课后提升训练(5) 第5节 科学验证：机械能守恒定律（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第二册（鲁科版2019）

课后提升训练(五) [对应学生用书P129] 1．(2021·浙江嘉兴市·高一期末)下列物体运动过程，机械能守恒的是(　　) A．在空中飘落的树叶 B．被水平抛出的铅球 C．沿粗糙的斜面向下做匀速运动的木块 D．被起重机拉着向上做匀速运动的货物 B　解析：A．在空中飘落的树叶，空气阻力做负功，机械能减小，A错误； B．被水平抛出的铅球，只有重力做功，机械能守恒，B正确； C．沿粗糙的斜面向下做匀速运动的木块，摩擦力对木块做负功，机械能减小，C错误； D．被起重机吊着向上做匀速运动的货物，拉力对货物做正功，其机械能增加，D错误．故选B． 2．运动会中的投掷链球、铅球、铁饼和标枪等体育比赛项目都是把物体斜向上抛出的运动，如图所示，若不计空气阻力，这些物体从被抛出到落地的过程中(　　) A．物体的机械能先减小后增大 B．物体的机械能先增大后减小 C．物体的动能先增大后减小，重力势能先减小后增大 D．物体的动能先减小后增大，重力势能先增大后减小 D　解析：若不计空气阻力，这些物体被抛出后只有重力做功，故机械能均守恒，A、B均错误；因物体均被斜向上抛出，在整个运动过程中重力先做负功再做正功，因此重力势能先增大后减小，而动能先减小后增大，D正确，C错误． 3.在蹦床比赛中，从运动员接触蹦床面到运动至最低点的过程中(忽略空气阻力的影响)，以下说法正确的是(　　) A．运动员重力势能的改变与零势能参考面的选取有关 B．蹦床的弹力做负功，弹性势能增加 C．运动员的动能始终减小 D．运动员机械能守恒 B　解析：重力势能的改变取决于位置的变化，和零势能面的选取无关，故A错误；蹦床的弹力向上，对人做负功，弹性势能增加，选项B正确；运动员在刚接触蹦床时，重力大于弹力，运动员继续加速；因弹力增加，故加速度减小，但运动员的速度增加，直到弹力等于重力为止，此后做减速运动，故动能先增大后减小，故C错误；运动员和蹦床系统的机械能守恒，但是运动员的机械能不守恒，选项D错误． 4．质量为1 kg的物体从倾角为30°、长2 m的光滑斜面顶端由静止开始下滑，若选初始位置为零势能点，那么，当它滑到斜面中点时具有的机械能和重力势能分别是(g取10 m/s2)(　　) A．0 J，－5 J　　　　　　　 B．0 J，－10 J C．10 J，5 J D．20 J，－10 J A　解析：物体下滑时机械能守恒，故它下滑到斜面中点时的机械能等于在初始位置的机械能，下滑到斜面中点时的重力势能Ep＝－mgl·sin 30°＝－5 J．故选项A正确． 5．(2021·江西抚州市·高一期末)在高为H的桌面上以速度v0水平抛出质量m的小球(可看成质点)，当小球落到距离地面高为h处的A点，如图所示，以桌面为零势能参考平面，不计空气阻力，则(　　) A．小球在A点的机械能为mv0 B．小球在A点的机械能为mv0＋mgh C．小球在桌面的机械能为mv0＋mgH D．小球在桌面的机械能为零 A　解析：小球在整个过程机械能守恒，所以小球的机械能为在桌面时的动能与势能之和为E＝Ep＋Ek＝mv0 故A正确，BCD错误． 6．如图所示，质量m＝60 kg的运动员以6 m/s的速度从高h＝8 m的滑雪场A点沿斜坡自由滑下，以最低点B为零势能面，g＝10 m/s2，一切阻力可忽略不计．求： (1)运动员在A点时的机械能； (2)运动员到达最低点B时的速度大小； (3)运动员继续沿斜坡向上运动能到达的最大高度． (1) 5 880 J　(2)14 m/s　(3)9.8 m 解析：(1)运动员在A点时的机械能 E＝Ek＋Ep＝mv2＋mgh＝5 880 J. (2)运动员从A运动到B的过程，根据机械能守恒定律得 E＝mv B 解得vB＝ ＝14 m/s. (3)运动员从A运动到斜坡上最高点的过程，由机械能守恒得E＝mghm 解得hm＝9.8 m. 7.如图所示，长为L的均匀链条放在光滑水平桌面上，且使长度的垂在桌边，松手后链条从静止开始沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离开桌边时的速度大小为(重力加速度大小为g)(　　) A． B． C． D．4 C　解析：由机械能守恒定律得ΔEp减＝ΔEk增，即mg·L＋mg·L＝mv2，所以v＝.选项C正确． 8．(2021·河南高一期末)如图所示，质量为mA的物块A置于倾角为30°的固定光滑斜面上，物块A上连接的轻绳跨过两个定滑轮后与质量为mB的物块B相连，连接A的绳子开始时与水平方向的夹角也为30°.现将物块A、B同时由静止释放，物块A始终没有离开斜面，物块B未与斜面及滑轮碰撞，不计滑轮的质量和摩擦，在物块A沿斜面下滑到速度最大的过程中(　　) A．物块A的机械能守恒 B．绳子与斜面垂直时物块B的机械能最大 C．绳子对A的拉力一直做正功 D．物块A、B组成的系统机械能一定守恒 D　解析：AC．物块A沿斜面下滑的过程中，重力做正功，支持力不做功，绳子的拉力先做正功后做负功，故物块A的机械能不守恒，故AC错误； B．绳子与斜面垂直前，绳子对物块B的拉力向上，物块B向下运动，故这段过程中，绳子对B的拉力一直做负功．绳子与斜面垂直时，斜面与滑轮间的3绳子最短，即物块B先下降后上升，绳子的拉力先做负功再做正功．所以，绳子与斜面垂直时物块B的机械能最小，故B错误； D．以物块A、B组成的系统为研究对象，系统的外力中只有重力做功，故系统的机械能守恒，故D正确．故选D． 9．(2021·广东深圳市·高一期末)某实验小组利用如下装置探究弹簧的物理性质，所用器材有：气垫导轨、光电门、数字计时器(图中未画出)、带有挡光条的滑块、砝码等． 图(a) (1)实验步骤： ①将气垫导轨放在桌面上，打开气泵并将导轨调至水平，判断调平的依据：__________________； ②应选用宽度d＝__________(填“A”“B”或“C”)的挡光条实验误差更小； A．0.50 cm　　　B．2.00 cm　　　C．3.00 cm ③将轻质弹簧一端固定于气垫导轨左侧，另一端与滑块相连，当滑块静止(弹簧处于原长)时，将光电门中心正对挡光条所在位置安装在导轨上； ④用跨过定滑轮的轻绳将滑块与砝码盘相连，放一个砝码，如图(a)所示．测得稳定时弹簧长度l，计算出弹簧形变量x； ⑤剪断细绳，记录挡光时间t，由v＝__________测得滑块通过光电门时的瞬时速度； ⑥逐次递增砝码个数，重复步骤④⑤.记录的部分数据如下表，根据数据可得弹簧劲度系数k＝__________N/m(g取9.8 m/s2) 砝码质量(g) 0 50 100 150 200 250 弹簧长度l(cm) 15.60 17.56 19.54 21.46 23.40 25.32 ⑦根据实验数据，获得－x图线，如图(b)所示． 图(b) (2)回答下列问题： ①释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为__________； ②由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能Ep与弹簧形变量x的关系为________； A．Ep∝x　　　B．Ep∝x2　　　C．Ep∝x－2 简述理由：_____________________． (1)①在不挂重物的情况下轻推滑块，若滑块做匀速直线运动　②A　⑤　⑥25　(2)①滑块的动能　②B　弹性势能Ep与弹簧形变量x的平方正比 解析：(1)[1] 在不挂重物的情况下轻推滑块，若滑块做匀速直线运动，证明气垫导轨已经水平． [2] 极短时间内的平均速度等于瞬时速度，时间越短速度越精确，则选尺寸小的． [3]根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度v＝ [4]每增加50砝码，弹簧的形变量变化的平均值 Δx＝(17.56－15.60)＋(19.54－17.56)＋(21.46－19.54)＋(23.40－21.46)＋(25.32－23.40)/5 cm＝1 cm 根据胡克定律F＝kx k＝≈25 N/m (2)[5] 释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为滑块的动能 [6][7]根据能量守恒 Ep＝mv2 v＝ 则Ep＝m 由图像可知，和x成正比，即弹性势能Ep与弹簧形变量x的平方成正比Ep∝x2 10．(2021·河北省曲阳县第一高级中学高一月考)如图所示，小车A放在一个倾角为30°的足够长的固定的光滑斜面上，小车A和物块B由绕过轻质定滑轮的细线相连，质量均为m的物块B和物块C在竖直方向上通过劲度系数为K的轻质弹簧相连，物块C放在水平地面上．现用手控制住小车A，并使细线刚好伸直但无拉力作用，且保证滑轮左侧细线竖直、右侧细线与斜面平行．已知弹簧拉伸和压缩相同形变量时，其储存的弹性势能相同，重力加速度大小为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． 求： (1)小车A的质量mA； (2)小车A能获得的最大速度． (1)mA＝4m　(2)2g 解析：(1)将小车A和物块B看做一个整体，小车A速度到达最大时，AB整体受到的合力为零 mAg sin 30°－mBg＝FT 此时C恰好离开地面，对C受力分析可知 FT′＝FT＝mCg 联立可得mA＝4m (2)小车A获得最大速度时，弹簧(拉伸)弹力为mg，初始状态弹簧(压缩)弹力为mg，整个过程中弹簧形变量 Δx＝ 且弹簧弹性势能不变．对A、B、C及弹簧构成的系统由机械能守恒定律得 (mA＋mB)v2＝mAgΔx sin 30°－mBgΔx 联立可得v＝ ＝2g 学科网（北京）股份有限公司 $$