4解析：（1）设轻绳断开时甲速度的大小为，根据机械能守恒设甲到达斜面底端时的速度大小为，根据动能定理重