势能的变化和机械能守恒

1专题五势能的变化和机械能守恒专题整合测试一、选择题1．关于机械能是否守恒的叙述，正确的是（）A．作匀速直线运动的物体的机械能一定守恒．B．作匀变速运动的物体机械能可能守恒．C．外力对物体做功为零时，机械能一定守恒．D．只有重力对物体做功，物体机械能一定守恒．2．关于重力势能，以下说法中正确的是（）A.某个物体处于某个位置，重力势能的大小是唯一确定的B.重力势能为０的物体，不可能对别的物体做功C.物体做匀速直线运动时，重力势能一定不变D.只要重力做功，重力势能一定变化3．把一个乒乓球用细线悬挂起来，拉开一角度后释放，其摆动的幅度越来越小，下列说法中正确的是（）A．能量正在消失B．乒乓球机械能可能守恒C．乒乓球的机械能减少D．只有乒乓球的动能和重力势能间的互相转化4．下列说法正确的是（）A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B.只要对热机不断改革，就可使热机把它得到的全部内能转化为机械能C.不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化D.凡是不违背能量守恒定律的过程都一定能实现5．下列叙述中正确的是（）A.做匀速直线运动的物体的机械能一定守恒B.做匀速直线运动的物体的机械能可能守恒C.外力对物体做功为0，物体的机械能一定守恒D.系统内只有重力和弹力做功时，系统的机械能一定守恒6．在2008北京奥运会上，俄罗斯著名撑杆跳运动员伊辛巴耶娃以5.05m的成绩第24次打破世界纪录．如图5-1所示为她在比赛中的几个画面．下列说法中正确的是图5-1A．运动员过最高点时的速度为零2B．撑杆恢复形变时，弹性势能完全转化为动能C．运动员要成功跃过横杆，其重心必须高于横杆D．运动员在上升过程中对杆先做正功后做负功7．如图5-2所示，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，从小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中（弹簧一直保持竖直）图5-2A．弹簧的弹性势能先增大后减小B．弹簧的弹性势能增加量大于小球重力势能减少量C．小球的动能一直在减小D．小球的机械能守恒8．一质量均匀、不可伸长的绳索，重为G，A、B两端固定在天花板上，如图5-3所示。现在最低点C处施加一竖直向下的力，将最低点缓慢拉至D点。在此过程中，绳的重心位置（）图5-3A.逐渐升高B.逐渐降低C.先降低后升高D.始终不变9．如图5-4所示，一根不可伸长的轻绳两端分别系着小球A和物块B，跨过固定于斜面体顶端的小滑轮O，倾角为30°的斜面体置于水平地面上．A的质量为m，B的质量为4m．开始时，用手托住A，使OA段绳恰处于水平伸直状态（绳中无拉力），OB绳平行于斜面，此时B静止不动．将A由静止释放，在其下摆过程中，斜面体始终保持静止，下列判断中正确的是图5-4A．物块B受到的摩擦力先减小后增大B．地面对斜面体的摩擦力方向一直向右C．小球A的机械能守恒D．小球A的机械能不守恒，A、B系统的机械能守恒10．节日燃放礼花弹时，要先将礼花弹放入一个竖直的炮筒中，然后点燃礼花弹的发射部分，3通过火药剧烈燃烧产生的高压燃气，将礼花弹由炮筒底部射向空中．若礼花弹在由炮筒底部击发至炮筒口的过程中，克服重力做功W1，克服炮筒阻力及空气阻力做功W2，高压燃气对礼花弹做功为W3，则礼花弹在炮筒内运动的过程中（设礼花弹发射过程中质量不变）A．礼花弹的动能变化量为W3B．礼花弹的动能变化量为W3－W2－W1C．礼花弹的重力势能变化量为W3－W2D．礼花弹的机械能变化量为W1+W2+W311．如图5-5所示，一轻质弹簧固定于O点，另一端系一小球，将小球从与O点在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速地释放，让它自由摆下，不计空气阻力。在小球由A点摆向最低点B的过程中（）图5-5A.小球的重力势能减少B.小球的重力势能增大C.小球的机械能不变D.小球的机械能减少12．存在空气阻力的情况下，将一个物体竖直向上抛，当它上升到离地面高度为h1时，其动能恰好与重力势能相等；当它下降到离地面高度为h2时，其动能又恰与重力势能相等．已知抛出后它上升的最大高度为H，选定地面为参考平面，则A．h12H,h22HB．h12H,h22HC．h12H,h22HD．h12H,h22H二、填空题：13．在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用重物的质量为m=1.00kg，实验中得到一条点迹清晰的纸带，如图5-6所示。把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量点，经测量得到A、B、C、D各点到O点的距离分别为62.99cm，70.18cm，77.76cm，85.73cm．图5-6（1）根据以上数据可知重物由O点到C点，重力势能减少量等于J，动能的增加量等于J．（已知打点计时器的周期是0.02s，g取9.80m/s2，结果取3位有效数字）（2）根据纸带算出相关各点的速率v，量出下落的距离h，以22v为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是图5-7中的，就证明机械能是守恒的．4图5-714．在“验证机械能守恒定律”的实验中，选出一条纸带如图5-8所示，其中O点为起始点，A、B、C为三个计数点，打点计时器通以50Hz交变电流，用毫米刻度尺测得OA=11.13cm,OB=17.69cm,OC=25.9cm。图5-8(1)这三个数据中，不符合有效数字要求的是，应该写成cm。(2)在计数点A和B之间、B和C之间还各有一个点，重物的质量为mkg。根据以上数据可知，当打点计时器打到B点时，重物的重力势能比开始下落时减少了J；这时它的动能为J。（g取9.80m/s2）15．某实验小组利用如图5-9所示的实验装置来验证钩码和滑块所组成的系统机械能守恒．图5-9（1）实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，利用现有器材如何判断导轨是否水平？．（2）如图5-10所示，用游标卡尺测得遮光条的宽度d=cm；实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt=1.2×10-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速度为m/s．在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、和（文字说明并用相应的字母表示）．图5-10（3）本实验通过比较和在实验误差允许的范围内相等（用测量的物理量符号表示），从而验证了系统的机械能守恒．516．奔跑中人体拮抗肌所做的功是随着每迈一步对腿的加速和减速完成的。腿离开地面时，腿从静止直到接近等于身体的速度，拮抗肌做了一定量的功；在腿又回到静止的过程中，拮抗肌又做了一定量的功。现有一个以3m/s的速度奔跑的质量为70kg的人，他每条腿的质量约为10kg，其步子的长度（同一只脚的两个相邻足迹之间的距离）为2m，求此人奔跑过程中的能量消耗率为。（肌肉的能量利用效率约为0.25）三、计算题17．如图5-11所示，质量m=2kg的物体，从光滑斜面的顶端A点以v0=5m/s的初速度滑下，在D点与弹簧接触并将弹簧压缩到B点时的速度为零，已知从A到B的竖直高度h=5m，求弹簧的弹力对物体所做的功。图5-1118．如图5-12所示，在长为L的轻杆中点A和端点B各固定一质量均为m的小球，杆可绕无摩擦的轴O转动，使杆从水平位置无初速释放摆下。求当杆转到竖直位置时，轻杆对A、B两球分别做了多少功?图5-12619．如图5-13所示，总长为L的光滑匀质铁链跨过一个光滑的轻小滑轮，开始时下端A、B相平齐，当略有扰动时其一端下落，则当铁链刚脱离滑轮的瞬间，铁链的速度为多大?图5-1320．如图5-14所示的木板由倾斜部分和水平部分组成，两部分之间由一段圆弧面相连接．在木板的中间有位于竖直面内的光滑圆槽轨道，斜面的倾角为θ．现有10个质量均为m、半径均为r的均匀刚性球，在施加于1号球的水平外力F的作用下均静止，力F与圆槽在同一竖直面内，此时1号球球心距它在水平槽运动时的球心高度差为h．现撤去力F使小球开始运动，直到所有小球均运动到水平槽内．重力加速度为g．求：图5-14⑴水平外力F的大小；⑵1号球刚运动到水平槽时的速度；⑶整个运动过程中，2号球对1号球所做的功．7参考答案专题五势能的变化和机械能守恒1．BD【解析】匀速直线运动的物体只是动能保持不变，但不能确定其势能是否变化，如匀速竖直上升的物体，重力势能增加，机械能增加，选项A错误；物体做匀加速运动，机械能可能守恒，如物体做自由落体运动，物体沿光滑斜面加速下滑，机械能都是守恒的，选项B正确；外力对物体做功为零，是物体所受的合力为零，而机械能守恒的条件是物体只在重力或弹力做功的物体系统内，有其它力作用下做功则不守恒，如匀速竖直下落的物体，除了受到重力以外，还受到阻力作用，机械能不守恒，选项C错误、D正确。2．D【解析】由重力势能的表达式Ep=mgh可知，由于高度h具有相对性，重力势能的大小也具有相对性，即处于某个位置的某个物体，在选择不同的参考平面时，重力势能的大小是不同的。重力势能的大小具有相对性，其大小与参考平面的选取有关，所以重力势能为０的物体，是指物体处于参考平面上，并不能表明物体不具有做功的本领。如在地面上流动的一薄层水，若取地面为参考平面，则其重力势能为０，但当这些水流向更低处时仍可对别的物体做功。物体的重力势能是由物体的重力和物体的高度共同决定的，只要物体的高度发生变化，物体的重力势能就一定发生变化。例如，当物体沿斜面匀速下滑时，高度减小，重力势能将减小。重力的方向总是竖直向下的，重力做功时物体的高度肯定发生变化，重力势能也一定发生变化。可见，选项D正确。3．C【解析】根据能量守恒定律可知，能量既不会消灭，也不会创生，A错误；由于机械能逐渐减小，B错误，C正确；由于机械能逐渐减小，乒乓球的重力势能，一部分转化为动能，还克服其它力作用，D错误。4．C【解析】热量会自发地从高温物体传给低温物体，而不会自发地才低温物体传给高温物体，但如果有外界的影响或者帮助，热量也能从低温物体传到高温物体。例如：电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功，能够不断地把冰箱内（低温）的热量传给外界的空气（高温）。热机不能把它得到的全部内能转化为机械能，因为热机必须有热源和冷凝器，热机工作时总要向冷凝器散热，不可避免地要由工作物质带走一部分热量。根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律的过程，同样不能实现。可见，选项C正确。5．BD【解析】做匀速直线运动的物体所受合力为0，重力以外的其它力的合力是重力的平衡力，只有当物体做水平方向的匀速直线运动时，这些力才对物体不做功，物体（严格地讲，应是物体与地球组成的系统，下同）的机械能才守恒。当物体沿除水平直线以外的任意直线运动时，重力以外的其它力的合力对物体做功，物体的机械能不再守恒。做匀速直线运动的物体，若只有重力对它做功时，机械能守恒，如自由落体、竖直上抛、竖直下抛、平抛、斜抛等运动中，物体的机械能守恒；若重力以外的其它外力对物体做功的8代数和不为0，则物体的机械能不守恒。外力对物体做功为0时，有两种情况：若重力不做功，则其它力对物体做功的代数和也必为0，此时物体的机械能守恒（如小球在水平面内做匀速圆周运动）；若重力做功，其它外力做功的代数和必不为0，此时机械能不守恒。可见，选项B、D正确。6．D【解析】运动员在最高点要有一个向前的速度，选项A错误；撑杆恢复形变时，弹性势能一部分转化为重力势能，一部分转化为动能，选项B错误；运动员在成功跃过的过程中，一般使用背越式，重心可以在横杆的下方，选项C错误；运动员开始时奔跑的动能，在上升过程中首先对撐杆做正功，转化为弹性势能及重力势能，当上升到一定时，弹性势能再转化为动能及重力势能，选项D正确。7.B【解析】小球接触弹簧到将弹簧压缩至最短的过程中，弹簧一直处于压缩状态，而且压缩量越来越大，弹性势能逐渐增大，A错误；小球接触弹簧后，小球的动能和重力势能转化为弹簧的弹性势能，B正确；小球接触弹簧时，重力大于弹力，小球加速，动能增大，当小球所受合力为零时，小球具有最大速度，以后速度减小，C错误；小球的机械能转化为弹簧的弹性势能，D错误。8．A【解析】外力对绳索做功，绳索的机械能增加。由于绳索的动能不变，增加的必是