1、4.2 研究机械能守恒定律 同步练习（沪科版必修2）1下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中A、B、C中的斜面是光滑的，D中的斜面是粗糙的，A、B中的F为木块所受的力，方向如图中箭头所示A、B、D中的木块向下运动，C中的木块向上运动，在这四个图所示的运动过程中，木块的机械能守恒的是()图428解析：选C.在A、B、D中均有除重力以外的其他力做功，机械能不守恒，在C中只有重力做功，机械能守恒，故C正确2.图429(2011年高考上海综合卷)用如图429示装置可以研究动能和重力势能转化中所遵循的规律在摆锤从A位置由静止开始向下摆动到D位置的过程中()重力做正功，重力势能增加重力的瞬时功
2、率一直增大动能转化为重力势能摆线对摆锤的拉力不做功若忽略阻力，系统的总机械能为一恒量A BC D解析：选D.摆锤向下运动，重力做正功，重力势能减小，故错误由于开始静止，所以开始重力功率为零，在D位置物体v的方向与重力垂直，PGGvcos，可知PG0，而在从A位置摆动到D位置的过程中，重力功率不为零，所以所受重力瞬时功率先增大后减小，错误在向下运动的过程中，重力势能减小，动能增加，故错误摆线拉力与v方向始终垂直，不做功，只有重力做功，故机械能守恒，故正确，选D.3.图4210如图4210所示，在两个质量分别为m和2m的小球a和b之间用一根长为L的轻杆连接(杆的质量可不计)，两小球可绕穿过杆中心O
3、的水平轴无摩擦地转动现让轻杆处于水平位置，然后无初速释放，重球b向下，轻球a向上，产生转动在杆转至竖直的过程中()Ab球的重力势能减小，动能增加Ba球的重力势能增加，动能增加Ca球和b球的总机械能守恒Da球和b球的总机械能不守恒解析：选ABC.由于不计一切摩擦和阻力，a和b两个球组成的系统中，只存在动能和重力势能的相互转化，系统的机械能守恒其中a球的动能和势能均增加，机械能增加，杆中力对a做正功；b球的重力势能减少，动能增加，机械能减少，杆中力对b球做负功4.图4211(2010年高考课标全国卷)图4211为验证机械能守恒定律的实验装置示意图现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、
4、带铁夹的重锤、天平回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有_(填入正确选项前的字母)A米尺 B秒表C012 V的直流电源 D012 V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有_.(写出两个原因)解析：(1)根据本实验的原理，打点计时器用交流电源，计算物体的瞬时速度以及测量物体下落的高度时都需要用到米尺，打点计时器本身是计时仪器，故不需要秒表(2)见答案答案：(1)AD(2)纸带和打点计时器间有摩擦；用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差、空气阻力等；计算势能变化时，选取的两点距离过近；交变电流频率不稳定(选取两个原因即可)5如图4212所示是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方
5、案，与站台连接的轨道有一个小坡度，电车进站时要上坡，出站时要下坡，如果坡高2 m，电车到a点的速度是25.2 km/h，此后便切断电动机的电源如果不考虑电车所受的摩擦力，则图4212(1)电车到a点电源切断后，能不能冲上站台？(2)如果能冲上，它到达b点时的速度是多大？(g取10 m/s2)解析：(1)取a所在水平面为重力势能的参考面，电车在a点的机械能为E1mv式中v125.2 km/h7 m/s.将这些动能全部转化为势能，据机械能守恒定律有mghmv所以hm2.45 m.因为hh，所以电车能够冲上站台(2)设电车到达b点时的速度为v2, 根据机械能守恒定律有mvmghmv所以v2 m/s3
6、 m/s.答案：(1)能(2)3 m/s一、选择题1关于机械能守恒，下列说法正确的是()A物体的机械能守恒时，一定只受重力B物体处于平衡状态时，机械能守恒C物体除受重力外，还受其他力，机械能一定不守恒D物体的重力势能和动能之和增大时，必定有重力以外的力对它做功解析：选D.物体机械能守恒的条件是只有重力做功，并非只受重力作用物体受到其他力，但不做功，机械能应该守恒，故选项A、C错误；物体处于平衡状态时，如物体沿一斜面匀速下滑，物体要克服摩擦力做功，此时机械能不守恒，选项B错误；物体若有重力以外的力对它做功时，物体的机械能必定变化，选项D正确2.图4213如图4213所示，桌面高为h，质量为m的小
7、球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，以桌面为参考平面，则小球落到地面前瞬间的机械能为()A0BmghCmgH Dmg(Hh)解析：选C.由于小球在下落过程中只受重力作用，所以机械能守恒，也就是说小球在任一位置时的机械能都相等，并且都等于刚释放时的机械能EmgH，故正确选项为C.3(2011年高考新课标全国卷)一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是()A运动员到达最低点前重力势能始终减小B蹦极绳子张紧后的下落过程中，弹力做负功，弹性势能增加C蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D蹦极
8、过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关解析：选ABC.到达最低点前高度始终在降低，所以重力势能始终减小，故A正确绳张紧后的下落过程，伸长量逐渐增大，弹力做负功，弹性势能增大，故B正确在蹦极过程中，只有重力与系统内弹力做功，故机械能守恒，C正确重力势能的改变与重力做功有关，重力做功只与始末位置高度差有关，与零势能面的选取无关，故D错误4在“验证机械能守恒定律”的实验中有关重锤的质量，下列说法中正确的是()A应选用质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力B应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动C不需要称量重锤的质量D必须称量重锤的质量，而且要
9、估读到0.01 g解析：选AC.本实验依据的原理是用重锤自由下落验证机械能守恒定律，因此重锤的质量应取得大一些，以使系统所受的阻力和重锤的重量相比可以忽略不计，以保证系统做自由落体运动对自由落体来说，物体的机械能守恒，即重力势能的减小等于其动能的增加设物体质量为m，下落距离h时的速度为v，则有mv2mgh，约去m后，有v22gh，分别计算对应的v2和2gh，即可验证机械能守恒定律是否成立5(2011年延安高一检测)图4214利用传感器和计算机可以研究力随时间变化的大小关系，实验时让某消防队员从一平台上跌落，自由下落2 m后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又下降了0.5 m，最后
10、停止，用这种方法获得消防队员受到地面冲击力随时间变化的图线如图4214所示根据图线所提供的信息，以下判断错误的是()At1时刻消防队员的速度最大Bt3时刻消防队员的动能最小Ct4时刻消防队员的动能最小D消防员在运动过程中机械能守恒解析：选ABD.由图像可知，消防队员在t1时刻开始与地面接触，t1到t2做加速度减小的加速运动，t2时刻速度增加到最大；t2到t3做加速度增大的减速运动，t3到t4做加速度减小的减速运动，t4时刻速度减为零因为消防队员接触地面后，地面的弹力对消防队员做负功，所以其机械能不守恒6.图4215(2010年高考安徽卷)伽利略曾设计如图4215所示的一个实验，将摆球拉到M点放
11、开，摆球会达到同一水平高度上的N点如果在E或F处钉上钉子，摆球将沿不同的圆弧达到同一高度的对应点；反过来，如果让摆球从这些点下落，它同样会达到原水平高度上的M点这个实验可以说明，物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面(或弧线)下滑时，其末速度的大小()A只与斜面的倾角有关B只与斜面的长度有关C只与下滑的高度有关 D只有物体的质量有关解析：选C.物体由静止开始沿不同倾角的光滑斜面(或弧线)下滑时，仅有重力做功，机械能守恒，故有mghmv2v，所以其末速度仅由高度决定，故C项正确7一物体从高h处自由下落，落至某一位置时其动能与重力势能恰好相等(取地面为零势能面)()A此时物体所处的高度为h/2B此时物
12、体的速度为C这段下落的时间为D此时机械能可能小于mgh解析：选ABC.物体下落中机械能守恒，D错由mgh2mgh知hh/2，A对由mgh2mv2知v，B对由tv/g知t，C对8.图4216三个物体以相同的初速度v0分别竖直上抛、沿光滑斜面上滑、斜上抛，不计阻力，它们所能到达的最大高度分别用H1、H2、H3表示，如图4216所示，斜面足够长，则比较三者的最大高度有()AH1H2H3 BH1H2H3CH1H2H3 DH1H2H3解析：选B.三个物体在运动过程中，只有重力做功，机械能守恒，前两种情况下物体在最高点的速度为零，由EkEp得H1H2；第三种情况下物体在最高点的速度不等于零，由mv0mgH
13、3Ek知，H3h，如图4220所示在平台边缘右上方的轨道恰能使小球无摩擦地通过，A球位于平台的边缘，受到微小的扰动后开始下落，设A、B两球相继落地后均不弹起，求C球刚要离开平台时的速度大小图4220解析：A小球下落h的过程中，以A、B、C三球为整体机械能守恒，A球刚到地面时，速率为v1，则A球减少的重力势能等于三球增加的动能，所以有mgh3mv21A球落地后，B球以速率v1开始下落h的过程中，以B、C球组成整体机械能守恒，B球减少的重力势能等于B、C两球增加的动能，所以有mgh2mv222mv21B球落地后，B、C间绳子已松弛，C球在光滑台面上以速度v2匀速前进lh距离后离开平台，代入数值解得vCv2.答案：