专题6.2 机械能守恒定律及其应用及实验【练】原卷版

专题6.2机械能守恒定律及其应用及实验【练】目录TOC\o"1-3"\h\u一．练经典题型 1二、练创新情景 4三．练规范解答 9一．练经典题型1．(2021·上海长宁区期末)从地面竖直上抛两个质量不同、初动能相同的小球，不计空气阻力，以地面为零势能面，当两小球上升到同一高度时，则()A．它们具有的重力势能相等B．质量小的小球动能一定小C．它们具有的机械能相等D．质量大的小球机械能一定大2.(2021·昆明、玉溪统考)如图所示，固定的倾斜光滑杆上套有一质量为m的小球，小球与一轻质弹簧一端相连，弹簧的另一端固定在地面上的A点，已知杆与水平面之间的夹角θ<45°，当小球位于B点时，弹簧与杆垂直，此时弹簧处于原长。现让小球自C点由静止释放，在小球滑到杆底端(此时小球速度为零)的整个过程中，关于小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能，下列说法正确的是()A．小球的动能与重力势能之和保持不变B．小球的动能与重力势能之和先增大后减小C．小球的动能与弹簧的弹性势能之和保持不变D．小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和保持不变3.(2021·安徽皖江联盟名校联考)如图，可视为质点的小球A、B用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地面上半径为R的光滑圆柱，A的质量为B的两倍．当B位于地面时，A恰与圆柱轴心等高．将A由静止释放，B上升的最大高度是 ()A．2R B.eq\f(5R,3)C.eq\f(4R,3) D.eq\f(2R,3)4．(2021·浙江选考模拟)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．假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是()A．运动员到达最低点前重力势能先减小后增大B．蹦极绳张紧后的下落过程中，弹力做负功，弹性势能减小C．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D．蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关5．如图所示，在高1.5m的光滑平台上有一个质量为2kg的小球被一细线拴在墙上，球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧．当烧断细线时，小球被弹出，小球落地时的速度方向与水平方向成60°角，则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g取10m/s2) ()A．10J B．15JC．20J D．25J6．(2021·山东济南模拟)如图所示，由光滑细管组成的轨道固定在竖直平面内，AB段和BC段是半径为R的四分之一圆弧，CD段为平滑的弯管．一小球从管口D处由静止释放，最后能够从A端水平抛出落到地面上．关于管口D距离地面的高度必须满足的条件是 ()A．等于2R B．大于2RC．大于2R且小于eq\f(5,2)R D．大于eq\f(5,2)R7.(多选)(2021·苏北四市调研)如图所示，固定在地面的斜面体上开有凹槽，槽内紧挨放置六个半径均为r的相同小球，各球编号如图．斜面与水平轨道OA平滑连接，OA长度为6r.现将六个小球由静止同时释放，小球离开A点后均做平抛运动，不计一切摩擦．则在各小球运动过程中，下列说法正确的是 ()A．球1的机械能守恒B．球6在OA段机械能增大C．球6的水平射程最小D．六个球落地点各不相同8．(多选)(2021湖南湘潭市三模)如图所示，物块套在固定竖直杆上，用轻绳连接后跨过定滑轮与小球相连．开始时物块与定滑轮等高．已知物块的质量m1＝3kg，球的质量m2＝5kg，杆与滑轮间的距离d＝2m，重力加速度g＝10m/s2，轻绳和杆足够长，不计一切摩擦，不计空气阻力．现将物块由静止释放，在物块向下运动的过程中()A．物块运动的最大速度为eq\f(5\r(3),3)m/sB．小球运动的最大速度为eq\f(3\r(3),5)m/sC．物块下降的最大距离为3mD．小球上升的最大距离为2.25m9.(2021·河南洛阳市一模)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律，其中打点计时器的电源为交流电源，可以使用的频率有220Hz、30Hz和40Hz，打出纸带的一部分如图(b)所示。该同学在实验中没有记录交流电的频率f，需要用实验数据和其他条件进行推算。(1)若从打出的纸带可判定重物匀加速下落，利用f和图(b)中给出的物理量可以写出：在打点计时器打出B点时，重物下落的速度大小为__________，重物下落的加速度的大小为__________。(2)已测得x1＝8.89cm，x2＝9.50cm，x3＝10.10cm；当重力加速度大小为9.80m/s2，实验中重物受到的平均阻力大小约为其重力的1%。由此推算出f为________Hz。10.用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条纸带，0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，所用电源的频率为50Hz.已知m1＝50g、m2＝150g．则：(结果均保留两位有效数字)(1)在纸带上打下计数点5时的速度v5＝________m/s；(2)在打下0点到打下计数点5的过程中系统动能的增加量ΔEk＝________J，系统重力势能的减少量ΔEp＝________J；(当地的重力加速度g取10m/s2)(3)若某同学作出eq\f(1,2)v2－h图象如图丙所示，则当地的重力加速度g＝________m/s2.二、练创新情景1.(2021·北京市丰台区二模)摩天轮是游乐场里的大型娱乐项目，它的直径可以达到几百米。乘客乘坐时，转轮始终不停地匀速转动，下列说法中正确的是()A.在最高点，乘客处于超重状态B.任一时刻乘客受到的合力都不等于零C.乘客在乘坐过程中对座椅的压力始终不变D.乘客在乘坐过程中的机械能始终保持不变2.(2021·1月重庆市学业水平选择性考试适应性测试，1)一质量为m的物块仅在重力作用下运动，物块位于r1和r2时的重力势能分别为3E0和E0(E0＞0)。若物块位于r1时速度为0，则位于r2时其速度大小为()A.2eq\r(\f(E0,m)) B.eq\r(\f(6E0,m)) C.2eq\r(\f(2E0,m)) D.4eq\r(\f(E0,m))3.(2021·苏北四市联考)某踢出的足球在空中运动轨迹如图所示，足球视为质点，空气阻力不计．用v、E、Ek、P分别表示足球的速率、机械能、动能和重力的瞬时功率大小，用t表示足球在空中的运动时间，下列图象中可能正确的是 ()4．(2021·黑龙江大庆中学开学考试)如图所示，轨道AB与半径R＝0.1m的竖直圆轨道相连，C点为轨道最低点，在最高点D处装有压力传感器可以显示小球对轨道的压力．质量m＝0.1kg的小球从A点由静止释放，小球可以沿轨道运动，到达轨道最高点时压力传感器的示数为零．不计一切摩擦，g＝10m/s2，则释放点A与C之间的竖直高度差为()A．0.05m B．0.25mC．0.50m D．1.0m5.(2021·河南洛阳市高三期末)如图所示，有一光滑轨道ABC，AB部分为半径为R的eq\f(1,4)圆弧，BC部分水平，质量均为m的小球a、b固定在竖直轻杆的两端，轻杆长为R，小球可视为质点，开始时a球处于圆弧上端A点，由静止开始释放小球和轻杆，使其沿光滑弧面下滑，重力加速度为g，下列说法正确的是()A．a球下滑过程中机械能保持不变B．b球下滑过程中机械能保持不变C．a、b球都滑到水平轨道上时速度大小均为eq\r(2gR)D．从释放a、b球到a、b球都滑到水平轨道上，整个过程中轻杆对a球做的功为eq\f(1,2)mgR6．(2021·四川三台中学实验学校期末)如图(a)所示，在竖直平面内固定一光滑的半圆形轨道ABC，半径为0.4m，小球以一定的初速度从最低点A冲上轨道，图(b)是小球在半圆形轨道上从A运动到C的过程中，其速率的二次方与其对应高度的关系图象．已知小球在最高点C受到轨道的作用力大小为2.5N，空气阻力不计，B点为AC轨道中点，重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是()A．图(b)中x＝36B．小球质量为0.2kgC．小球在A点时受到的轨道作用力大小为12.5ND．小球在B点时受到的轨道作用力大小为4.5N7.(多选)(2021·佛山七校联考)如图所示，长度为l的竖直轻杆上端连着一质量为m的小球A(可视为质点)，杆的下端用铰链连接于水平地面上的O点。置于同一水平地面上的正方体B恰与A接触，正方体B的质量为M。今有微小扰动，使杆向右倾倒，各处摩擦均不计，而A与B刚脱离接触的瞬间，杆与地面夹角恰为eq\f(π,6)，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A．A与B刚脱离接触的瞬间，A、B速率之比为2∶1B．A与B刚脱离接触的瞬间，B的速率为eq\r(\f(gl,8))C．A落地时速率为eq\r(2gl)D．A、B质量之比为1∶48．(多选)(2021·江苏海门中学第二次质调)如图所示，轻质动滑轮下方悬挂重物A、轻质定滑轮下方悬挂重物B，悬挂滑轮的轻质细绳竖直。开始时，重物A、B处于静止状态，释放后A、B开始运动。已知A、B的质量相等，重力加速度为g。摩擦阻力和空气阻力均忽略不计，滑轮间竖直距离足够长。则下列说法正确的是()A.相同时间内，A、B位移大小之比为1∶2B.同一时刻，A、B加速度大小之比为1∶1C.同一时刻，A、B速度大小之比为1∶1D.当B下降高度h时，B的速度大小为eq\r(\f(4,5)gh)9.(2021·海南省新高考一模)某同学用如图所示的装置验证机械能守恒定律。实验步骤如下：(1)用电磁铁吸住一个小铁球，将光电门A固定在立柱上，小铁球底部处于同一竖直位置，光电门B固定在立柱上的另一位置；(2)切断电磁铁电源，小铁球开始下落，数字计时器测出小铁球通过光电门A和光电门B的时间分别为tA、tB。请回答下列问题：(1)切断电磁铁电源之前，需要调节底座螺丝，使立柱处于__________，以确保小铁球能通过两个电光门。(2)实验中还需要测量的物理量是__________(填选项前的字母)。A.小铁球的质量mB.小铁球的直径dC.光电门A、B间的距离h(3)小铁球经过光电门B时的速度可表示为vB＝______(用测量的物理量表示)。(4)在误差允许范围内，若满足关系式________________，即可验证机械能守恒(用测量的物理量和重力加速度g表示)。10.(2020·四川资阳市一诊)利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的小球相连；遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示A点到光电门B处的距离，b表示遮光片的宽度，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度v，实验时滑块在A处由静止开始运动．(1)某次实验测得倾角θ＝30°，重力加速度用g表示，滑块从A处到达B处时m和M组成的系统动能增加量可表示为ΔEk＝________________，系统的重力势能减少量可表示为ΔEp＝________，在误差允许的范围内，若ΔEk＝ΔEp，则可认为系统的机械能守恒；(用题中所给字母表示)(2)按上述实验方法，某同学改变A、B间的距离，得到滑块到B点时对应的速度，作出v2－d图象如图乙所示，并测得M＝m，则重力加速度g＝________m/s2.三．练规范解答1.(2021·江苏如皋中学高三月考)如图所示，A、B两小球由绕过轻质定滑轮的细线相连，A放在固定的光滑斜面上，B、C两小球在竖直方向上通过劲度系数为k的轻质弹簧相连，C放在水平地面上．现用手控制住A，并使细线刚刚拉直但无拉力作用，同时保证滑轮左侧细线竖直、右侧细线与斜面平行．已知A的质量为4m，B、C的质量均为m，重力加速度为g，细线与滑轮之间的摩擦不计．开始时整个系统处于静止状态；释放A后，A沿斜面下滑至速度最大时，C恰好离开地面，在此过程中，求：(1)斜面的倾角α；(2)弹簧恢复原长时，细线中的拉力大小F0；(3)A沿斜面下滑的速度最大值vm.2.光滑管状轨道ABC由直轨道AB和圆弧形轨道BC组成，二者在B处相切并平滑连接，O为圆心，O、A在同一条水平线上，OC竖直．一直径略小于圆管直径的质量为m的小球，用细线穿过管道与质量为M的物块连接，将小球由A点静止释放，当小球运动到B处时细线断裂，小球继续运动．已知弧形轨道的半径为R＝eq\f(8,3)m，所对应的圆心角为53°，sin53°＝0.8，g取10m/s2.(1)若M＝5m，求小球在直轨道部分运动时的加速度大小．(2)若M＝5m，求小球从C点抛出后下落高度h＝eq\f(4,3)m时到C点的水平位移．(3)M、m满足什么关系时，小球能够运动到C点？3.如图所示，半径为r、质量不计的圆盘盘面与地面垂直，圆心处有一个垂直于盘面的光滑水平固定轴O，在盘的右边缘固定有一个质量为m的小球A，在O点正下方离O点eq\f(r,2)处固定一个质量也为m