高中物理 第二章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 2.3 能量守恒定律同步測試 魯科版必修2.doc

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2.3能量守恒定律 一、單選題（共10題；共20分） 1.有一條長為2m的均勻金屬鏈條，有一半長度在光滑的足夠高的斜面上，斜面頂端是一個很小的圓弧，斜面傾角為30，另一半長度豎直下垂在空中，當鏈條從靜止開始釋放后鏈條滑動，則鏈條剛好全部滑出斜面時的速度為（ ）（g取10m/s2） A.2.5m/sB.2.5 m/sC.m/sD.0.5 m/s 2.如圖，一很長的、不可伸長的柔軟輕繩跨過光滑定滑輪，繩兩端各系一小球a和b．a(chǎn)球質(zhì)量為m，靜置于地面；b球質(zhì)量為2m，用手托往，高度為h，此時輕繩剛好拉緊．從靜止開始釋放b后，a可能達到的最大高度為（ ） A.hB.1.5hC.D.2h 3.如圖所示，一個小孩從粗糙的滑梯上加速滑下，對于其機械能的變化情況，下列判斷正確的是(　 ) A.重力勢能減小，動能不變，機械能減小B.重力勢能減小，動能增加，機械能減小 C.重力勢能減小，動能增加，機械能增加D.重力勢能減小，動能增加，機械能不變 4.質(zhì)量為m的小球，從離桌面H高處由靜止下落，桌面離地面高度為h，如圖所示，若以地面為參考平面，那么小球落地時的重力勢能及下落過程中重力勢能的變化分別為（ ） A.mgh，減少mg（H﹣h）B.mgh，增加mg（H+h） C.﹣mgh，增加mg（H﹣h）D.0，減少mg（H+h） 5.下列物體中，機械能守恒的是（ ） A.被平拋出去的物體（空氣阻力不能忽略）B.被勻速吊起的集裝箱 C.物體以 的加速度豎直向上做減速運動D.光滑曲面上自由運動的物體 6.如圖，表面光滑的固定斜面頂端安裝一定滑輪，小物塊A、B用輕繩連接并跨過滑輪(不計滑輪的質(zhì)量和摩擦)。初始時刻，A、B處于同一高度并恰好處于靜止狀態(tài)。剪斷輕繩后A下落、B沿斜面下滑，則從剪斷輕繩到物塊著地，兩物塊(　　) A.速率的變化量不同B.機械能的變化量不同 C.重力勢能的變化量相同D.重力做功的平均功率相同 7.下列物體運動過程中機械能守恒的是（） A.運動員打開降落傘下落B.木塊沿光滑斜面上滑C.小孩沿斜面勻速下滑D.火箭發(fā)射升空 8.關(guān)于物體機械能是否守恒的敘述，下列說法中正確的是（ ） A.做勻變速直線運動的物體，機械能一定守恒B.做勻速直線運動的物體，機械能一定守恒 C.外力對物體所做的功等于零時，機械能一定守恒D.只有重力做功，機械能一定守恒 9.下列四個選項的圖中，木塊均在固定的斜面上運動，其中選項A、B、C中斜面是光滑的，選項D中的斜面是粗糙的，選項A、B中的F為木塊所受的外力，方向如圖中箭頭所示，選項A、B、D中的木塊向下運動，選項C中的木塊自由向上滑行運動.在這四個圖所示的運動過程中木塊機械能守恒的是（ ） A.B.C.D. 10.如圖所示，光滑軌道由AB、BCDE兩段細圓管平滑連接組成，其中AB段水平，BCDE段為半徑為R的四分之三圓弧管組成，圓心O及D點與AB等高，整個軌道固定在豎直平面內(nèi)．現(xiàn)有一質(zhì)量為m，初速度v0= 的光滑小球水平進入圓管AB，設小球經(jīng)過軌道交接處無能量損失，圓管孔徑遠小于R，則（小球直徑略小于管內(nèi)徑）（ ） A.小球到達C點時的速度大小為vC= B.小球能通過E點后恰好落至B點 C.無論小球的初速度v0為多少，小球到達E點時的速度都不能為零 D.若將DE軌道拆除，則小球能上升的最大高度與D點相距離2R 二、多選題（共3題；共9分） 11.如圖所示，輕質(zhì)彈簧豎直放置，下端與水平地面相連，讓小球從距離彈簧上端一定高度自由下落，直至到彈簧被壓縮到最短的整個下落過程中（彈簧始終在彈性限度內(nèi)），下列說法正確的是（ ） A.小球的機械能守恒B.小球的機械能一直減小 C.小球的動能一直增大D.小球、彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒 12.神舟號載人飛船在發(fā)射至返回的過程中，以下哪些階段返回艙的機械能是守恒的（ ） A.飛船升空的階段B.只在地球引力作用下，返回艙沿橢圓軌道繞地球運行的階段 C.只在地球引力作用下，返回艙飛向地球的階段D.臨近地面時返回艙減速下降的階段 13.如圖，小物體A沿高為h、傾角為θ的光滑斜面以初速度v從頂端滑到底端，而相同的物體B以同樣大小的初速度從同等高度豎直上拋，則（ ） A.兩物體落地時速率相同B.從開始運動至落地過程中，重力對它們做功不相同 C.落地時兩個物體的機械能是相等的D.兩物體落地時，重力的瞬時功率相同 三、填空題（共2題；共3分） 14.一木塊靜止于光滑水平面上，一顆子彈沿水平方向方向飛來射入木塊中，當子彈進入木塊深度最大值為2厘米時，木塊沿水平面恰好移動距離1厘米．在上述過程中系統(tǒng)損失的機械能與子彈損失的動能之比為________． 15.（2016?上海）在“用DIS研究機械能守恒定律”的實驗中，用到的傳感器是________傳感器。若擺錘直徑的測量值大于其真實值會造成擺錘動能的測量值偏________（選填：“大”或“小”）。 四、解答題（共1題；共5分） 16.如圖所示，質(zhì)量m=0.2kg的小鐵球系在長L=1.0m的輕質(zhì)細線上，細線的另一端懸掛在O點，將小球拉直并呈水平狀態(tài)時釋放，試求當小球運動到最低點時對細線的拉力．（取g取10m/s2） 五、實驗探究題（共2題；共11分） 17.某同學根據(jù)機械能守恒定律，設計實驗探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關(guān)系． （1）如圖a所示，將輕質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺，在上端的托盤中依次增加砝碼，測得相應的彈簧長度，部分數(shù)據(jù)如表，由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)k=________N/m，（g取9.8m/s2） 砝碼質(zhì)量（g） 50 100 150 彈簧長度（cm） 8.62 7.63 6.66 （2）①取下彈簧，將其一端固定于氣墊導軌左側(cè)，如圖b所示；調(diào)整導軌，使滑塊自由滑動時，通過兩個光電門的速度大小相等． ②用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；釋放滑塊，記錄滑塊脫離彈簧后的速度v，釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為________． （3）重復（2）中②的操作，得到v與x的關(guān)系如圖c所示，由圖可知，v與x成________關(guān)系，由上述實驗可得結(jié)論：對同一根彈簧，彈性勢能與彈簧的________成正比． 18.在用“落體法”做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，小明選擇一條較為滿意的紙帶，如圖甲所示．他舍棄前面密集的點，以O為起點，從A點開始選取紙帶上連續(xù)點A、B、C……，測出O到A、B、C……的距離分別為h1、h2、h3……．電源的頻率為f． （1）為減少阻力對實驗的影響，下列操作可行的是（） A.選用鐵質(zhì)重錘B.安裝打點計時器使兩限位孔在同一豎直線上 C.釋放紙帶前，手應提紙帶上端并使紙帶豎直D.重錘下落中手始終提住紙帶上端，保持紙帶豎直 （2）打B點時，重錘的速度vB為________． （3）小明用實驗測得數(shù)據(jù)畫出的 圖像如圖乙所示．圖線不過坐標原點的原因是________． （4）另有四位同學在圖乙的基礎(chǔ)上，畫出沒有阻力時的 圖線，并與其比較，其中正確的是 ． A.B. C.D.  答案解析部分 一、單選題 1.【答案】A 【解析】【解答】解：鏈條的質(zhì)量為2m，以開始時鏈條的最高點為零勢能面，鏈條的機械能為： E=EP+EK=﹣ 2mg sinθ﹣ 2mg +0=﹣ mgL（1+sinθ）， 鏈條全部下滑出后，動能為： Ek′= 2mv2 重力勢能為： Ep′=﹣2mg ， 由機械能守恒可得：E=EK′+EP′ 即：﹣ mgL（1+sinθ）=mv2﹣mgL， 解得：v= = =2.5m/s； 故A正確，BCD錯誤． 故答案為：A． 【分析】本題考查機械能守恒定律，難點在于物理模型的建立，對于質(zhì)量分布均勻，形狀規(guī)則的物體可視為質(zhì)量集中在重心的質(zhì)點。 2.【答案】C 【解析】【解答】解：設a球到達高度h時兩球的速度v，此過程中，b球的重力勢能減小轉(zhuǎn)化為a球的重力勢能和a、b球的動能．根據(jù)ab系統(tǒng)的機械能守恒得： 2mgh=mgh+ ?（2m+m）v2 解得 兩球的速度都為v= ， 此時繩子恰好松弛，a球開始做初速為v的豎直上拋運動， 同樣根據(jù)機械能守恒：mgh+ mv2=mgH 解得a球能達到的最大高度 H= h．故C正確、ABD錯誤． 故選：C 【分析】本題可以分為兩個過程來求解，首先根據(jù)ab系統(tǒng)的機械能守恒，可以求得a球上升h時的速度的大小，之后，b球落地，a球的機械能守恒，從而可以求得a球上升的高度的大小． 3.【答案】B 【解析】【分析】小孩下落過程中，重力做正功，小孩的重力勢能減小，摩擦力做負功，但重力和摩擦力合力做正功，所以動能增大，由于要克服摩擦力做功，所以機械能減小，故B正確。 【點評】重力做正功，重力勢能減小，重力做負功，重力勢能增加，只有重力做功的情況下，機械能守恒。 4.【答案】D 【解析】【解答】解：以地面為參考平面，地面離零勢能點的高度為0，所以重力勢能為0；物體下落的高度為H+h，重力做功為：W=mg（h+H），所以重力勢能減少mg（h+H），ABC不符合題意，D符合題意． 故選：D． 【分析】小球下落的過程中重力勢能轉(zhuǎn)化為動能機械能守恒，選取合理的零重力勢能面即可。 5.【答案】D 【解析】【解答】解：A、被平拋出去的物體，由于阻力不能忽略，物體除了重力做功以外，還有阻力做功，機械能不守恒，故A錯誤． B、勻速吊起的集裝箱，動能不變，重力勢能的增大，則機械能增大，故B錯誤． C、物體的加速度是 ，說明物體必定受到向上的拉力的作用，物體在豎直方向上運動，拉力對物體做功，所以機械能不守恒，故C錯誤． D、光滑曲面上自由運動的物體，只有重力做功，機械能守恒，故D正確． 故選：D． 【分析】根據(jù)機械能守恒的條件判斷物體的機械能是否守恒，或通過物體的動能和勢能之和是否保持不變，判斷機械能是否守恒． 6.【答案】D 【解析】【分析】 【分析】剪斷兩物塊輕繩后A下落、B沿斜面下滑，則從剪斷輕繩到物塊著地，AB兩物體都只有重力做功，所以AB兩物體機械能守恒，得到,,,，，A錯誤；因AB兩物體機械能守恒，機械能的變化量都是零，B錯誤；由A、B恰好靜止狀態(tài)，得到,兩物體重力勢能的變化量分別是，,所以重力勢能的變化量不同，C錯誤；對A:,聯(lián)立得到，對B：,聯(lián)立得到，因，所以AB兩物體重力做功的平均功率相同，D正確。 【點評】本題學生學生清楚繩剪斷后A物體做自由落體運動，B物體做初速為零的勻加速直線運動，然后用相應的公式求解。 7.【答案】B 【解析】【分析】機械能守恒條件為：只有重力或者彈力做功，運動員打開降落傘下落過程中阻力做功，不守恒，木塊沿光滑斜面上滑只有重力做功，所以機械能守恒，小孩沿斜面勻速下滑過程中阻力做功，所以機械能不守恒，火箭發(fā)射升空過程中，推力做功，機械能不守恒，所以選B。 【點評】判斷機械能是否守恒，關(guān)鍵是判斷除了重力或者彈力以外有沒有力做功。 8.【答案】D 【解析】【解答】解： A、做勻變速直線運動的物體，若除重力做功以外，還有其他力做功，機械能不守恒．故A錯誤． B、做勻速直線運動的物體機械能不一定守恒，比如：降落傘勻速下降，機械能減小．故B錯誤． C、外力對物體所做的功等于零時，根據(jù)動能定理可知，動能不變，但重力勢能可能變化，機械能不一定守恒，故C錯誤． D、機械能守恒的條件是只有重力做功．故D正確． 故選：D 【分析】只有重力或彈簧的彈力做功時，物體的機械能才守恒．要正確理解只有重力做功，物體除受重力外，可以受其它力，但其它力不做功或做功的代數(shù)和為0． 9.【答案】C 【解析】【解答】根據(jù)機械能守恒條件：只有重力（或彈力）做功的情況下，物體的機械能才能守恒，由此可見，A、B均有外力F參與做功，D中有摩擦力做功，故A、B、D均不符合機械能守恒的條件。 故答案為：C.【分析】此題較為簡單，屬于基礎(chǔ)題型，考查對于機械能收定定律使用條件的理解，物體系統(tǒng)內(nèi)部只有重力或者彈力做功時機械能守恒。 10.【答案】B 【解析】【解答】解：A、小球從A至C過程，由機械能守恒定律得（以AB為參考平面）： mv02= mvC2﹣mgR，將v0= 代入得：vC= ．故A錯誤； B、從A至E過程，由機械能守恒定律得： mv02= mvE2+mgR，解得 vE= 從E點開始小球做平拋運動，則由 x=vEt= ? =R，小球能正好平拋落回B點，故B正確； C、因為是圓弧管，內(nèi)管壁可提供支持力，所以小球在E點速度可以為零，故C錯誤． D、若將DE軌道拆除，設小球能上升的最大高度為h，由機械能守恒得： mv02=mgh，解得 h= R，故D錯誤． 故選：B 【分析】小球從A到C過程，由機械能守恒可求得小球運動到C點時的速率；A至E過程，由機械能守恒定律求出小球通過E點的速度．從E點開始小球做平拋運動，由平拋運動的規(guī)律求出水平距離，判斷能否落到B點；管道內(nèi)壁可提供支持力，所以小球在E點速度可以為零． 二、多選題 11.【答案】B,D 【解析】【解答】解：ABC、小球接觸彈簧后，彈簧對小球有向上的彈力，彈力對小球做負功，所以小球的機械能不斷減少，故AC錯誤，B正確； D、小球、彈簧組成的系統(tǒng)，只有重力和彈力做功，則系統(tǒng)的機械能守恒，故D正確． 故選：BD． 【分析】根據(jù)小球受力情況判斷小球的運動性質(zhì)，從而分析清楚小球的運動過程，然后分析小球動能、機械能的變化情況． 12.【答案】B,C 【解析】【解答】解：A、飛船升空的階段，推力做正功，機械能增加，故A錯誤； B、飛船在橢圓軌道上繞地球運行的階段，只受重力作用，重力勢能和動能之合保持不變，故B正確； C、返回艙在大氣層外向著地球做無動力飛行階段，只有重力做功，勢能減小，動能增加，機械能總量守恒，故C正確； D、降落傘張開后，返回艙下降的階段，克服空氣阻力做功，故機械能減小，故D錯誤； 故AD不符合題意，BC符合題意。 故答案為：BC． 【分析】根據(jù)機械能守恒定律的條件即可判斷，機械能守恒定律的條件是只有重力或者彈力做功。 13.【答案】A,C 【解析】【解答】解：A、兩個小球在運動的過程中都是只有重力做功，機械能守恒，所以根據(jù)機械能守恒可以知兩物體落地時速率相同，故A正確； B、重力做功只與初末位置有關(guān)，物體的起點和終點一樣，所以重力做的功相同，故B錯誤． C、因兩小球下落中均只有重力做功，因此機械能守恒，因質(zhì)量相同，開始下落時的機械能相同，故落地時的機械能相等，故C正確； D、重力做功只與初末位置有關(guān)，物體的起點和終點一樣，所以重力做的功相同；兩種情況下落地的方向不同，根據(jù)公式P=Fvcosθ，所以瞬時功率不同．故D錯誤． 故選：AC． 【分析】兩個物體在運動的過程中機械能守恒，可以判斷它們的落地時的速度的大小，再由平均功率和瞬時功率的公式可以得出結(jié)論． 三、填空題 14.【答案】2：3 【解析】【解答】根據(jù)題意，子彈在摩擦力作用下的位移為S1=2cm+1cm=3cm，木塊在摩擦力作用下的位移為S2=1cm； 系統(tǒng)損失的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，根據(jù)功能關(guān)系，有：△E系統(tǒng)=Q=f△S； 子彈損失的動能等于克服摩擦力做的功，故：△E子彈=fS1； 故答案為：2：3． 【分析】子彈受到摩擦阻力，而木塊受到摩擦動力，兩者摩擦力f大小相等，可認為是恒力．但二者的位移大小不同，做功不同．運用功能關(guān)系列式求解． 15.【答案】光電門；大 【解析】【解答】在實驗中，擺錘的速度通過光電門進行測量，測量的速度是通過小球直徑d與擋光時間的比值進行計算，為： ，當擺錘直徑測量值大于真實值時，小球直徑d會變大，導致計算出的小球速度變大，故小球動能也會變大。 【分析】要使求得動能則應測出小球在各點時的速度，則應用到光電門傳感器，小球充當遮光片；根據(jù)平均速度等于中時刻的瞬時速度，從而可求得擺錘的瞬時速度，依據(jù)減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為增加的動能，可得出正確結(jié)論． 四、解答題 16.【答案】解：小球下擺過程機械能守恒，由機械能守恒定律得： mgl= mv2 ， 解得：v= = =2 m/s； 在最低點，由牛頓第二定律得： F﹣mg=m ， 代入數(shù)據(jù)解得：F=6N； 答：當小球運動到最低點時對細線的拉力為6N． 【解析】【分析】小球下擺過程機械能守恒，由機械能守恒定律可以求出速度，由牛頓第二定律可以求出拉力． 五、實驗探究題 17.【答案】（1）50 （2）滑塊的動能 （3）正比；壓縮量的平方 【解析】【解答】解：（1）表格中，當50g時，彈簧長度為8.62cm，當100g時，彈簧長度為7.63cm， 當150g時，彈簧長度為6.66cm， 根據(jù)胡克定律，F(xiàn)=k△x，設彈簧的勁度系數(shù)為k，原長為x0 ， 則列式：0.059.8=k（x0﹣0.0862）； 0.19.8=k（x0﹣0.0763）； 聯(lián)立兩式，解得：k=50N/m；（2）用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；當釋放滑塊，記錄滑塊脫離彈簧后的速度v，釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為滑塊的動能；（3）根據(jù)v與x的關(guān)系圖可知，圖線經(jīng)過原點，且是斜傾直線，則v與x成正比， 由動能表達式，動能與速度的大小平方成正比，而速度的大小與彈簧的壓縮量成正比，因此彈簧的彈性勢能與彈簧的壓縮量的平方成正比； 故答案為：（1）50；（2）滑塊的動能；（3）正比，壓縮量的平方 【分析】（1）根據(jù)胡克定律，F(xiàn)=k△x，結(jié)合表格數(shù)據(jù)，將單位統(tǒng)一，即可求解；（2）調(diào)整導軌的目的時，滑塊在導軌上做勻速直線運動，即可求解結(jié)果；（3）當釋放壓縮的彈簧時，彈性勢能轉(zhuǎn)化為滑塊的動能，再由光電門測量瞬時速度，求出彈性勢能的大??；（4）根據(jù)v與x的關(guān)系圖，可知，v與x成正比，結(jié)合動能表達式，即可知彈性勢能與壓縮量的關(guān)系，從而即可求解． 18.【答案】（1）A,B,C （2） （3）打下O點時重錘速度不為零 （4）B 【解析】【解答】（1）為了減小阻力的影響，實驗時重錘選擇質(zhì)量大一些的，體積小一些的，故A正確；安裝打點計時器使兩限位孔在同一豎直線上，從而減小阻力的影響，故B正確；釋放紙帶前，手應提紙帶上端并使紙帶豎直，可以減小阻力，故C正確；重錘下落過程中，手不能拉著紙帶，故D錯誤。（2）根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度知，B點的瞬時速度 。（3）圖線不過原點， 時，速度不為零，可知打下O點時重錘速度不為零。（4）不論有無阻力，釋放點的位置相同，即初速度為零時，兩圖線交于同一點，故B正確，A、B、C錯誤。 【分析】驗證機械能守恒定律；解決本題的關(guān)鍵知道實驗的原理，以及操作中的注意事項，會通過圖線特點分析圖線不過原點的原因。