内容正文:
假期作业19 机械能及其守恒定律
如图所示,在地面
上以速度v0 抛出质量
为 m 的 物 体,抛 出 后
物体 落 到 比 地 面 低h
的海平面上.若以地面为零势能面,而且不计
空气阻力.
(1)物体在运动过程中动能越来越大.( )
(2)物体在运动过程中重力势能越来越大.
( )
(3)重力对物体做的功为mgh. ( )
(4)物体在海平面上的势能为mgh. ( )
(5)物体在海平面上的动能为12mv
2
0-mgh.
( )
(6)物体在海平面上的机械能为12mv
2
0.( )
(7)物体在轨迹最高处的机械能为12mv
2
0.
( )
◆[知识点一] 重力势能
1.(多选)在一次“蹦极”运动中,人由高空落
下,到最低点的整个过程中,下列说法中正
确的是 ( )
A.重力对人做负功
B.人的重力势能减少了
C.橡皮绳对人做负功
D.橡皮绳的弹性势能增加了
2.如图所示,质量为m 的小
球,从离桌面 H 高处由静
止下落,桌面离地高度为h.
若以桌面为参考平面,那么
小球落地时的重力势能及
整个过程中重力势能的变化分别是 ( )
A.mgh,减少mg(H-h)
B.mgh,增加mg(H+h)
C.-mgh,增加mg(H-h)
D.-mgh,减少mg(H+h)
◆[知识点二] 机械能守恒定律及其应用
3.运动员参加撑竿跳高比赛的示意图如图所
示.不计空气阻力,对运动员在整个过程中
的能量变化描述正确的是 ( )
A.越过横杆后下降过程中,运动员的机械
能守恒
B.起跳上升过程中,竿的弹性势能一直增大
C.起跳上升过程中,运动员的机械能守恒
D.加速助跑过程中,运动员的重力势能不
断增大
4.如图所示,在光滑水平面上
有一物体,它的左端连接着
一轻弹簧,弹簧的另一端固定在墙上,在力
F作用下物体处于静止状态,当撤去力 F
后,物体将向右运动,在物体向右运动的过
程中,下列说法正确的是 ( )
A.弹簧的弹性势能逐渐减少
B.弹簧的弹性势能逐渐增加
C.弹簧的弹性势能先增加后减少
D.弹簧的弹性势能先减少后增加
5.如图甲所示,质量不计的弹簧竖直固定在水
平面上,t=0时刻,将一金属小球从弹簧正
上方某一高度处由静止释放,小球落到弹簧
上压缩弹簧到最低点,然后又被弹起离开弹
簧,上升到一定高度后再下落,如此反复.通
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过安装在弹簧下端的压力传感器,测出这一
过程弹簧弹力F 随时间t变化的图像如图
乙所示,则 ( )
A.t1 时刻小球动能最大
B.t2 时刻小球动能最大
C.t2~t3 这段时间内,小球的动能先增加后
减少
D.t2~t3 这段时间内,小球增加的动能等于
弹簧减少的弹性势能
6.(2024上海第三中学高一期末)如图所示,
两质量相同的小球 A、B,分别用长度不同的
不可伸长的细线悬在等高的O1、O2 点,A球
的悬线比B球的悬线长.把两球的悬线均拉
到水平后将小球无初速度释放,以两悬点所
在水平面为参考平面,不计空气阻力.两球
经过最低点时,悬线上的拉力分别为FTA、
FTB,两球所具有的机械 能 分 别 为 EA 和
EB.则 ( )
A.FTA=FTB、EA=EB
B.FTA>FTB、EA>EB
C.FTA=FTB、EA>EB
D.FTA>FTB、EA=EB
◆[知识点三] 功能关系
7.(多选)如图所示,质量
相等的两木块中间连
有一弹簧,开始时A 静
止在弹簧上面.今用力
F 缓慢向上提A,直到
B 恰好离开地面.设开始时弹簧的弹性势能
为Ep1,B 刚要离开地面时,弹簧的弹性势能
为Ep2,则关于Ep1、Ep2大小关系及系统机械
能变化ΔE 的说法中正确的是 ( )
A.Ep1=Ep2 B.Ep1>Ep2
C.ΔE>0 D.ΔE<0
8.如图所示,倾角为30°的斜
面上,质量为m 的物块在
恒定拉力作用下,沿斜面
以加速度a=g2
(g为重力加速度)向上加速
运动距离x,下列说法正确的是 ( )
A.重力热能增加mgx
B.动能增加mgx4
C.机械能增加mgx
D.拉力做的功为max2
◆[知识点四] 验证机械能守恒定律
9.在“验证机械能守恒定律”实验中:
(1)纸带将被释放瞬间的四种情景如图1照
片所示,其中操作最规范的是 .
图1
(2)已知打点计时器所 接 交 流 电 频 率 为
50Hz,当地重力加速度g=9.80m/s2,实
验选用的重锤质量为0.5kg,从所打纸带中
选择一条合适的纸带,此纸带第1、2点间的
距离应接近 mm,若纸带上连续的
点A、B、C、D 至第1点O 的距离如图2所
示,则重锤从O 点运动到C 点,重力势能减
小 J,重 锤 经 过 C 点 时 的 速 度
m/s,其动能增加 J.(保
留三位有效数字)
图2
44
1.风 能 将 成 为
21 世 纪 大 规
模 开 发 的 一
种 可 再 生 清
洁能源.风力
发电机是将风能(气流的动能)转化为电能
的装置,其主要部件包括风轮机、齿轮箱、
发电机等.如图所示.
(1)风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力
发电机可接受风能的面积.设空气密度为
ρ,气流速度为v,风轮机叶片长度为r.求单
位时 间 内 流 向 风 轮 机 的 最 大 风 能 功
率Pmax.
(2)已知风力发电机的输出电功率 P 与
Pmax成正 比.某 风 力 发 电 机 在 风 速v1 =
9m/s时能够输出的电功率P1=540kW.
我国某地区风速不低于v2=6m/s的时间
每年约为5000h.试估算这台风力发电机
在该地区的最小年发电量是多少千瓦时.
2.(2024武汉市外国语学校高一期中)如图
所示,质量为mA=1kg的物体 A置于光滑
水平台面上,质量为mB=2kg的物体B穿
在光滑竖直杆上,杆与平台有一定的距离,
A、B两物体通过不可伸长的轻绳跨过台面
边缘的光滑小定滑轮相连.初始时刻 A、B
等高,轻绳恰好拉直且与台面平行.现由静
止释放两物体,当物体 B下落h=165m
时,B的速度为vB=5m/s.已知g=10m/s2,
sin53°=08,求:
(1)轻绳对 A所做的功;
(2)A向右移动的距离.
54
6.A [由动能定理得:-W-μmg(s+x)=-
1
2mv
2
0
W=12mv
2
0-μmg(s+x).故 A正确.故选 A.]
7.B [设物体两次做匀速圆周运动的速度分别为v1 和v2,根据
牛顿第二定律可知,当拉力为F时有:F=mv
2
1
R ①
当拉力为F
4
时有:F
4=m
v22
2R ②
物体在整个运动过程中受重力mg、水平面的支持力 N 和拉
力作用,由于 mg 和 N 在 竖 直 方 向 上,与 速 度 方 向 始 终 垂
直,因此始终不做功,根据动能定理有:
WF=
1
2mv
2
2-
1
2mv
2
1 ③
W 克 =-WF ④
由①②③④式联立解得:W 克 =FR4
,故选项B正确.]
8.AD [物体的合力为 ma=12mg
,向下运动h 米时合力做
功1
2mgh
,根据动能定理物体的动能增加了 1
2mgh
,A 对,B
错;向下运动h米过程中重力做功mgh,物体的势能减少了
mgh,C错,D对.]
9.解析:(1)设小物块飞离桌面时速度大小为v,由题意可得:
水平方向:x=vt ① 竖直方向:h=12gt
2 ②
由①②可得:v=x g2h=0.8
10
2×0.8m
/s=2m/s
(2)物块在水平桌面运动,由动能定理可得:
Fs=12mv
2-0 ③
由③式可得:F=mv
2
2s =
0.6×22
2×2 N=0.6N
答案:(1)2m/s (2)0.6N
素养培优
1.BD [运动员推出冰壶后,对冰壶根据动能定理有-μmgL
=0-12mv0
2,得v0=4m/s,故 A错误;运动员推出冰壶后,
冰壶的加速度大小为a=μg=02m/s
2,则冰壶运动的时间
为t=v0a=20s
,可得摩擦力的平均功率为P=μmgLt =
160
20
W=8W,故B正确;由动能定理可知,整个过程中摩擦力对
冰壶所做的功与运动员对冰壶所做的功的代数和等于冰壶
整个过程动能的变化量,则有 W-Wf=0,所以 W∶Wf=1
∶1,故 D正确.]
2.解析:(1)根据匀变速直线运动公式,有L=v
2
B-v2A
2a =100m.
(2)运动员经C点时的受力分析如图所示
根据动能定理,运动员在BC段运动的过程中,有
mgh=12mv
2
C-
1
2mv
2
B
根据牛顿第二定律,有FN-mg=m
v2C
R
联立解得FN=3900N.
答案:(1)100m (2)3900N
假期作业19
情景辨析
(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)√
技能提升
1.BCD [人由高空跳下到最低点的整个过程中,人一直下落,
则重力做正功,重力势能减少,故 A 错误,B正确;橡皮绳处
于拉伸状态,弹力方向向上,而人向下运动,故橡皮绳的弹力
对人做负功,橡皮绳的弹性势能增加,故 CD正确.]
2.D [以桌面为零势能参考平面,那么小球落地时的重力势
能为Ep=-mgh;重力做正功,重力势能减小,整个过程中
小球重力势能的变化为:ΔEp=mgΔh=mg(H+h),选项
D正确.]
3.A [运动员越过横杆后下降过程中,只受重力作用,运动员
的机械能守恒,故 A 正确;运动员起跳上升过程中,竿的形
变量越来越小,弹性势能越来越小,故 B错误;运动员起跳
上升过程中,运动员所受竿的弹力做功,所以运动员的机械
能不守恒,故 C错误;加速助跑过程中,运动员的重心高度
不变,重力不做功,重力势能不变,故 D错误.]
4.D [开始时弹簧处于压缩状态,撤去力F 后,物体先向右加
速运动后向右减速运动,弹簧先恢复原长后又逐渐伸长,所
以弹簧的弹性势能先减少再增加,D正确.]
5.C [t1 时刻小球刚与弹簧接触,与弹簧接触后,先做加速度
不断减小的加速运动,当弹力增大到与重力平衡,即加速度
减为零时,速度达到最大,故 A 错误;t2 时刻,弹力最大,故
弹簧的压缩量最大,小球运动到最低点,速度等于零,故 B
错误;t2~t3 这段时间内,小球处于上升过程,先做加速度不
断减小的加速运动,后做加速度不断增大的减速运动,故 C
正确;t2~t3 段时间内,小球和弹簧系统机械能守恒,故小球
增加的动能和重力势能之和等于弹簧减少的弹性势能,故 D
错误;故选 C.]
6.A [由题意,两球运动过程中只有重力做功,机械能守恒,
初始时两球机械能相等,则经过最低点机械能也相等,即EA
=EB,设小球质量均为m,悬线长为l,小球经过最低点时速
度大小为v,则根据机械能守恒定律有mgl=12mv
2,根据牛
顿第二定律有FT-mg=m
v2
l
,解得FT=3mg,由上式可知
两小球经过最低点时悬线上的拉力大小与悬线长度无关,均
为3mg,即FTA=FTB.]
7.AC [据题意,开始时弹力为:kΔxA =mAg,弹簧的弹性势
能为:Ep=mAgΔxA,当 木 块 B 恰 好 离 开 地 面 时,弹 力 为:
kΔxB=mBg,此时弹性势能为:Ep2=mBgΔxB,由于 A 和B
木块质量相等,故选项 A正确,选项B错误;在整个过程中,
外力对系统做正功,系统机械能增加,故选项 C 正确,选项
D错误.]
8.C [物块上升的高度为x2
,因而增加的重力势能为 ΔEp=
mgx
2
,A错误;根据动能定理可得增加的动能为ΔEk=max=
mgx
2
,B错误;由功能关系可知 ΔE=ΔEp+ΔEk,故增加的机械
能为ΔE=mgx,C正确;由于斜面是否光滑未知,因而不能确定
拉力的大小,不能得到拉力做的功,D错误.]
9.解析:(1)实验要验证重锤做自由落体运动时,机械能守恒,
故要保证纸带和限位孔在同一竖直面内以减小阻力,同时为
了在纸带上多打点,重锤应靠近限位孔开始下落,故 D操作
最规范.
(2)重锤做自由落体运动,
点与点之间时间间隔为0.02s,
第1、2点间的距离
87
h=12gt
2=12×9.8×0.02
2 m≈2.00mm;
重锤从O 点运动到C 点,重力势能减小
ΔEp=mghOC≈2.75J
重锤经过C点时的速度
vC=
xOD -xOB
2T ≈3.30m
/s
故动能增加 ΔEk=
1
2mv
2
C≈2.72J.
答案:(1)D (2)2.00 2.75 3.30 2.72
素养培优
1.解析:(1)当风垂直流向风轮机时,提供的风能功率最大,单
位 时 间 内 垂 直 流 向 叶 片 旋 转 面 积 的 气 体 质 量 为 ρvS,
S=πr2,则风能的最大功率可表示为
Pmax=
1
2
(ρvS)v
2=12πρr
2v3.
(2)按题意知,风力发电机的输出功率为
P2=(
v2
v1
)3P1=(
6
9
)3×540kW=160kW,
则最小年发电量约为
W=P2t=160×5000kWh=8×105kWh.
答案:(1)12πρr
2v3 (2)8×105kWh
2.解析:(1)根据题意可知,物体B下降的过程中,物体 A、B组
成的系统机械能守恒,设当物体 B下落h=165m 时,物体
A的速度为vA,则有 mBgh=
1
2mAvA
2+12mBvB
2,解得:vA
=4m/s,物体B下落过程中,设轻绳对 A所做的功为W,对
物体 A,由动能定理有W=12mAvA
2,解得W=8J.
(2)把物体B的速度分解,如图所示
由几何关系有:vA=vBsinθ,解得:sinθ=08,即θ=53°.
由几何关系可得,A向右移动的距离为x= hsin53°-
h
tan53°
=0825m.
答案:(1)8J (2)0825m
假期作业20
情景辨析
(1)× (2)× (3)√ (4)×
技能提升
1.C [毛皮摩擦过的橡胶棒带负电,用带负电的橡胶棒和不
带电的验电器接触的起电方式叫接触起电,且验电器整体即
金属球、金属杆、金属箔片都带负电,故 A、B、D错误;电荷间
的相互作用是同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,橡胶
棒和验电器金属球接触后,两个金属箔片均带负电,相互排
斥,故金属箔片张开,故 C正确.]
2.D [由静电感应知,导体A聚集负电荷,导体B聚集正电荷,导
体A得到电子,导体B失去电子,电子数为n=qe =
1.0×10-8
1.6×10-19
个=6.25×1010个,A、B错误;根据电荷守恒定律可得,A带上-
1.0×10-8C的电荷,则B 带+1.0×10-8 C的电荷,C错误,D
正确.]
3.C [穿着化纤服装的人在晚上脱衣服时,常会看到“闪光”
并伴有轻微的“噼啪”声,这是由于衣服和衣服、衣服和皮肤
摩擦起电所造成的现象,A正确.摩擦起电有的电压高,有的
电压低,出现“噼啪”声大约有上万伏的电压,B 正 确,C 错
误.脱化纤服装时,虽然摩擦起电产生的电压高,但是电流很
小,通常不会对人造成伤害,D正确.]
4.B [当闭合开关S时,由于静电感应的作用,电子从大地传
入导体B,断开开关后再移走A,电子无法通过导线传入大
地,则导体B 带负电.故选项B正确.]
5.C [所有带电体的电荷量的绝对值一定等于元电荷的整数
倍,选项 A正确;元电荷的值通常取e=1.6×10-19 C,选项
B正确;元电荷是最小的电荷量,不是指电子和质子本身,选
项C错误;元电荷e的数值最早是由美国科学家密立根用实
验测得的,选项 D正确.]
6.B [元电荷是最小的电荷量,其值取e=1.6×10-19 C,任何
带电体带的电荷量的绝对值都是元电荷的整数 倍,3.2×
10-19C是元电荷的2倍,故 A正确.6.4×10-20C小于元电
荷的电荷量,是不可能的,故B错误.1.6×10-18C是元电荷
的10倍,故 C正确.4.0×10-17 C是元电荷的250倍,故 D
正确.本题选不可能的.]
7.CD [金属小球上的负电荷减少是由于电子通过潮湿的空
气转移到外界了,但是这些电子并没有消失,就金属小球和
整个外界组成的系统而言,其电荷的总量仍保持不变,仍遵
循电荷守恒定律.故选 CD.]
8.AD [由于甲、乙丙原来都不带电,甲、乙相互摩擦导致甲失
去电子而带1.6×10-15 C 的正电荷,乙物体得到电子而带
1.6×10-15C的负电荷;乙物体与不带电的丙物体相接触,
从而使一部分负电荷转移到丙物体上,故可知乙、丙两物体
都带负电荷,由电荷守恒定律可知乙最终所带负电荷为1.6
×10-15C-8×10-16 C=8×10-16 C.故选项 AD 正确,BC
错误.]
9.D [静 电 感 应 使 得 A 部 分 带 正 电,B 部 分 带 负 电.导 体
原 来 不 带 电,但 是 在 带 正 电 的 导 体 球C 的 静 电 感 应 作 用
下,导 体 中 的 自 由 电 子 向 B 部 分 转 移,使 B 部 分 带 负
电,A 部 分 带 正 电.根 据 电 荷 守 恒 定 律,A 部 分 移 走 的 电
子 数 目 和 B 部 分 得 到 的 电 子 数 目 是 相 同 的,因 此 无 论 从
哪 一 条 虚 线 切 开,两 部 分 的 电 荷 量 大 小 总 是 相 等 的,电
子 在 导 体 上 的 分 布 不 均 匀,越 靠 近 右 端 负 电 荷 密 度 越
大,越 靠 近 左 端 正 电 荷 密 度 越 大,所 以 从 不 同 位 置 切 开
时,左 部 分 所 带 电 荷 量 的 大 小 QA 与 所 切 的 位 置 有 关,故
只 有 选 项 D正 确.]
素养培优
1.C [带正电的带电体 A 靠近不带电的验电器上端的金属
球,发生静电感应,验电器上端的金属球带负电,金属箔带正
电,金属箔张开,故 A、B、D错误,C正确.]
2.解 析:两 球 接 触 后 所 带 电 荷 量 相 等 且 为 QA′=QB′=
6.4×10-9-3.2×10-9
2 C=1.6×10
-9C,在接触过程中,电
子由B 球转移到A 球,不仅将自身的负电荷全部中和,且电
子继续转移,使B 球带QB′的正电,因此共转移电子的电荷
量为 ΔQ=3.2×10-9C+1.6×10-9C=4.8×10-9 C,转移
的电子数为n=ΔQe =3.0×10
10个,即电子由B 向A 转移,
共转移了3.0×1010个.
答案:1.6×10-9 C 1.6×10-9 C 电 子 由 B 向 A 转
移3.0×1010个
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