第五章 机械能及其守恒定律 章末质量检测
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检测评价——机械能及其守恒定律本章检测评价试题一、选择题(每题6分,共48分)1. 一质量为m 的木块静止在光滑的水平地面上,从t=0开始,将一个大小为F 的水平恒力作用在该木块上,在t=t 1时刻力F 的功率是( ) A. 122t m F B. 2122t m F C. 12t m F D. 212t mF 2、有关功和能,下列说法正确的是A.力对物体做了多少功,物体就具有多少能B.物体具有多少能,就一定能做多少功C.物体做了多少功,就有多少能量消失D.能量从一种形式转化为另一种形式时,可以用功来量度能量转化的多少3、关于能量转化的说法中错误的是A.举重运动员把重物举起来,体内的一部分化学能转化为重力势能B.电流通过电阻丝使电能转化为内能C.内燃机做功的过程是内能转化为机械能的过程D.做功过程是能量转化过程,某过程做了10 J 的功,一定有少于10 J 的能量发生了转化4. 质量为m 的物体,在距地面h 高处以3g 的加速度由静止竖直下落到地面。
下列说法中正确的是( ) A. 物体的重力势能减少31mgh B. 物体的动能增加31mgh C. 物体的机械能减少31mgh D. 重力做功31mgh 5. 自由下落的小球,从接触竖直放置的轻弹簧开始,到压缩弹簧有最大形变的过程中,以下说法中正确的是( )A. 小球的动能逐渐减少B. 小球的重力势能逐渐减少C. 小球的机械能不守恒D. 小球的加速度逐渐增大6. 如图5—86所示,用同种材料制成的一个轨道ABC ,AB 段为四分之一圆弧,半径为R ,水平放置的BC 段长为R 。
一个物块质量为m ,与轨道的动摩擦因数为μ,它由轨道顶端A 从静止开始下滑,恰好运动到C 端停止,物块在AB 段克服摩擦力做功为( )A. μmgRB. (1-μ)mgRC. πμmgR/2D. mgR7. 人造卫星绕地球沿椭圆轨道运动,卫星在近地点处的动能E k 1、引力势能E p 1和机械能E 1与远地点处的动能E k 2、引力势能E p 2和机械能E 2的关系是( )A. E k 1>E k 2,E p 1>E p 2,E 1>E 2B. E k 1>E k 2,E p 1<E p 2,E 1=E 2C. E k 1<E k 2,E p 1>E p 2,E 1=E 2D. 因卫星所受引力是变力,故无法比较8. A 、B 两物体的质量之比m A ︰m B =2︰1,它们以相同的初速度v 0在水平面上做匀减速直线运动,直到停止,其速度图象如图5—87所示。
第五章机械能及其守恒定律第一单元功和功率【知识扫描】一.功1.功的概念:物体受到力的作用,并在力的方向上发生一段位移,就说力对物体作了功.2.做功的两个不可缺少的因素:力和物体在力的方向上发生的位移.3.(1)功的公式:W=Fs cosα只适用于恒力力做功的计算.变力的功可以应用:①微元法、②示功图、③用平均力的功代替、④动能定理等(2)正功、负功①0°≤α<90°时,W>0,力对物体做正功.②α=90°时,W=0,力对物体不做功.③90°<α≤180°时,W<0,力对物体做负功或物体克服这个力做功.(3)总功的计算:①若物体所受的合外力为恒力,则可先求出合外力,再根据W合=F合s cosθ求解.②先求出每一个分力的功,然后求各分力功的代数和.(这是计算总功的普遍式.)4.功的单位:国际单位是焦耳,简称焦,符号为J.5.功是标量,只有大小,没有方向,合力的功等于其各分力的功的代数和.6.一对作用力和反作用力做功的特点(1)一对作用力和反作用力在同一段时间内,可以都做正功、或者都做负功,或者一个做正功、一个做负功,或者都不做功。
(2)一对作用力和反作用力在同一段时间内做的总功可能为正、可能为负、也可能为零。
(3)一对互为作用反作用的摩擦力做的总功可能为零(静摩擦力)、可能为负(滑动摩擦力),但不可能为正。
7.功和冲量的比较(1)功和冲量都是过程量,功表示力在空间上的积累效果,是能量转化的原因:冲量表示力在时间上的积累效果,是动量变化的原因.(2)功是标量,其正、负表示是动力对物体做功还是物体克服阻力做功.冲量是矢量,其正、负号表示方向,计算冲量时要先规定正方向.(3)做功的多少由力的大小、位移的大小及力和位移的夹角三个因素决定.冲量的大小只由力的大小和时间两个因素决定.力作用在物体上一段时间,力的冲量不为零,但力对物体做的功可能为零.(4)一对作用力和反作用力在同一段时间内的冲量一定大小相等,方向相反,矢量和为零。
机械能守恒定律及其应用(建议用时:45分钟)【A级基础题练熟快】1. (2019 •浙江杭州模拟)如图所示,荡秋千是小朋友们最喜欢的一项传统游戏,人通过下蹲和站起,使秋千越荡越高.忽略绳的质量及空气阻力,则()A. 在最高点人下蹲时,重力势能转化为动能B. 在最高点时人和秋千板所受到的合力为零C. 在最低点秋千板对人的支持力等于人的重力D. 在摆动过程中人和秋千的机械能总和不变解析:选A.在最高点人下蹲时,重力势能转化为动能,选项A正确;在最高点时人和秋千板的速度为零,但是所受到的合力不为零,有斜向下的切向加速度,选项B错误;在最低点加速度竖直向上,则秋千板对人的支持力大于人的重力,选项C错误;在摆动过程中,人要对秋千板做功,使得人和秋千的机械能总和增加,选项D错误.2 . (2019 •河北廊坊联考)如图所示,一轻质弹簧一端固定在水平天花板上,另一端挂一重物,当弹簧处于原长时,重物由静止释放,不计空气阻力,关于重物下落过程,下列说法正确的是()A. 加速度一直变大B. 动能先变大后变小C. 弹簧与重物组成的系统的机械能一直变小D. 重物的重力势能先变大后变小解析:选B.重物从释放至下落到最低点的过程中,合力先向下,向下运动的过程中,弹力增大,加速度减小,当弹力等于重力后,弹力大于重力,加速度向上,弹力增大,加速度增大,所以加速度先减小后增大,在平衡位置时,加速度为零;速度方向先与加速度方向相同,然后与加速度方向相反,则重物的速度先增大后减小,当加速度为零时,速度最大,故A 错误;结合加速度的方向可知,重物的动能先增大后减小,故B正确;整个过程中只有重力和弹簧的弹力做功,所以弹簧与重物组成的系统的机械能一直不变,故C错误;重物下降的过程中重力一直做正功,所以重物的重力势能一直减小,故D错误.3. (2019 •湖南岳阳质检)如图,游乐场中,从高处A到水面B处有两条长度相同的光滑轨道•甲、乙两小孩沿不同轨道同时从A处以相同大小的速度自由滑向B处,下列说法正确的有()A. 甲的切向加速度始终比乙的大B. 甲、乙在同一高度的速度相同C. 甲比乙先到达B处D. 甲、乙在同一时刻总能到达同一高度解析:选C.由受力分析及牛顿第二定律可知,甲的切向加速度先比乙的大,后比乙的小,故A错误;由机械能守恒定律可知,各点的机械能保持不变,高度(重力势能)相等处的动能也相等,故速度大小相等,但速度方向不同,故B错误;甲的切向加速度先比乙的大,速度增大的比较快,开始阶段的位移比较大,故甲总是先达到同一高度的位置,故C正确,D错误.4. (2019 •浙江温州九校联考)如图是在玩“跳跳鼠”的儿童,该玩具弹簧上端连接脚踏板,下端连接跳杆,儿童在脚踏板上用力向下压缩弹簧,然后弹簧将人向上弹起,最终弹簧将跳杆带离地面,下列说法正确的是()A. 从人被弹簧弹起到弹簧第一次恢复原长,人一直向上加速运动B. 无论下压弹簧的压缩量多大,弹簧都能将跳杆带离地面C. 人用力向下压缩弹簧至最低点的过程中,人和“跳跳鼠”组成的系统机械能增加D. 人用力向下压缩弹簧至最低点的过程中,人和“跳跳鼠”组成的系统机械能守恒解析:选C.从人被弹簧弹起到弹簧第一次恢复原长,人先向上做加速运动,当人的重力与弹力相等时,速度最大,由于惯性人向上做减速运动,故A错误;当下压弹簧的压缩量较小时,弹簧的拉伸量也较小,小于跳杆的重力时,跳杆不能离开地面,故B错误;人用力向下压缩弹簧至最低点的过程中,人的体能转化为系统的机械能,所以人和“跳跳鼠”组成的系统机械能增加,故C正确,D错误.5. (多选)(2019 •江西景德镇模拟)如图所示,一根不可伸长的轻绳两端各系一个小球a和b,跨在两根固定在同一高度的光滑水平细杆上,a球置于地面上,质量为m的b球从水平位置静止释放.当 b 球第一次经过最低点时,a 球对地面压力刚好为零.下列结论正确的是A. a 球的质量为2mb 球的机械能守恒,则有: mgL = j mv 2;当b 球摆过的角度为90。
章末滚动验收(五)(时间:45分钟)一、单项选择题1。
如图所示,“伦敦眼”是世界著名的观景摩天轮,它总高度135米,屹立于伦敦泰晤士河南畔的兰贝斯区。
现假设摩天轮正绕中间的固定轴做匀速圆周运动,则下列关于坐在座椅上观光的游客的说法正确的是()A.因为摩天轮做匀速转动,所以游客受力平衡B.当摩天轮转到最高点时,游客处于失重状态C.因为摩天轮做匀速转动,所以游客的机械能守恒D.当摩天轮转到最低点时,座椅对游客的支持力小于所受的重力B[摩天轮匀速转动时,每个游客都在做线速度大小不变、方向不断变化的匀速圆周运动,不是平衡状态,故A项错误;当摩天轮转到最高点时,游客受到的重力与支持力的合力的方向向下,指向圆心,所以处于失重状态,故B项正确;由于摩天轮做匀速转动,所以游客的动能不变,而重力势能是变化的,所以机械能不守恒,故C项错误;游客随摩天轮做匀速圆周运动且摩天轮转到最低点时,游客受到的重力与支持力的合力的方向向上,指向圆心,所以座椅对游客的支持力大于游客所受的重力,故D项错误.]2.(2020·天津高考真题改编)复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果.一列质量为m的动车,初速度为v0,以恒定功率P 在平直轨道上运动,经时间t达到该功率下的最大速度v m,设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。
动车在时间t内()A.做匀加速直线运动B.加速度逐渐增大C.牵引力的功率P=Fv mD.牵引力做功W=错误!mv错误!-错误!mv错误!C[动车的功率恒定,根据P=F牵v可知动车的牵引力减小,根据牛顿第二定律得:F牵-F=ma可知动车的加速度减小,所以动车做加速度减小的加速运动,A、B错误;当加速度为0时,牵引力等于阻力,则额定功率为P=Fv m,C正确;动车功率恒定,在t时间内,牵引力做功为W=Pt,根据动能定理得Pt-Fs=错误!mv错误!-错误!mv错误!,D错误。
【关键字】实验实验五验证机械能守恒定律●实验目的验证机械能守恒定律.●实验原理1.在只有重力做功的自由落体运动中,物体的重力势能和动能互相转化,但总的机械能保持不变.若物体某时刻瞬时速度为v,下落高度为h,则重力势能的减少量为mgh,动能的增加量为mv2,看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等则验证了机械能守恒定律.2.速度的测量:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度vt =2t.计算打第n个点瞬时速度的方法是:测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn+1,由公式vn=或vn=算出,如图实-5-1所示.图实-5-1●实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹).●实验过程一、实验步骤1.仪器安装按图实-5-2所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路.图实-5-22.打纸带将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方.先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落.更换纸带重复做3~5次实验.3.选纸带分两种情况说明(1)如果根据mv2=mgh验证时,应选点迹清晰,打点成一条直线,且1、2两点间距离小于或接近的纸带.若1、2两点间的距离大于,这是由于先释放纸带,后接通电源造成的.这样,第1个点就不是运动的起始点了,这样的纸带不能选.(2)如果根据mv-mv=mgΔh验证时,由于重力势能的变化是绝对的,处理纸带时,选择适当的点为基准点,这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为就无关紧要了,所以只要后面的点迹清晰就可选用.二、数据处理1.求瞬时速度由公式vn=可以计算出重物下落h1、h2、h3、…的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3、…2.验证守恒方法一:利用起始点和第n点计算,代入ghn和v,如果在实验误差允许的范围内,ghn =v,则说明机械能守恒定律是正确的.方法二:任取两点A、B测出hAB,算出ghAB和的值,如果在实验误差允许的范围内,ghAB=v-v,则说明机械能守恒定律是正确的.方法三:图象法,从纸带上选取多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出v2-h图线.若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线,则验证了机械能守恒.●误差分析1.系统误差本实验中因重锤和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp,即ΔEk<ΔEp,这属于系统误差,改进的方法是调整器材的安装,尽可能地减小阻力.2.偶然误差本实验的另一个误差来源于长度的测量,属于偶然误差.减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量时,一次将各打点对应的下落高度测量完,或者多次测量取平均值.●注意事项1.应尽可能控制实验条件,即应满足机械能守恒的条件,这就要求尽量减小各种阻力的影响,采取的措施有:(1)安装打点计时器时,必须使两个限位孔的中线严格竖直,以减小摩揩阻力.(2)应选用质量和密度较大的重锤,增大重力可使阻力的影响相对减小,增大密度可以减小体积,可使空气阻力减小.2.实验中,提纸带的手要保持不动,且保证纸带竖直,接通电源后,打点计时器工作稳定后再松开纸带.3.验证机械能守恒时,可以不测出重锤质量,只要比较v和ghn是否相等即可验证机械能是否守恒.4.测量下落高度时,为了减小测量值h的相对误差,选取的各个计数点要离起始点远一些,纸带也不易过长,有效长度可在~之间.5.速度不能用vn=gtn或vn=计算,否则犯了用机械能守恒定律验证机械能守恒的错误.●实验改进1.物体的速度可以用光电计时器测量,以减小由于测量和计算带来的误差.2.整个实验装置可以放在真空的环境中操作,如用牛顿管和频闪照相进行验证,以消除由于空气阻力作用而带来的误差.3.可以利用气垫导轨来设计该实验,以减小由于摩揩带来的误差.4.为防止重物被释放时的初速度不为零,可将装置改成如图实-5-3所示形式,剪断纸带最上端,让重物从静止开始下落.图实-5-3●考向1 实验原理与操作(2016·北京高考)利用图实-5-4装置做“验证机械能守恒定律”实验.图实-5-4(1)为验证机械能是否守恒,需要比较重物下落过程中任意两点间的________.A.动能变化量与势能变化量B.速度变化量和势能变化量C.速度变化量和高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是________.A.交流电源B.刻度尺C.天平(含砝码)(3)实验中,先接通电源,再释放重物,得到图实45所示的一条纸带.在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为h A、h B、h C.已知当地重力加速度为g,打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中,重物的重力势能变化量ΔE p=________,动能变化量ΔE k=________.图实55(4)大多数学生的实验结果显示,重力势能的减少量大于动能的增加量,原因是________.A.利用公式v=gt计算重物速度B.利用公式v=2gh计算重物速度C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒:在纸带上选取多个计数点,测量它们到起始点O的距离h,计算对应计数点的重物速度v,描绘v2h图像,并做如下判断:若图像是一条过原点的直线,则重物下落过程中机械能守恒.请你分析论证该同学的判断依据是否正确.【规范解答】(1)在“验证机械能守恒定律”实验中,重物下落,重力势能减少,动能增加,要验证机械能是否守恒,需比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量大小是否相等,故选A.(2)实验时用到电磁打点计时器,则必须使用交流电源.在计算动能和势能变化量时,需用刻度尺测量位移和重物下落高度.在比较动能变化量和势能变化量是否相等时需验证12m (v 22-v 21)=mgh 是否成立,而等式两边可约去质量m ,故不需要天平.故选A 、B.(3)从打O 点到打B 点的过程中,重物下落h B ,重力势能减少,则重物的重力势能变化量ΔE p =-mgh B .动能增加,则动能的变化量ΔE k =12mv 2B -0=12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫h C -h A 2T 2-0=12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫h C -h A 2T 2. (4)重物在下落过程中,除受重力外还存在空气阻力和摩擦阻力的影响,重物的重力势能要转化为重物的动能和内能,则重力势能的减少量大于动能的增加量,选项C 正确.(5)不正确.v 2h 图像为一条直线,仅表明物体所受合力恒定,与机械能是否守恒无关.例如,在本实验中若存在恒定阻力,则物体的机械能不守恒,但mgh -fh =12mv 2,v 2=2⎝ ⎛⎭⎪⎫g -f m h ,v 2h 为一条过原点的直线,故该同学判断不正确.要想通过v 2h 图像的方法验证机械能是否守恒,还必须看图像的斜率是否接近2g .【答案】 (1)A (2)AB (3)-mgh B12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫h C -h A 2T 2 (4)C (5)该同学的判断依据不正确.在重物下落h 的过程中,若阻力f 恒定,根据mgh -fh =12mv 2-0⇒v 2=2⎝ ⎛⎭⎪⎫g -f m h 可知,v 2h 图像就是过原点的一条直线.要想通过v 2h 图像的方法验证机械能是否守恒,还必须看图像的斜率是否接近2g .●考向2 数据处理与误差分析在用落体法验证机械能守恒定律时,某同学按照正确的操作选得纸带如图实56所示.其中O 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 到A 、B 、C 各点的距离,并记录在图中(单位cm).图实56(1)这三个数据中不符合读数要求的是________,应记作________cm.(2)该同学用重锤在OB 段的运动来验证机械能守恒,已知当地的重力加速度g =9.80 m/s 2,他用AC 段的平均速度作为跟B 点对应的物体的瞬时速度,则该段重锤重力势能的减少量为________,而动能的增加量为______,(均保留3位有效数字,重锤质量用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______________.【规范解答】 本实验测量长度用的是毫米刻度尺,故三个数据中15.7是不合理的,应记做15.70,最后一位是估读;O 点到B 点的距离h =12.54 cm ,故减少的势能ΔE p =mgh =1.23m ;计算O 点到B 点的动能增加量,应先计算出B 点的瞬时速度v B ,由图可知:v B =x AC 2T =0.1570-0.09512×0.02 m/s =1.5475 m/s ,故ΔE k =12mv 2B =1.20m 由以上数据可知ΔE p >ΔE k ,其原因在于纸带与限位孔之间有摩擦或空气阻力对实验也带来影响.【答案】 (1)15.7 15.70 (2)1.23m 1.20m 大于 有阻力做负功●考向3 实验创新设计现要通过实验验证机械能守恒定律.实验装置如图实57所示水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A 点处有一带长方形遮光片的滑块,其总质量为M ,左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m 的砝码相连;遮光片两条长边与导轨垂直;导轨上B 点有一光电门,可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t ,用d 表示A 点到导轨底端C 点的距离,h 表示A 与C 的高度差,b 表示遮光片的宽度,s 表示A 、B 两点的距离,将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B 点时的瞬时速度.用g 表示重力加速度.完成下列填空和作图.图实57(1)若将滑块自A 点由静止释放,则在滑块从A 运动至B 的过程中,滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为______________.动能的增加量可表示为______________.若在运动过程中机械能守恒,1t 2与s 的关系式为1t2=________________. (2)多次改变光电门的位置,每次均令滑块自同一点(A 点)下滑,测量相应的s 与t 值.结果如表所示: 1 23 4 5 s /m 0.600 0.8001.000 1.200 1.400 t /ms 8.22 7.176.44 5.85 5.43 1t 2/×104 s -21.481.952.41 2.923.39 以s 为横坐标,t2为纵坐标,在图实58坐标纸中描出第1和第5个数据点;根据5个数据点作直线,求得该直线的斜率k =__________×104 m -1·s -2(保留3位有效数字).由测得的h 、d 、b 、M 和m 数值可以计算出1t2s 直线的斜率k 0,将k 和k 0进行比较,若其差值在实验允许的范围内,则可认为此实验验证了机械能守恒定律.图实58【规范解答】 (1)当滑块运动到B 点时下降高度为h ′,此时砝码上升的高度为s ,由几何关系可知h ′=hs d ,故系统减少的重力势能为E p =Mgh ′-mgs =Mh -md gs d . 由于系统从静止开始运动,运动至B 点时的速度v B =b t ,故动能的增加量ΔE k =12(M +m )v 2B =M +m b 22t2 . 由ΔE p =ΔE k 可解得1t 2=2Mh -md gs M +m db 2. (2)描点及作直线见图.在图中直线上取相距较远的两点,读出两点坐标,由k =Δ⎝ ⎛⎭⎪⎫1t 2Δs可得k =2.40×104 m -1s -2.【答案】 (1)Mh -md gs dM +m b 22t 2 2Mh -md gs M +m db 2(2)描点与作图见解析 2.40此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word 可编辑版本!。
第五章 《机械能及其守恒定律》本章的概念包括:1. 追寻守恒量A . 势能 B. 动能2. 时间和位移C . 功— cos W Fl α= D. 正功和负功3. 运动快慢的描述——速度E. 功率— Wt P = F. 额定功率和实际功率G. 功率和速度— P Fv =4. 重力势能H . 重力的功— 12()G W mg h h =-I . 重力势能— P E mgh =重力做的功与重力势能的关系— 12P P P E E E =-J . 重力势能的相对性— 势能是系统所共有的5. 探究弹性势能的表达式—(体会探究的过程和方法) 6. 探究功与物体速度变化的关系7. 动能和动能原理K. 动能的表达式— 212W mv =L. 动能原理— 21k k W E E =-8. 机械能守恒定律9. 实验:探究机械能守恒定律10. 能量守恒与能源M. 能量守恒定律N. 能源和能量耗散分类试题汇编一、选择题1.【01粤·豫综合】假设列车从静止开始匀加速运动,经过500m的路程后,速度达到360km/h。
整个列车的质量为1.00×105kg,如果不计阻力,在匀加速阶段、牵引力的最大功率是A.4.67×106kWB.1.0×105kW C.1.0×108kW D.4.67×109kW 2.【01上海】在一种叫做“蹦极跳”有的运动中,质量为m的游戏者系一根长为L、弹性优良的轻质柔软橡皮绳,从高处由静止开始下落1.5L时到达最低点。
若在下落过程中不计空气阻力,则以下说法正确的是A.速度先增大后减小B.加速度先减小后增大C.动能增加了mgLD.重力势能减少了mgL3.【01春招】将物体以一定的初速度竖直上抛.若不计空气阻力,从抛出到落回原地的整个过程中,下列四个图线中正确的是4.【01上海】一升降机在箱底装有若干个弹簧,设在某次事故中,升降机吊索在空中断裂,忽略摩擦力,则升降机在从弹簧下端触地后直到最低点的一段运动过程中,(A)升降机的速度不断减小(B)升降机的加速度不断变大(C)先是弹力做的负功小于重力做的正功,然后是弹力做的负功大于重力做的正功(D)到最低点时,升降机加速度的值一定大于重力加速度的值。
第五章 机械能及其守恒定律(时间90分钟,满分100分)一、选择题(本大题共10个小题,共50分,每小题至少有一个选项正确,全部选对的得 5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)1.物体沿直线运动的v -t 关系如图1所示,已知在第1秒内合外力对物体做的功为W , 则( )图1A .从第1秒末到第3秒末合外力做功为4WB .从第3秒末到第5秒末合外力做功为-2WC .从第5秒末到第7秒末合外力做功为WD .从第3秒末到第4秒末合外力做功为-0.75W解析:由题图知,第1秒末速度、第3秒末速度、第7秒速度大小关系:v 1=v 3=v 7, 由题知W =12m v 12-0,则由动能定理知第1秒末到第3秒末合外力做功W 2=12m v 32-12m v 12=0,故A 错.第3秒末到第5秒末合外力做功W 3=0-12m v 32=-W ,故B 错.第5秒末到第7秒末合外力做功W 4=12m v 72-0=W ,故C 正确.第3秒末到第4秒末合外力做功W 5=12m v 42-12m v 32;因v 4=12v 3,所以W 5=-0.75 W .故D 正确.答案:CD2.带电荷量为+q 、质量为m 的滑块,沿固定的斜面匀速 下滑,现加上一竖直向上的匀强电场(如图2所示),电场 强度为E ,且qE <mg ,对物体在斜面上的运动,以下说 法正确的是( )A .滑块将沿斜面减速下滑B .滑块仍沿斜面匀速下滑C .加电场后,重力势能和电势能之和不变D .加电场后,重力势能和电势能之和减小解析:没加电场时,滑块匀速下滑,有:mg sin θ=μmg cos θ,加上电场后,因(mg - Eq )sin θ=μ(mg -Eq )cos θ,故滑块仍匀速下滑,B 正确.加电场后,因重力做正功比 电场力做负功多,所以重力势能减少得多,电势能增加得少,重力势能和电势能之和 减小,C 错误,D 正确. 答案:BD3.(2010·重庆模拟)半径为R 的圆桶固定在小车上,有一光滑小球静止在圆桶的最低点,如图3所示.小车以速度v 向右匀 速运动,当小车遇到障碍物突然停止时,小球在圆桶中上升 的高度不可能的是( )A .等于v 22gB .大于v 22gC .小于v 22gD .等于2R解析:小球沿圆桶上滑机械能守恒,由机械能守恒分析知A 、C 、D 是可能的. 答案:B4.在竖直平面内,有根光滑金属杆弯成如图4所示 形状,相应的曲线方程为y =A cos x ,将一个光滑 小环套在该金属杆上,并从x =0、y =A 处以某 一初速度沿杆向+x 方向运动.运动过程中( ) A .小环在D 点的加速度为零 B .小环在B 点和D 点的加速度相同 C .小环在C 点的速度最大D .小环在C 点和E 点的加速度方向相同解析:小环在D 点和B 点的加速度是由环的重力沿杆切向分力产生的,由对称性可知,小环在两点的加速度的大小相同,方向不同,故A 、B 均错误;因C 点最低,小 环的重力势能最小,由机械能守恒知,小环在C 点的速度最大,C 正确;小环在C 点 和E 点的加速度均为向心加速度,故方向相反,D 错误. 答案:C5.(2009·山东高考)如图5所示为某探究活动小组设计的节 能运动系统,斜面轨道倾角为30°,质量为M 的木箱与 轨道的动摩擦因数为36.木箱在轨道顶端时,自动装货装 置将质量为m 的货物装入木箱,然后木箱载着货物沿轨道无初速滑下,当轻弹簧被压缩至最短时,自动卸货装置立刻将货物卸下,然后木箱 恰好被弹回到轨道顶端,再重复上述过程.下列选项正确的是( )A .m =MB .m =2MC .木箱不与弹簧接触时,上滑的加速度大于下滑的加速度D .在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中,减少的重力势能全部转化为弹簧的弹 性势能解析:自木箱下滑至弹簧压缩到最短的过程中,由能量守恒有: (m +M )gh =(m +M )gμcos30°·hsin30°+E 弹①在木箱反弹到轨道顶端的过程中,由能量守恒有: E 弹=Mgμcos30°·hsin30°+Mgh ②联立①②得:m =2M ,A 错误,B 正确. 下滑过程中:(M +m )g sin θ-(M +m )gμcos θ=(M +m )a 1③ 上滑过程中:Mg sin θ+Mgμcos θ=Ma 2④解之得:a 2=g (sin θ+μcos θ)>a 1=g (sin θ-μcos θ),故C 正确.在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中,减少的重力势能转化为弹簧的 弹性势能和内能,所以D 错误. 答案:BC6.如图6甲所示,足够长的固定光滑细杆与地面成一定倾角,在杆上套有一个光滑小 环,沿杆方向给环施加一个拉力F ,使环由静止开始运动,已知拉力F 及小环速度v 随时间t 变化的规律如图乙所示,重力加速度g 取10 m/s 2.则以下判断正确的是( )图6A.小环的质量是1 kgB.细杆与地面间的倾角是30°C.前3 s内拉力F的最大功率是2.25 WD.前3 s内小环机械能的增加量是5.75 J解析:设小环的质量为m,细杆与地面间的倾角为α,由题图乙知,小环在第1 s内的加速度a=0.51m/s2=0.5 m/s2,由牛顿第二定律得:5-mg sinα=ma,又4.5=mg sinα,得m=1 kg,A正确;sinα=0.45,B错误;分析可得前3 s内拉力F的最大功率以1 s末为最大,P m=F v=5×0.5 W=2.5 W,C错误;前3 s内小环沿杆上升的位移x=0.5 2×1 m+0.5×2 m=1.25 m,前3 s内小环机械能的增加量ΔE=12m v2+mgx sinα=5.75J,故D正确.答案:AD7.静止在粗糙水平面上的物块A受方向始终水平向右、大小先后为F1、F2、F3的拉力作用做直线运动,t=4 s时停下,其v-t图象如图7所示,已知物块A与水平面间的动摩擦因数处处相同,下列判断正确的是()A.全过程中拉力做的功等于物块克服摩擦力做的功B.全过程拉力做的功等于零C.一定有F1+F3<2F2D.有可能F1+F3>2F2解析:由动能定理知A正确,B错误.第1 s内F1-μmg=ma,1 s末至3 s末,F2=μmg,第4 s内,μmg-F3=ma,所以F1+F3=2F2,故C、D错误.答案:A8.如图8所示,一物体m在沿斜面向上的恒力F作用下,由静止从底端沿光滑的斜面向上做匀加速直线运动,经时间t力F做功为60 J,此后撤去恒力F,物体又经时间t回到出发点,若以地面为零势能点,则下列说法正确的是()A.物体回到出发点时的动能是60 JB.开始时物体所受的恒力F=2mg sinθC .撤去力F 时,物体的重力势能是45 JD .动能与势能相同的位置在撤去力F 之前的某位置解析:由功能关系可知,前一个时间t 内,力F 做的功等于此过程中物体机械能的增 量,也等于前一个时间t 末时刻物体的机械能;撤去外力F 后,物体的机械能守恒, 故物体回到出发点时的动能是60 J ,A 正确;设前一个时间t 末时刻物体速度为v 1, 后一个时间t 末时刻物体速度为v 2,由v 12t =v 2-v 12t (两段时间内物体位移大小相等)得:v 2=2v 1,由12m v 22=60 J 知,12m v 12=15 J ,因此撤去F 时,物体的重力势能为60 J-15 J =45 J ,C 正确;动能和势能相同时,重力势能为30 J ,故它们相同的位置一 定在撤去力F 之前的某位置,D 正确;由F -mg sin θm =v 1t ,mg sin θm =v 2-(-v 1)t 可得:F =43mg sin θ,故B 错误.答案:ACD9.(2009·上海高考)小球由地面竖直上抛,上升的最大高度为H ,设所受阻力大小恒定, 地面为零势能面.在上升至离地高度h 处,小球的动能是势能的2倍,在下落至离地 高度h 处,小球的势能是动能的2倍,则h 等于( )A.H 9B.2H 9C.3H 9D.4H 9解析:设小球上升至离地面高度h 时,速度为v 1,由地面上抛时速度为v 0,下落至离 地面高度h 处速度为v 2,空气阻力为f . 上升阶段:-mgH -fH =-12m v 02-mgh -fh =12m v 12-12m v 022mgh =12m v 12下降阶段:mg (H -h )-f (H -h )=12m v 22mgh =2×12m v 22由以上各式联立得:h =49H .故选D.答案:D10.光滑斜面上有一个小球自高为h 的A 处由静止开始滚下,抵达光滑的水平面上的B 点时的速度大小为v0.光滑水平面上每隔相等的距离设置了一个与小球运动方向垂直的活动阻挡条,如图9所示,小球越过n条活动挡条后停下来.若让小球从h高处以初速度v0滚下,则小球能越过的活动阻挡条的条数是(设小球每次越过活动阻挡条时损失的动能相等) () A.n B.2nC.3n D.4n解析:设每条阻挡条对小球做的功为W,当小球在水平面上滚动时,由动能定理有0-12m v02=nW,对第二次有0-12m v22=0-(12m v02+mgh)=NW,又因为12m v02=mgh,联立以上三式解得N=2n.答案:B二、实验题(本大题共2个小题,共10分)11.(5分)为了探究恒力作用时的动能定理,某同学做了如下实验,他让滑块在某一水平面上滑行,利用速度采集器获取其初速度v,并测量出不同初速度的最大滑行距离x,得到下表所示几组数据:(1)该同学根据表中数据,作出x-v图象如图10甲所示.观察该图象,该同学作出如下推理:根据x-v图象大致是一条抛物线,可以猜想,x可能与v2成正比.请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想.图10(2)根据你所作的图象,你认为滑块滑行的最大距离x与滑块初速度平方v2的关系是________________________________________________________________________.解析:(1)作出x-v2图线如图所示.(2)x-v2图线是过原点的直线,所以,滑块滑行的最大距离x与滑块初速度平方v2成正比.答案:(1)见解析图(2)x∝v212.(5分)某兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率,进行了如下实验:①用天平测出电动小车的质量为0.4 kg;②将电动小车、纸带和打点计时器按如图11所示安装;图11③接通打点计时器(其打点周期为0.02 s);④使电动小车以额定功率加速运动,达到最大速度一段时间后关闭小车电源.待小车静止时再关闭打点计时器(设在整个过程中小车所受的阻力恒定).在上述过程中,打点计时器在纸带上所打的点迹如图12(甲)、(乙)所示,图中O点是打点计时器打的第一个点.图12请你分析纸带数据,回答下列问题:(1)该电动小车运动的最大速度为________m/s;(2)该电动小车运动过程中所受的阻力大小为________ N;(3)该电动小车的额定功率为________W.解析:(1)速度恒定时v=xt=6.00×10-22×0.02m/s=1.50 m/s.(2)匀减速运动阶段a=Δxt2≈-4.00 m/s2F f=ma=-1.60 N(3)F=-F f电动小车的额定功率P=F v=1.60×1.50 W=2.40 W.答案:(1)1.50(2)1.60(3)2.40三、计算题(本大题共4个小题,共40分,解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位)13.(8分)如图13所示,质量为m 的物体从倾角为θ的斜面上的A 点以速度v 0沿斜面上滑,由于μmg cos θ<mg sin θ,所以它滑 到最高点后又滑下来,当它下滑到B 点时,速度大小恰好也是 v 0,设物体与斜面间的动摩擦因数为μ,求AB 间的距离. 解析:设物体m 从A 点到最高点的位移为x ,对此过程由动能定理得:-(mg sin θ+μmg cos θ)·x =0-12m v 02 ①对全过程由动能定理得:mg sin θ·x AB -μmg cos θ·(2x +x AB )=0 ② 由①②得:x AB =μv 02cos θg (sin 2θ-μ2cos 2θ).答案:μv 02cos θg (sin 2θ-μ2cos 2θ)14.(10分) (2010·连云港模拟)一劲度系数k =800 N/m 的轻质弹簧 两端分别连接着质量均为12 kg 的物体A 、B ,将它们竖直静止 放在水平面上,如图14所示.现将一竖直向上的变力F 作用在 A 上,使A 开始向上做匀加速运动,经0.40 s 物体B 刚要离开地 面.g =10.0 m/s 2,试求:(1)物体B 刚要离开地面时,A 物体的速度v A ; (2)物体A 重力势能的改变量;(3)弹簧的弹性势能公式:E p =12kx 2,x 为弹簧的形变量,则此过程中拉力F 做的功为多少?解析:(1)开始时m A g =kx 1 当物体B 刚要离地面时kx 2=m B g 可得:x 1=x 2=0.15 m 由x 1+x 2=12at 2v A =at得:v A =1.5 m/s.(2)物体A 重力势能增大, ΔE pA =m A g (x 1+x 2)=36 J.(3)因开始时弹簧的压缩量与末时刻弹簧的伸长量相等,对应弹性势能相等,由功能关 系可得:W F =ΔE pA +12m A v A 2=49.5 J.答案:(1)1.5 m/s (2)36 J (3)49.5 J15.(10分)(2009·浙江高考)某校物理兴趣小组决定举行遥控赛车比赛.比赛路径如图15 所示,赛车从起点A 出发,沿水平直线轨道运动L 后,由B 点进入半径为R 的光滑 竖直圆轨道,离开竖直圆轨道后继续在光滑平直轨道上运动到C 点,并能越过壕沟.已 知赛车质量m =0.1 kg ,通电后以额定功率P =1.5 W 工作,进入竖直轨道前受到阻力 恒为0.3 N ,随后在运动中受到的阻力均可不计.图中L =10.00 m ,R =0.32 m ,h = 1.25 m ,x =1.50 m .问:要使赛车完成比赛,电动机至少工作多长时间?(取g =10 m/s 2)图15解析:设赛车越过壕沟需要的最小速度为v 1,由平抛运动的规律x =v 1t h =12gt 2解得v 1=xg2h=3 m/s 设赛车恰好通过圆轨道,对应圆轨道最高点的速度为v 2,最低点的速度为v 3,由牛顿 第二定律及机械能守恒定律 mg =m v 22R12m v 32=12m v 22+mg (2R ) 解得v 3=5gR =4 m/s通过分析比较,赛车要完成比赛,在进入圆轨道前的速度最小应该是v min =4 m/s 设电动机工作时间至少为t ,根据功能关系 Pt -F f L =12m v min 2由此可得t =2.53 s. 答案:2.53 s16.(12分)如图16甲所示,水平传送带的长度L =6 m ,皮带轮以速度v 顺时针匀速转 动,现在一质量为1 kg 的小物块(可视为质点)以水平速度v 0从A 点滑上传送带,越 过B 点后做平抛运动,其水平位移为x ,保持物块的初速度v 0不变,多次改变皮带轮 的速度v 依次测量水平位移x ,得到如图16乙所示的x -v 图象.图16(1)当0<v≤1 m/s时,物块在A、B之间做什么运动?当v≥7 m/s时,物块在A、B 之间做什么运动?(2)物块的初速度v0多大?解析:(1)由于0<v≤1 m/s时传送带速度增加而物体的平抛初速度不变,所以物体在A、B之间做匀减速直线运动.由于v≥7 m/s时传送带速度增加而物体的平抛初速度不变,所以物体在A、B之间做匀加速直线运动.(2)由图象可知在传送带速度v带=1 m/s时,物体做匀减速运动.则平抛初速度为v1=1 m/s,由动能定理得:-μmgL=12m v12-12m v02在v带=7 m/s时,物体做匀加速运动,则平抛初速度为v2=7 m/s,由动能定理得:μmgL=12m v22-12m v02解得v0=v12+v222=5 m/s.答案:(1)匀减速直线运动匀加速直线运动(2)5 m/s。