高考物理备考之百所名校组合卷系列专题5_机械能守恒定律

高考物理备考之百所名校组合卷系列专题5机械能守恒定律【试题1】如图1所示，一个可视为质点的质量为m的小球以初速度v飞出高为H的桌面，当它经过距离地面高为h的A点时，所具有的机械能是(以桌面为零势能面，不计空气阻力)()A.12mv2B.12mv2＋mghC.12mv2－mghD.12mv2＋mg(H－h)图1【解析】小球做平抛运动，只有重力做功，机械能守恒，故A正确．【答案】A【试题出处】2011·模拟【试题2】在光滑的水平地面上，有质量相同的甲、乙两物体，甲原来静止，乙以速度v做匀速直线运动，俯视图如图2所示．某时刻它们同时受到与v方向垂直的相同水平恒力F的作用，经过相同时间后图2A．两物体的位移相同B．恒力F对两物体所做的功相同C．两物体的速度变化率相同D．两物体的动能变化量相同【解析】甲、乙两物体分别做匀变速直线运动和匀变速曲线运动，在相同时间内，位移不相同，A错误．由于在力的方向上的位移相同，恒力F对物体所做的功相同，B正确．速度变化率就是加速度，C正确．由动能定理知D也正确．【答案】BCD【试题出处】2011·模拟【试题3】物体沿直线运动的v－t关系如图3所示，已知在第1秒内合外力对物体做的功为W，则()图3A．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【试题出处】2011·模拟【试题4】如图4所示，某段滑雪雪道倾角为30°，总质量为m(包括雪具在内)的滑雪运动员从距底端高为h处的雪道上由静止开始匀加速下滑，加速度为13g.在他从上向下滑到底端的过程中，下列说法正确的是()图4A．运动员减少的重力势能全部转化为动能B．运动员获得的动能为13mghC．运动员克服摩擦力做功为23mghD．下滑过程中系统减少的机械能为13mgh【解析】运动员的加速度为13g，小于gsin30°，所以必受摩擦力，且大小为16mg，克服摩擦力做功为16mg×hsin30°＝13mgh，故C错；摩擦力做功，机械能不守恒，减少的势能没有全部转化为动能，而是有13mgh转化为内能，故A错，D正确；由动能定理知，运动员获得的动能为13mg×hsin30°＝23mgh，故B错．【答案】D【试题出处】2011·模拟【试题5】质量为10kg的物体，在变力F作用下沿x轴做直线运动，力随坐标x的变化情况如图5所示．物体在x＝0处，速度为1m/s，一切摩擦不计，则物体运动到x＝16m处时，速度大小为()A．22m/sB．3m/sC．4m/sD.17m/s图5【解析】力—位移图象下所围图形的面积表示功，由图象可知，一部分正功与另一部分负功抵消，外力做的总功W＝Fx＝40J，根据动能定理W＝12mv2－12mv20得v＝3m/s.【答案】B【试题出处】2011·模拟【试题6】质量为m的汽车以恒定功率P沿倾角为θ的倾斜路面向上行驶，最终以速度v匀速运动．若保持汽车的功率P不变，使汽车沿这个倾斜路面向下运动，最终匀速行驶．由此可知(汽车所受阻力大小不变)()A．汽车的最终速度一定大于vB．汽车的最终速度可能小于vC．汽车所受的阻力一定大于mgsinθD．汽车所受的阻力可能小于mgsinθ【解析】由P＝Fv可知，汽车上坡时的牵引力大于下坡时的牵引力，故下坡的速度一定大于v；阻力一定大于重力沿斜面的分力，否则不可能达到匀速运动．【答案】AC【试题出处】2011·模拟[来源:]【试题7】如图6所示，小球在竖直向下的力F作用下，将竖直轻弹簧压缩，若将力F撤去，小球将向上弹起并离开弹簧，直到速度为零时为止，则小球在上升过程中()图6A．小球的机械能守恒B．弹性势能为零时，小球动能最大C．小球在刚离开弹簧时动能最大D．小球在刚离开弹簧时机械能最大【解析】小球与弹簧组成的系统机械能守恒，故A错D对；小球刚离开弹簧时与弹性势能为零时是同一时刻，而小球动能最大时是重力与弹力相等时，此时弹簧还处在压缩状态，故B、C错．【答案】D【试题出处】2011·模拟【试题8】物体做自由落体运动，Ek代表动能，Ep代表势能，h代表下落的距离，以水平地面为零势能面．如下图所示的图象中，能正确反映各物理量之间关系的是()【解析】由机械能守恒定律：Ep＝E－Ek，故势能与动能的图象为倾斜的直线，C错；Ep＝mg(H－h)＝E－mgh，故势能与h的图象也为倾斜的直线，D错；且Ep＝E－12mv2，故势能与速度的图象为开口向下的抛物线，B对；同理Ep＝E－12mg2t2，势能与时间的图象也为开口向下的抛物线，A错．【答案】B【试题出处】2011·模拟【试题9】如图7所示，A、B两物体质量分别是mA和mB，用劲度系数为k的弹簧相连，A、B处于静止状态．现对A施竖直向上的力F提起A，使B对地面恰无压力．当撤去F，A由静止向下运动至最大速度时，重力做功为()图7A．m2Ag2/kB．m2Bg2/kC．mA(mA＋mB)g2/kD．mB(mA＋mB)g2/k【解析】当B对地面没有压力时，弹簧伸长了mBgk.当撤去F后，A到达最大速度时，弹簧压缩了mAgk，则整个过程中重力做的功为mA(mA＋mB)g2/k，即为C.【答案】C【试题出处】2011·模拟【试题10】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.H9B.2H9C.3H9D.4H9【试题出处】2011·模拟【试题11】一人乘电梯从1楼到20楼，在此过程中经历了先加速，后匀速，再减速的运动过程，则电梯支持力对人做功情况是()A．加速时做正功，匀速时不做功，减速时做负功B．加速时做正功，匀速和减速时做负功C．加速和匀速时做正功，减速时做负功D．始终做正功【解析】力对物体做功的表达式为W＝Flcosθ，0°≤θ90°时，F做正功，θ＝90°，F不做功，90°θ≤180°时，F做负功，支持力始终竖直向上，与位移同向，θ＝0°，故支持力始终做正功，D正确．【答案】D【试题出处】2011·模拟【试题12】一根质量为M的直木棒，悬挂在O点，有一只质量为m的猴子抓着木棒，如图15所示，剪断悬挂木棒的细绳，木棒开始下落，同时猴子开始沿木棒向上爬．设在一段时间内木棒沿竖直方向下落，猴子对地的高度保持不变，忽略空气阻力，则图15所示的四个图象中能正确反映在这段时间内猴子做功的功率随时间变化的关系的是()【解析】猴子对地的高度不变，所以猴子受力平衡．设猴子的质量为m，木棒对猴子的作用力为F，则有F＝mg；对木棒，设木棒的重力为Mg，则木棒所受合力为F′＋Mg＝mg＋Mg，根据力的作用相互性F＝F′，根据牛顿第二定律，Mg＋mg＝Ma，可见a是恒量，t时刻木棒速度v＝at，猴子做功的功率P＝mgv＝mgat，P与t为正比例关系，故B正确．【答案】B【试题出处】2011·模拟【试题13】如图15所示，固定在竖直平面内的光滑圆轨道ABCD，其A点与圆心等高，D点为最高点，DB为竖直线，AE为水平面，今使小球自A点正上方某处由静止释放，且从A处进入圆轨道运动，只要适当调节释放点的高度，总能保证小球最终通过最高点D(不计空气阻力的影响)．则小球通过D点后()图15A．一定会落到水平面AE上B．一定不会落到水平面AE上C．一定会再次落到圆轨道上D．可能会再次落到圆轨道上【解析】小球在轨道内做匀速圆周运动，在通过最高点时的最小速度为gr，离开轨道后小球做的是平抛运动，若竖直方向下落r时，则水平方向的位移最小是gr·2rg＝2r，所以小球只要能通过最高点D，就一定能落到水平面AE上．【答案】A【试题出处】2011·模拟【试题14】如图1所示，一个可视为质点的质量为m的小球以初速度v飞出高为H的桌面，当它经过距离地面高为h的A点时，所具有的机械能是(以桌面为零势能面，不计空气阻力)()图1A.12mv2B.12mv2＋mghC.12mv2－mghD.12mv2＋mg(H－h)【解析】小球做平抛运动，只有重力做功，机械能守恒，故A正确．【答案】A【试题出处】2011·模拟【试题15】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，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出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W3＋W2＋W1B．礼花弹的动能变化量为W3－W2－W1C．礼花弹的机械能变化量为W3－W2D．礼花弹的机械能变化量为W3－W1【解析】由动能定理，动能变化量等于合外力做的功，即W3－W2－W1，B正确．除重力之外的力的功对应机械能的变化，即W3－W2，C正确．【答案】BC【试题出处】2011·模拟【试题16】如图12所示，分别用恒力F1、F2先后将质量为m的物体由静止开始沿同一粗糙的固定斜面由底端拉至顶端，两次所用时间相同，第一次力F1沿斜面向上，第二次力F2沿水平方向，则两个过程()A．合外力做的功相同B．物体机械能变化量相同C．F1做的功与F2做的功相同D．F1做的功比F2做的功多图12【解析】两次物体运动的位移和时间相等，则两次的加速度相等，末速度也应相等，则物体的机械能变化量相等，合力做功也应相等．用F2拉物体时，摩擦力做功多些，两次重力做功相等，由动能定理知，用F2拉物体时拉力做功多．【答案】AB【试题出处】2011·模拟【试题17】根据打出的纸带，如图8，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起点O的距离为x0，点A、C间的距离为x1，点C、E间的距离为x2，交流电的周期为T，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：a＝________.图8(2)在“验证机械能守恒定律”的实验中发现，重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，我们可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度为g，还需要测量的物理量是________(写出名称和符号)，重锤在下落过程中受到的平均阻力的大小F＝________.【解析】(1)由题意可知，x1，x2是相邻的相等时间内的位移，而计数点时间T′＝2T.由Δx＝aT′2可得：a＝x2－x1(2T)2＝x2－x14T2(2)设阻力大小为F，由牛顿第二定律可知，mg－F＝ma，F＝m(g－a)＝m(g－x2－x14T2)．可见要测定阻力F的大小，还必须测量重锤的质量m.【答案】(1)x2－x14T2(2)重锤的质量mm(g－x2－x14T2)【试题出处】2011·模拟【试题18】某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”．如图9，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小．小车中可以放置砝码．图9(1)实验主要步骤如下：①测量________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；②将小车停在C点，________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度．③在小车中增加砝码，或________，重复②的操作．(2)下表是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v22－v21|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功．表格中的ΔE3＝________，W3＝________.(结果保留三位有效数字)(3)根据下表，请在图10中的方格纸上作出ΔE－W图线.次数M/kg|v21－v22|/(m/s)2ΔE/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000