2018-2019学年高中物理鲁科版必修2练习：第2章第4节 能源与可持续发展 随堂检测 Word版含解析

一.如图3所示，质量m＝60 kg(包括雪具在内)的运动员从长直助滑道AB的 A处由静止开始以加速度a＝3.6 m/s2匀加速滑下，到达助滑道末端B时速度 vB＝24 m/s，A与B的竖直高度差H＝48 m，为了改变运动员的运动方向， 在助滑道与起跳台之间用一段弯曲滑道平滑衔接，其中最低点C处附近是 一段以O为圆心的圆弧.助滑道末端B与滑道最 低点C的高度差h＝5 m，运动员在B、C间运动 时阻力做功W＝－1 530 J，取g＝10 m/s2. (1)求运动员在AB段下滑时受到阻力f的大小； 答案 144 N
例1
如图1所示，物体A质量为2m，物体B质量为m，通过轻绳跨过定滑
轮相连.斜面光滑、足够长，且与水平面成θ＝30°角，不计绳子和滑轮之
间的摩擦 .开始时 A 物体离地的高度为 h ， B 物体位于斜面的底端，用手托
住A物体，A、B两物体均静止.撤去手后，求：
(1)A物体将要落地时的速度多大？
将 mA＝2m，mB＝m 代入解得：v＝ gh.
受其他力，但其他力不做功
其他力做功，做功代数和为零
Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2
ΔEp＝－ΔEk
能量
守恒
能
量
能量守恒定律
与可
持续
能量的转化和转移具有方向性
永动机不 可制成 第一类永动机违背能量守恒守律
与
能
发展
源
第二类永动机违背能量转化和转移的 不可逆 性
答案 gh
重点探究
1 2 m v 2
一、机械能守恒定律的理解与应用
重力加速度为g.此过程中，物体的 A.重力势能增加了mgh √ B.机械能保持不变 C.机械能增加了mgh √ D.机械能增加了FL
H s

实验:验证机械能守恒定律1.(多选)在用自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中要通过工具测量和计算得到的有( )A.重锤的质量B.重力加速度C.重锤下落的高度D.与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度解析:本题是对实验原理的考查。

通过实验原理可知,重锤下落高度要用毫米刻度尺直接测量,求出下落这一高度时对应的瞬时速度,故需用工具测量的是C,通过计算得到的是D。

答案:CD2.(多选)在验证机械能守恒定律的实验中,在下列实验步骤中错误的是( )A.把打点计时器固定在铁架台上,并用导线将打点计时器接在低压交流电源上B.将连有重物的纸带穿过限位孔,用手提着纸带,让手尽量靠近打点计时器C.松开纸带,接通电源D.更换纸带,重复几次,选点迹清晰的纸带进行测量解析:选项B中应让重物尽量靠近打点计时器,而不是让手靠近打点计时器;选项C 应先接通电源,后释放纸带。

答案:BC3.为了“验证机械能守恒定律”,我们提供了如图所示的实验装置。

某同学进行了如下操作并测出数据:①用天平测定小球的质量为0.50kg;②用游标卡尺测出小球的直径为10.0mm;③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80cm;④电磁铁先通电,让小球吸在开始端;⑤电磁铁断电时,小球自由下落。

(1)在小球经过光电门时间内,计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10-3s,由此可算得小球经过光电门的速度为 m/s 。

(2)计算得出重力势能的变化量为 J,小球动能变化量为 J 。

(结果保留三位数字)(3)试根据(2)对本实验下结论: 。

解析:(1)小钢球经过光电门所用时间很短,可看作做匀速直线运动,所以v==4m/s 。

d t (2)小球的重力势能的变化量ΔE p =mgh=4.04J,小球动能变化量ΔE k =mv 2-120=4.00J 。

(3)可见在误差允许范围内,小球的机械能是守恒的。

答案:(1)4　(2)4.04　4.00　(3)在误差允许范围内,小球的机械能是守恒的4.如图所示,两个质量各为m 1和m 2的小物块A 和B ,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m 1>m 2,现要利用此装置验证机械能守恒定律。

2019-2020学年高中物理第2章能的转化与守恒第2节势能的改变随堂检测（含解析）鲁科版必修2
1．(对应要点一)关于重力势能，下列说法中正确的是( )
A．物体的位置一旦确定，它的重力势能的大小也随之确定
B．物体与零势能参考平面的距离越大，它的重力势能也越大
C．一个物体的重力势能从－5 J变化到－3 J，重力势能变大了
D．重力势能的减少量等于重力对物体做的功
解析：重力势能的大小与零势能参考平面的选择有关，A错误；当物体在参考平面的下方时，距离越大，重力势能越小，B错误；重力势能的相对正负号表示势能的相对大小，C 错误；选项D正确。

答案：D
2．(对应要点二)如图2－2－6所示，质量为m的小球，从曲面
左侧上的A点滚下，经过最低点后滚到曲面右侧上的B点。

已知A
点距最低点的高度为h1，B点距最低点的高度为h2。

求小球从A点滚
到B点的过程中，重力做了多少功？小球的重力势能变化了多少？
解析：重力做的功为W＝mgΔh＝mg(h1－h2) 图2－2－6
因为高度减小，重力做正功，所以重力势能减少，且减少的重力势能等于重力所做的功，故小球的重力势能减少量为ΔE p减＝W＝mg(h1－h2)。

答案：mg(h1－h2)，减少了mg(h1－h2)。

研究机械能守恒定律1．下列几种情况中，系统的机械能守恒的是( )A．图甲中一颗弹丸在碗内做速率不变的螺旋运动B．图乙中运动员在蹦床上越跳越高C．图丙中小车上放一木块，小车的左侧由弹簧与墙壁相连．小车在左右振动时，木块相对于小车无滑动(车轮与地面摩擦不计)D．图丙中如果小车振动时，木块相对于小车有滑动解析：选C．弹丸在碗内做速率不变的螺旋运动时，除重力做功外，还会有其它力做功，系统机械能不守恒，故A错误；运动员越跳越高，表明她不断做功，机械能不守恒，故B 错误；由于一对静摩擦力做的总功为零，故系统中只有弹簧弹力做功，故系统机械能守恒，故C正确；滑动摩擦力做功，系统机械能不守恒，故D错误．2．(多选)如图所示，一物体在直立弹簧的上方h处下落，然后又被弹回，若不计空气阻力，则下列说法中正确的是( )A．物体在任何时刻的机械能都跟初始时刻的机械能相等B．物体和弹簧组成的系统任何两时刻机械能相等C．在重力和弹簧的弹力相等时，物体的速度最大D．物体在把弹簧压缩到最短时，它的机械能最小解析：选BCD．物体与弹簧接触前，自由下落，其机械能守恒，但与弹簧接触后，弹簧弹力对物体做功，物体机械能不守恒，物体与弹簧组成的系统机械能守恒，选项A说法错误，选项B说法正确；物体与弹簧接触后加速下落，弹簧弹力不断增大，物体下落的加速度不断减小，当弹簧弹力等于物体重力时，加速度减为零，速度达到最大，选项C说法正确；根据能量守恒可知，弹簧被压缩至最短时，弹簧的弹性势能最大，物体的机械能最小，选项D 说法正确．3．(多选)如图所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，有关尺寸在图中已注明．我们选中n点来验证机械能守恒定律．下面举出一些计算n点速度的方法，其中正确的是( )A ．n 点是第n 个点，则v n ＝gnTB ．n 点是第n 个点，则v n ＝g (n －1)TC ．v n ＝s n ＋s n ＋12T D ．v n ＝h n ＋1－h n －12T解析：选CD ．n 点的瞬时速度等于s n 与s n ＋1段的平均速度． 4．如图所示，小球的质量为m ，自光滑的斜槽的顶端无初速度滑下，沿虚线轨迹落地，不计空气阻力，则小球着地瞬间的动能和重力势能分别是(选取斜槽末端切线所在平面为参考平面)( )A ．mg (h ＋H )，－mghB ．mg (h ＋H )，mghC ．mgH ，0D ．mgH ，－mgH解析：选A ．选取斜槽末端切线所在平面为零势能参考平面，小球初始状态的重力势能为E p1＝mgH ，落地时的重力势能为E p2＝－mgh ，小球下落过程机械能守恒，则有mgH ＝E k ＋(－mgh )，即E k ＝mg (h ＋H )，选项A 正确，其他选项均错误．5．游乐场的过山车的运动过程可以抽象为下图所示模型．弧形轨道下端与圆轨道相接，使小球从弧形轨道上端A 点静止滑下，进入圆轨道后沿圆轨道运动，最后离开．(1)试分析A 点离地面的高度h 至少要多大，小球才可以顺利通过圆轨道最高点(已知圆轨道的半径为R ，不考虑摩擦等阻力)．(2)小球刚过圆轨道最低点时，对轨道的压力是多大？ 解析：(1)由机械能守恒定律得：mgh ＝mg 2R ＋12mv 2在圆轨道最高处：mg ＝m v 20Rv ＝v 0解得h ＝52R ．(2)到最低点的速度设为v 1 由机械能守恒定律得mg ·2．5R ＝12mv 21 又N －mg ＝m v 21R解得N ＝6mg由牛顿第三定律可得，小球对轨道的压力为6mg ． 答案：(1)52R (2)6mg[课时作业][学生用书P113(单独成册)]一、单项选择题1．关于机械能是否守恒，下列说法中正确的是( ) A ．做匀速直线运动的物体机械能一定守恒 B ．做圆周运动的物体机械能一定守恒 C ．做变速运动的物体机械能可能守恒D ．合外力对物体做功不为零，机械能一定不守恒解析：选C ．做匀速直线运动的物体与做圆周运动的物体，如果还受到摩擦力的作用，则机械能不守恒，选项A 、B 错误；做变速运动的物体，如一切不计空气阻力的抛体运动，机械能都守恒，选项C 正确；合外力做功不为零，机械能可能守恒，如自由落体运动，选项D 错误．2．如图所示，某同学利用橡皮条将模型飞机弹出，在弹出过程中，下列说法不正确的是( )A ．橡皮条收缩，弹力对飞机做功B ．模型飞机的动能增加C．橡皮条的弹性势能减少D．模型飞机的重力势能减小，转化为飞机的动能解析：选D．在飞机弹出过程中，橡皮条对飞机做正功，弹性势能减少，模型飞机的动能增加．3．如图是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中①和②为楔块，③和④为垫板，楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦，在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中( ) A．缓冲器的机械能守恒B．摩擦力做功消耗机械能C．垫板的动能全部转化为内能D．弹簧的弹性势能全部转化为动能解析：选B．由于车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中存在克服摩擦力做功，所以缓冲器的机械能减少，选项A错误、B正确；弹簧压缩的过程中，垫板的动能转化为内能和弹簧的弹性势能，选项C、D错误．4．在物体自由下落过程中，下列说法正确的是( )A．动能增大，势能减小，机械能增大B．动能减小，势能增大，机械能不变C．动能增大，势能减小，机械能不变D．动能不变，势能减小，机械能减小解析：选C．在自由下落过程中，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能不断减小，动能不断增大，选项C正确．5．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解析：选D ．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．6．如图所示，质量为m 的物体，以速度v 离开高为H 的桌子，当它落到距地面高为h 的A 点时，在不计空气阻力的情况下，下列判断正确的是( )A ．若取桌面为零势能面，物体在A 点具有的机械能是12mv 2＋mgHB ．若取桌面为零势能面，物体在A 点具有的机械能是12mv 2－mg (H －h )C ．物体在A 点具有的动能是12mv 2＋mg (H －h )D ．物体在A 点具有的动能大小与零势能面的选取有关，因此是不确定的解析：选C ．以桌面为零势能面时，物体最初机械能只有动能E 1＝12mv 2，由于运动过程中只有重力做功，机械能守恒，故A 点的机械能为12mv 2，选项A 、B 错误；由动能定理知物体在A 点的动能为E k A ＝12mv 2＋mg (H －h )，故选项C 正确，D 错误．二、多项选择题 7．如图所示，A 和B 两个小球固定在一根轻杆的两端，此杆可绕穿过其中心的水平轴O 无摩擦转动．现使轻杆从水平状态无初速度释放，发现杆绕O 沿顺时针方向转动，则杆从释放起转动90°的过程中( )A ．B 球的重力势能减少，动能增加 B ．A 球的重力势能增加，动能减少C ．A 球的重力势能和动能都增加了D ．A 球和B 球的总机械能是守恒的解析：选ACD ．杆绕水平轴O 顺时针转动，故m B >m A ，则系统的总势能减少，减少的势能转化为A、B的动能．对于A、B来说，杆的弹力和重力对其做功，使得B球的重力势能减少，动能增加；A球的动能、重力势能都增加；但对系统来说杆做的功为0，故系统的机械能守恒．故选项A、C、D正确，选项B错误．8．节日燃放礼花弹时，要先将礼花弹放入竖直的炮筒中，然后点燃发射部分，通过火药剧烈燃烧产生高压燃气，将礼花弹由筒底射向空中．若礼花弹在由筒底发射至筒口的过程中，克服重力做功为W1，克服炮筒阻力及空气阻力做功为W2，高压燃气对礼花弹做功为W3，则礼花弹在筒中的运动过程中(设它的质量不变)( )A．动能变化量为W3－W2－W1B．动能变化量为W1＋W2＋W3C．机械能增加量为W3－W2－W1D．机械能增加量为W3－W2解析：选AD．动能变化量取决于合外力做的功，即重力、阻力、推动力做功的代数和，所以动能变化量为W3－W2－W1，A项正确，B项错误；机械能增加量取决于除重力外的其他力做的功，所以机械能增加量为W3－W2，C项错误，D项正确．9．如图所示，上表面有一段光滑圆弧的质量为M的小车A置于光滑水平面上，在一质量为m的物体B自圆弧上端自由滑下的同时释放A，则 ( )A．在B下滑过程中，B的机械能守恒B．轨道对B的支持力对B不做功C．在B下滑的过程中，A和地球组成的系统机械能增加D．A、B和地球组成的系统机械能守恒解析：选CD．由于A不固定，所以在B下滑的过程中A向左运动，轨道对B的支持力与B的运动方向不再垂直，轨道支持力对B做负功，B的机械能减少，故A、B均错误．B 对A的压力做正功，所以A的机械能增加，故C正确．对于A、B及地球组成的整体，在运动过程中只有重力做功，所以机械能守恒，故D正确．三、非选择题10．甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验．(1)图中A 、B 、C 、D 、E 表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材有 ；乙同学需在图中选用的器材有 ．(用字母表示)(2)乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图所示的两条纸带①和②．纸带 的加速度大(填“①”或“②”)，其加速度大小为 ．解析：(1)要采用落体法做“验证机械能守恒定律”实验，需要下落的重物A 和打点计时器B ；要做“探究加速度与力、质量的关系”实验，需要研究对象小车D ，拉动小车的钩码E 及打点计时器B ．(2)纸带①的加速度大小为a 1＝（x 5＋x 4）－（x 1＋x 2）6T2＝[（38.10－34.20）－（32.40－29.10）]×10－26×0.022m/s 2 ＝2．5 m/s 2纸带②的加速度大小为a 2＝（x 5＋x 4）－（x 1＋x 2）6T2＝[（35.90－32.35）－（30.65－27.40）]×10－26×0.022m/s 2 ＝1．25 m/s 2因此纸带①的加速度大，大小为2．5 m/s 2． 答案：(1)AB BDE(2)① 2．5 m/s 2(2．3～2．7 m/s 2均可) 11．如图所示，在大型露天游乐场中翻滚过山车的质量为1 t ，从轨道一侧的顶点A 处由静止释放，到达底部B 处后又冲上环形轨道，使乘客头朝下通过C 点，再沿环形轨道到达底部B 处，最后冲上轨道另一侧的顶端D 处，已知D 与A 在同一水平面上．A 、B 间的高度差为20 m ，圆环半径为5 m ，如果不考虑车与轨道间的摩擦和空气阻力，g 取10 m/s 2．试求：(1)过山车通过B 点时的动能． (2)过山车通过C 点时的速度．(3)过山车通过D 点时的机械能．(取过B 点的水平面为零势能面)解析：(1)过山车由A 点运动到B 点的过程中，由机械能守恒定律ΔE k 增＝ΔE p 减可得过山车在B 点时的动能12mv 2B －0＝mgh AB E k B ＝12mv 2B ＝mgh AB ＝103×10×20 J ＝2×105J ．(2)同理可得，过山车从A 点运动到C 点时有 12mv 2C －0＝mgh AC 解得v C ＝2gh AC ＝2×10×（20－2×5） m/s ＝10 2 m/s ．(3)由机械能守恒定律可知，过山车在D 点时的机械能就等于在A 点时的机械能，取过B 点的水平面为零势能面，则有E D ＝E A ＝mgh AB ＝103×10×20 J ＝2×105 J ．答案：(1)2×105J (2)10 2 m/s (3)2×105J12．如图所示，质量m ＝70 kg 的运动员以10 m/s 的速度，从高h ＝10 m 的滑雪场A 点沿斜坡自由滑下，AB 段光滑．(取g ＝10 m/s 2)(1)求运动员到达最低点B 时的速度大小；(2)若运动员继续沿右边斜坡向上运动，在向上运动的过程中克服阻力做功 3 500 J ，求他能到达的高度．解析：(1)根据机械能守恒定律得： 12mv 2A ＋mgh ＝12mv 2B 解得v B ＝10 3 m/s ． (2)据动能定理得： －mgH －W 阻＝0－12mv 2B解得：H ＝10 m运动员能到达的高度为10 m．答案：(1)10 3 m/s (2)10 m。