2022年高考物理备考之百所名校组合卷系列专题机械能守恒及其应用 .pdf

学习好资料欢迎下载高考物理备考之百所名校组合卷系列专题 17 机械能守恒及其应用【试题 1】质量为m的物体由静止开始以2g的加速度竖直向下运动h高度 . 下列说法中正确的是 ( ) A.物体的势能减少2mghB.物体的机械能保持不变C.物体的动能增加2mghD.物体的机械能增加mgh【试题出处】2011山东济南模拟【试题 2】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且不计空气阻力，则下列说法中不正确的是 ( ) A.物体到海平面时的重力势能为mghB.重力对物体做的功为mghC.物体在海平面上的动能为12mv20mghD.物体在海平面上的机械能为12mv20【解析】以地面为参考平面，物体在海平面时的重力势能为mgh，故 A错误；抛出后的过程中机械能守恒，所以C、 D正确；重力做功与路径无关，所以B正确 . 【答案】 A 【试题出处】2011长春一中模拟【试题 3】如图所示，长为L的轻杆一段固定一质量为m的小球，另一端安装有固定转动轴O，杆可在竖直平面内绕O无摩擦转动 . 若在最低点P处给小球一沿切线方向的初速度v02gL，不计空气阻力，则下列说法正确的是( ) A.小球不可能到达圆周轨道的最高点QB.小球能达到圆周轨道的最高点Q，且在Q点受到轻杆向上的支持力C.小球能到达圆周轨道的最高点Q，且在Q点受到轻杆向下的拉力D.小球能达到圆周轨道的最高点Q，且在Q点恰好不受轻杆的弹力【解析】设小球能到达Q点，且到达Q点时具有速度v，由机械能守恒得：12mv20mg2L12mv2可解得：v0 在最高点，小球所需的向心力为零，故受轻杆向上的大小为mg的支持力 . 【答案】 B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页学习好资料欢迎下载【试题出处】2011黄冈中学模拟【试题 4】用平行于斜面向下的拉力F将一个物体沿斜面往下拉动后，拉力的大小等于摩擦力，则A.物体做匀速运动B.合外力对物体做功等于零C.物体的机械能减少D.物体的机械能不变【解析】物体所受的力中，重力、拉力、摩擦力对物体做功，拉力与摩擦力做的功相互抵消，重力做功不影响机械能，故物体的机械能不变. 【答案】 D 【试题出处】2011衡水中学模拟【试题 5】如图所示，一根轻杆长为2L，中点A和右端点B各固定一个小球，mB2mA左端O为光滑水平转轴. 开始时杆静止在水平位置，释放后将向下摆动至竖直，在此过程中以下说法正确的是( ) A.A、B两球的机械能都守恒B.A、B两球的机械能不守恒，但它们组成的系统机械能守恒C.这一过程O、A间轻杆对A球做正功D.这一过程A、B间轻杆对A球做正功【解析】两小球及轻杆组成的系统的机械能守恒，设摆到竖直时角速度为，有：【试题出处】2011启东中学模拟【试题 6】下列说法正确的是( ) A.如果物体所受到的合外力为零，则其机械能一定守恒B.如果物体的合外力做的功为零，则其机械能一定守恒C.物体沿光滑曲面自由下滑的过程中，其机械能一定守恒D.做匀加速运动的物体，其机械能可能守恒【解析】如果物体受到的合外力为零，机械能不一定守恒. 如在竖直方向上物体做匀速直线运动，其机械能不守恒. 所以选项A、B错误 . 物体沿光滑曲面自由下滑的过程中，只有重力做功， 所以机械能守恒. 选项 C正确 . 做匀加速运动的物体，其机械能可能守恒，如自由落体运动；但有时也不守恒，如在水平面上拉着一个物体加速运动，此时就不守恒.选项D精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页学习好资料欢迎下载正确 . 【答案】 CD 【试题出处】2011北京 101 中学模拟【试题 7】第 29 届奥林匹克运动会于2008 年 8 月 8 日至 8 月 24 日在中华人民共和国首都北京举行 . 奥运会中的投掷的链球、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，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【解析】 若不考虑空气阻力的作用，这些物体被抛出后机械能守恒；若考虑空气阻力的作用，这些物体被抛出后机械能一直减小，而动能在上升的过程减小，下降的过程增加. 选项 D正确 . 【答案】 D 【试题出处】2011曲靖一中模拟【试题 8】如图所示，甲球由轻绳系住，乙球由橡皮条系住，都从水平位置由静止开始释放， 当两球到达悬点正下方K点时， 橡皮条长度恰好与绳长相等，则在K点时两球速度大小的关系是 ( ) A.v甲v乙B.v甲v乙C.v乙v甲 D.v甲v乙【解析】甲球下摆的过程中机械能守恒，则有：12mv2甲mgL解得：v甲2gL乙球下摆的过程橡皮条对其做负功、机械能不守恒，由动能定理得：12mv2乙mgLW可得：v乙m.不计摩擦，则系统由静止开始运动的过程中( ) A.A、B各自的机械能分别守恒B.A减少的机械能等于B增加的机械能C.A减少的重力势能等于B增加的重力势能D.A和B组成的系统机械能守恒【解析】释放后A加速下降，B加速上升，两物体的机械能都不守恒，但A、B组成的系统机械能守恒，即EA EB. 【答案】 BD 【试题出处】2011南宁一中模拟【试题 10】如图所示， 一均质杆长为2r，从图示位置由静止开始沿光滑面ABD滑动，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页学习好资料欢迎下载AB是半径为r的14圆弧，BD为水平面 .则当杆滑到BD位置时的速度大小为( ) A.gr2B.grC.2grD.2gr【试题出处】2011金陵中学模拟【试题 11】如图所示，长度相同的三根轻杆构成一个正三角形支架，在A处固定质量为 2m的小球，B处固定质量为m的小球，支架悬挂在O点，可绕过O点并与支架所在平面相垂直的固定轴转动. 开始时OB竖直， 放手后开始运动，在不计任何阻力的情况下，下列说法正确的是 ( ) A.A球到达最低点时速度为零B.A球机械能的减少量等于B球机械能的增加量C.B球向左摆动所能达到的最高位置应高于A球开始运动的高度D.当支架从左向右回摆时，A球一定能回到起始高度【解析】A、B两球及支架组成的系统机械能守恒，故选项B、D正确；设A球能摆至最低点，且此时A、B两球的速度为v，由机械能守恒定律得：2mgLsin mgLsin 123mv2解得：v23gLsin 故选项 A错误、 C正确 . 【答案】 BCD 【试题出处】2011北京师大附中模拟【试题12】如图所示，将一个内外侧均光滑的半圆形槽置于光滑的水平面上，槽的左侧有一竖直墙壁. 现让一小球自左端槽口A的正上方由静止开始下落，与半圆形槽相切从A点进入槽内，则下列说法正确的是( ) A.小球在半圆形槽内运动的全过程中，只有重力对它做功B.小球从A点向半圆形槽的最低点运动的过程中，小球与槽组成的系统机械能守恒C.小球从A点经最低点向右侧最高点运动的过程中，小球与槽组成的系统机械能守恒D.小球从下落至从右侧离开槽的过程机械能守恒精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页学习好资料欢迎下载【试题出处】2011郑州一中模拟【试题 13】如图所示， 质量分别是mA和mB的A、B两物体， 用劲度系数为k的弹簧相连，处于静止状态 . 现对A施以竖直向上的力F， 并将其缓慢提起， 当B对地面恰无压力时撤去F，A由静止向下运动至最大速度时，重力做的功为( ) A.m2Ag2kB.m2Bg2kC.mA(mAmB)g2kD.mB(mAmB)g2k【解析】当A向下运动至平衡位置时速度最大，此时弹簧的压缩量x1mAgk；当B恰好对地无压力时弹簧的伸长量x2mBgk. 故知A从撤去F至速度达到最大的过程中，重力做的功WGmAg(x1x2) mA(mAmB)g2k. 【答案】 C 【试题出处】2011武汉一中模拟【试题 14】如图所示，半径为R的圆筒固定在小车上，小车以速度v向右匀速运动，有一光滑小球相对静止在圆筒的最低点. 当小车遇到障碍物突然停止时，小球在圆筒中上升的高度可能 ( ) A.等于v22gB.大于v22gC.小于v22gD.等于 2R【解析】当v5gR时，小球上升的高度hm2Rv22g；当v2gR时，小球上升的高度hmv22g；当2gRv5gR时，小球上升的高度hmv22g. 【答案】 ACD 【试题出处】2011上海中学模拟【试题 15】如图所示，在一直立的光滑管内放置一轻质弹簧，上端O点与管口A的距离为 2x0，一质量为m的小球从管口由静止下落，将弹簧压缩至最低点B，压缩量为x0. 不计空气阻力，则 ( ) A.小球运动的最大速度等于2gx0B.小球运动的最大加速度为g精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页学习好资料欢迎下载C.弹簧的劲度系数为mgx0D.弹簧的最大弹性势能为3mgx0【试题出处】2011南开中学模拟【试题16】在做“利用重物自由下落验证机械能守恒定律”的实验时，某同学按照正确的操作所选的纸带如图所示，其中O点是起始点，A、B、C是打点计时器连续打下的3 个点. 该同学用毫米刻度尺测量O点到A、B、C各点的距离， 并记录在图中. 已知电源的频率是50 Hz. (1) 这三个数据中，不符合有效数字读数要求的测量段是段，应记作cm. (2) 该同学用重物在OB段的运动来验证机械能守恒定律，已知当地的重力加速度g9.80 m/s2，他用AC段的平均速度作为跟B点对应的物体的瞬时速度，则该段重物的重力势能的减少量为，而动能的增加量为( 结果均保留三位有效数字，重物的质量用m表示 ). 这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量动能的增加量，原因是. (3) 另一位同学根据同一条纸带、同一组数据， 也用重物在OB段的运动来验证机械能守恒. 不过他从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9 个点 .因此他用vBgt来计算与B点对应的重物的瞬时速度，得到动能的增加量为( 结果保留三位有效数字，重物的质量用m表示 ) ，这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量动能的增加量，原因是 . 这样验证的系统误差总是使重力势能的减少量小于动能的增加量，是因为速度v是按照精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页学习好资料欢迎下载自由落体运动计算的，对应的下落高度比实际测得的高度要大. 【答案】 (1)OC15.70 (2)1.22m1.20m大于速度v是实际速度，因为有摩擦，减少的重力势能一部分转化为内能(3)1.23m小于速度v是按照自由落体运动计算的，对应的下落高度比实际测得的高度要大【试题出处】2011重庆一中模拟【试题 17】如图所示，质量m2 kg的小球系在轻弹簧的一端，另一端固定在悬点O处，将弹簧拉至水平位置A处( 弹簧处于原长 ) 由静止释放，小球到达O点的正下方距O点h0.5 m 处的B点时速度v2 m/s. 求小球从A运动到B的过程中弹簧弹力做的功.( 取g10 m/s2) 【试题出处】2011成都四中模拟【试题 18】如图甲所示，一粗细均匀的U 形管内装有一定量水银竖直放置，右管口用盖板A密闭一部分气体，左管口开口，两液面高度差为h，U 形管中水银柱总长为4h. 现拿去盖板， 水银柱开始流动， 当两侧液面第一次相平时，右侧液面下降的速度大小为多少？( 水银柱与管壁之间的阻力不计) 【解析】如图乙所示，当右侧液面下降h2时，两侧液面达到同一水平，这一过程中水银柱的重力势能变化为：Ep Sh2gh2其中 、S分别水银的密度和水银柱的横截面积由机械能守恒定律得：EpEk，即 sh2gh212S4hv2可解得：v12gh. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页学习好资料欢迎下载【答案】12gh【试题出处】2011兰州一中模拟【试题 19】光滑的长轨道形状如图甲所示，底部为半圆形，其半径为R，固定在竖直平面内 .A、B两质量相同的小环用长为R的轻杆连接在一起，套在轨道上. 将A、B两环从图示位置静止释放，A环距离底端为2R. 不考虑轻杆和轨道的接触，即忽略系统机械能的损失，求：(1)A、B两环都未进入半圆形底部前，杆上的作用力. (2) 当A环下滑至轨道最低点时，A、B的速度大小 . 【解析】 (1) 两环都未进入半圆形轨道前都做自由落体运动，杆上的作用力为零. (2) 当A环到达轨道最低点时，B环也已进入半圆轨道( 如图乙所示 ) ，由几何关系知两环的速度大小相等，设为v，由机械能守恒定律得：122mv2mg2Rmg(2RRsin 30 )解得：v3gR2. 【答案】 (1) 两环都未进入半圆形轨道前都做自由落体运动，杆上的作用力为零(2)A、B的速度大小均为3gR2【试题出处】2011黑龙江调研试题【试题20】如图所示，在同一竖直平面内，一轻质弹簧静止放于光滑斜面上，其一端固定，另一端恰好与水平线AB平齐；长为L轻质细线一端固定在O点，另一端系一质量为m的小球，将细线拉至水平，此时小球在位置C.现由静止释放小球，小球到达最低点D时，细绳刚好被拉断，D点与AB相距h；之后小球在运动过程中恰好与弹簧接触并沿斜面方向压缩弹簧，弹簧的最大压缩量为x. 试求：(1) 细绳所能承受的最大拉力F. (2) 斜面的倾角. (3) 弹簧所获得的最大弹性势能Ep. 【解析】 (1) 小球由C运动到D的过程机械能守恒，则有：mgL12mv21精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页学习好资料欢迎下载解得：到D点时小球的速度v12gL在D点有：Fmgmv21L解得：F3mg由牛顿第三定律知，细绳所能承受的最大拉力为3mg. (2) 小球由D运动到A的过程做平抛运动， 由 2ghv2y， 得在A点的竖直分速度vy2gh故 tan vyv1hL即斜面与水平所成的夹角 arctan hL. (3) 小球到达A点时，有：v2Av2yv212g(hL) 小球在压缩弹簧的过程中，小球与弹簧组成的系统机械能守恒，则有：Epmgxsin 12mv2A故Epmg(xhhLhL). 【答案】 (1)3mg(2)arctanhL(3)mg(xhhLhL) 【试题出处】2011广州质量检测精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页学习好资料欢迎下载精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页