第4章 机械能及其守恒定律 分层作业-机械能守恒定律 5粤教版高中物理必修第二册练习题（含解析）

粤教版高中物理必修第二册分层作业机械能守恒定律A组必备知识基础练题组一机械能守恒的条件1.忽略空气阻力,下列物体运动过程中满足机械能守恒的是()A.电梯匀速下降B.抛出的铅球在空中飞行C.“神舟十八号”的发射过程D.汽车沿斜坡加速上行2.橡皮擦从桌面边缘掉落,若要将其在空中运动的过程视为机械能守恒,则应忽略()A.橡皮擦所受的空气阻力 B.橡皮擦的质量C.橡皮擦下落的时间 D.橡皮擦的重力题组二单个物体的机械能守恒3.如图所示,将一质量为m的石块从离地面h高处以初速度v0斜向上抛出,初速度与水平方向的夹角为θ.若空气阻力可忽略,为减小石块落地时的速度,下列措施可行的是()A.仅减小m B.仅减小v0C.仅增大θ D.仅增大h4.(2024广东佛山期中)地铁优化线路节能坡的设计如图所示,车站设在纵断面的坡顶上,若当列车行进到A处时发动机关闭,到达站台B处正好停下,列车行进过程中阻力不可忽略,则()A.列车从A运动到B的过程中机械能守恒B.列车进站上坡过程中重力做正功C.列车进站上坡时部分动能转化为势能D.列车出站下坡时势能完全转化为动能题组三多个物体系统的机械能守恒5.(多选)如图所示,在两个质量分别为m和2m的小球a和b之间,用一根长为L的轻杆连接,两小球可绕穿过杆中心O的水平轴无摩擦地转动.现让轻杆处于水平位置,然后无初速度释放,b向下,a向上,产生转动.在杆转至竖直的过程中()A.b的重力势能增加,动能减少B.a的机械能增加C.a和b的总机械能守恒D.a和b的总机械能不守恒6.(多选)如图所示,不可伸长的轻绳跨过轻质定滑轮,两端分别连有质量为m的小球P与质量为2m的小球Q.初始时轻绳绷紧,P和Q由静止释放,不计摩擦及空气阻力,重力加速度为g.在Q下落高度h的过程中,下列说法正确的有()A.Q下落的加速度大小为gB.Q的末速度大小为2ghC.P、Q所组成系统的机械能守恒D.P、Q所组成系统的重力势能减少量为mghB组关键能力提升练7.(2024广东佛山阶段练习)发射地球同步卫星时,先将卫星发射至近地圆轨道1,然后点火,使其沿椭圆轨道2运行,最后再次点火,将卫星送入同步圆轨道3,轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如图所示,卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的是()A.卫星在轨道3上运行的速率大于在轨道1上的速率B.卫星在轨道3上的机械能小于在轨道1上的机械能C.卫星在轨道2上经过Q点时的加速度大于它在轨道1上经过Q点时的加速度D.卫星在轨道2上由Q点运动至P点的过程中,机械能守恒8.(2024陕西商洛期末)如图所示,一根轻弹簧竖直立在水平地面上,一小球从距弹簧上端h0处自由下落到将弹簧压缩至最短的过程中,弹簧始终处于弹性限度内,忽略空气阻力的影响.若以地面为参考平面,则小球下降过程中的机械能随下降的高度h变化的关系图像可能为()9.某同学将手中的弹簧笔竖直向下按压在水平桌面上,如图甲所示,当他突然松手后弹簧笔将竖直向上弹起,其上升过程中的Ek-h图像如图乙所示,则下列判断正确的是()A.弹簧原长为h1B.弹簧最大弹性势能大小为EkmC.O到h3之间弹簧的弹力先增加再减小D.h1到h2之间弹簧笔的弹性势能和动能之和减小10.(多选)轻杆AB长2L,A端连在固定轴上,B端固定一个质量为2m的小球,中点C固定一个质量为m的小球.AB杆可以绕A端在竖直平面内自由转动.现将杆置于水平位置,如图所示,然后由静止释放,不计各处摩擦力与空气阻力,则下列说法正确的是()A.AB杆转到竖直位置时,角速度为10gB.AB杆转到竖直位置的过程中,B端小球的机械能的增加量为49C.AB杆转动过程中杆CB对B端小球做正功,对C端小球做负功D.AB杆转动过程中,C端小球机械能守恒11.如图所示,粗糙斜面AB的倾角α=37°,AB与光滑的水平面BC平滑连接,在C处利用挡板固定一个水平轻弹簧,一个质量m=2kg的物体(可视为质点)自斜面上的A点由静止释放,经1s到达斜面底端B点时的速度大小v=2.0m/s,sin37°=0.6,cos37°=0.8,重力加速度g取10m/s2.求:(1)A点距水平面的高度h;(2)物体与斜面之间的动摩擦因数μ;(3)在物体与弹簧第一次作用的过程中,弹簧具有的最大弹性势能Ep.C组核心素养拔高练12.(2024广东广州期末)如图所示,一弹射游戏装置由安装在水平台面上的固定弹射器、水平直轨道AB,圆心为O的竖直半圆轨道BCD、水平直轨道EF及弹性板等组成,半圆轨道最高点D与水平直轨道右端点E处在同一竖直线上,且D点略高于E点.已知可视为质点的滑块质量m=0.1kg,轨道BCD的半径R=0.6m,轨道EF的长度l=1.0m,滑块与轨道EF间的动摩擦因数μ=0.2,其余各部分轨道均光滑.游戏时滑块从A点弹出,经过圆轨道并滑上水平直轨道EF.弹簧的弹性势能最大值Epm=2.0J,弹射器中滑块与弹簧相互作用时,机械能损失忽略不计,滑块与弹性板作用后以等大速率弹回,不计滑块通过DE之间的能量损失,g取10m/s2.求:(1)滑块恰好能通过D点的速度vD;(2)若弹簧的弹性势能Ep0=1.6J,求滑块运动到与圆心O等高的C点时所受弹力FN;(3)若滑块最终静止在水平直轨道EF上,求弹簧的弹性势能Ep的范围.

分层作业机械能守恒定律参考答案1.B解析机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功.电梯匀速下降过程有阻力做负功,机械能不守恒,A错误;抛出的铅球在空中飞行过程,只有重力做功,机械能守恒,B正确;“神舟十八号”的发射过程有推力做正功,机械能不守恒,C错误;汽车沿斜坡加速上行,有牵引力做正功,机械能不守恒,D错误.2.A解析机械能守恒条件是只有重力(或弹力)做功,所以应忽略橡皮擦所受的空气阻力,故A符合题意,B、C、D不符合题意.3.B解析若空气阻力可忽略,石块运动过程机械能守恒,则有mgh+12mv02=12mv2,整理得v24.C解析列车从A运动到B的过程中阻力做负功,所以机械能减小,故A错误;列车进站上坡过程中重力做负功,重力势能增加,故B错误;列车进站上坡时部分动能转化为势能,部分动能转化为内能,故C正确;列车出站下坡时势能一部分转化为动能,一部分转化为内能,故D错误.5.BC解析因为b向下,a向上,产生转动,可知b的重力势能减少,动能增加,A错误;a的动能和重力势能都增加,则a的机械能增加,B正确;在杆从水平转至竖直的过程中,a和b组成的系统只有重力做功,则a和b的总机械能守恒,C正确,D错误.6.BCD解析对P分析根据牛顿第二定律有T-mg=ma,对Q有2mg-T=2ma,可得a=g3,A错误;Q的末速度大小v=2aℎ=2gℎ3,B正确;不计摩擦及空气阻力,P、Q所组成系统的机械能守恒,重力势能的减少量等于动能的增加量ΔEk=127.D解析根据万有引力提供向心力可得GMmr2=mv2r,解得v=GMr,因为r3>r1,所以卫星在轨道3上运行的速率小于在轨道1上的速率,A错误;卫星在同一轨道运行时只受万有引力的作用,机械能守恒,卫星从低轨道向高轨道变轨时需要点火加速,这一过程卫星的机械能增加,说明同一卫星所处的轨道越高,卫星的机械能越大,故卫星在轨道3上的机械能大于在轨道1上的机械能,B错误;根据牛顿第二定律可得GMmr2=ma,解得a=GMr2.由于M、r都相同,可知卫星在轨道2上经过8.C解析在未接触弹簧的过程中,只有重力做功,小球的机械能不变.接触弹簧后,弹力随弹簧压缩量均匀变化,弹簧压缩量为h-h0,此过程弹力做负功W=0+k(ℎ-ℎ0)2(h-h0)=129.D解析弹簧笔竖直向上弹起过程,所受重力保持不变,弹簧弹力减小,当二力平衡时,加速度为零,速度达到最大,动能最大.此时弹簧还有一定的形变量,不是原长,所以弹簧最大弹性势能大于Ekm,故A、B、C错误;运动过程中,对系统来说,只有重力和弹簧弹力做功,所以系统机械能守恒,h1到h2之间弹簧笔的重力势能增加,所以弹簧笔的弹性势能和动能之和减小,故D正确.10.ABC解析在AB杆由静止释放转到竖直位置的过程中,两小球和杆组成的系统机械能守恒,则以B端小球的最低点为参考平面,根据机械能守恒定律有mg·2L+2mg·2L=mgL+12×2m(ω·2L)2+12m(ωL)2,解得角速度ω=10g9L,选项A正确;在此过程中,B端小球机械能的增加量为ΔEB=E末-E初=12×2m(ω·2L)2-2mg·2L=49mgL,选项B正确;AB杆转动过程中,由于B端小球机械能增加,故杆对B端小球做正功,根据系统机械能守恒,11.解析(1)根据运动学公式可得xAB=0+v2·t=0+22×A点距水平面的高度为h=xAB·sinα=0.6m.(2)物体从A到B的过程,根据动能定理可得mgh-μmgcosα·xAB=12mv2-解得μ=0.5.(3)物体从B点到向右压缩弹簧使弹簧的形变量最大的过程,根据系统机械能守恒可得Ep=12mv2=4J答案(1)0.6m(2)0.5(3)4J12.解析(1)恰好通过D点时,由重力提供向心力,则有mg=mv解得vD=gR=10×6m/s=6(2)滑块从A到圆心O等高处,由机械能守恒定律得Ep0=mgR+1在C点,轨道的弹力提供向心力,由牛顿第二定律得FN=mv联立解得FN=103N(3)若滑块恰能通过半圆轨道最高点D,则有xmin=vD22μg若滑块以最大弹性势能弹出时,能停在水平直轨道EF上,在EF上滑行的最大路程为xmax,则有Epm=μmgxmax+2mgR代入数据解得xmax=4.0m在轨道EF上往返一次损失的能量为ΔE=μmg·2l=0.4J可知,若滑块最终静止在水平直轨道EF,如下两种情况满足要