高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_2 研究機(jī)械能守恒定律學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng) 滬科版必修2

《高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_2 研究機(jī)械能守恒定律學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng) 滬科版必修2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展 4_2 研究機(jī)械能守恒定律學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng) 滬科版必修2（7頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

4.2 研究機(jī)械能守恒定律 (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．物體沿水平面做勻加速運(yùn)動(dòng)，機(jī)械能一定守恒 B．起重機(jī)勻速提升物體，機(jī)械能一定守恒 C．物體沿光滑曲面自由下滑過(guò)程中，機(jī)械能一定守恒 D．跳傘運(yùn)動(dòng)員在空中勻速下落過(guò)程中，機(jī)械能一定守恒 【解析】　A項(xiàng)，勢(shì)能不變動(dòng)能增加；B項(xiàng)，動(dòng)能不變勢(shì)能增加；C項(xiàng)，只有重力做功機(jī)械能守恒；D項(xiàng)，動(dòng)能不變勢(shì)能減小，綜上所述選項(xiàng)C正確． 【答案】　C 2．如圖4212所示，在水平臺(tái)面上的A點(diǎn)，一個(gè)質(zhì)量為m的物體以初速度v0被拋出，不計(jì)空氣阻力，則它到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度的大小是(　　) 圖4212 A.　　　　　 B. C. D．v0 【解析】　若選桌面為參考面，則mv ＝－mgh＋mv，解得vB＝. 【答案】　B 3.(多選)豎直放置的輕彈簧下連接一個(gè)小球，用手托起小球，使彈簧處于壓縮狀態(tài)，如圖4213所示．則迅速放手后(不計(jì)空氣阻力)(　　) 圖4213 A．放手瞬間小球的加速度等于重力加速度 B．小球與彈簧與地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 C．小球的機(jī)械能守恒 D．小球向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，小球動(dòng)能與彈簧彈性勢(shì)能之和不斷增大 【解析】　放手瞬間小球加速度大于重力加速度，A錯(cuò)；整個(gè)系統(tǒng)(包括地球)的機(jī)械能守恒，B對(duì)，C錯(cuò)；向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于重力勢(shì)能減小，所以小球的動(dòng)能與彈簧彈性勢(shì)能之和增大，D對(duì)． 【答案】　BD 4．(2016金華高一檢測(cè))質(zhì)量為1 kg的物體從傾角為30、長(zhǎng)2 m的光滑斜面頂端由靜止開始下滑，若選初始位置為零勢(shì)能點(diǎn)，那么，當(dāng)它滑到斜面中點(diǎn)時(shí)具有的機(jī)械能和重力勢(shì)能分別是(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 【解析】　物體下滑時(shí)機(jī)械能守恒，故它下滑到斜面中點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能等于在初始位置的機(jī)械能，下滑到斜面中點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能Ep＝－mgsin 30＝－110sin 30 J＝－5 J．故選項(xiàng)A正確． 【答案】　A 5．如圖4214所示，一固定在地面上的光滑斜面的頂端固定有一輕彈簧，地面上質(zhì)量為m的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))向右滑行并沖上斜面．設(shè)物塊在斜面最低點(diǎn)A的速率為v，壓縮彈簧至C點(diǎn)時(shí)彈簧最短，C點(diǎn)距地面高度為h，則物塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為(　　) 圖4214 A．mgh　　　　　　　 B．mgh＋mv2 C．mgh－mv2 D.mv2－mgh 【解析】　由機(jī)械能守恒定律可得物塊的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其重力勢(shì)能和彈簧的彈性勢(shì)能，有mv2＝mgh＋Ep，故Ep＝mv2－mgh. 【答案】　D 6．如圖4215所示的光滑輕質(zhì)滑輪，阻力不計(jì)，M1＝2 kg，M2＝1 kg，M1離地高度為H＝0.5 m．M1與M2從靜止開始釋放，M1由靜止下落0.3 m 時(shí)的速度為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：02690047】 A. m/s B．3 m/s C．2 m/s D．1 m/s 圖4215 【解析】　 對(duì)系統(tǒng)運(yùn)用機(jī)械能守恒定律得，(M1－M2)gh＝(M1＋M2)v2，代入數(shù)據(jù)解得v＝ m/s，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤． 【答案】　A 7．質(zhì)量為25 kg的小孩坐在秋千上，小孩重心離拴繩子的橫梁2.5 m，如果秋千擺到最高點(diǎn)時(shí)，繩子與豎直方向的夾角是60，秋千板擺到最低點(diǎn)時(shí)，忽略手與繩間的作用力，求小孩對(duì)秋千板的壓力大?。?g取10 m/s2) 圖4216 【解析】　秋千擺在最低點(diǎn)過(guò)程中，只有重力做功，機(jī)械能守恒，則： mgl(1－cos 60)＝mv2① 在最低點(diǎn)時(shí)，設(shè)秋千對(duì)小孩的支持力為FN，由牛頓第二定律得： FN－mg＝m② 聯(lián)立①②解得：FN＝2mg＝22510 N＝500 N， 由牛頓第三定律得小孩對(duì)秋千板的壓力為500 N. 【答案】　500 N 8．2014年冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)跳臺(tái)滑雪比賽在俄羅斯舉行．圖4217為一跳臺(tái)的示意圖．假設(shè)運(yùn)動(dòng)員從雪道的最高點(diǎn)A由靜止開始滑下，不借助其他器械，沿光滑雪道到達(dá)跳臺(tái)的B點(diǎn)時(shí)速度多大？當(dāng)他落到離B點(diǎn)豎直高度為10 m的雪地C點(diǎn)時(shí)，速度又是多大？(設(shè)這一過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員沒(méi)有做其他動(dòng)作，忽略摩擦和空氣阻力，g取10 m/s2) 圖4217 【解析】　運(yùn)動(dòng)員在滑雪過(guò)程中只有重力做功，故運(yùn)動(dòng)員在滑雪過(guò)程中機(jī)械能守恒．取B點(diǎn)所在水平面為參考平面．由題意知A點(diǎn)到B點(diǎn)的高度差h1＝4 m，B點(diǎn)到C點(diǎn)的高度差h2＝10 m，從A點(diǎn)到B點(diǎn)的過(guò)程由機(jī)械能守恒定律得mv＝mgh1， 故vB＝＝4 m/s≈8.9 m/s； 從B點(diǎn)到C點(diǎn)的過(guò)程由機(jī)械能守恒定律得 mv＝－mgh2＋mv， 故vC＝＝2 m/s≈16.7 m/s. 【答案】　8.9 m/s　16.7 m/s [能力提升] 9．(多選)如圖4218所示，在地面上以速度v0拋出質(zhì)量為m的物體，拋出后物體落到比地面低h的海平面上．若以地面為參考平面，且不計(jì)空氣阻力，則下列選項(xiàng)正確的是(　　) 圖4218 A．物體落到海平面時(shí)的勢(shì)能為mgh B．重力對(duì)物體做的功為mgh C．物體在海平面上的動(dòng)能為mv＋mgh D．物體在海平面上的機(jī)械能為mv 【解析】　若以地面為參考平面，物體落到海平面時(shí)的勢(shì)能為－mgh，所以A選項(xiàng)錯(cuò)誤；此過(guò)程重力做正功，做功的數(shù)值為mgh，因而B正確；不計(jì)空氣阻力，只有重力做功，所以機(jī)械能守恒，有mv＝－mgh＋Ek，在海平面上的動(dòng)能為Ek＝mv＋mgh，C選項(xiàng)正確；在地面處的機(jī)械能為mv，因此在海平面上的機(jī)械能也為mv，D選項(xiàng)正確． 【答案】　BCD 10．(多選)如圖4219所示，豎直放置的光滑圓軌道被固定在水平地面上，半徑r＝0.4 m，最低點(diǎn)有一小球(半徑比r小很多)，現(xiàn)給小球以水平向右的初速度v0，如果要使小球不脫離圓軌道運(yùn)動(dòng)，那么v0應(yīng)當(dāng)滿足(g取10 m/s2)(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：02690048】 圖4219 A．v0≥0 B．v0≥4 m/s C．v0≥2 m/s D．v0≤2 m/s 【解析】　當(dāng)小球沿軌道上升的最大高度等于r時(shí)，由機(jī)械能守恒定律得mv＝mgr，得v0＝2 m/s； 當(dāng)小球恰能到達(dá)圓軌道的最高點(diǎn)時(shí)有mg＝m 又由機(jī)械能守恒mv＝mg2r＋mv2 解得v0＝2 m/s. 所以滿足條件的選項(xiàng)為CD. 【答案】　CD 11．某課外活動(dòng)小組利用豎直上拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，測(cè)得數(shù)據(jù)如圖4220所示． 圖4220 (1)某同學(xué)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量小球的直徑，讀數(shù)如圖甲所示，小球的直徑為________cm.圖乙所示彈射裝置將小球豎直向上拋出，先后通過(guò)光電門A，B，計(jì)時(shí)裝置測(cè)出小球通過(guò)A，B的時(shí)間分別為2.55 ms、5.15 ms，由此可知小球通過(guò)光電門A，B時(shí)的速度分別為vA，vB，其中vA＝________m/s. (2)用刻度尺測(cè)出光電門A，B間的距離h，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，只需比較____________是否相等，就可以驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒(用題目中涉及的物理量符號(hào)表示)． (3)通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小球通過(guò)光電門A的時(shí)間越短，(2)中要驗(yàn)證的兩數(shù)值差越大，試分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的主要原因是________________． 【解析】　(1)由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法d＝主尺讀數(shù)＋游標(biāo)尺的讀數(shù)，注意分度，讀得小球直徑為1.020 cm，小球通過(guò)光電門可近似認(rèn)為做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以vA＝＝＝4 m/s； (2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，要看動(dòng)能的減少量是否等于勢(shì)能的增加量，即gh＝－； (3)小球通過(guò)光電門A的時(shí)間越短，意味著小球的速度越大，而速度越大受到的空氣阻力就越大，損失的能量就越多，動(dòng)能的減少量和勢(shì)能的增加量差值就越大． 【答案】　(1)1.020　4(4.0或4.00也對(duì)) (2)gh和 (3)小球上升過(guò)程中受到空氣阻力的作用，速度越大，所受阻力越大 12．山谷中有三塊石頭和一根不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)青藤，其示意圖如圖4221，圖中A、B、C、D均為石頭的邊緣點(diǎn)，O為青藤的固定點(diǎn)，h1＝1.8 m，h2＝4.0 m，x1＝4.8 m，x2＝8.0 m．開始時(shí)，質(zhì)量分別為M＝10 kg和m＝2 kg的大、小兩只滇金絲猴分別位于左邊和中間的石頭上，當(dāng)大猴發(fā)現(xiàn)小猴將受到傷害時(shí)，迅速?gòu)淖筮吺^的A點(diǎn)水平跳至中間石頭．大猴抱起小猴跑到C點(diǎn)，抓住青藤下端，蕩到右邊石頭上的D點(diǎn)，此時(shí)速度恰好為零．運(yùn)動(dòng)過(guò)程中猴子均可看成質(zhì)點(diǎn)，空氣阻力不計(jì)，重力加速度g取10 m/s2.求： 圖4221 (1)大猴從A點(diǎn)水平跳離時(shí)速度的最小值； (2)猴子抓住青藤蕩起時(shí)的速度大??； (3)猴子蕩起時(shí)，青藤對(duì)猴子的拉力大?。? 【解析】　本題考查了平拋運(yùn)動(dòng)、機(jī)械能守恒定律和圓周運(yùn)動(dòng)的綜合應(yīng)用，考查了考生的綜合分析能力，運(yùn)動(dòng)過(guò)程和受力分析是解答關(guān)鍵．思路大致如下：根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)求猴子的最小速度，根據(jù)機(jī)械能守恒定律求猴子蕩起時(shí)的速度，利用圓周運(yùn)動(dòng)，結(jié)合幾何關(guān)系，求青藤的拉力． (1)設(shè)猴子從A點(diǎn)水平跳離時(shí)速度最小值為vmin，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有 h1＝gt2① x1＝vmint② 由①②式，得vmin＝8 m/s.③ (2)猴子抓住青藤后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒，設(shè)蕩起時(shí)速度為vC，有 (M＋m)gh2＝(M＋m)v④ vC＝＝ m/s≈9 m/s.⑤ (3)設(shè)拉力為FT，青藤長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在最低點(diǎn)，由牛頓第二定律得 FT－(M＋m)g＝⑥ 由幾何關(guān)系 (L－h(huán)2)2＋x＝L2⑦ 故L＝10 m⑧ 綜合⑤⑥⑧式并代入數(shù)據(jù)得FT＝216 N. 【答案】　(1)8 m/s　(2)9 m/s　(3)216 N