高考物理一轮复习课时分层集训16机械能守恒定律及其应用新人教版.doc

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1、1 / 13【2019【2019 最新最新】精选高考物理一轮复习课时分层集训精选高考物理一轮复习课时分层集训 1616机械能守恒定律及其应用新人教版机械能守恒定律及其应用新人教版(限时：40 分钟)基础对点练机械能守恒的理解及判断1弹弓是孩子们喜爱的弹射类玩具，其构造原理如图 5313 所示，橡皮筋两端点 A、B 固定在把手上，橡皮筋处于 ACB 时恰好为原长状态，在 C 处(A、B 连线的中垂线上)放一固体弹丸，一手执把手，另一手将弹丸拉至 D 点放手，弹丸就会在橡皮筋的作用下发射出去，打击目标现将弹丸竖直向上发射，已知 E 是 CD 中点，则( )图 5313A从 D 到 C 过程中，弹丸

2、的机械能守恒B从 D 到 C 过程中，弹丸的动能一直在增大C从 D 到 C 过程中，橡皮筋的弹性势能先增大后减小D从 D 到 E 过程橡皮筋弹力做功大于从 E 到 C 过程D D 从从 D D 到到 C C 过程中，弹力对弹丸做正功，弹丸的机械过程中，弹力对弹丸做正功，弹丸的机械能增加，选项能增加，选项 A A 错误；弹丸竖直向上发射，从错误；弹丸竖直向上发射，从 D D 到到 C C 过过程中，必有一点弹丸受力平衡，在此点程中，必有一点弹丸受力平衡，在此点 F F 弹弹mgmg，在此，在此点上方弹力小于重力，在此点下方弹力大于重力，则从点上方弹力小于重力，在此点下方弹力大于重力，则从D D

3、到到 C C 过程中，弹丸的动能先增大后减小，选项过程中，弹丸的动能先增大后减小，选项 B B 错误；错误；从从 D D 到到 C C 过程中，橡皮筋的弹性势能一直减小，选项过程中，橡皮筋的弹性势能一直减小，选项 C C错误；从错误；从 D D 到到 E E 过程橡皮筋的弹力大于从过程橡皮筋的弹力大于从 E E 到到 C C 过程的，过程的，2 / 13故从故从 D D 到到 E E 过程橡皮筋弹力做功大于从过程橡皮筋弹力做功大于从 E E 到到 C C 过程，选过程，选项项 D D 正确正确 图 53142如图 5314 所示，可视为质点的小球 A、B 用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地

4、面上半径为 R 的光滑圆柱，A 的质量为 B的两倍当 B 位于地面时，A 恰与圆柱轴心等高将 A 由静止释放，B 上升的最大高度是( ) 【导学号：84370226】A2R B.5R 3C. D.2R 3C C 设设 A A、B B 的质量分别为的质量分别为 2m2m、m m，当，当 A A 落到地面上时，落到地面上时，B B 恰好恰好运动到与圆柱轴心等高处，以运动到与圆柱轴心等高处，以 A A、B B 整体为研究对象，则整体为研究对象，则 A A、B B组成的系统机械能守恒，故有组成的系统机械能守恒，故有 2mgR2mgRmgRmgR(2m(2mm)v2m)v2，A A 落到落到地面上以后，

5、地面上以后，B B 仍以速度仍以速度 v v 竖直上抛，上升的高度为竖直上抛，上升的高度为 h h，解，解得得 h hR R，故，故 B B 上升的总高度为上升的总高度为 R Rh hR R，选项，选项 C C 正确正确 3. (多选)如图 5315 所示，轻质弹簧的一端与固定的竖直板 P 连接，另一端与物体 A 相连，物体 A 置于光滑水平桌面上，A 右端连接一细线，细线绕过光滑的定滑轮与物体 B 相连开始时托住B，让 A 处于静止且细线恰好伸直，然后由静止释放 B，直至 B获得最大速度下列有关该过程的分析正确的是( )图 5315AB 物体受到细线的拉力保持不变BA 物体与 B 物体组成的

6、系统机械能不守恒CB 物体机械能的减少量小于弹簧弹性势能的增加量D当弹簧的拉力等于 B 物体的重力时，A 物体的动能最3 / 13大BDBD 以以 A A、B B 组成的系统为研究对象，有组成的系统为研究对象，有mBgmBgkxkx(mA(mAmB)a.mB)a.由于弹簧的伸长量由于弹簧的伸长量 x x 逐渐变大，从逐渐变大，从开始到开始到 B B 速度达到最大的过程中速度达到最大的过程中 B B 加速度逐渐减小，由加速度逐渐减小，由mBgmBgFTFTmBamBa 可知，此过程中细线的拉力逐渐增大，是可知，此过程中细线的拉力逐渐增大，是变力，变力，A A 错误错误A A 物体、弹簧与物体、弹

7、簧与 B B 物体组成的系统机械能物体组成的系统机械能守恒，而守恒，而 A A 物体与物体与 B B 物体组成的系统机械能不守恒，物体组成的系统机械能不守恒，B B正确正确B B 物体机械能的减少量等于物体机械能的减少量等于 A A 物体机械能的增加物体机械能的增加量与弹簧弹性势能的增加量之和，故量与弹簧弹性势能的增加量之和，故 B B 物体机械能的减物体机械能的减少量大于弹簧弹性势能的增加量，少量大于弹簧弹性势能的增加量，C C 错误当弹簧的拉错误当弹簧的拉力等于力等于 B B 物体的重力时，物体的重力时，B B 物体速度最大，物体速度最大，A A 物体的动能物体的动能最大，最大，D D 正

8、确正确 单个物体机械能守恒问题4在同一位置以相同的速率把三个小球分别沿水平、斜向上、斜向下方向抛出，不计空气阻力，则落在同一水平地面时的速度大小( )A一样大 B水平抛的最大C斜向上抛的最大 D斜向下抛的最大A A 由机械能守恒定律由机械能守恒定律 mghmghmvmvmvmv 知，落地时速度知，落地时速度 v2v2 的大的大小相等，故小相等，故 A A 正确正确 5. (多选)如图 5316 所示，竖直环 A 半径为 r，固定在木板 B 上，木板 B 放在水平地面上，B 的左右两侧各有一挡板固定在地上，B 不能左右运动，在环的最低点静放有一小球 C，A、B、C 的质量均为 m.给小球一水平向

9、右的瞬时速度 v，小球会在环内侧做圆周运动，为保证小球能通过环的最高点，且不会使环在竖直方向4 / 13上跳起(不计小球与环的摩擦阻力)，瞬时速度 v 必须满足( ) 【导学号：84370227】图 5316B最大值A最小值 6grD最大值C最小值 7grCDCD 小球在最高点，速度最小时有小球在最高点，速度最小时有 mgmgm m，解得，解得 v1v1. .根据机械能守恒定律有根据机械能守恒定律有 2mgr2mgrmvmvmvmv，解得，解得 v1v1. .小球在最高点，速度最大时有小球在最高点，速度最大时有 mgmg2mg2mgm m，解得，解得 v2v2. .根据机械能守恒定律有根据机械

10、能守恒定律有 2mgr2mgrmvmvmvmv，解得，解得 v2v2. .所以保证小球能通过环的最高点，且不会使环在竖直方所以保证小球能通过环的最高点，且不会使环在竖直方向上跳起，在最低点的速度范围为：向上跳起，在最低点的速度范围为：vv，故，故 C C、D D 正正确，确，A A、B B 错误错误 6(2018济南五校联考)一轻绳系住一质量为 m 的小球悬挂在 O 点，在最低点先给小球一水平初速度，小球恰能在竖直平面内绕 O 点做圆周运动，若在水平半径 OP 的中点 A 处钉一枚光滑的钉子，仍在最低点给小球同样的初速度，则小球向上通过 P 点后将绕 A点做圆周运动，则到达最高点 N 时，绳子

11、的拉力大小为( )图 5317B2mgA0 D4mgC3mg C C 恰能做圆周运动，则在最高点有恰能做圆周运动，则在最高点有 mgmg，解得 v.由机械能守恒定律可知mg2Rmvmv2，解得初速度 v0，根据机械能守恒，在最高点 N 的速度5 / 13为 v，则：mgRmvmv23 2根据向心力公式：Tmg，联立得 T3mg.故选项 C 正确如图所示，光滑圆轨道固定在竖直面内，一质量为 m 的小球沿轨道做完整的圆周运动已知小球在最低点时对轨道的压力大小为 N1，在最高点时对轨道的压力大小为N2.重力加速度大小为 g，则 N1N2 的值为( )B4mgA3mg D6mgC5mg D D 设小球

12、在最低点速度为设小球在最低点速度为 v1v1，在最高点速度为，在最高点速度为 v2v2，根，根据牛顿第二定律据牛顿第二定律在最低点：N1mgmv2 1 R在最高点：N2mgmv2 2 R同时从最高点到最低点，根据机械能守恒mg2Rmvmv2 2联立以上三式可得 N1N26mg，故选项 D 正确多个物体的机械能守恒7(2018莱芜二模)如图 5318 所示，不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球 a 和 b.a 球质量为 m，静置于水平地面上；b 球质量为 3m，用手托住，高度为 h，此时轻绳刚好拉紧现将 b 球释放，则 b 球着地瞬间 a 球的速度大小为( )【导学号：843702

13、28】图 53186 / 13B.A. 2ghD2C. ghA A 在在 b b 球落地前，球落地前，a a、b b 两球组成的系统机械能守恒，两球组成的系统机械能守恒，且且 a a、b b 两球速度大小相等，设为两球速度大小相等，设为 v v，根据机械能守恒定，根据机械能守恒定律有：律有：3mgh3mghmghmgh(3m(3mm)v2m)v2，解得：，解得：v v，故，故 A A 正确正确 8. (多选)(2018哈尔滨模拟)将质量分别为 m 和 2m 的两个小球 A和 B，用长为 2L 的轻杆相连，如图 5319 所示，在杆的中点 O处有一固定水平转动轴，把杆置于水平位置后由静止自由释放

14、，在 B 球顺时针转动到最低位置的过程中(不计一切摩擦)( )图 5319AA、B 两球的线速度大小始终不相等B重力对 B 球做功的瞬时功率先增大后减小CB 球转动到最低位置时的速度大小为2 3gLD杆对 B 球做正功，B 球机械能不守恒BCBC AA、B B 两球用轻杆相连共轴转动，角速度大小始终两球用轻杆相连共轴转动，角速度大小始终相等，转动半径相等，所以两球的线速度大小也相等，相等，转动半径相等，所以两球的线速度大小也相等，选项选项 A A 错误；杆在水平位置时，重力对错误；杆在水平位置时，重力对 B B 球做功的瞬时球做功的瞬时功率为零，杆在竖直位置时，功率为零，杆在竖直位置时，B B

15、 球的重力方向和速度方球的重力方向和速度方向垂直，重力对向垂直，重力对 B B 球做功的瞬时功率也为零，但在其他球做功的瞬时功率也为零，但在其他位置重力对位置重力对 B B 球做功的瞬时功率不为零，因此，重力对球做功的瞬时功率不为零，因此，重力对B B 球做功的瞬时功率先增大后减小，选项球做功的瞬时功率先增大后减小，选项 B B 正确；设正确；设 B B球转动到最低位置时的速度为球转动到最低位置时的速度为 v v，两球线速度大小相等，两球线速度大小相等，对对 A A、B B 两球和杆组成的系统，由机械能守恒定律得两球和杆组成的系统，由机械能守恒定律得2mgL2mgLmgLmgL(2m)v2(2

16、m)v2mv2mv2，解得，解得 v v，选项，选项 C C 正确；正确；B B 球球的重力势能减少了的重力势能减少了 2mgL2mgL，动能增加了，动能增加了 mgLmgL，机械能减少，机械能减少7 / 13了，所以杆对了，所以杆对 B B 球做负功，选项球做负功，选项 D D 错误错误 9. (多选)如图 5320 所示，带有挡板的光滑斜面固定在水平地面上，斜面的倾角为 30.质量均为 1 kg 的 A、B 两物体用轻弹簧拴接在一起，弹簧的劲度系数为 5 N/cm，质量为 2 kg 的物体 C 用细线通过光滑的轻质定滑轮与物体 B 连接开始时 A、B均静止在斜面上，A 紧靠在挡板处，用手托

17、住 C，使细线刚好被拉直现把手拿开，让 C 由静止开始运动，从 C 开始运动到 A 刚要离开挡板的过程中，下列说法正确的是(g 取 10 m/s2)( )图 5320A初状态弹簧的压缩量为 1 cmB末状态弹簧的压缩量为 1 cmC物体 B、C 与地球组成的系统机械能守恒D物体 C 克服绳的拉力所做的功为 0.2 JADAD 初状态时，细线拉力为零，对初状态时，细线拉力为零，对 B B 受力分析，弹簧处受力分析，弹簧处于压缩状态，弹簧弹力于压缩状态，弹簧弹力 F Fmgsinmgsin kxkx，解得，解得 x x1 1 cmcm，A A 正确；末状态时，对正确；末状态时，对 A A 进行受力

18、分析，弹簧处于进行受力分析，弹簧处于伸长状态，弹簧弹力伸长状态，弹簧弹力 F Fmgsinmgsin kxkx，解得，解得 x x1 1 cmcm，B B 错误；错误；B B、C C 与地球组成的系统，在运动过程中弹与地球组成的系统，在运动过程中弹簧对系统做功，机械能不守恒，簧对系统做功，机械能不守恒，C C 错误；对错误；对 A A、B B、C C、弹、弹簧和地球组成的系统由机械能守恒定律得簧和地球组成的系统由机械能守恒定律得2Mgx2Mgx2mgxsin2mgxsin (M(Mm)v2m)v2，对，对 C C 由动能定理得由动能定理得2Mgx2MgxW WMv2Mv2，解得，解得 W W0

19、.20.2 J J，D D 正确正确 如图所示，在倾角 30的光滑固定斜面上，放有两个质量分别为 1 kg 和 2 kg 的可视为质点的小球 A 和B，两球之间用一根长 L0.2 m 的轻杆相连，小球 B 距8 / 13水平面的高度 h0.1 m两球从静止开始下滑到光滑地面上，不计球与地面碰撞时的机械能损失，g 取 10 m/s2.则下列说法中正确的是( )A下滑的整个过程中 A 球机械能守恒B下滑的整个过程中两球组成的系统机械能不守恒C两球在光滑水平面上运动时的速度大小为 2 m/sD系统下滑的整个过程中 B 球机械能的增加量为 JD D 在下滑的整个过程中，只有重力对系统做功，系统在下滑的

20、整个过程中，只有重力对系统做功，系统的机械能守恒，当的机械能守恒，当 B B 在水平面上滑行，而在水平面上滑行，而 A A 在斜面上滑在斜面上滑行时，杆的弹力对行时，杆的弹力对 A A 做功，所以做功，所以 A A 球机械能不守恒，故球机械能不守恒，故A A、B B 错误设两球在光滑水平面上运动时的速度大小为错误设两球在光滑水平面上运动时的速度大小为v v，根据系统机械能守恒得，根据系统机械能守恒得 mAg(hmAg(hLsinLsin 30)30)mBghmBgh(mA(mAmB)v2mB)v2，代入解得，代入解得 v v m/sm/s，故，故 C C 错错误系统下滑的整个过程中，误系统下滑

21、的整个过程中，B B 球机械能的增加量为球机械能的增加量为mBv2mBv2mBghmBgh2()22()2 J J2100.12100.1 J J J J，故，故 D D 正正确确 考点综合练10.将一小球从高处水平抛出，最初 2 s 内小球动能 Ek随时间 t 变化的图象如图 5321 所示，不计空气阻力，g 取 10 m/s2.根据图象信息，不能确定的物理量是( ) 【导学号：84370229】图 5321A小球的质量B小球的初速度9 / 13C最初 2 s 内重力对小球做功的平均功率D小球抛出时的高度D D 由机械能守恒定律可得由机械能守恒定律可得 EkEkEk0Ek0mghmgh，又因

22、为，又因为h hgt2gt2，所以，所以 EkEkEk0Ek0mg2t2.mg2t2.当当 t t0 0 时，时，Ek0Ek0mvmv5 5 J J，当，当 t t2 2 s s 时，时，EkEkEk0Ek02mg22mg23030 J J，联立方程解得：，联立方程解得：m m0.1250.125 kgkg，v0v04 4 m/s.tm/s.t2 2 s s 时，由动能定理得时，由动能定理得WGWGEkEk2525 J J，故，故12.512.5 W W根据图象信息，无法根据图象信息，无法确定小球抛出时距离地面的高度综上所述，应选确定小球抛出时距离地面的高度综上所述，应选 D.D.11.如图

23、5322 所示，一小物块被夹子夹紧，夹子通过轻绳悬挂在小环上，小环套在水平光滑细杆上物块质量为 M，到小环的距离为 L，其两侧面与夹子间的最大静摩擦力均为 F.小环和物块以速度 v 向右匀速运动，小环碰到杆上的钉子 P 后立刻停止，物块向上摆动整个过程中，物块在夹子中没有滑动小环和夹子的质量均不计，重力加速度为 g.下列说法正确的是( )图 5322A物块向右匀速运动时，绳中的张力等于 2FB小环碰到钉子 P 时，绳中的张力大于 2FC物块上升的最大高度为2v2 gD速度 v 不能超过2FMgL MD D 物块受到的摩擦力小于最大静摩擦力，即物块受到的摩擦力小于最大静摩擦力，即 MgMg2F.

24、2F.A 错：物块向右匀速运动时，物块处于平衡状态，绳子中的张力 TMg2F.B 错：小环碰到钉子时，物块做圆周运动，根据牛顿第10 / 13二定律和向心力公式有：TMg，TMg，所以绳子中的张力与 2F 大小关系不确定C 错：若物块做圆周运动到达的高度低于 P 点，根据动能定理有Mgh0Mv2则最大高度 hv2 2g若物块做圆周运动到达的高度高于 P 点，则根据动能定理有MghMv2Mv2则最大高度 h.D 对：环碰到钉子后，物块做圆周运动，在最低点，物块与夹子间的静摩擦力达到最大值，由牛顿第二定律知：2FMgMv2 L故最大速度 v.12(多选)如图 5323 所示，B 是质量为 2m、半

25、径为 R 的光滑半球形碗，放在光滑的水平桌面上A 是质量为 m 的细长直杆，光滑套管 D 被固定在竖直方向，A 可以自由上下运动，物块 C 的质量为 m，紧靠半球形碗放置初始时，A 杆被握住，使其下端正好与碗的半球面的上边缘接触然后从静止开始释放 A，A、B、C便开始运动则( ) 【导学号：84370230】图 5323A长直杆的下端运动到碗的最低点时长直杆竖直方向的速度为零B长直杆的下端运动到碗的最低点时，B、C 水平方向11 / 13的速度相等，均为2Rg 3C长直杆的下端运动到碗的最低点时 B、C 速度均为零D长直杆的下端能上升到的半球形碗左侧最高点距离半球形碗底部的高度为2R 3ABD

26、ABD 长直杆的下端运动到碗的最低点时，长直杆在竖长直杆的下端运动到碗的最低点时，长直杆在竖直方向的速度为直方向的速度为 0 0，B B、C C 水平方向的速度相等，水平方向的速度相等，A A 项正项正确；由能量守恒得确；由能量守恒得 mgRmgR3mv23mv2，所以，所以 vBvBvCvC，B B 项项正确，正确，C C 项错误；长直杆的下端上升到所能达到的最高项错误；长直杆的下端上升到所能达到的最高点时，长直杆在竖直方向的速度为点时，长直杆在竖直方向的速度为 0 0，碗的水平速度亦，碗的水平速度亦为零由机械能守恒定律得为零由机械能守恒定律得2mv2mvmghmgh 解得解得 h h，D

27、D 项项正确正确 13如图 5324 所示，将一质量为 m0.1 kg 的小球自水平平台右端 O 点以初速度 v0 水平抛出，小球飞离平台后由 A 点沿切线方向落入竖直光滑圆轨道 ABC，并沿轨道恰好通过最高点 C，圆轨道 ABC 的形状为半径 R2.5 m 的圆截去了左上角 127的圆弧，CB 为其竖直直径，(sin 530.8，cos 530.6，重力加速度 g 取 10 m/s2)求：图 5324(1)小球经过 C 点的速度大小；(2)小球运动到轨道最低点 B 时轨道对小球的支持力的大小；(3)平台末端 O 点到 A 点的竖直高度 H.解析(1)小球恰好运动到 C 点时，重力提供向心力即

28、 mgm，vC5 m/s.12 / 13(2)从 B 点到 C 点，由机械能守恒定律有mvmg2Rmv.1 2在 B 点对小球进行受力分析，由牛顿第二定律有FNmgmv2 B R联立解得 vB5 m/s，FN6 N.(3)从 A 到 B 由机械能守恒定律有mvmgR(1cos 53)mv2 B1 2所以 vA m/s在 A 点进行速度的分解有，vyvAsin 53所以 H3.36 m.答案(1)5 m/s (2)6 N (3)3.36 m14. 如图 5325 所示，在同一竖直平面内，一轻质弹簧一端固定，另一自由端恰好与水平线 AB 平齐，静止放在倾角为 53的光滑斜面上一长为 L9 cm 的

29、轻质细绳一端固定在 O 点，另一端系一质量为 m1 kg 的小球，将细绳拉至水平，使小球由位置 C 静止释放，小球到达最低点 D 时，细绳刚好被拉断之后小球在运动过程中恰好沿斜面方向将弹簧压缩，最大压缩量为 x5 cm.已知 g10 m/s2，sin 530.8，cos 530.6，求：图 5325(1)轻质细绳受到的拉力最大值；(2)D 点到水平线 AB 的高度 h；(3)轻质弹簧所获得的最大弹性势能 Ep. 【导学号：84370231】解析(1)小球由 C 运动到 D，由机械能守恒定律得：13 / 13mgLmv2 1解得 v1在 D 点，由牛顿第二定律得FTmgm由式解得 FT30 N由牛顿第三定律知细绳所能承受的最大拉力为 30 N.(2)由 D 到 A，小球做平抛运动v2ghtan 53联立式解得 h16 cm.(3)小球从 C 点到将弹簧压缩至最短的过程中，小球与弹簧组成的系统机械能守恒，即 Epmg(Lhxsin 53)，代入数据得：Ep2.9 J. 答案答案(1)30(1)30 N N (2)16(2)16 cmcm (3)2.9(3)2.9 J J