2020年高考物理(人教版)一轮复习知识点同步练习卷：验证机械能守恒定律
2020届高考物理一轮复习试题 机械能守恒定律 新人教版 精品
第 27 讲 势能 重力做功 机械能守恒定律1.质量为 m 的物体由静止开始以 2g 的加速度竖直向下运动 h 高度.下列说法中正确的是( ) A.物体的势能减少 2mgh B.物体的机械能保持不变 C.物体的动能增加 2mgh D.物体的机械能增加 mgh 解析：重力势能的减少量等于重力做的功，即 ΔEp＝mgh，A 错误. 由题意知，物体除受重力外还受大小为 mg 的向下的作用力，机械能不守恒，B 错误. 物体的合外力 F 合＝2mg，故其动能的增量 ΔEk＝2mgh，C 正确. ΔEp＝－mgh，ΔEk＝2mgh，故 ΔE＝ΔEk＋ΔEp＝mgh，D 正确. 答案：CD2.如图所示，在地面上以速度 v0 抛出质量为 m 的物体，抛出后物体落到比地面低 h 的海平面上.若以 地面为零势能面且不计空气阻力，则下列说法中不．正．确．的是( )A.物体到海平面时的重力势能为 mghB.重力对物体做的功为 mghC.物体在海平面上的动能为12mv20＋mghD.物体在海平面上的机械能为12mv20解析：以地面为参考平面，物体在海平面时的重力势能为－mgh，故A错误；抛出后的过程中机械能守恒，所以 C、D 正确；重力做功与路径无关，所以 B 正确.答案：A3.如图所示，长为 L 的轻杆一段固定一质量为 m 的小球，另一端安装有 转动轴 O，杆可在竖直平面内绕 O 无摩擦转动.若在最低点 P 处给小球一沿切向的初速度 v0＝2 gL，不计空气阻力，则下列说法正确的是( ) A.小球不可能到达圆周轨道的最高点 Q B.小球能达到圆周轨道的最高点 Q，且在 Q 点受到轻杆向上的支持力 C.小球能到达圆周轨道的最高点 Q，且在 Q 点受到轻杆向下的拉力 D.小球能达到圆周轨道的最高点 Q，且在 Q 点恰好不受轻杆的弹力 解析：设小球能到达 Q 点，且到达 Q 点时具有速度 v，由机械能守恒得： 12mv20＝mg·2L＋12mv2 可解得：v＝0 在最高点，小球所需的向心力为零，故受轻杆向上的大小为 mg 的支持力. 答案：B 4.用平行于斜面向下的拉力 F 将一个物体沿斜面往下拉动后，拉力的大小等于摩擦力，则固定 线方A.物体做匀速运动 B.合外力对物体做功等于零 C.物体的机械能减少 D.物体的机械能不变 解析：物体所受的力中，重力、拉力、摩擦力对物体做功，拉 擦力做的功相互抵消，重力做功不影响机械能，故物体的机械能不变. 答案：D力与摩5.如图所示，一根轻杆长为 2L，中点 A 和右端点 B 各固定一个小球，mB＝ 左端 O 为光滑水平转轴.开始时杆静止在水平位置，释放后将向下摆动至竖直， 过程中以下说法正确的是( )A.A、B 两球的机械能都守恒 B.A、B 两球的机械能不守恒，但它们组成的系统机械能守恒2mA 在此C.这一过程 O、A 间轻杆对 A 球做正功 D.这一过程 A、B 间轻杆对 A 球做正功 解析：两小球及轻杆组成的系统的机械能守恒，设摆到竖直时角速度为 ω，有：12m(Lω)2＋12·2m(2Lω)2＝mgL＋2mg·2L解得：ω＝10g 9L即 A 的动能 EkA＝12m(ωL)2＝59mgL＜|ΔEpA|B 的动能 EkB＝12·2m(ω·2L)2＝190·2mg·2L＞|ΔEpB|故选项 A 错误、B 正确. 又因为下摆的过程 O、A 间轻杆的弹力沿杆方向不做功，故知 A、B 之间轻杆对 A 球做负功.答案：B 6.如图所示，质量 m＝2 kg 的小球系在轻弹簧的一端，另一端固定在悬点 O 处，将弹簧拉至水平位置 A 处(弹簧处于原长)由静止释放，小球到达 O 点的正下方距 O 点 h＝0.5 m 处的 B 点时速度 v＝2 m/s.求小 球从 A 运动到 B 的过程中弹簧弹力做的功.(取 g＝10 m/s2) 解析：小球在运动过程中只受重力和弹力的作用，故系统机械能守恒，以 B 点为重力势能零势面，A 点为弹性势能零势面，则： 在初状态 A 有：E1＝Ek1＋Ep1＝mgh 在末状态 B 有：E2＝Ek2＋Ep2＝12mv2＋Ep2式中 Ep2 为弹簧的弹性势能，由机械能守恒定律有： E1＝E2 即 mgh＝12mv2＋Ep2解得：Ep2＝mgh－12mv2＝2×10×0.5 J－12×2×22 J＝6 J因为弹性势能增加，弹簧的弹力做负功，故弹簧的弹力做的功为 W 弹＝－ΔEp＝－6 J.答案：－6 J7.如图甲所示，一粗细均匀的 U 形管内装有一定量水银竖直放置，右管口用盖板A密闭一部分气体，左管口开口，两液面高度差为 h，U 形管中水银柱总长为 4h.现拿去盖板，水银柱开始流动，当两侧液面第一次相平时，右侧液面下降的速度大小为多少？(水银柱与管壁之间的阻力不计)解析：如图乙所示，当右侧液面下降h2时，两侧液面达到同一水平，这一过程中水银柱的重力势能变化为： ΔEp＝－ρS·h2·g·h2其中 ρ、S 分别水银的密度和水银柱的横截面积 由机械能守恒定律得： －ΔEp＝ΔEk，即 ρs·h2·g·h2＝12ρS·4h·v2可解得：v＝12 gh. 答案：12 gh金典练习十二 势能 重力做功 机械能守恒定律选择题部分共 10 小题，每小题 6 分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的 小题有多个选项正确.1.下列说法正确的是( ) A.如果物体所受到的合外力为零，则其机械能一定守恒 B.如果物体的合外力做的功为零，则其机械能一定守恒 C.物体沿光滑曲面自由下滑的过程中，其机械能一定守恒 D.做匀加速运动的物体，其机械能可能守恒 解析：如果物体受到的合外力为零，机械能不一定守恒.如在竖直方向上物体做匀速直线运动，其机 械能不守恒.所以选项 A、B 错误. 物体沿光滑曲面自由下滑的过程中，只有重力做功，所以机械能守恒.选项 C 正确. 做匀加速运动的物体，其机械能可能守恒，如自由落体运动；但有时也不守恒，如在水平面上拉着一 个物体加速运动，此时就不守恒.选项 D 正确. 答案：CD 2.第 29 届奥林匹克运动会于 2008 年 8 月 8 日至 8 月 24 日在中华人民共和国首都北京举行.奥运会中 的投掷的链球、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，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：若不考虑空气阻力的作用，这些物体被抛出后机械能守恒；若考虑空气阻力的作用，这些物体被抛出后机械能一直减小，而动能在上升的过程减小，下降的过程增加.选项 D 正确.答案：D3.如图所示，甲球由轻绳系住，乙球由橡皮条系住，都从水平位置由静止开始释放，当两球到达悬点正下方 K 点时，橡皮条长度恰好与绳长相等，则在 K 点时两球速度大小的关系是( )A.v 甲＝v 乙B.v 甲<v 乙C.v 乙<v 甲 D.v 甲≥v 乙解析：甲球下摆的过程中机械能守恒，则有：12mv2甲＝mgL解得：v 甲＝ 2gL 乙球下摆的过程橡皮条对其做负功、机械能不守恒，由动能定理得： 12mv2乙＝mgL－W可得：v 乙<v 甲. 答案：C4.如图所示，细绳跨过定滑轮悬挂两质量分别为 M、m 的物体 A 和 B，且 M>m.不计摩擦，则系统由静止开始运动的过程中( )A.A、B 各自的机械能分别守恒B.A 减少的机械能等于 B 增加的机械能C.A 减少的重力势能等于 B 增加的重力势能D.A 和 B 组成的系统机械能守恒解析：释放后 A 加速下降，B 加速上升，两物体的机械能都不守恒，但 A、B组成的系统机械能守恒，即 ΔEA＝－ΔEB. 答案：BD5. 如图所示，一均质杆长为 2r，从图示位置由静止开始沿光滑面 ABD滑动，AB 是半径为 r 的14圆弧，BD 为水平面.则当杆滑到 BD 位置时的速度大小为()gr A. 2B. grC. 2grD.2 gr解析：虽然杆在下滑过程有转动发生，但初始位置静止，末状态匀速平动，整个过程无机械能损失， 故有：12mv2＝ΔEp＝mg·r2解得：v＝ gr. 答案：B6.如图所示，长度相同的三根轻杆构成一个正三角形支架，在 A 处固定质量为 2m 的小球，B 处固定质量为 m 的小球，支架悬挂在 O 点，可绕过 O 点并与支架所在平面相垂直的固定轴转动.开始时 OB 竖直，放手后开始运动，在不计任何阻力的情况下，下列说法正确的是( )A.A 球到达最低点时速度为零B.A 球机械能的减少量等于 B 球机械能的增加量C.B 球向左摆动所能达到的最高位置应高于 A 球开始运动的高度D.当支架从左向右回摆时，A 球一定能回到起始高度解析：A、B 两球及支架组成的系统机械能守恒，故选项 B、D 正确；设 A 球能摆至最低点，且此时 A、B 两球的速度为 v，由机械能守恒定律得：2mgLsin θ－mgLsin θ＝12·3mv2解得：v＝ 23gLsin θ故选项 A 错误、C 正确. 答案：BCD 7.如图所示，将一个内外侧均光滑的半圆形槽置于光滑的水平面上，槽的左侧有一竖直墙壁.现让一 小球自左端槽口 A 的正上方由静止开始下落，与半圆形槽相切从 A 点进入槽内，则下列说法正确的是( )A.小球在半圆形槽内运动的全过程中，只有重力对它做功B.小球从 A 点向半圆形槽的最低点运动的过程中，小球与槽组成的系统机械能守恒C.小球从 A 点经最低点向右侧最高点运动的过程中，小球与槽组成的系统机械能守恒D.小球从下落至从右侧离开槽的过程机械能守恒解析：小球从 A 点向半圆形槽的最低点运动的过程中，半圆形槽有向左运动的趋势，但是实际上没有动，整个系统只有重力做功，所以小球与槽组成的系统机械能守恒.而小球过了半圆形槽的最低点以后，半圆形槽向右运动，由于系统没有其他形式的能量产生，满足机械能守恒的条件，所以系统的机械能守恒.小球到达槽最低点前，半圆形槽固定不动，只有重力做功，机械能守恒.当小球向右上方滑动时，半圆形槽也向右移动，半圆形槽对小球做负功，小球的机械能不守恒.综合以上分析可知选项 B、C 正确.答案：BC8.如图所示，质量分别是 mA 和 mB 的 A、B 两物体，用劲度系数为 k 的弹簧相 处于静止状态.现对 A 施以竖直向上的力 F，并将其缓慢提起，当 B 对地面恰无压 撤去 F，A 由静止向下运动至最大速度时，重力做的功为( )连， 力时A.m2Akg2B.m2Bkg2C.mA(mA＋k mB)g2D.mB(mA＋k mB)g2解析：当 A 向下运动至平衡位置时速度最大，此时弹簧的压缩量 x1＝mkAg；当 B 恰好对地无压力时弹簧的伸长量 x2＝mkBg.故知 A 从撤去 F 至速度达到最大的过程中，重力做的功 WG＝mAg(x1＋x2)＝mA(mA＋k mB)g2.答案：C9. 如图所示，半径为 R 的圆筒固定在小车上，小车以速度 v 向右匀速运动，有一光滑小球相对静止在圆筒的最低点.当小车遇到障碍物突然停止时，小球在圆筒中上升的高度可能( )v2v2A.等于2g B.大于2gv2 C.小于2gD.等于 2R解析：当 v≥ 5gR时，小球上升的高度 hm＝2R＜2vg2 ；当 v≤ 2gR时，小球上升的高度 hm＝2vg2 ；当 2gR＜v＜ 5gR时，小球上升的高度 hm＜v2 2g.答案：ACD10.如图所示，在一直立的光滑管内放置一轻质弹簧，上端 O 点与管口 A 的距离为 质量为 m 的小球从管口由静止下落，将弹簧压缩至最低点 B，压缩量为 x0.不计空气阻 ()2x0，一 力，则A.小球运动的最大速度等于 2 gx0 B.小球运动的最大加速度为 gmg C.弹簧的劲度系数为 x0 D.弹簧的最大弹性势能为 3mgx0 解析：当小球处于平衡位置时，弹簧的压缩量 x＝mkg，此时小球的速度最大，即 vm> 2g·2x0＝2 gx0，选项 A 错误.当小球从弹簧上端释放向下压弹簧时，弹簧的最大形变量为 2x＝2kmg，此时加速度向上且为 g，故知弹簧的压缩量为 x0(x0>x)时，小球向上的加速度大于 g，选项 B 错误.又由 x0>x＝mkg，可得 k>mxg0 ，选项 C 错误.小球从 A→B 的过程中，由机械能守恒定律知，在 B 点时弹性势能 E 弹＝mg·3x0，选项 D 正确.答案：D非选择题部分共 3 小题，共 40 分.11.(13 分)如图所示，一固定在竖直平面内的光滑的半圆形轨道 ABC，其半径 R＝0.5 m，轨道在 C 处与水平地面相切.在 C 处放一小物块，给它一水平向左的初速度 v0＝5 m/s，结果它沿 CBA 运动，通过 A 点， 最后落在水平面上的 D 点，求 C、D 间的距离 s.重力加速度 g 取 10 m/s2.[2006 年高考·全国理综卷Ⅱ]解析：设小物块的质量为 m，过 A 处时的速度为 v，由 A 运动到 D 经历的时间为 t，则有：12mv20＝12mv2＋2mgR2R＝12gt2s＝vt联立解得：s＝1 m.答案：1 m12.(13 分)光滑的长轨道形状如图甲所示，底部为半圆形，其半径为 R，固定在竖直平面内.A、B 两质量相同的小环用长为 R 的轻杆连接在一起，套在轨道上.将 A、B 两环从图示位置静止释放，A 环距离底端为 2R.不考虑轻杆和轨道的接触，即忽略系统机械能的损失，求：(1)A、B 两环都未进入半圆形底部前，杆上的作用力.(2)当 A 环下滑至轨道最低点时，A、B 的速度大小.解析：(1)两环都未进入半圆形轨道前都做自由落体运动，杆上的作用力为零.(2)当 A 环到达轨道最低点时，B 环也已进入半圆轨道(如图乙所示)，由几何关系知两环的速度大小相等，设为 v，由机械能守恒定律得：12·2mv2＝mg·2R＋mg(2R＋Rsin 30°)解得：v＝3gR 2.答案：(1)两环都未进入半圆形轨道前都做自由落体运动，杆上的作用力为零(2)A、B 的速度大小均为 3gR 213.(14 分)如图所示，在同一竖直平面内，一轻质弹簧静止放于光滑斜面上，其一端固定，另一端恰 好与水平线 AB 平齐；长为 L 轻质细线一端固定在 O 点，另一端系一质量为 m 的小球，将细线拉至水平， 此时小球在位置 C.现由静止释放小球，小球到达最低点 D 时，细绳刚好被拉断，D 点与 AB 相距 h；之后小 球在运动过程中恰好与弹簧接触并沿斜面方向压缩弹簧，弹簧的最大压缩量为 x.试求：(1)细绳所能承受的最大拉力 F. (2)斜面的倾角 θ. (3)弹簧所获得的最大弹性势能 Ep. 解析：(1)小球由 C 运动到 D 的过程机械能守恒，则有： mgL＝12mv21解得：到 D 点时小球的速度 v1＝ 2gL 在 D 点有：F－mg＝mvL21解得：F＝3mg 由牛顿第三定律知，细绳所能承受的最大拉力为 3mg.(2)小球由 D 运动到 A 的过程做平抛运动，由 2gh＝v2y，得在 A 点的竖直分速度 vy＝ 2gh故 tan θ＝vvy1＝h L即斜面与水平所成的夹角 θ＝arctanhL.(3)小球到达 A 点时，有：v2A＝v2y＋v21＝2g(h＋L)小球在压缩弹簧的过程中，小球与弹簧组成的系统机械能守恒，则有：Ep＝mgxsin θ＋12mv2A故 Ep＝mg(x h＋h L＋h＋L).答案：(1)3mg (2)arctanh L(3)mg(x h＋h L＋h＋L)。
人教版高中物理一轮总复习课后习题 第5单元 机械能 实验练7验证机械能守恒定律
实验练7验证机械能守恒定律1.(浙江台州期末)某实验小组利用如图甲所示的装置验证系统机械能守恒定律,已知弹簧的劲度系数为k,原长为L0,钩码的质量为m。
已知弹簧的kx2,其中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量,弹性势能表达式为E p=12当地的重力加速度大小为g。
甲(1)要完成该实验,除了图甲中器材以外,还必需的器材是。
A.低压直流电源B.刻度尺C.秒表(2)在弹性限度内将钩码缓慢下拉至某一位置,此时弹簧的长度为L。
接通打点计时器电源,从静止释放钩码,弹簧收缩,得到了一条点迹清晰的纸带。
钩码加速上升阶段的部分纸带如图乙所示,纸带上相邻两点之间的时间间隔均为T(在误差允许范围内,认为释放钩码的同时打出A点)。
从打下A 点到打下F点时间内,弹簧的弹性势能减少量为。
乙丙计算F点对应的速度,但小组内另(3)实验小组中的小王同学利用v F=h6-h42T一位同学却认为钩码的运动并非匀加速运动,故此计算方法存在误差,计算值比真实值(选填“偏大”或“偏小”)。
(4)利用计算机软件对实验数据进行处理,得到弹簧弹性势能减少量、钩码的机械能增加量分别与钩码上升高度h的关系如图丙所示。
由图丙可知,随着h增加,两条曲线在纵向的间隔逐渐变大,可能原因是。
2.(浙江温州二模)(1)在下列实验中,需要用到打点计时器的有。
A.探究平抛运动的特点B.探究加速度与力、质量的关系C.用单摆测重力加速度大小D.探究向心力大小表达式(2)在验证机械能守恒定律的实验中,实验装置如图1所示。
按照正确操作得到如图2所示的纸带。
其中打O点时释放物体,计数点A、B、C是打点计时器连续打下的三个点。
已知打点计时器的电源频率为50 Hz,重物质量为200 g,当地重力加速度g取9.80 m/s2。
①实验桌上放着如图3所示的三个物体甲、乙、丙,则实验装置中的重物应选择(选填“甲”“乙”或“丙”)。
②在纸带OB段,重物的重力势能减少量为 J(结果保留三位有效数字)。
【高考第一轮复习物理】实验：验证机械能守恒定律
实验：验证机械能守恒定律1.实验目的验证机械能守恒定律 .2.实验器材铁架台(带铁夹)， 打点计时器 ，重锤(带纸带夹子)，纸带数条，复写纸片，导线，毫米刻度尺， 低压交流电源 .3.实验原理物体只在重力作用下做自由落体运动时，物体机械能守恒，即减少的重力势能等于增加的动能.如果物体下落高度h 时速度为v ，则有 mv 2/2＝mgh .借助于打了点的纸带测出物体下降的高度h 和对应的速度v ，即可验证物体自由下落时机械能是否守恒.测定第n 点的瞬时速度的方法是：测出第n 点前、后两段相等时间T 内下落的距离s n 、s n ＋1，由公式 v n ＝T s s n n 2)(1++ 求出，如图.4.实验步骤(1)在铁架台上安装好 打点计时器 ，用导线接好打点计时器与 低压交流电源 .(2)将纸带的一端固定在重锤的夹子上，另一端穿过打点计时器的 限位孔 ，用竖直提起的纸带使重锤靠在 打点计时器 附近.(3)先 接通电源 ，再 放开纸带 ，让重锤自由下落.(4)换上新纸带，重复实验几次，得到几条打好的纸带.(5)选择点迹清晰，且第一、二两点间距离接近 2 mm 的纸带，起始点标O ，依次确定几个计数点1、2、3、…(6)用刻度尺测量下落高度h 1、h 2、h 3、…，计算各计数点对应的重锤的瞬时 速度 .(7)计算各计数点对应的势能减少量mgh n 和动能增加量2/2n mv ，进行比较.重点难点突破一、注意事项 1.实验中打点计时器的安装，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，以减小摩擦阻力.2.实验时，必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才松开纸带让重锤下落.3.打点计时器必须接50 Hz 的低压交流电源.4.手提纸带上端时，注意不要晃动，可使手臂靠在某处，保证重物下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的一个小点.5.为减小测量h 值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远些.纸带也不宜过长，约40 cm 即可.6.本实验也可研究纸带上的第4点和后面的某点n 之间机械能是否守恒.这时需验证mgh n 4＝12mv 2n －12mv 24.这样做，可以避开第一点，至于第一点的点迹是否清晰，第1、2两点间的距离是否接近2 mm 便无关紧要了.实验中的任何清晰的纸带都可以用来验证机械能是否守恒.二、误差分析1.本实验的误差主要来源于纸带数据的处理，及点与点测量的读数上的误差和各种阻力产生的误差.还有必须先接通电源后放开纸带.2.实验上重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少量.3.在验证机械能守恒定律时，如果以12v 2为纵轴，h 为横轴，根据实验数据绘出的12v 2-h 图线应是过原点的直线，才能验证机械能守恒定律.12v 2-h 图线的斜率等于g 的数值.【例】下面列出一些实验步骤：A.用天平测出重物和夹子的质量；B.将重物系在夹子上；C.将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子.再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器；D.打点计时器接在学生电源交流输出端，把输出电压调至6 V(电源不接通、交流)；E.打点计时器固定放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上；F.在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据；G.用秒表测出重物下落的时间；H.接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带；I.切断电源；J.更换纸带，重新进行两次；K.在三条纸带中选出较好的一条；L.进行计算，得出结论，完成实验报告；M.拆下导线，整理器材.以上步骤，不必要的有，正确步骤的合理顺序是.【答案】AG；EDBCHIJIMKFL【例】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.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).(1)这三个数据中不符合有效数字读数要求的是，应记作cm.(2)该同学用重锤在OB段的运动来验证力加速度g＝9.80 m/s2，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(均保留三位有效数字，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 .(3)另一位同学根据同一条纸带，同一组数据，也用重锤在OB段的运动来验证机械能守恒，不过他数了一下，从打点计时器打下的第一个点O数起，图中的B是打点计时器打下的第9个点.因此他用v B＝gt 计算跟B点对应的物体的瞬时速度，得到动能的增加量为，这样验证时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 .【答案】(1)OC；15.70 (2)1.22m；1.20m；大于；v是实际速度，因为有摩擦生热，减少的重力势能一部分转化为内能(3)1.23m；小于；v是按照自由落体计算的，对应的下落高度比实际测得的高度要大。
2020届高考物理人教版一轮复习限时规范练：机械能守恒定律及应用(含解析)
2020届高考物理人教版一轮复习限时规范练机械能守恒定律及其应用一、选择题1、如图所示，具有一定初速度的物块，沿倾角为30°的粗糙斜面向上运动的过程中，受一个恒定的沿斜面向上的拉力F作用，这时物块的加速度大小为4 m/s2，方向沿斜面向下，那么，在物块向上运动的过程中，下列说法正确的是( )A．物块的机械能一定增加B．物块的机械能一定减小C．物块的机械能可能不变D．物块的机械能可能增加也可能减小【答案】A【解析】机械能变化的原因是非重力、弹力做功，题中除重力外，有拉力F和摩擦力F f做功，则机械能的变化取决于F与F f做功大小关系。
由mg sin α＋F f－F＝ma知：F－F f＝mg sin 30°－ma＞0，即F＞F f ，故F 做正功多于克服摩擦力做功，故机械能增加，A 项正确。
2、如图所示，在高1.5 m 的光滑平台上有一个质量为2 kg 的小球被一细线拴在墙上，球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧。
当烧断细线时，小球被弹出，小球落地时的速度方向与水平方向成60°角，则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g ＝10 m/s 2)( )A ．10 JB ．15 JC ．20 JD ．25 J【答案】A【解析】由h ＝12gt 2和v y ＝gt 得：v y ＝30 m/s ，落地时，tan 60°＝v y v 0，可得：v 0＝v y tan 60°＝10 m/s ，由机械能守恒得：E p ＝12mv 02，可求得：E p ＝10 J ，故A 正确。
3、滑雪运动深受人民群众喜爱。
某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB ，从滑道的A 点滑行到最低点B 的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率不变，则运动员沿AB 下滑过程中( )A．所受合外力始终为零B．所受摩擦力大小不变C．合外力做功一定为零D．机械能始终保持不变【答案】C【解析】运动员从A点滑到B点的过程做匀速圆周运动，合外力指向圆心，不做功，故A错误，C正确。
2020年新课标高考物理一轮复习测评详答 新人教版
45分钟单元能力训练卷（一）1．BC [解析] 根据v －t 图象可知，物体在第1 s 末开始减速但运动方向不变，选项A 错误；由于第2 s 内和第3 s 内v －t 图象的斜率相同，所以加速度相同，选项B 正确；由图象与坐标轴所围面积表示位移可知，4 s 末物体刚好返回出发点，选项C 正确；物体在第2 s 末或第6 s 末距离出发点最远，选项D 错误．2．C [解析] 根据题意画出两物体运动的v －t 图线①②，易知只有选项C 正确．3．B [解析] 根据图线的斜率可知，加速度不断减小，假设从t 1到t 2的过程中做匀减速运动，则平均速度为v 1＋v 22，而该物体在这段时间内的速度始终小于做匀减速运动时的速度，因而平均速度也将小于v 1＋v 22，只有选项B 正确．4．B [解析] 由题意可知：v 乙>v 甲>v 丙，三辆车的位移相等，根据公式t ＝x v可知乙车运动时间最短，即乙车最先通过第二块路标．本题也可作出三辆车的v －t 关系图象，如图所示，可以看出乙车最先通过第二块路标．选项B 正确．5．D [解析] 若小球在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动，则其位移满足x ＝12at 2，所以x t 2＝12a ，选项D 正确． 6．C [解析] 物体在0～1 s 内做匀加速直线运动，在1～2 s 内做匀减速直线运动，到2 s 时速度刚好减为0，一个周期结束，以此循环运动，选项C 正确．7．B [解析] 由速度图线的物理意义可知，速度图线与坐标轴包围的“面积”代数和表示位移，根据对称性，2～6 s内“面积”代数和为零，即0～2 s内的位移和0～6 s内的位移相等，选项B正确．8．AD [解析] 整个过程中赛车手的平均速度为v＝xt＝95/60km/h＝108 km/h，选项A正确、B错误；而平均速率v＝st＝155/60km/h＝180 km/h，选项C错误；车内速度计指示的速度为汽车通过某位置的瞬时速度，选项D正确．9．②④[解析] 在打下计数点“0”至“5”的过程中，两纸带所用时间相同，但甲纸带位移小于乙纸带位移，故v甲<v乙，①错误，②正确；相邻计数点间所用时间相等，但乙的速度变化得更快，故a甲<a乙，③错误，④正确．10．0.86 a＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T20.64[解析] A为x3～x4过程中的时间中点，根据做匀变速直线运动的物体中间时刻的速度为该过程的平均速度可得vA ＝x3＋x42T≈0.86 m/s；由于x4－x1＝3a1T2，x5－x2＝3a2T2，x6－x3＝3a3T2，所以a＝a1＋a2＋a33＝x4＋x5＋x6－x1＋x2＋x39T2，代入数据得a＝0.64 m/s2.11．2304 m[解析] 关闭道口时间为16 s，为安全保障再加20 s，即关闭道口的实际时间为t 0＝t2＋t1＝20 s＋16 s＝36 s汽车必须在关闭道口前已通过道口，汽车从停车线到通过道口实际行程为x总＝x＋x＋l＝26 m＋5 m＋15 m＝46 m需用时t 3＝x总v2＝46×36005000s＝33.12 s由此亮起红灯的时间为T＝t0＋t3＝36 s＋33.12 s＝69.12 s故A点离道口的距离应为L＝v1T＝1200003600×69.12 m＝2304 m.12．(1)4.5 m/s2(2)能[解析] (1)公交车刹车的加速度a 2＝0－v222x＝0－1522×25＝－4.5 m/s2所以其加速度大小为4.5 m/s2. (2)汽车从小明身旁到开始刹车用时t 1＝x－xv2＝50－2515s＝53s汽车刹车过程中用时t 2＝0－v2a2＝103s小明以最大加速度达到最大速度用时t 3＝vm－v1a1＝6－12.5s＝2 s小明加速过程中的位移x 2＝12(v1＋vm)t3＝7 m以最大速度跑到车站的时间t 4＝x－x2v3s＝436s＝7.2 s由t1＋t2<t3＋t4<t1＋t2＋10 s，故小明可以在汽车还停在车站时上车．45分钟单元能力训练卷（二）1．A [解析] 取滑块为研究对象，受力分析如图所示，由平衡条件得FNsinθ＝mg，即FN ＝mgsinθ，选项C、D错误；由Ftanθ＝mg，得F＝mgtanθ，选项A正确、B错误．2．D [解析] 未加压力F之前，物体处于静止状态，由平衡条件可得：f＝Gsinθ，当加上压力F后，物体仍处于静止状态，因此f仍为Gsinθ，故D正确．3．C [解析] 小球A受到竖直向下的重力、水平向左的弹簧弹力和细线的拉力，由平衡条件可得 kx＝mgtan θ2，即x＝mgtanθ2k，选项C正确．4．B [解析] 以小车M和物体m整体为研究对象，它们必受到重力和地面支持力．因小车和物体整体处于静止状态，由平衡条件知，墙面对小车必无作用力．以小车为研究对象，如图所示，它受四个力：重力Mg、地面的支持力FN1、m对它的压力FN2和静摩擦力f.由于m静止，可知f和FN2的合力必竖直向下，故选项B正确．5．AD [解析] 物体受力分析如图所示，由于物体静止，由平衡条件知，沿天花板方向：f＝mgsinθ，所以选项A正确、BC错误；垂直天花板方向：qE＝mgcosθ＋N，当E增大时，N增大，物体仍静止不动，选项D正确．6．B [解析] 设2、3两木块之间弹簧伸长量为x1，分析木块3的受力，由平衡条件可知，mgsinα＋μmgcosα＝kx1，故2、3两木块之间的距离为x1＋L＝sinα＋μcosαmgk＋L，选项A错误，B正确；设木块1、2之间弹簧的伸长量为x2，以2、3两木块为一整体，可得：kx2＝2mgsinα＋2μmgcosα，故1、2两木块之间的距离为x2＋L＝2sinα＋μcosαmgk＋L，选项C错误；如果传送带突然加速，并不影响木块所受的摩擦力的大小和方向，因此相邻两木块之间的距离将不变，选项D错误．7．D [解析] 依题意，若开始时静摩擦力的方向沿着斜面向上，则有F＋f＝mgsinθ，当力F减小过程中，f增大，直到力F减小到零时f恒定，则D可选；若开始时静摩擦力的方向沿着斜面向下，则有F＝f＋mgsinθ，当力F减小过程中，f 先减小到零，然后反向增大到mgsinθ恒定，无对应选项．8．B [解析] 对第一块石块进行受力分析如图所示，由几何关系可知θ＝60°，所以有N12∶N13＝sin60°＝32，选项B正确．9．70.0 2.10[解析] 对钩码进行受力分析，根据平衡条件得mg＝kx,则k＝mgx＝50×10－3×9.87.0×10－3N/m＝70.0 N/m挂三个钩码时，可列方程(m＋m＋m)g＝kx′则x′＝3mgk＝3×50×10－3×9.870.0m＝0.0210 m＝2.10 cm10．(1)BCD (2)更换不同的小重物[解析] 本实验中，结点 O 受三个拉力处于静止状态，三力平衡，任意两个力的合力与第三个力等大反向．以两橡皮筋的伸长量(代表两个拉力的大小)为长度，沿 OA、OB 方向为邻边，作平行四边形，只要该平行四边形的对角线与悬挂重物的橡皮筋在一条直线上，与表示其拉力的线段相等，即验证了平行四边形定则，故实验要测量橡皮筋的原长、悬挂重物后橡皮筋的长度，才能算出橡皮筋受力后的伸长量．为了确定拉力的方向，每次必须记录结点 O 的位置．由于钉子位置固定，可改变的条件只能是所悬挂的重物的质量，即可采用的方法是更换不同的小重物．甲乙11．(1)1033N (2)533N 水平向左[解析] (1)以小球为研究对象，受力分析如图甲所示．在水平方向：Tsin30°＝FNsin30°在竖直方向：FNcos30°＋Tcos30°＝ mg解得T＝12mgcos30°＝12×1×1032N＝1033N(2)以小球和斜面整体为研究对象，受力分析如图乙所示，因为系统静止，所以f＝Tsin30°＝1033×12N＝533N，方向水平向左．12．(1)30 N、方向沿斜面向上(2)12 cm[解析] (1)物体静止在斜面上受力分析如图所示，则物体受到的静摩擦力f＝mgsin37°代入数据得f＝5×10×sin37° N＝30 N，摩擦力方向为沿斜面向上．(2)当物体沿斜面向上被匀速拉动时，如图所示，设弹簧拉力为F，伸长量为x，据胡克定律及平衡条件有F＝kxF＝mgsin37°＋F滑F滑＝μmgcos37°弹簧最终长度l＝l＋x，联立解得l＝12 cm13．160 N 如图所示[解析] A、B的受力分析如图所示．对A应用平衡条件Tsin37°＝f1＝μFN1Tcos37°＋FN1＝mAg联立解得：F N1＝3mAg4μ＋3＝60 Nf 1＝μFN1＝30 N对B应用平衡条件F＝f′1＋f2＝f′1＋μFN2＝f1＋μ(FN1＋mBg)＝2f1＋μmBg＝160 N.45分钟单元能力训练卷（三）1．BD [解析] 牛顿第一定律表明，物体在不受外力作用时，具有保持原有运动状态不变的性质，即惯性，故牛顿第一定律又叫惯性定律，选项A错误．牛顿运动定律都是在宏观、低速的情况下得出的结论，在微观、高速的情况下不成立，选项B 正确．牛顿第一定律说明了两点含义，一是所有物体都有惯性，二是物体不受力时的运动状态是静止或匀速直线运动，牛顿第二定律并不能完全包含这两点意义，选项C 错误．伽利略的理想实验是牛顿第一定律的基础，选项D 正确．2．BD [解析] 作用力和反作用力作用在两个不同的物体上，选项A 错误；太阳系中的所有行星都要受到太阳的引力，且引力方向沿着两个星球的连线指向太阳，选项B 正确，选项C 错误；伽利略理想实验说明力不是维持物体运动的原因，选项D 正确．3．C [解析] 根据题意，瓦在竖直面内受力分析如图甲所示．结合弧形瓦的特点对其截面进行受力分析如图乙所示，F N1＝F N2，且F N1与F N2的合力为F N ，而F N ＝mgcosα.若两杆间的距离不变，F N1与F N2均与瓦的质量成正比，则摩擦力f ＝2μF N1与质量成正比．为了防止瓦被损坏，应使瓦块下滑的加速度减小，而a ＝mgsinθ－2μF N1m ，与质量无关，故选项A 、B 错误．增大两杆间的距离，F N 不变，F N1与F N2将增大，则摩擦力增大，加速度减小，符合题意，选项C 正确．减小两杆间的距离会使加速度增大，选项D 错误．甲 乙4．B [解析] 由牛顿第二定律有F －μmg＝ma ，解得a ＝1m ·F－μg，由此可知：a －F 图象的斜率表示物体质量的倒数，所以A 的质量小于B 的质量，再由纵轴截距截距可得μA >μB ，所以选项B 正确．5．D [解析] 以整体为研究对象，求得拉力F ＝(m 1＋m 2)a.突然撤去F ，以A 为研究对象，由于弹簧在短时间内弹力不会发生突变，所以A 物体受力不变，其加速度a1＝a.以B为研究对象，在没有撤去F时有：F－F′＝m2a，而F＝(m1＋m2)a，所以F′＝m1a；撤去F则有：－F′＝m2a2，所以a2＝－m1m2a.选项D正确．6．D [解析] 设钢索对载人箱和人整体拉力大小为T，对载人箱和人整体应用牛顿第二定律有(M＋m)g－T＝(M＋m)a，对平衡重物由牛顿第二定律有T－Mg＝Ma，联立解得a＝mg2M＋m，再由运动学规律v＝at，得t＝2M＋m vmg，选项D正确．7．B [解析] 对整体：F－μ·2mg＝3ma，对物体B：F′＝ma，联立得F′＝F－2μmg3，选项B正确．8．BD [解析] 由图可知：从t1时刻到t2时刻，弹力小于钩码重力，钩码处于失重状态，A项正确；从t3时刻到t4时刻，弹力大于钩码重力，钩码处于超重状态，B项错误；根据题目的情景，电梯可能是先加速向下运动，加速度向下，失重，再匀速向下运动，加速度为零，最后减速向下运动，加速度向上，超重，所以选项C 正确，选项D错误．9．②④[解析] 由牛顿第二定律得：F＝ma，a＝1m·F，直线的斜率等于质量的倒数，三条直线的斜率不同，说明三条直线所对应的小车和砝码的总质量不同，由图可知，直线1的斜率最大，所对应的总质量最小；直线3的斜率最小，所对应的总质量最大．10．(1)合外力质量质量所受合外力(2)①改变小车所受的合外力②记录更准确(或：更容易记录，记录误差会更小，时间更容易记录，方便记录，方便计时，位置很难记录等类似答案均正确)(3)①表一线段OA ………OE OF数据(cm) …………7.00 9.40 或表二线段OA ………DE EF数据(cm) ………… 2.25 2.40②0.23311．(1)g (2)3g[解析] (1)绳BC刚好被拉直时，小球受力如图甲所示．因为AB＝BC＝b，AC＝2b，故绳BC与AB垂直，θ＝45°.由牛顿第二定律有mgtanθ＝ma解得a＝g.甲乙(2)小车向左加速度增大，AB、BC绳方向不变，所以AC绳拉力不变，BC绳拉力变大，BC绳拉力最大时，小车向左加速度最大，小球受力如图乙所示．由牛顿第二定律有T m ＋mgtanθ＝mam因Tm ＝2mg，所以最大加速度为am＝3g.12．(1)0.25 (2)8 N或24 N [解析] 对小球，由牛顿第二定律mgsinθ－μmgcosθ＝ma又x＝12at2联立解得μ＝0.25(2)若F垂直杆向下，则mgsinθ－μ(F＋mgcosθ)＝ma′解得F＝8 N若F垂直杆向上，则mgsinθ－μ(F－mgcosθ)＝ma′解得F ＝24 N13．(1)L v ＋v 2μg (2)12mv 2 (3)如图所示[解析] (1)由μ>v 22gL 可得12mv 2<μmgL说明物体到达B 之前就与传送带共速，设其加速度为a ，则由牛顿第二定律有 μmg＝ma加速阶段的时间为 t 1＝va加速阶段的位移 x 1＝v 22a匀速阶段的时间 t 2＝L －x 1v总时间t ＝t 1＋t 2 联立解得t ＝L v ＋v2μg(2)物体在加速阶段与传送带的相对位移 Δx＝vt 1－12vt 1产生的热量Q ＝μmgΔx 联立解得Q ＝12mv 2(3)如图所示45分钟滚动复习训练卷（一）1．C [解析] 以上方三人为研究对象，设中层两人每只脚受到的支持力为F ，则有4F ＝3mg ，解得F ＝34mg.设底层中间的人每只脚受到的支持力F′，则有2F′＝mg ＋2F ，解得F′＝54mg ，选项C 正确．2．B [解析] 加速度大小与速度大小之间无必然联系，速度是增加还是减小取决于加速度和初速度的方向关系．若初始时刻a 、v 同向，则加速运动；若初始时刻a 、v 反向，则减速运动．最终加速度为零，物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)，故选项A 、C 、D 均有可能，B 项不可能．3．C [解析] 先对整体分析，可知F －μ(m 1＋m 2)g ＝(m 1＋m 2)a ，再以铁块1为研究对象，可得：kx －μm 1g ＝m 1a ，联立可知C 项正确．4．B [解析] 由速度图线的物理意义可知，速度图线与坐标轴包围的 “面积”代数和表示位移的大小，根据对称性，1～7 s 内 “面积”代数和为零，即0～1 s 内的位移和0～7 s 内的位移相等，选项B 正确．5．A [解析] 剪断细线前，物体处于平衡状态，由图可知F 1cos60°＝mg ，解得：F 1＝2mg ；剪断细线后，小球摆到最低点的过程中，mgL(1－cos60°)＝12mv 2，在最低点：F 2－mg ＝m v2L，联立解得F 2＝2mg ，故选项A 正确．6．C [解析] 甲乙两地距离x ＝vt ，列车匀速运动的距离x 1＝v 0(t －t 0)，列车从开始刹车至加速到v 0过程运动的距离x 2＝v 02t 0，则有x ＝x 1＋x 2，解得v 0＝vtt －12t 0.7．BD [解析] 以B 为研究对象，两杆对B 的作用力T 1、T 2的合力与B 的重力沿斜面向下的分力等大反向，即T1＋T2＝mBgsinθ，因此T1、T2不可能均为零，选项C错误，选项D正确；以AB为研究对象，当满足(mA ＋mB)gsinθ<μAmAgcosθ，且m C gsinθ<μCmCgcosθ时，T2＝0，选项A错误；同样当满足(mC＋mB)gsinθ<μCmCgcosθ且mA gsinθ<μAmAgcosθ时，T1＝0，选项B正确．甲乙8．AC [解析] 由于滑块与斜面之间存在摩擦力，滑块上滑的加速度大于下滑的加速度，选项B错误、A正确；以斜面为研究对象，滑块上滑过程中受力如图甲所示，下滑过程中受力如图乙所示，两过程中均有：fAB ＝μmgcosθ，NAB＝mgcosθ，则：F1＝Mg＋mgcos2θ－μmgcosθ·sinθ，F2＝Mg＋mgcos2θ＋μmgcosθ·sinθ，选项C正确；f1＝mgcosθ·sinθ＋μmgcos2θ，f2＝mgcosθ·sinθ－μmgcos2θ，选项D错误．9．(1)CBDAEF (2)0.5 N/cm 或50 N/m[解析] 取图象上相距较远的两点(0,0)(6.00 cm ，3.00 N)坐标数值，根据胡克定律可得弹簧劲度系数为k ＝50 N/m.10．(1)B (2)2h 1t 2－h 2t 1t 1t 2t 1－t 2[解析] 由题设条件，本实验的实验原理是H ＝v 0t ＋12gt 2，其中v 为小球达到光电门1时的速度，由实验测得的数据h 1、t 1及h 2、t 2可得h 1＝v 0t 1＋12gt 21，h 2＝v 0t 2＋12gt 22，解得g ＝2h 1t 2－h 2t 1t 1t 2t 1－t 2.为保持v 0不变，不能改变光电门1和吸球器的相对位置．11．(1)100 N (2)200 N[解析] (1)对A 物体进行受力分析，受四个力作用．分解绳的拉力，根据A 物体平衡可得F N1＝m A g ＋Tsinθ f 1＝Tcosθ f 1＝μ1F N1 联立解得T ＝μ1m A gcosθ－μ1sinθ代入数据得T ＝100 N.(2)对B 进行受力分析，受六个力的作用． 地面对B 的支持力F N2＝m B g ＋F N1 地面对B 的摩擦力f 2＝μF N2 故拉力F ＝f 1＋f 2＝200 N. 12．(1)0.5 (2)1.29 s[解析] (1)由题意可知，滑块在水平面上匀速运动，则v 0＝x1T＝4 m/s在斜面上滑块做匀减速直线运动，设加速度大小为a1，则x 3－x4＝a1T2由牛顿第二定律：mgsinα＋μmgcosα＝ma1联立解得：μ＝0.5(2)设滑块向上滑行所用的时间为t1，上滑的最大距离为x，返回斜面底端的时间为t2，加速度为a2，则v 0＝a1t1x＝12vt1mgsinα－μmgcosα＝ma2x＝12a2t22联立解得：t＝t1＋t2＝(0.4＋255) s(或1.29 s)13．Δt<0.3 s[解析] 设轿车行驶的速度为v1，卡车行驶的速度为v2，则v1＝108 km/h＝30m/s，v2＝72 km/h＝20 m/s，在反应时间Δt内两车行驶的距离分别为x1、x2，则x 1＝v1Δtx 2＝v2Δt轿车、卡车刹车所通过的距离分别为x3、x4，则x 3＝v212a＝3022×10m＝45 mx 4＝v222a＝2022×10m＝20 m为保证两车不相撞，必须x1＋x2＋x3＋x4<80 m联立解得Δt<0.3 s45分钟单元能力训练卷（四）1．A [解析] 小车水平向右的速度(也就是绳子末端的运动速度)为合速度，它的两个分速度为v 1、v 2，如图所示．其中v 2就是拉动绳子的速度，它等于物体A 上升的速度，v A ＝v 2＝vcosθ.小车匀速向右运动的过程中，θ逐渐变小，v A 逐渐变大，故A 做加速运动，由A 的受力及牛顿第二定律知，绳的拉力大于A 的重力，选项A 正确．2．A [解析] 由平抛规律x ＝v 0t ，y ＝12gt 2可得，x ＝y 时t ＝2v 0g，则v y ＝gt ＝2v 0，v ＝v 20＋v 2y ＝5v 0，s ＝x 2＋y 2＝2 2v 20g，选项A 正确． 3．BD [解析] 恰能通过最高点P ，则在最高点P 重力恰好提供向心力，故 mg ＝mv 2R ，选项C 错误；离开P 点后做平抛运动，x ＝vt,2R ＝12gt 2，解得x ＝2R ，故选项A 错误、B 正确；若将半圆弧轨道上部的14圆弧截去，其他条件不变，则小球离开轨道后竖直上抛，达到的最大高度时速度为零，显然能达到的最大高度比P 点高，选项D 正确．4．D [解析] 角速度的大小关系为ωa ＝ωc ＜ωb ，选项A 错误；向心加速度的大小关系为a b ＞a c ＞a a ，选项B 错误；线速度的大小关系为v b ＞v c ＞v a ，选项C 错误；周期的大小关系为T a ＝T c ＞T b ，选项D 正确．5．A [解析] 由于同步卫星与地球的自转周期相同， “缆线”上各点的角速度也相同， 选项A 正确；线速度v ＝ωr，则各点的线速度不同，选项B 错误；若“缆线”上各质点均处于失重状态，则万有引力提供向心力，有：G Mm r 2＝m v 2r，得v＝GMr，r越大，线速度越小，而“缆线”上离地面越高的质点线速度越大，因此只有同步卫星上的质点处于完全失重状态，选项C错误；由G Mmr2＝mg，可得离地面越高，重力加速度越小，选项D错误．6．AD [解析] 设移民质量为Δm，未移民时的万有引力F引＝GMmr2与移民后的万有引力F引′＝GM－Δm m＋Δmr2比较可知，由于M>m，所以F引′>F引；由于地球的质量变小，由F引′＝GM－Δm m＋Δmr2＝(m＋Δm)r⎝⎛⎭⎪⎫2πT2＝(m＋Δm)a可知，月球绕地球运动的周期将变大，月球绕地球运动的向心加速度将变小；由月球对其表面物体的万有引力等于其重力可知，由于月球质量变大，因而月球表面的重力加速度将变大．综上所述，可知本题错误选项为A、D.7．AC [解析] 空间站运动的加速度和所在位置的重力加速度均由其所受万有引力提供，选项A正确；由G MmR2＝mv2R得v＝GMR，运动速度与轨道半径的平方根成反比，并非与离地高度的平方根成反比，选项B错误；由G MmR2＝m⎝⎛⎭⎪⎫2πT2R得T＝2πRRGM，所以空间站运行周期小于地球自转的周期，选项C正确；空间站中宇航员所受万有引力完全提供向心力，处于完全失重状态，选项D错误．8．b gsinθ2a[解析] 物体在光滑斜面上只受重力和斜面对物体的支持力，因此物体所受的合力大小为F＝mgsinθ，方向沿斜面向下；根据牛顿第二定律，则物体沿斜面向下的加速度应为a加＝Fm＝gsinθ，又由于物体的初速度与a加垂直，所以物体的运动可分解为两个方向的运动，即水平方向是速度为v的匀速直线运动，沿斜面向下的是初速度为零的匀加速直线运动．因此在水平方向上有b ＝v 0t ，沿斜面向下的方向上有a ＝12a 加t 2；故v 0＝b t＝b gsinθ2a. 9．1∶8 14[解析] 万有引力提供向心力，则G Mm 1r 2a ＝m 1r a 4π2T 2a ，G Mm 2r 2b ＝m 2r b 4π2T 2b，所以T a ∶T b＝1∶8.设每隔时间t ，a 、b 共线一次，则(ωa －ωb )t ＝π，所以t ＝πωa －ωb，故b运动一周的过程中，a 、b 、c 共线的次数为：n ＝T b t ＝T bωa －ωbπ＝T b ⎝ ⎛⎭⎪⎫2T a －2T b ＝2T bT a－2＝14.10.8π2hr 3T 2r 2＋v 20 [解析] 以g′表示火星表面的重力加速度，M 表示火星的质量，m 表示火星的卫星质量，m′表示火星表面处某一物体的质量，由万有引力定律和牛顿第二定律，有G Mm′r 20＝m′g′ G Mm r 2＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫2πT 2r 设v 表示着陆器第二次落到火星表面时的速度，它的竖直分量为v 1，水平分量仍为v 0，有v 21＝2g′hv ＝v 21＋v 20由以上各式解得v ＝8π2hr 3T 2r 2＋v 20. 11．(1)2πR ＋h 3Gm 月 (2)T 02πGm 月R ＋h3(3)2π2R T 0R ＋h 3Gm 月[解析] (1)“嫦娥二号”轨道半径r＝R＋h，由G mm月r2＝m4π2T2r可得“嫦娥二号”卫星绕月周期T＝2πR＋h3 Gm月.(2)在月球自转一周的过程中，“嫦娥二号”将绕月运行的圈数n＝TT＝T2πGm月R＋h3.(3)摄像机只要将月球的“赤道”拍摄全，就能将月面各处全部拍摄下来；卫星绕月球转一周可对月球“赤道”拍摄两次，所以摄像机拍摄时拍摄到的月球表面宽度至少为s＝2πR2n＝2π2RTR＋h3Gm月.12．(1)0.6 m (2)P位置比圆心O低[解析] (1)物体在最高点C时只受重力，由牛顿第二定律得mg＝m v2 CR，得vC＝gR.物体从B到C的过程中，由机械能守恒定律得mg(ssinθ－R－Rcosθ)＝12 mv2C代入数据解得R＝0.6 m.(2)设物体平抛至与O点等高处，则由平抛运动的规律得R＝12gt2，x＝vCt，联立解得x＝2R又由图可知O点到斜面的水平距离为x′＝Rsinθ＝53R显然x′＞x，故物体的落点位置P低于O点．45分钟单元能力训练卷（五）1．A [解析] 空载时：P＝f1v1＝kmgv1，装满货物后：P＝f2v2＝kmgv2，所以汽车后来所装货物的质量是Δm＝m－m0＝v1－v2v2m，选项A正确．2．D [解析] 由牛顿第二定律得F－f－mgsin30°＝－ma，F－f＝mgsin30°－ma＝2m，即物体受到重力以外的力作用，大小为F－f，方向平行斜面向上，对物体做正功，所以物体的机械能增加，选项AB错误，D正确；根据动能定理，重力、拉力、摩擦力对物体做的总功等于物体动能的改变量，选项C错误．3．D [解析] 苹果加速下落，运动越来越快，故苹果通过第3个窗户所用的时间最短，平均速度最大，选项A、B都错误；窗户完全相同，所以苹果通过三个窗户重力做的功一样多，苹果通过第1个窗户用时最长，重力的平均功率最小，故选项C错误、D正确．4．BD [解析] 木板转动过程中，因静摩擦力始终与速度方向垂直，故静摩擦力不做功，由动能定理知，支持力做的功W1＝mgh＝mgLsinα；物块下滑过程中，因支持力始终与速度方向垂直，支持力不做功，由动能定理得，mgLsinα＋Wf ＝12mv2，所以滑动摩擦力做的功Wf ＝12mv2－mgLsinα.所以选项BD正确．5．AD [解析] 合力F沿斜面向下，F＝mgsinθ－f，θ为斜面倾角，故F不随t变化，A正确．加速度a＝Fm，也不变，由v＝at知，v－t图象为过原点的一条倾斜直线，B错误；物体做匀加速运动，故位移x＝12at2，x－t图象是开口向上的抛物线的一半，C错误；设物体起初的机械能为E 0，t 时刻的机械能为E ，则E ＝E 0－Fx ＝E 0＋F·12at 2，E －t 图象是开口向下的抛物线的一半，D 正确．6．ABD [解析] 小球做平抛运动，将A 点时的速度分解如图所示，v y ＝v 0tanθ，v ＝v 0sinθ，小球到达A 点时，重力的功率P ＝mgv y ，小球由O 到A 过程中，动能的变化为12mv 2－12mv 20.此过程竖直方向v y ＝gt ，水平方向x ＝v 0t ，小球抛出点O 距斜面端点B 的水平距离为h tanθ－x ，故ABD 正确．小球从A 点反弹后是否直接落至水平地面不能确定，故从A 点反弹后落至水平地面的时间不能求出，C 错误．7．B [解析] 两个过程中，恒力F 相同，物体相对地面发生的位移相同，所以做功相同；第二种情景下，物体相对地面的速度增大，运动时间t 变短，物体相对传送带的位移Δx 变小，功率P ＝Wt ，故P 1<P 2，因摩擦产生的热量Q ＝μmgΔx，故Q 1>Q 2.所以选项B 正确．8．C [解析] 运动过程中，弹簧和圆环系统的机械能守恒，因弹簧弹力对圆环做功，故圆环的机械能不守恒；对弹簧和圆环系统，根据机械能守恒定律知，当圆环滑到杆底端时，弹簧的弹性势能增大量等于圆环重力势能的减小量mgh ，又因弹簧先被压缩后被拉伸，所以弹簧的弹性势能先增大后减小再增大；圆环到达杆低端时弹簧的弹性势能最大，此时圆环动能为零.9．(1)左 (2)0.98 m/s (3)0.49 J 0.48 J (4)＞ 受打点计时器对纸带的摩擦阻力及空气阻力作用(实验中有阻力) (5)在误差允许范围内机械能守恒[解析] (1)左端点迹比较密集，所以应是左端与重物相连． (2)v B ＝x OC －x OA2T＝7.06－3.14×10－2 m2×0.02 s＝0.98 m/s(3)ΔE p ＝mgh ＝0.49 J ，ΔE k ＝12mv 2B ＝0.48 J(4)重物下落过程中受打点计时器对纸带的摩擦阻力及空气阻力作用，所以ΔE p＞ΔE k .(5)在误差允许范围内，重物自由下落过程中的机械能守恒．10．(1)接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，若滑块基本保持静止，则说明导轨是水平的(或轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动)(2)0.52 0.43 滑块的质量M 及滑块释放时遮光条到光电门的距离x (3)mgx 12(m ＋M)⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2 [解析] (2)d ＝5 mm ＋2×0.1 mm＝5.2 mm ＝0.52 cm ，v ＝dΔt＝0.43 m/s ；需测量滑块的质量M 及滑块释放时遮光条到光电门的距离x.(3)系统减少的重力势能为ΔE p ＝mgx ，系统增大的动能为ΔE k ＝12(m ＋M)v 2＝12(m＋M)⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2，当ΔE p ＝ΔE k 时，说明系统的机械能守恒．11.74gL 5[解析] 以地面为零势能面，在初始位置，桌面部分铁链的重力势能为E p1＝45mg·2L，悬空部分铁链的重力势能为E′p1＝15mg(2L －L10)铁链的下端刚要触及地面时的重力势能为E p2＝mg L2对铁链应用机械能守恒定律得E p1＋E′p1＝12mv 2＋E p2即12mv 2＋mg L 2＝45mg·2L＋15mg(2L －L 10) 故铁链下端刚要触及地面时的速度为v ＝74gL512．(1)6 m/s 0.4 (2)4.1 m (3)能(4)5.6 J[解析] (1)由物块过B点后其位移与时间的关系x＝6t－2t2得v＝6 m/s，加速度a＝4 m/s2又μm2g＝m2a，故μ＝0.4(2)设物块由D点以初速度vD 做平抛运动，落到P点时其竖直速度为vy＝2gR又vyvD＝tan45°，得vD＝4 m/s设平抛运动用时为t，水平位移为x，由R＝12gt2，x＝vDt，得x＝1.6 mBD间位移为x1＝v2－v2D2a＝2.5 m则BP水平间距为x＋x1＝4.1 m(3)设物块沿轨道到达M点的速度为vM，由机械能守恒得1 2m2v2M＝12m2v2D－22m2gR则v2M＝16－8 2若物块恰好能沿轨道过M点，则m2g＝m2v′2MR解得v′2M ＝8>v2M故物块不能到达M点．(4)设弹簧长为AC时的弹性势能为Ep释放m1时，Ep＝μm1gxCB释放m2时，Ep＝μm2gxCB＋12m2v2又m1＝2m2，故Ep＝m2v2＝7.2 J设m2在桌面上运动过程中克服摩擦力做功为Wf则Ep －Wf＝12m2v2D可得Wf＝5.6 J45分钟滚动复习训练卷（二）1．AD [解析] 由图线可知，运动过程中发动机输出功率一定，若牵引力＝阻力，则汽车做匀速直线运动；若牵引力＞阻力，则速度增大，牵引力减小，汽车做加速度减小的加速直线运动．故选项A、D正确．2．C [解析] 火车从甲站出发，沿平直铁路做匀加速直线运动，即初速度为零，紧接着又做匀减速直线运动，也就是做匀加速直线运动的末速度即为做匀减速直线运动的初速度，而做匀减速直线运动的末速度又为零，所以在先、后两个运动过程中的平均速度(v＝v2)相等，选项C正确；火车运动的位移x＝v t＝v2t，火车运动的加速度a＝vt，即它们不仅与速度变化量有关，还跟时间有关，而先、后两个运动过程中所用的时间不一定相同，所以火车的位移、加速度在先、后两个运动过程中不一定相等，即A、B、D选项都不正确．3．C [解析] 设物体A对圆球B的支持力为F1，竖直墙对圆球B的弹力为F2；F 1与竖直方向夹角θ.因物体A右移而减小．对物体B由平衡条件得：F1cosθ＝mBg，F 1sinθ＝F2，解得F1＝mBgcosθ，F2＝mBgtanθ，因θ减小，故F1减小，F2减小，选项A、B均错误；对A、B整体分析可知：在竖直方向上，地面对整体支持力FN ＝(mA＋m B )g，与θ无关，选项D错误；在水平方向上，地面对A的摩擦力f＝F2，因F2减小，故f减小，选项C正确．4．B [解析] 设斜面倾角为θ，长度为L，小球沿光滑斜面下滑的加速度为a，根据牛顿第二定律有：mgsinθ＝ma得a＝gsinθ，小球沿斜面做匀加速直线运动，所以小球的位移x＝12gsinθ·t2，即位移与时间的平方成正比，选项A错误；小球在斜面上的速度v＝gsinθ·t，即速度与时间成正比，选项B正确；设小球从顶端滑到底端的速度为v，由运动学公式有：v2＝2gsinθ·L，选项C错误；由L＝1 2gsinθ·t2，选项D错误．5．C [解析] A项位移正负交替，说明物体做往复运动；B项物体先做匀加速。
2020届全国高考物理一轮专题集训《机械能守恒定律》测试 含答案和详细解析
绝密★启用前2020届全国高考物理一轮专题集训《机械能守恒定律》测试本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分第Ⅰ卷一、选择题(共15小题,每小题4.0分,共60分)1.一质量为m的木块静止在光滑的水平面上，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时刻F的功率是()A．B．C．D．2.在下面列举的各例中，若不考虑阻力作用，则物体的机械能发生变化的是()A．用细杆拴着一个物体，以杆的另一端为固定轴，使物体在光滑水平面上做匀速圆周运动B．细杆拴着一个物体，以杆的另一端为固定轴，使物体在竖直平面内做匀速圆周运动C．物体沿光滑的曲面自由下滑D．用一沿固定斜面向上、大小等于物体所受摩擦力的拉力作用在物体上，使物体以一定的初速度沿斜面向上运动3.如图所示，固定在水平面上的光滑斜面倾角为θ＝30°，物体A、B通过细绳及轻弹簧连接于光滑轻滑轮两侧，P为固定在斜面上且与斜面垂直的光滑挡板，物体A、B的质量分别为m和4m，开始时用手托住物体A，滑轮两边的细绳恰好伸直，且左边的细绳与斜面平行，弹簧处于原长状态，A距离地面高度为h，放手后A从静止开始下降，在A下落至地面前的瞬间，物体B恰好对挡板无压力，空气阻力不计，下列关于物体A的说法正确的是()A．在下落至地面前的过程中机械能守恒B．在下落至地面前的瞬间速度不一定为零C．在下落至地面前的过程中对轻弹簧做的功为mghD．在下落至地面前的过程中可能一直在做加速运动4.(多选)关于力对物体做功的功率，下面几种说法中正确的是 ()．A．力对物体做功越多，这个力的功率就越大B．力对物体做功的时间越短，这个力的功率就越大C．力对物体做功少，其功率也可能很大；力对物体做功多，其功率也可能较小D．功率是表示做功快慢的物理量，而不是表示做功大小的物理量5.在水平冰面上，一辆质量为1×103kg的电动雪橇做匀速直线运动，关闭发动机后，雪橇滑行一段距离后停下来，其运动的v—t图象如图所示，那么关于雪橇运动情况以下判断正确的是(g取10 m/s2)()A．关闭发动机后，雪橇的加速度为－2 m/s2B．雪橇停止前30 s内通过的位移是150 mC．雪橇与水平冰面间的动摩擦因数约为0.03D．雪橇匀速运动过程中发动机的功率为5×103W6.材料相同的A、B两块滑块质量mA＞mB，在同一个粗糙的水平面上以相同的初速度运动，则它们的滑行距离xA和xB的关系为（）A．xA＞xBB．xA=xBC．xA＜xBD．无法确定7.如图所示，在加速运动的车厢中，一个人用力沿车前进的方向推车厢，已知人与车厢始终保持相对静止，那么人对车厢做功的情况是()A．做正功B．做负功C．不做功D．无法确定8.如图所示，质量相同的物体a和b，用不可伸长的轻绳跨接在光滑的轻质定滑轮两侧，a在水平桌面的上方，b在光滑的水平桌面上．初始时用力拉住b使a、b静止，撤去拉力后，a开始运动，在a下降的过程中，b始终未离开桌面．在此过程中()A．a物体的机械能守恒B．a、b两物体机械能的总和不变C．a物体的动能总等于b物体的动能D．绳的拉力对a所做的功与对b所做的功的代数和不为零9.关于能量耗散，下列说法中正确的是()A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了B．能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性C．能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上越来越少D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性10.物体1的重力势能E p1＝3 J，物体2的重力势能E p2＝－3 J，则() A．E p1＝E p2B．E p1＞E p2C．E p1＜E p2D．无法判断11.以下关于物体的动能的叙述中，正确的是()A．速度不变、运动物体的质量发生变化，它的动能不一定变化B．质量不变、运动物体的速度大小发生变化，它的动能不一定会变化C．速度减半，质量增大到原来的4倍，物体的动能是原来的2倍D．质量减半、速度增大到原来的2倍，物体的动能是原来的2倍12.下列各种能源属于“可再生能源”的是()A．水流能B．核能C．石油D．煤炭13.如图所示，小朋友在荡秋千．他从P点向右运动到Q点的过程中，重力势能的变化情况是()A．先增大，后减小B．先减小，后增大C．一直减小D．一直增大14.关于功率，下列说法正确的是()A．由P＝可知，只要知道W和t的值就可以计算出任意时刻的功率B．由P＝Fv可知，汽车的功率一定与它的速度成正比C．由P＝Fv可知，牵引力一定与速度成反比D．当P一定时，牵引力一定与速度成反比15.在探究弹簧的弹性势能的表达式时，下面的猜想有一定道理的是()A．重力势能与物体离地面的高度有关，弹性势能与弹簧的伸长量有关，重力势能与重力的大小有关，弹性势能可能与弹力的大小有关，而弹力的大小又与弹簧的劲度系数k有关，因此弹性势能可能与弹簧的劲度系数k和弹簧的伸长量的二次方x2有关B． A选项中的猜想有一定道理，但不应该与x2有关，而应该是与x3有关C． A选项中的猜想有一定道理，但应该是与弹簧伸长量的一次方，即x有关D．上面三个猜想都没有可能性第Ⅱ卷二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)16.如图所示，摆球质量为m，悬线的长为l，把悬线拉到水平位置后放手．设在摆球运动过程中空气阻力F f的大小不变，求摆球从A运动到竖直位置B时，重力mg、绳的拉力F T、空气阻力F f各做了多少功？17.盘在地面上的一根不均匀的金属链重30 N，长1 m，从甲端缓慢提至乙端恰好离地时需做功10 J．如果改从乙端缓慢提至甲端恰好离地要做多少功？(取g＝10 m/s2)18.如图所示，让摆球从图中A位置由静止开始下摆，正好摆到最低点B位置时线被拉断．设摆线长l＝1.6 m，O点离地高H＝5.8 m，不计绳断时的机械能损失，不计空气阻力，g取10 m/s2，求：(1)摆球刚到达B点时的速度大小；(2)落地时摆球的速度大小．19.质量为M的木板放在光滑水平面上，如图所示．一个质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑至B点，在木板上前进了l，同时木板前进了x，若滑块与木板间的动摩擦因数为μ，求摩擦力对滑块、对木板所做的功各为多少？滑动摩擦力对滑块、木板做的总功是多少？答案解析1.【答案】B【解析】木块的加速度a＝，t＝T时的速度v＝aT＝，瞬时功率P＝Fv＝.2.【答案】B【解析】物体若在水平面内做匀速圆周运动，动能、势能均不变，物体的机械能不变；物体在竖直平面内做匀速圆周运动，动能不变、势能改变，故物体的机械能发生变化；物体沿光滑的曲面自由下滑，只有重力做功，机械能守恒；用一沿固定斜面向上、大小等于物体所受摩擦力的拉力作用在物体上，使物体以一定的初速度沿斜面向上运动时，除重力以外的力做功之和为零，物体的机械能守恒，故选B.3.【答案】C【解析】A从静止到下落过程中，系统中只有重力和弹簧的弹力做功，所以在A下落至地面的过程中系统的机械能守恒，而A的机械能不守恒，故A错误；在A下落至地面前的瞬间，物体B恰好对挡板无压力，以B为研究对象，据平衡求得此时弹簧的弹力为F T＝4mg sin 30°＝2mg；再以A为研究对象，当A静止释放的瞬间，A受重力mg，其合力方向向下，大小为mg；当A落地瞬间，A 受重力mg和弹簧的弹力2mg，其合力向上，大小为mg，A做简谐运动，据对称性可知，落地瞬间其速度为零；据弹簧振子的运动情况可知，A向下运动时，先做加速度减小的加速运动，然后做加速度逐渐增大的减速运动，故B、D错误；据A做简谐运动和机械能守恒可知，A落地瞬间，A 的重力势能完全转化为弹簧的弹性势能，所以弹簧的弹力做功为mgh，故C正确．4.【答案】CD【解析】功率P＝，表示单位时间内所做的功，当t一定时，W越大，P越大；当W一定时，t 越小，P越大．单纯只强调两个因素中的一个，而不说另一个因素的说法是错误的，故A、B错误；如果W小，但当t很小时，P也可能很大；如果W较大，但t很大时，P也可能较小，所以C正确；由P＝可知P是表示做功快慢的物理量，P越大，反映的是单位时间内做功越多，也就是做功越快．5.【答案】D【解析】关闭发动机后，雪橇的加速度为a＝m/s2＝－0.5 m/s2，故A错误．雪橇停止前30 s内通过的位移是s＝×(30＋10)×10＝200 m，故B错误．关闭发动机后，a＝＝0.5 m/s2，得：μ＝0.05，故C错误；雪橇匀速运动过程中发动机的功率为P＝Fv＝μmgv＝5×103W，故D正确．6.【答案】B【解析】在A滑块滑行过程中，运用动能定理得：0﹣mAv02=﹣μmAgxA解得：xA=在B滑块滑行过程中，运用动能定理得：0﹣mBv02=﹣μmBxB得：xB=所以xA=xB7.【答案】B【解析】人随车一起向车前进的方向加速运动，表明车对人在水平方向上的合力向前，根据牛顿第三定律，人对车在水平方向的合力与车运动方向相反，由于人对车的压力对车不做功，故人对车做负功，B正确．8.【答案】B【解析】a物体下落过程中，有绳子的拉力做功，其机械能不守恒，故A错误；对于a、b两个物体组成的系统，只有重力做功，所以a、b两物体机械能守恒，故B正确；将b的实际速度进行分解，如图：由图可知v a＝v b cosθ，即a的速度小于b的速度，故a的动能小于b的动能，故C错误；在极短时间t内，绳子对a的拉力和对b的拉力大小相等，绳子对a做的功等于－F T v a t，绳子对b的功等于拉力与拉力方向上b的位移的乘积，即：F T v b cosθt，又v a＝v b cosθ，所以绳的拉力对a所做的功与对b所做的功的绝对值相等，二者代数和为零，故D错误．9.【答案】D【解析】能量耗散是不可避免的，但是能量耗散也遵守能量守恒定律，故选D.10.【答案】B【解析】E p1＞ 0，在零势能面以上；E p2＜0，在零势能面以下．11.【答案】D【解析】由动能的表达式可知，速度不变，而质量发生变化时，动能一定发生变化，故A错误；质量不变、运动物体的速度大小发生变化，它的动能一定会变化，故B错误；速度减半，质量增大的原来的4倍时，它的动能不变，故C错误；质量减半、速度增大到原来的2倍时，动能变为原来的2倍，故D正确．12.【答案】A【解析】核能、石油、天然气都属于不可再生能源，只有水流能是可再生能源，即选项A符合题意．13.【答案】B【解析】小朋友在荡秋千．他从P点向右运动到Q点的过程中，以最低点所在面为零势能面，高度先减小后增大，由E p＝mgh可知，重力势能先减小后增大，故B正确，A、C、D错误．14.【答案】D【解析】公式P＝求的是这段时间内的平均功率，不能求瞬时功率，故A错误；由P＝Fv知，当汽车牵引力一定时，汽车的功率与速度成正比，故B错误；功率等于牵引力与运动速度的乘积，当功率一定时，牵引力与速度成反比，当功率不一定时，牵引力不一定与速度成反比，故C错误；在功率一定时，牵引力与运动速度成反比，故D正确．15.【答案】A【解析】根据重力做功与重力势能变化的关系，类比弹力做功与弹性势能变化的关系，有理由猜想：重力势能E p＝Fl＝mgh；弹性势能E p也应与弹力F＝kx与伸长量x的乘积有关．即可得E p与x2有关．故本题猜想中A是有依据的，因此也是可能的．故本题应选A.16.【答案】W G＝mgl W T＝0W f＝－F fπl【解析】因为拉力F T在运动过程中始终与运动方向垂直，故不做功，即W T＝0.重力在整个运动过程中始终不变，小球在重力方向上的位移为AB在竖直方向上的投影OB，且OB ＝l，所以重力做功W G＝mgl.空气阻力虽然大小不变，但方向不断改变，且任何时刻都与运动方向相反，即沿圆弧的切线方向，因此属于变力做功问题．如果将分成许多小段弧，使每一小段弧小到可以看成直线，在每一小段弧上F f的大小、方向可以认为是不变的(即为恒力)，这样就把变力做功的问题转化为了恒力做功的问题，如图所示．因此F f所做的总功等于每一小段弧上F f所做功的代数和．即W f＝－(F fΔl1＋F fΔl2＋…)＝－F fπl，故重力mg做的功为mgl，绳子拉力F T做的功为零，空气阻力F f做的功为－F fπl.17.【答案】20 J【解析】设绳子的重心离乙端距离为x，则当乙端刚离开地面时有mgx＝10 J，可得：x＝m.则绳子的重心离甲端为m，可知从乙端缓慢提至甲端恰好离地要做功W＝mg(1－x)＝20 J.18.【答案】(1)4 m/s(2)10 m/s2020届全国高考物理一轮专题集训《机械能守恒定律》测试 含答案和详细解析11 / 11 【解析】(1)摆球由A 到B 的过程中只有重力做功，故机械能守恒．根据机械能守恒定律得mg (1－sin 30°)l ＝mv ， 得v B ＝＝＝m/s ＝4 m/s.(2)设摆球落地点为题图中的D 点，则摆球由B 到D 过程中只有重力做功，机械能守恒．根据机械能守恒定律得mv －mv ＝mg (H －l )得v D ＝＝m/s ＝10 m/s.19.【答案】－μmg (l ＋x ) μmgx －μmgl【解析】由题图可知，木板的位移为lM ＝x 时，滑块的位移为lm ＝l ＋x ，m 与M 之间的滑动摩擦力F f ＝μmg .由公式W ＝Fl cos α可得，摩擦力对滑块所做的功为Wm ＝μmglm cos 180°＝－μmg (l ＋x )，负号表示做负功．摩擦力对木板所做的功为WM ＝μmglM ＝μmgx .这对滑动摩擦力做的总功：W ＝Wm ＋WM ＝－μmg (l ＋x )＋μmgx ＝－μmgl。
2020届高考物理一轮复习：第五章 机械能及其守恒定律第3讲 机械能守恒定律及其应用(含解析)
板块三限时规范特训时间：45分钟满分：100分一、选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分。
其中1～6为单选，7～10为多选)1．关于弹性势能，下列说法中正确的是()A．当弹簧变长时弹性势能一定增大B．当弹簧变短时弹性势能一定减小C．在拉伸长度相同时，k越大的弹簧的弹性势能越大D．弹簧在拉伸时弹性势能一定大于压缩时的弹性势能答案 C解析当弹簧处于压缩状态时，弹簧变长时弹力做正功，弹性势能减小。
弹簧变短时，弹力做负功，弹性势能增加，故A、B错误。
当拉伸长度相同时，k越大的弹簧的弹性势能越大，故C正确。
当k 相同时，伸长量与压缩量相同的弹簧，弹性势能也相同，故D错误。
2．如图所示，光滑细杆AB、AC在A点连接，AB竖直放置，AC水平放置，两个相同的中心有小孔的小球M、N，分别套在AB 和AC上，并用一细绳相连，细绳恰好被拉直，现由静止释放M、N，在运动过程中，下列说法中正确的是()A．M球的机械能守恒B．M球的机械能增大C．M和N组成的系统机械能守恒D．绳的拉力对N做负功答案 C解析细杆光滑，故M、N组成的系统机械能守恒，N的机械能增加，绳的拉力对N做正功、对M做负功，M的机械能减少，故C正确，A、B、D错误。
3. [2017·福建福州模拟]如图所示，竖立在水平面上的轻弹簧，下端固定，将一个金属球放在弹簧顶端(球与弹簧不连接)，用力向下压球，使弹簧被压缩，并用细线把小球和地面拴牢如图甲所示。
烧断细线后，发现球被弹起且脱离弹簧后还能继续向上运动如图乙所示。
那么该球从细线被烧断到刚脱离弹簧的运动过程中，(不计空气阻力)下列说法正确的是()A．弹簧、小球所构成的系统机械能守恒B．球刚脱离弹簧时动能最大C．球所受合力的最大值等于重力D．小球所受合外力为零时速度最小答案 A解析烧断细线后，小球受重力和弹力作用，故弹簧、小球所构成的系统机械能守恒，A正确；小球受到重力和向上的弹力两个力，弹簧的弹力先大于重力，小球加速上升，后弹力小于重力，小球减速上升，所以球的动能先增大后减小，当加速度等于零时，此时所受的合力为零，即小球受到的弹簧的弹力等于小球的重力时速度最大，动能最大，此时弹簧尚处于压缩状态，故B、D错误；小球脱离弹簧后还能继续向上运动，由简谐运动的对称性可知，小球所受合力的最大值(在最低点)大于重力，C错误。
2020高考物理一轮复习专题5-3 机械能守恒定律(精讲)附答案
专题5.3 机械能守恒定律1．掌握重力势能、弹性势能的概念，并能计算。
2．掌握机械能守恒的条件，会判断物体的机械能是否守恒。
3．掌握机械能守恒定律的三种表达形式，理解其物理意义，并能熟练应用。
知识点一重力做功与重力势能1．重力做功的特点(1)重力做功与路径无关，只与初末位置的高度差有关。
(2)重力做功不引起物体机械能的变化。
2．重力势能(1)公式：E p＝mgh。
(2)特性：①标矢性：重力势能是标量，但有正、负，其意义是表示物体的重力势能比它在参考平面上大还是小，这与功的正、负的物理意义不同。
②系统性：重力势能是物体和地球所组成的“系统”共有的。
③相对性：重力势能的大小与参考平面的选取有关。
重力势能的变化是绝对的，与参考平面的选取无关。
3．重力做功与重力势能变化的关系(1)定性关系：重力对物体做正功，重力势能就减少；重力对物体做负功，重力势能就增加。
(2)定量关系：重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量。
即W G＝E p1－E p2＝－ΔE p。
知识点二弹性势能1．定义：物体由于发生弹性形变而具有的能．2．弹力做功与弹性势能变化的关系：弹力做正功，弹性势能减小；弹力做负功，弹性势能增加，即W＝－ΔE P.知识点三机械能守恒定律及其应用1．机械能：动能和势能统称为机械能，其中势能包括重力势能和弹性势能.2．机械能守恒定律(1)内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变.(2)守恒条件：只有重力或系统内弹力做功．(3)常用的三种表达式：①守恒式：E1＝E2或E k1＋E P1＝E k2＋E P2.(E1、E2分别表示系统初末状态时的总机械能)②转化式：ΔE k＝－ΔE P或ΔE k增＝ΔE P减.(表示系统势能的减少量等于动能的增加量)③转移式：ΔE A＝－ΔE B或ΔE A增＝ΔE B减.(表示系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能)考点一机械能守恒的理解与判断【典例1】（2019·浙江选考）奥运会比赛项目撑杆跳高如图所示，下列说法不正确的是（）A．加速助跑过程中，运动员的动能增加B．起跳上升过程中，杆的弹性势能一直增加C．起跳上升过程中，运动员的重力势能增加D．越过横杆后下落过程中，运动员的重力势能减少动能增加【答案】B【解析】加速助跑过程中速度增大，动能增加，A正确；撑杆从开始形变到撑杆恢复形变时，先是运动员部分动能转化为杆的弹性势能，后弹性势能转化为运动员的动能与重力势能，杆的弹性势能不是一直增加，B 错误；起跳上升过程中，运动员的高度在不断增大，所以运动员的重力势能增加，C正确；当运动员越过横杆下落的过程中，他的高度降低、速度增大，重力势能被转化为动能，即重力势能减少，动能增加，D正确。
2020年高考物理备考：专题练习卷---实验：验证机械能守恒定律(解析版)
2020年高考物理备考：专题练习卷---实验：验证机械能守恒定律1．下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是( ) A ．重物质量的称量不会造成较大误差 B ．重物质量选用得大些，有利于减小误差 C ．重物质量选用得较小些，有利于减小误差 D ．纸带下落和打点不同步会造成较大误差 【答案】BD【解析】验证机械能守恒，即验证减少的重力势能是否等于增加的动能即mgh ＝12mv 2，其中质量可以约去，没必要测量重物质量，A 错误；当重物质量大一些时，空气阻力可以忽略，B 正确，C 错误；纸带先下落而后打点，此时，纸带上最初两点的点迹间隔较正常时略大，用此纸带进行数据处理，其结果是重物在打第一个点时就有了初动能，因此重物动能的增加量比重物重力势能的减少量大，D 正确。
2．利用图实所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v 和下落高度h 。
某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，其中正确的方案是( )A ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并测出下落时间t ，通过v ＝gt 计算出瞬时速度vB ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，并通过v ＝2gh 计算出瞬时速度vC ．根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度v ，并通过h ＝v 22g计算得出高度hD ．用刻度尺测出物体下落的高度h ，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v 【答案】D【解析】利用g 求v 和h ，相当于利用机械能守恒验证机械能守恒，A 、B 、C 错误，D 正确。
3．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m ＝1.00 kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。
O 为第一个点，A 、B 、C 为从合适位置开始选取连续点中的三个点。
2020年高考物理一轮复习 热点题型归纳与变式演练 专题13 机械能守恒定律的理解与应用(含解析)
专题13 机械能守恒定律的理解与应用【专题导航】目录热点题型一机械能守恒的理解与判断 (1)热点题型二单个物体的机械能守恒问题 (3)机械能守恒定律在圆周运动中的应用 (3)机械能守恒定律在平抛运动中的应用 (5)热点题型三多物体关联的机械能守恒问题 (6)轻绳模型 (7)轻杆模型 (8)轻弹簧模型 (9)非质点类模型 (11)【题型演练】 (12)【题型归纳】热点题型一机械能守恒的理解与判断1．机械能守恒判断的三种方法2.机械能守恒条件的理解及判断(1)机械能守恒的条件绝不是合外力的功等于零，更不是合外力为零；“只有重力或弹力做功”不等于“只受重力或弹力作用”．(2)对于一些绳子突然绷紧、物体间碰撞等情况，除非题目特别说明，否则机械能必定不守恒．(3)对于系统机械能是否守恒，可以根据能量的转化进行判断．严格地讲，机械能守恒定律的条件应该是对一个系统而言，外力对系统不做功(表明系统与外界之间无能量交换)，系统内除了重力和弹力以外，无其他摩擦和介质阻力做功(表明系统内不存在机械能与其他形式之间的转换)，则系统的机械能守恒．【例1】(多选)如图，轻弹簧竖立在地面上，正上方有一钢球，从A处自由下落，落到B处时开始与弹簧接触，此时向下压缩弹簧．小球运动到C处时，弹簧对小球的弹力与小球的重力平衡．小球运动到D处时，到达最低点．不计空气阻力，以下描述正确的有 ( )A．小球由A向B运动的过程中，处于完全失重状态，小球的机械能减少B．小球由B向C运动的过程中，处于失重状态，小球的机械能减少C．小球由B向C运动的过程中，处于超重状态，小球的动能增加D．小球由C向D运动的过程中，处于超重状态，小球的机械能减少【答案】BD【解析】小球由A向B运动的过程中，做自由落体运动，加速度等于竖直向下的重力加速度g，处于完全失重状态，此过程中只有重力做功，小球的机械能守恒，A错误；小球由B向C运动的过程中，重力大于弹簧的弹力，加速度向下，小球处于失重状态，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，弹簧的弹性势能增加，小球的机械能减少，由于小球向下加速运动，小球的动能还是增大的，B正确，C错误；小球由C向D运动的过程中，弹簧的弹力大于小球的重力，加速度方向向上，处于超重状态，弹簧继续被压缩，弹性势能继续增大，小球的机械能继续减小，D正确．【变式1】木块静止挂在绳子下端，一子弹以水平速度射入木块并留在其中，再与木块一起共同摆到一定高度如图所示，从子弹开始射入到共同上摆到最大高度的过程中，下列说法正确的是( )A．子弹的机械能守恒B．木块的机械能守恒C．子弹和木块总机械能守恒D．子弹和木块上摆过程中机械能守恒【答案】D.【解析】子弹射入木块过程，系统中摩擦力做负功，机械能减少；而共同上摆过程，系统只有重力做功，机械能守恒．综上所述，整个过程机械能减少，减少部分等于克服摩擦力做功产生的热量．【变式2】如图所示，完整的撑杆跳高过程可以简化成三个阶段：持杆助跑、撑杆起跳上升、越杆下落(下落时人杆分离)，最后落在软垫上速度减为零．不计空气阻力，则( )A．运动员在整个跳高过程中机械能守恒B．运动员在撑杆起跳上升过程中机械能守恒C．在撑杆起跳上升过程中，杆的弹性势能转化为运动员的重力势能且弹性势能减少量小于运动员的重力势能增加量D．运动员落在软垫上时做减速运动，处于超重状态【答案】CD【解析】运动员持杆助跑阶段运动员对杆做功，机械能不守恒，最后从落在软垫上到速度减为零的过程中阻力做功，机械能也不守恒，故A错误；运动员在撑杆起跳上升过程中，杆从开始形变到杆恢复原状，先是运动员部分动能转化为重力势能和杆的弹性势能，后是弹性势能和运动员的动能转化为重力势能，使用杆的过程中，运动员与杆组成的系统机械能守恒，运动员的机械能不守恒，故B错误；在撑杆起跳上升过程中，运动员的动能和杆的弹性势能转化为运动员的重力势能，所以杆的弹性势能减少量一定小于运动员的重力势能增加量，故C正确；运动员落在软垫上时做减速运动，加速度的方向向上，因而运动员处于超重状态，故D正确．热点题型二单个物体的机械能守恒问题1．机械能守恒定律的表达式2．求解单个物体机械能守恒问题的基本思路机械能守恒定律在圆周运动中的应用【例2】(2019·安徽名校联考)如图所示，在竖直平面内有一固定光滑轨道，其中AB 是为R 的水平直轨道，BCD 是圆心为O 、半径为R 的34圆弧轨道，两轨道相切于B 点．在外力作用下，一小球从A 点由静止开始做匀加速直线运动，到达B 点时撤除外力．已知小球刚好能沿圆轨道经过最高点C ，重力加速度大小为g 求：(1)小球在AB 段运动的加速度的大小； (2)小球从D 点运动到A 点所用的时间． 【答案】 (1)52g (2)(5－3)R g【解析】 (1)设小球在C 点的速度大小为v C ，根据牛顿第二定律有mg ＝m v 2CR①小球从B 点到C 点机械能守恒，设B 点处小球的速度为v B ，有12mv 2B ＝12mv 2C ＋2mgR ②小球在AB 段由静止开始做匀加速运动，设加速度大小为a ，由运动学公式有v 2B ＝2aR ③ 由①②③式得a ＝52g .④(2)设小球在D 处的速度为v D ，下落到A 点时的速度为v ，根据机械能守恒有12mv 2B ＝12mv 2D ＋mgR ⑤12mv 2B ＝12mv 2⑥ 设从D 点到A 点所用的时间为t ，由运动学公式得gt ＝v －v D ⑦由③④⑤⑥⑦式得t ＝(5－3)Rg. 【方法技巧】守恒表达式的选用技巧(1)在处理单个物体机械能守恒问题时通常应用守恒观点和转化观点，转化观点不用选取零势能面． (2)在处理连接体问题时，通常应用转化观点和转移观点，都不用选取零势能面．【变式1】(2019·山东济南模拟)如图所示，由光滑细管组成的轨道固定在竖直平面内，AB 段和BC 段是半 径为R 的四分之一圆弧，CD 段为平滑的弯管．一小球从管口D 处由静止释放，最后能够从A 端水平抛出 落到地面上．关于管口D 距离地面的高度必须满足的条件( )A ．等于2RB ．大于2RC ．大于2R 且小于52RD ．大于52R【答案】B【解析】由机械能守恒定律得mg (H －2R )＝12mv 2A ，因细管可以提供支持力，所以到达A 点的速度大于零即可，即v A ＝2gH －4gR ＞0，解得H ＞2R ，故选B.【变式2】一小球以一定的初速度从图示位置进入光滑的轨道，小球先进入圆轨道1，再进入圆轨道2，圆轨道1的半径为R ，圆轨道2的半径是轨道1的1.8倍，小球的质量为m ，若小球恰好能通过轨道2的最高点B ，则小球在轨道1上经过A 处时对轨道的压力为( )A ．2mgB ．3mgC ．4mgD ．5mg 【答案】C【解析】小球恰好能通过轨道2的最高点B 时，有mg ＝m v 2B1.8R ，小球在轨道1上经过A 处时，有F ＋mg ＝m v 2AR，根据机械能守恒定律，有1.6mgR ＋12mv 2B ＝12mv 2A ，解得F ＝4mg ，由牛顿第三定律可知，小球对轨道的压力F ′＝F ＝4mg ，选项C 正确．机械能守恒定律在平抛运动中的应用【例3】.如图，位于竖直平面内的光滑轨道由四分之一圆弧ab 和抛物线bc 组成，圆弧半径Oa 水平，b 点为抛物线顶点．已知h ＝2 m ，s ＝ 2 m ．取重力加速度大小g ＝10 m/s 2.(1)一小环套在轨道上从a 点由静止滑下，当其在bc 段轨道运动时，与轨道之间无相互作用力，求圆弧轨道的半径；(2)若环从b 点由静止因微小扰动而开始滑下，求环到达c 点时速度的水平分量的大小． 【答案】(1)0.25 m (2)2310 m/s【解析】(1)设环到b 点时速度为v b ，圆弧轨道半径为r ，小环从a 到b 由机械能守恒有mgr ＝12mv 2b①环与bc 段轨道间无相互作用力，从b 到c 环做平抛运动h ＝12gt 2 ② s ＝v b t ③ 联立可得r ＝s 24h④代入数据得r ＝0.25 m.(2)环从b 点由静止下滑至c 点过程中机械能守恒，设到c 点时速度为v c ，则mgh ＝12mv 2c⑤在bc 段两次过程中环沿同一轨迹运动，经过同一点时速度方向相同 设环在c 点时速度与水平方向间的夹角为θ，则环做平抛运动时 tan θ＝v y v b⑥ v y ＝gt⑦联立②③⑥⑦式可得 tan θ＝22⑧则环从b 点由静止开始滑到c 点时速度的水平分量v cx 为v cx ＝v c cos θ⑨ 联立⑤⑧⑨三式可得v cx ＝2310 m/s. 【变式1】如图所示，在高1.5 m 的光滑平台上有一个质量为2 kg 的小球被一细线拴在墙上，球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧．当烧断细线时，小球被弹出，小球落地时的速度方向与水平方向成60°角，则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g 取10 m/s 2)( )A ．10 JB ．15 JC ．20 JD ．25 J 【答案】A【解析】由h ＝12gt 2和v y ＝gt 得：v y ＝30 m/s ，落地时，tan 60°＝v y v 0可得：v 0＝v ytan 60°＝10 m/s ，由机械能守恒得：E p ＝12mv 20，可求得：E p ＝10 J ，故A 正确．【变式2】取水平地面为重力势能零点．一物块从某一高度水平抛出，在抛出点其动能与重力势能恰好相 等．不计空气阻力，该物块落地时的速度方向与水平方向的夹角为 ( )A.π6 B.π4 C.π3 D.5π12【答案】B【解析】设物体水平抛出的初速度为v 0，抛出时的高度为h ，则12mv 20＝mgh ，则v 0＝2gh .物体落地的竖直速度v y ＝2gh ，则落地时速度方向与水平方向的夹角tan θ＝v y v 0＝2gh 2gh＝1，则θ＝π4，选项B 正确．热点题型三 多物体关联的机械能守恒问题 1．多物体机械能守恒问题的解题思路2．多个物体的机械能守恒问题，往往涉及“轻绳模型”“轻杆模型”以及“轻弹簧模型”． 轻绳模型三点提醒①分清两物体是速度大小相等，还是沿绳方向的分速度大小相等． ②用好两物体的位移大小关系或竖直方向高度变化的关系．③对于单个物体，一般绳上的力要做功，机械能不守恒；但对于绳连接的系统，机械能则可能守恒． 【例4】(2019·黑龙江哈尔滨六中模拟)如图所示，物体A 的质量为M ，圆环B 的质量为mA 、B 通过绳子连 接在一起，圆环套在光滑的竖直杆上，开始时，圆环与定滑轮之间的绳子处于水平状态，长度l ＝4 m ，现 从静止开始释放圆环，不计定滑轮和空气的阻力，重力加速度g 取10 m/s 2，若圆环下降h ＝3 m 时的速度v ＝5 m/s ，则A 和B 的质量关系为( )A.M m ＝3529B.M m ＝79C.M m ＝3925D.M m ＝1519【答案】 A【解析】 圆环下降3 m 时的速度可以沿绳方向和垂直绳方向进行分解，故可得v A ＝v cos θ，又由几何关系可知cos θ＝hh 2＋l 2，解得v A ＝3 m/s.当圆环下降的高度h ＝3 m 时，由几何关系可知，物体A 上升的高度h ′＝h 2＋l 2－l ＝1 m ．将A 、B 看作一个系统，则该系统只有重力做功，机械能守恒，则由机械能守恒定律可得mgh －Mgh ′＝12mv 2＋12Mv 2A ，代入数据求解可得M m ＝3529，选项A 正确．【变式】如图所示，可视为质点的小球A 、B 用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地面上半径为R 的光滑圆柱，A 的质量为B 的两倍．当B 位于地面时，A 恰与圆柱轴心等高．将A 由静止释放，B 上升的最大高度是( )A ．2R B.5R 3 C.4R 3 D.2R3【答案】C【解析】如图所示，以A 、B 整体为系统，以地面为零势能面，设A 的质量为2m ，B 的质量为m ，根据机械能守恒定律有2mgR ＝mgR ＋12×3mv 2，A 落地后B 将以速度v 做竖直上抛运动，即有12mv 2＝mgh ，解得h ＝13R .则B 上升的高度为R ＋13R ＝43R ，故选项C 正确．轻杆模型三大特点①平动时两物体线速度相等，转动时两物体角速度相等．②杆对物体的作用力并不总是沿杆的方向，杆能对物体做功，单个物体机械能不守恒．③对于杆和球组成的系统，忽略空气阻力和各种摩擦且没有其他力对系统做功，则系统机械能守恒． 【例5】.(2019·山东烟台模拟)如图所示，可视为质点的小球A 和B 用一根长为0.2 m 的轻杆相连，两球质量均为1 kg ，开始时两小球置于光滑的水平面上，并给两小球一个大小为2 m/s ，方向水平向左的初速度，经过一段时间，两小球滑上一个倾角为30°的光滑斜面，不计球与斜面碰撞时的机械能损失，重力加速度g 取10 m/s 2，在两小球的速度减小为零的过程中，下列判断正确的是( )A ．杆对小球A 做负功B ．小球A 的机械能守恒C ．杆对小球B 做正功D ．小球B 速度为零时距水平面的高度为0.15 m 【答案】D【解析】由于两小球组成的系统机械能守恒，设两小球的速度减为零时，B 小球上升的高度为h ，则由机械能守恒定律可得mgh ＋mg (h ＋L sin 30°)＝12·2mv 20，其中L 为轻杆的长度，v 0为两小球的初速度，代入数据解得h ＝0.15 m ，选项D 正确；在A 球沿斜面上升过程中，设杆对A 球做的功为W ，则由动能定理可得－mg (h ＋L sin 30°)＋W ＝0－12mv 20，代入数据解得W ＝0.5 J ，选项A 、B 错误；设杆对小球B 做的功为W ′，对小球B ，由动能定理可知－mgh ＋W ′＝0－12mv 20，代入数据解得W ′＝－0.5 J ，选项C 错误．【变式】(2015·高考全国卷Ⅱ)如图所示，滑块a 、b 的质量均为m ，a 套在固定竖直杆上与光滑水平地面相距h ，b 放在地面上．a 、b 通过铰链用刚性轻杆连接，由静止开始运动．不计摩擦，a 、b 可视为质点，重 力加速度大小为g .则 ( )A ．a 落地前，轻杆对b 一直做正功B ．a 落地时速度大小为2ghC ．a 下落过程中，其加速度大小始终不大于gD ．a 落地前，当a 的机械能最小时，b 对地面的压力大小为mg 【答案】 BD【解析】 由于刚性杆不伸缩，滑块a 、b 沿杆方向的分速度相等，滑块a 落地时，速度方向竖直向下，故此时滑块b 的速度为零，可见滑块b 由静止开始先做加速运动后做减速运动，对滑块b 受力分析，可知杆对滑块b 先做正功，后做负功，选项A 错误；因系统机械能守恒，则杆对滑块a 先做负功，后做正功，做负功时，滑块a 的加速度小于g ，做正功时，滑块a 的加速度大于g ，选项C 错误；杆对滑块a 的弹力刚好为零时，a 的机械能最小，此时对滑块b 受力分析，可知地面对b 的支持力刚好等于mg ，根据牛顿第三定律，b 对地面的压力大小为mg ，选项D 正确；由机械能守恒定律，可得mgh ＝12mv 2，即v ＝2gh ，选项B 正确． 轻弹簧模型轻弹簧模型“四点”注意①含弹簧的物体系统在只有弹簧弹力和重力做功时，物体的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之间相互转化，物体和弹簧组成的系统机械能守恒，而单个物体和弹簧机械能都不守恒．②含弹簧的物体系统机械能守恒问题，符合一般的运动学解题规律，同时还要注意弹簧弹力和弹性势能的特点．③弹簧弹力做的功等于弹簧弹性势能的减少量，而弹簧弹力做功与路径无关，只取决于初、末状态弹簧形变量的大小．④由两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统，当弹簧形变量最大时，弹簧两端连接的物体具有相同的速度；弹簧处于自然长度时，弹簧弹性势能最小(为零)．【例6】(2019·河北定州中学模拟)如图所示，A 、B 两小球由绕过轻质定滑轮的细线相连，A 放在固定的光滑斜面上，B 、C 两小球在竖直方向上通过劲度系数为k 的轻质弹簧相连，C 球放在水平地面上．现用手控制住A ，并使细线刚刚拉直但无拉力作用，并保证滑轮左侧细线竖直、右侧细线与斜面平行．已知A 的质量为4m ，B 、C 的质量均为m ，重力加速度为g ，细线与滑轮之间的摩擦不计，开始时整个系统处于静止状态．释放A 后，A 沿斜面下滑至速度最大时C 恰好离开地面．下列说法正确的是( )A ．斜面倾角α＝60° B．A 获得的最大速度为2g m 5kC ．C 刚离开地面时，B 的加速度最大D ．从释放A 到C 刚离开地面的过程中，A 、B 两小球组成的系统机械能守恒 【答案】B【解析】C 刚离开地面时，对C 有kx 2＝mg ，此时B 有最大速度，即a B ＝a C ＝0，则对B 有F T －kx 2－mg ＝0，对A 有4mg sin α－F T ＝0，由以上方程联立可解得sin α＝12，α＝30°，故A 错误；初始系统静止，且线上无拉力，对B 有kx 1＝mg ，可知x 1＝x 2＝mg k，则从释放A 至C 刚离开地面时，弹性势能变化量为零，由机械能守恒定律得4mg (x 1＋x 2)sin α＝mg (x 1＋x 2)＋12(4m ＋m )v B m 2，由以上方程联立可解得v B m ＝2gm5k，所以A 获得的最大速度为2gm5k，故B 正确；对B 球进行受力分析可知，刚释放A 时，B 所受合力最大，此时B 具有最大加速度，故C 错误；从释放A 到C 刚离开地面的过程中，A 、B 、C 及弹簧组成的系统机械能守恒，故D 错误．【变式】如图所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m 的小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，且处于原长状态．现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L ，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L (未超过弹性限度)，则在圆环下滑到最大距离的过程中( )A ．圆环的机械能守恒B ．弹簧弹性势能变化了3mgLC ．圆环下滑到最大距离时，所受合力为零D ．圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变 【答案】B【解析】圆环沿杆下滑的过程中，圆环与弹簧组成的系统动能、弹性势能、重力势能之和守恒，选项A 、D 错误；弹簧长度为2L 时，圆环下落的高度h ＝3L ，根据机械能守恒定律，弹簧的弹性势能增加了ΔE p ＝mgh ＝3mgL ，选项B 正确；圆环释放后，圆环向下先做加速运动，后做减速运动，当速度最大时，合力为零，下滑到最大距离时，具有向上的加速度，合力不为零，选项C 错误． 非质点类模型【例7】(2019·苏北四市调研)如图所示，固定在地面的斜面体上开有凹槽，槽内紧挨放置六个半径均为r 的相同小球，各球编号如图．斜面与水平轨道OA 平滑连接，OA 长度为6r .现将六个小球由静止同时释放，小 球离开A 点后均做平抛运动，不计一切摩擦．则在各小球运动过程中，下列说法正确的是 ( )A ．球1的机械能守恒B ．球6在OA 段机械能增大C ．球6的水平射程最小D ．六个球落地点各不相同 【答案】BC【解析】当所有球都在斜面上运动时机械能守恒，当有球在水平面上运动时，后面球要对前面的球做功，小球机械能不守恒，选项A 错误；球6在OA 段由于球5的推力对其做正功，其机械能增大，选项B 正确；由于球6离开A 点的速度最小，所以其水平射程最小，选项C 正确；当1、2、3小球均在OA 段时，三球的速度相同，故从A 点抛出后，三球落地点也相同，选项D 错误．【变式】．有一条长为L ＝2 m 的均匀金属链条，有一半长度在光滑的足够高的斜面上，斜面顶端是一个很小的圆弧，斜面倾角为30°，另一半长度竖直下垂在空中，当链条从静止开始释放后链条滑动，则链条刚好全部滑出斜面时的速度为(g 取10 m/s 2)( )A ．2.5 m/sB ．522 m/sC ． 5 m/sD ．352 m/s【答案】B【解析】设链条的质量为2m ，以开始时链条的最高点为零势能面，链条的机械能为 E ＝E p ＋E k ＝－12×2mg ×L 4sin θ－12×2mg ×L 4＋0＝－14mgL (1＋sin θ)链条全部滑出后，动能为E ′k ＝12×2mv 2重力势能为E ′p ＝－2mg L2由机械能守恒可得E ＝E ′k ＋E ′p 即－14mgL (1＋sin θ)＝mv 2－mgL解得v ＝12gL （3－sin θ）＝12×10×2×（3－0.5） m/s ＝522 m/s 故B 正确，A 、C 、D 错误．【题型演练】1.(2019·北京模拟)将一个物体以初动能E 0竖直向上抛出，落回地面时物体的动能为E 02.设空气阻力恒定，如果将它以初动能4E 0竖直上抛，则它在上升到最高点的过程中，重力势能变化了( ) A ．3E 0 B ．2E 0 C ．1.5E 0 D ．E 0 【答案】A【解析】设动能为E 0，其初速度为v 0，上升高度为h ；当动能为4E 0，则初速度为2v 0上升高度为h ′.由于在上升过程中加速度相同，根据v 2＝2gh 可知，h ′＝4h 根据动能定理设摩擦力大小为f ，则f ×2h ＝E 02，因此f ×4h ＝E 0.因此在升到最高处其重力势能为3E 0所以答案为A.2.(2019·无锡模拟)如图所示，斜劈劈尖顶着竖直墙壁静止于水平面上，现将一小球从图示位置静止释放，不计一切摩擦，则在小球从释放到落至地面的过程中，下列说法正确的是( )A ．斜劈对小球的弹力不做功B ．斜劈与小球组成的系统机械能守恒C ．斜劈的机械能守恒D ．小球重力势能减少量等于斜劈动能的增加量 【答案】B【解析】不计一切摩擦，小球下滑时，小球和斜劈组成的系统只有小球的重力做功，小球重力势能减少量等于斜劈和小球的动能增加量，系统机械能守恒，B 正确，C 、D 错误；斜劈对小球的弹力与小球位移间夹角大于90°，故弹力做负功，A 错误．3．在同一位置以相同的速率把三个小球分别沿水平、斜向上、斜向下方向抛出，不计空气阻力，则落在同一水平地面时的速度大小( )A ．一样大B ．水平抛的最大C ．斜向上抛的最大D ．斜向下抛的最大 【答案】A.【解析】不计空气阻力的抛体运动，机械能守恒．故以相同的速率向不同的方向抛出落至同一水平地面时，物体速度的大小相等，故只有选项A 正确．3．(2019·苏北四市联考)某踢出的足球在空中运动轨迹如图所示，足球视为质点，空气阻力不计．用v 、E 、E k 、P 分别表示足球的速率、机械能、动能和重力的瞬时功率大小，用t 表示足球在空中的运动时间，下列图象中可能正确的是( )【答案】D【解析】足球做斜上抛运动，机械能守恒，重力势能先增加后减小，故动能先减小后增加，速度先减小后增加，A 、B 项错误；以初始位置为零势能面，踢出时竖直方向速度为v y ，则E k ＝E －E p ＝E －mgh ＝E －mgv y t ＋12mg 2t 2，C 项错误；速度的水平分量不变，竖直分量先均匀减小到零，后反向均匀增大，故根据P ＝Gv 可知，重力的功率先均匀减小后均匀增加，D 项正确．5．(2019·安徽第三次联考)如图所示，光滑轨道由AB 、BCDE 两段细圆管平滑连接组成，其中AB 段水平，BCDE 段为半径为R 的四分之三圆弧，圆心O 及D 点与AB 等高，整个轨道固定在竖直平面内，现有一质量为m 、初速度v 0＝10gR2的光滑小球水平进入圆管AB ，设小球经过轨道交接处无能量损失，圆管孔径远小于R ，则(小球直径略小于圆管内径)( )A ．小球到达C 点时的速度大小v C ＝3gR2B ．小球能通过E 点且抛出后恰好落至B 点C ．无论小球的初速度v 0为多少，小球到达E 点时的速度都不能为零D ．若将DE 轨道拆除，则小球能上升的最大高度与D 点相距2R 【答案】B【解析】对小球从A 点至C 点过程，由机械能守恒有12mv 20＋mgR ＝12mv 2C ，解得v C ＝32gR2，选项A 错误；对小球从A 点至E 点的过程，由机械能守恒有12mv 20＝12mv 2E ＋mgR ，解得v E ＝2gR2，小球从B 点抛出后，由平抛运动规律有x ＝v E t ，R ＝12gt 2，解得x ＝R ，则小球恰好落至B 点，选项B 正确；因为圆管内壁可提供支持力，所以小球到达B 点时的速度可以为零，选项C 错误；若将DE 轨道拆除，设小球能上升的最大高度为h ，由机械能守恒可知12mv 20＝mgh ，解得h ＝54R ，选项D 错误．6.(2019·兰州模拟)如图所示，竖直面内光滑的34圆形导轨固定在一水平地面上，半径为R .一个质量为m 的小球从距水平地面正上方h 高处的P 点由静止开始自由下落，恰好从N 点沿切线方向进入圆轨道．不考虑空 气阻力，则下列说法正确的是 ( )A ．适当调整高度h ，可使小球从轨道最高点M 飞出后，恰好落在轨道右端口N 处B ．若h ＝2R ，则小球在轨道最低点对轨道的压力为5mgC ．只有h 大于等于2.5R 时，小球才能到达圆轨道的最高点MD ．若h ＝R ，则小球能上升到圆轨道左侧离地高度为R 的位置，该过程重力做功为mgR 【答案】BC【解析】若小球从M 到N 做平抛运动，则有R ＝v M t ，R ＝12gt 2，可得v M ＝gR2，而球到达最高点M 时速度至少应满足mg ＝m v 2R ，解得v ＝gR ，故A 错误；从P 点到最低点过程由机械能守恒可得2mgR ＝12mv 2，由向心力公式得F N －mg ＝m v 2R，解得F N ＝5mg ，由牛顿第三定律可知小球对轨道的压力为5mg ，故B 正确；由机械能守恒得mg (h －2R )＝12mv 2，代入v ＝gR 解得h ＝2.5R ，故C 正确；若h ＝R ，则小球能上升到圆轨道左侧离地高度为R 的位置，该过程重力做功为0，故D 错误．7.如图所示，有一光滑轨道ABC ，AB 部分为半径为R 的14圆弧，BC 部分水平，质量均为m 的小球a 、b 固定在竖直轻杆的两端，轻杆长为R ，不计小球大小．开始时a 球处在圆弧上端A 点，由静止释放小球和轻杆，使其沿光滑轨道下滑，则下列说法正确的是( )A ．a 球下滑过程中机械能保持不变B ．b 球下滑过程中机械能保持不变C ．a 、b 球滑到水平轨道上时速度大小为2gRD ．从释放a 、b 球到a 、b 球滑到水平轨道上，整个过程中轻杆对a 球做的功为mgR2【答案】D【解析】a 、b 球和轻杆组成的系统机械能守恒，A 、B 错误；由系统机械能守恒有mgR ＋2mgR ＝12×2mv 2，解得a 、b 球滑到水平轨道上时速度大小为v ＝3gR ，C 错误；从释放a 、b 球到a 、b 球滑到水平轨道上，对a 球，由动能定理有W ＋mgR ＝12mv 2，解得轻杆对a 球做的功为W ＝mgR2，D 正确．8.(2019·苏北四市调研)如图所示，固定在竖直面内的光滑圆环半径为R ，圆环上套有质量分别为m 和2m 的小球A 、B (均可看做质点)，且小球A 、B 用一长为2R 的轻质细杆相连，在小球B 从最高点由静止开始沿圆环下滑至最低点的过程中(已知重力加速度为g )，下列说法正确的是( )A ．A 球增加的机械能等于B 球减少的机械能 B ．A 球增加的重力势能等于B 球减少的重力势能C ．A 球的最大速度为 2gR 3D ．细杆对A 球做的功为83mgR 【答案】AD【解析】系统机械能守恒的实质可以理解为是一种机械能的转移，此题的情景就是A 球增加的机械能等于B 球减少的机械能，A 对，B 错；根据机械能守恒定律有：2mg ·2R －mg ·2R ＝12×3mv 2，所以A 球的最大速度为4gR 3，C 错；根据功能关系，细杆对A 球做的功等于A 球增加的机械能，即W A ＝12mv 2＋mg ·2R ＝83mgR ，故D 对．9.(2019·青岛检测)一半径为R 的半圆形竖直圆柱面，用轻质不可伸长的细绳连接的A 、B 两球悬挂在圆柱。
高考物理一轮复习6.4机械能守恒定律--功能关系和能量守恒定律-(原卷版+解析)
考向二功能关系与图像的结合
【典例3】(2021·湖北高考)如图(a)所示，一物块以一定初速度沿倾角为30°的固定斜面上滑，运动过程中摩擦力大小f恒定，物块动能Ek与运动路程s的关系如图(b)所示。重力加速度大小取10 m/s2，物块质量m和所受摩擦力大小f分别为()
A．m＝0.7 kg，f＝0.5 NB．m＝0.7 kg，f＝1.0 N
考点20机械能守恒定律--功能关系和能量守恒定律
新课程标准
1.理解能量守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用能量守恒定律分析生产生活中的有关问题。
命题趋势
考查的内容主要体现对能量观念的认识、模型建构和科学推理等物理学科的核心素养。往往与动力学、运动学以及电磁学等主干知识相结合，并密切联系实际，难度较大，突出体现高考的选择性特征．
(1)作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加
(2)摩擦生热Q＝Ff·x相对
电能
安培力做功等于电能变化量
(1)安培力做正功，电能减少(2)安培力做负功，电能增加
W电能＝E2－E1＝ΔE
二、两种摩擦力做功特点的比较
类型
比较
静摩擦力做功
滑动摩擦力做功
不同点
能量ห้องสมุดไป่ตู้转化方面
只有机械能从一个物体转移到另一个物体，而没有机械能转化为其他形式的能
试题情境
生活实践类
各种体育比赛项目、各种生产工具、各种娱乐项目和传送带等．
功能关系的理解和应用、能量守恒及转化问题
学习探究类
含弹簧系统能量守恒问题，传送带、板块模型的功能关系的理解和应用、能量守恒及转化问题
考向一功能关系的理解和应用
考向二功能关系与图像的结合
高考物理一轮复习文档：第五章实验六 验证机械能守恒定律解析含答案
实验六 验证机械能守恒定律板块一 主干梳理·夯实基础实验原理与操作◆ 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12mv 2，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：做匀变速直线运动的纸带上某段位移中间时刻的瞬时速度等于这段位移之间的平均速度。
计算打第n 个点速度的方法：测出与第n 个点相邻前后点间的距离x n 和x n ＋1，由公式v n ＝x n ＋x n ＋12T 或v n ＝h n ＋1－h n －12T算出，如图所示。
◆ 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)。
◆ 实验步骤1．安装置：如图所示将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。
2．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)用12mv 2n ＝mgh n 验证时，应选点迹清晰，且第1、2两点间距离小于或接近2 mm 的纸带。
若第1、2两点间的距离大于2 mm ，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)用12mv 2B －12mv 2A ＝mg Δh 验证时，由于重力势能的相对性，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大于2 mm 就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用。
数据处理与误差分析◆ 数据处理 1．测量计算在起始点标上0，在以后各计数点依次标上1、2、3…，用刻度尺测出对应下落高度h 1、h 2、h 3…。
2020年高考物理新课标第一轮总复习讲义：实验六 验证机械能守恒定律 含答案
实验探究课实验六 验证机械能守恒定律[实验目的]利用自由落体运动验证只有重力作用下的物体机械能守恒．[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12m v 2，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．计算打第n 个点速度的方法：测出第n 个点与相邻前后点间的距离x n 和x n ＋1，由公式v n ＝x n ＋x n ＋12T或v n ＝h n ＋1－h n －12T算出，如图所示．[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)．[实验步骤]1．安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．2．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)用12m v 2n ＝mgh n 验证时，应选点迹清晰，且1、2两点间距离小于或接近2 mm 的纸带．若1、2两点间的距离大于2 mm ，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)用12m v 2B －12m v 2A ＝mg Δh 验证时，由于重力势能的相对性，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2 mm 就无关紧要了，所以只要后面的点迹清晰就可选用．[数据处理]方法一：利用起始点和第n 点计算．代入gh n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的情况下，gh n ＝12v 2n，则验证了机械能守恒定律． 方法二：任取两点计算．(1)任取两点A 、B ，测出h AB ，算出gh AB ；(2)算出12v 2B －12v 2A 的值；(3)在实验误差允许的情况下，若gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，则验证了机械能守恒定律． 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 ，并计算各点速度的二次方v 2，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2－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定律．[误差分析]1．本实验中因重物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ΔE k 稍小于重力势能的减少量ΔE p ，即ΔE k <ΔE p ，这属于系统误差．改进的办法是调整器材的安装，尽可能地减小阻力．2．本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差．减小误差的办法是测下落距离时都从0点量起，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来减小误差．[注意事项]1．安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直线上以减少摩擦阻力．2．重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．3．应先接通电源，让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落．4．纸带长度应选用60 cm 左右为宜，应选用点迹清晰的纸带进行测量．5．速度不能用v n ＝gt n 或v n ＝2gh n 计算，因为只要认为加速度为g ，机械能当然守恒，即相当于用机械能守恒定律验证机械能守恒定律，况且用v n ＝gt n 计算出的速度比实际值大，会得出机械能增加的结论，而因为摩擦阻力的影响，机械能应该减小，所以速度应从纸带上直接测量计算．同样的道理，重物下落的高度h ，也只能用刻度尺直接测量，而不能用h n ＝12gt 2n 或h n ＝v 2n 2g 计算得到．[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，以减小由于摩擦带来的误差．4．为防止重物被释放时的初速度不为零，可将装置改成如图所示形式，剪断纸带最上端，让重物从静止开始下落．热点一 实验原理和实验步骤[典例1] 某课外活动小组用竖直上抛运动验证机械能守恒定律．(1)某同学用20分度游标卡尺测量小球的直径，读数如图甲所示，小球直径为mm.(2)图乙所示弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A 、B ，计时装置测出小球通过A 的时间为2.55×10－3 s ，小球通过B 的时间为5.15×10－3 s ，由此可知小球通过光电门A 、B 时的速度分别为v A 、v B ，其中v A ＝ m/s(保留两位有效数字)．(3)用刻度尺测出光电门A 、B 间的距离h ，已知当地的重力加速度为g ，只需比较和 是否相等，就可以验证机械能是否守恒(用题目中给出的物理量符号表示)．解析：(1)游标卡尺的读数为d＝10 mm＋4×120mm＝10.20 mm.(2)由于光电门非常窄，所以小球通过光电门的平均速度可近似等于通过其的瞬时速度，故有v A＝dt A＝10.20×10－3 m2.55×10－3 s＝4.0 m/s.(3)如果机械能守恒，则有－mgh＝12m v2B－12m v2A，即－gh＝12v2B－12v2A，所以只需要比较gh和12v2A－12v2B是否相等．答案：(1)10.20(2)4.0(3)gh v2A2－v2B21. 如图甲所示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、打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题．甲(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材是．A．刻度尺B．秒表C．多用电表D．交流电源(2)下面列举了该实验的几个操作步骤中，其中操作不当的步骤是．A．用天平测出重锤的质量B．按照图示的装置安装器件C．先释放纸带，后接通电源D．测量纸带上某些点间的距离(3)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值．根据打出的纸带，选取纸带上连续的五个点A、B、C、D、E，测出各点之间的距离如图乙所示．使用交流电的频率为f，则计算重锤下落的加速度的表达式a＝(用x1、x2、x3、x4及f表示)．乙解析：(1)为完成此实验，除了所给的器材外，测量需要刻度尺、交流电源．(2)该实验不需要测量重锤的质量，应先接通电源，后释放纸带，故选A、C.(3)由Δx＝aT2得：a＝(x3＋x4－x1－x2)4T2＝(x3＋x4－x1－x2)f24.答案：(1)AD(2)AC(3)(x3＋x4－x1－x2)f24热点二数据处理及误差分析[典例2](2018·江苏天一中学高考考前热身卷)(1)某同学想利用图甲所示装置，验证滑块与钩码组成的系统机械能守恒，该同学认为只要将摩擦力平衡掉就可以了．你认为该同学的想法(填“正确”或“不正确”)，理由是：.(2)另一同学用一倾斜的固定气垫导轨来验证机械能守恒定律．如图乙所示，质量为m1的滑块(带遮光条)放在A处，由跨过轻质定滑轮的细绳与质量为m2的钩码相连，导轨B处有一光电门，用L表示遮光条的宽度，x表示A、B两点间的距离，θ表示气垫导轨的倾角，g表示当地重力加速度．①气泵正常工作后，将滑块由A点静止释放，运动至B，测出遮光条经过光电门的时间t，该过程滑块与钩码组成的系统重力势能的减小量表示为，动能的增加量表示为；若系统机械能守恒，则1t2与x的关系式为1t2＝(用题中已知量表示)．②实验时测得m1＝475 g，m2＝55 g，遮光条宽度L＝4 mm，sin θ＝0.1，改变光电门的位置，滑块每次均从A点释放，测量相应的x与t的值，以1t2为纵轴，x为横轴，作出的图象如图丙所示，则根据图象可求得重力加速度g0为m /s2(计算结果保留两位有效数字)，若g0与当地重力加速度g近似相等，则可验证系统机械能守恒．解析：(1)机械能守恒的条件只有重力或弹力做功，平衡摩擦力时，是用重力的分力等于摩擦力，但此时系统受到摩擦力，故摩擦力对系统做功，机械能不守恒；故该同学的想法不正确；(2)①滑块由A 到B 的过程中，系统重力势能的减小量为：ΔE p ＝m 2gx －m 1gx sin θ；经过光电门时的速度为：v ＝L t ；则动能的增加量为：ΔE k ＝12(m 1＋m 2)v 2＝12(m 1＋m 2)⎝ ⎛⎭⎪⎫L t 2 若机械能守恒，则有：ΔE p ＝ΔE k联立解得：1t 2＝2(m 2－m 1sin θ)gx (m 1＋m 2)L 2； ②由上述公式可得，图象中的斜率表示2(m 2－m 1sin θ)g (m 1＋m 2)L 2＝k ； 代入数据解得：g ＝9.4 m/s 2.答案：(1)不正确 有摩擦力做功，不满足机械能守恒的条件 (2)①(m 2－m 1sin θ)gx 12(m 1＋m 2)⎝ ⎛⎭⎪⎫L t 2 2(m 2－m 1sin θ)gx (m 1＋m 2)L 2②9.42．(1)关于“验证机械能守恒定律”的实验中，以下说法中正确的是 ．A ．实验时需要称出重物的质量B ．实验中摩擦是不可避免的，因此纸带越短越好，因为纸带越短，克服摩擦做的功就少，误差就小C ．纸带上打下的第1、2点间距超过2 mm ，则无论怎样处理数据，实验误差都会很大D ．实验处理数据时，可直接利用打下的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法(2)若正确的操作完成实验，正确的选出纸带进行测量，量得连续三点A 、B 、C 到第一个点O 的距离如图所示(相邻计数点时间间隔为0.02 s)，当地重力加速度的值为9.8 m/s 2，那么(结果均保留两位有效数字)．①纸带的 端与重物相连．②打下计数点B 时，重物的速度v B ＝ m /s.③在从起点O 到打下计数点B 的过程中，测得重物重力势能的减少量ΔE p 略大于动能的增加量ΔE k ，这是因为 ．解析：(1)实验时动能的增加量与重力势能的减少量，均含有质量，因此不需称出重物的质量，故A 错误；实验中摩擦是不可避免的，因此纸带短点好，因为纸带越短，克服摩擦力做的功就越少，但要通过测量长度来求出变化的高度与瞬时速度，因此太短导致误差就越大，故B 错误；若纸带上第1、2两点间距大于2 mm ，可在后面选取两个点用表达式mg ·Δh ＝12m v 22－12m v 21依然可以来验证机械能守恒定律，故C 错误；处理打点的纸带时，可以直接利用打点计时器打出的实际点迹，而不必采用“计数点”的方法，若采用计数点，是使测量长度变长，从而减小测量长度的误差，故D 正确．(2)①重物在开始下落时速度较慢，在纸带上打的点较密，越往后，物体下落得越快，纸带上的点越稀，所以纸带上靠近重物的一端的点较密，因此纸带的左端与重物相连．②根据匀变速直线运动中间时刻的速度等于该过程的平均速度有：v B ＝x AC 2T ＝(7.06－3.14)×10－22×0.02m/s ＝0.98 m/s. ③ΔE p ＞ΔE k 说明有部分重力势能变成了其他能，是因为下落过程中存在摩擦阻力和空气阻力的影响． 答案：(1)D (2)①左 ②0.98 ③下落过程中存在摩擦阻力和空气阻力的影响热点三 实验的改进与创新1．实验器材、装置的改进2．速度测量方法的改进由光电门计算速度――→替代测量纸带上各点速度3．实验方案的改进利用自由落体运动的闪光照片验证机械能守恒定律．创新点一 实验方案的改进——频闪照片[典例3] (2019·南宁三中月考)如图甲所示，在“验证机械能守恒定律”的实验中，小明同学利用传感器设计实验：将质量为m 、直径为d 的金属小球在一定高度h 由静止释放，小球正下方固定一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t ，改变小球下落高度h ，进行多次重复实验．此方案验证机械能守恒定律方便快捷．(1)用螺旋测微器测小球的直径如图乙所示，则小球的直径d＝mm；(2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作下列哪一个图象；A．h－t图象B．h－1t图象C．h－t2图象D．h－1t2图象(3)若(2)问中的图象斜率为k，则当地的重力加速度为(用“d”“k”表示，忽略空气阻力)．解析：(1)螺旋测微器的固定刻度为17.5 mm，可动刻度为30.5×0.01 mm＝0.305 mm，所以最终读数为17.5 mm＋0.305 mm＝17.805 mm.(2)已知经过光电门时的时间小球的直径；则可以由平均速度表示经过光电门时的速度；所以V＝d t，若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒；mgh＝12m v2，整理得h＝d22g⎝⎛⎭⎪⎫1t2，为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，所以应作h－1t2图象．故选D.(3)根据函数h＝d22g⎝⎛⎭⎪⎫1t2可知正比例函数的斜率k＝d22g，故重力加速度g＝d22k.答案：(1)17.806(2)D(3)d2 2k创新点二实验测量方法的改进——光电门测速法[典例4]如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验．有一直径为d、质量为m的金属小球由A处由静止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门，测得A、B间的距离为H(H≫d)，光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t，当地的重力加速度为g.则：(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d＝m m.(2)小球经过光电门B时的速度表达式为．(3)多次改变高度H，重复上述实验，作出1t2随H的变化图象如图丙所示，当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足表达式时，可判断小球下落过程中机械能守恒．(4)实验中发现动能增加量ΔE k总是稍小于重力势能减少量ΔE p，增加下落高度后，则ΔE p－ΔE k将(填“增加”“减小”或“不变”)．解析：(1)由图可知，主尺刻度为7 mm，游标对齐的刻度为5，故读数为：7 mm＋5×0.05 mm＝7.25 mm.(2)已知经过光电门时的时间和小球的直径；则可以由平均速度表示经过光电门时的速度，故v＝d t.(3)若减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒：mgH＝12m v2，解得：gH＝d22t20(4)由于该过程中有阻力做功，而高度越高，阻力做功越多．故增加下落高度后，ΔE p－ΔE k将增大．答案：(1)7.25 mm(2)dt(3)gH0＝d22t20(4)增大创新点三实验装置的改进[典例5]如图甲所示的装置叫作阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示．(1)实验时，该同学进行了如下操作：①将质量均为M(A的含挡光片，B的含挂钩)的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态．测量出(填“A的上表面”“A的下表面”或“挡光片中心”)到光电门中心的竖直距离h.②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统(重物A、B以及物块C)中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt.③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律．(2)如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为(已知重力加速度为g)．(3)引起该实验系统误差的原因有(写一条即可)．(4)验证实验结束后，该同学突发奇想：如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？a随m增大会趋于一个什么值？请你帮该同学解决：①写出a与m之间的关系式：(还要用到M和g)．②a的值会趋于．解析：(1)①实验时，测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h；(2)重物A经过光电门时的速度为v＝dΔt.则如果系统(重物A、B以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为mgh＝12(2M＋m)(dΔt)2；(3)引起该实验系统误差的原因：绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等．(4)①根据牛顿第二定律可知mg＝(m＋2M)a，解得：a＝mg2M＋m＝g2Mm＋1；②当m增大时，式子的分母趋近于1，则a的值会趋于重力加速度g.答案：(1)①挡光片中心(2)mgh＝12(2M＋m)(dΔt)2(3)绳子有一定的质量、滑轮与绳子之间有摩擦、重物运动受到空气阻力等(4)①a＝g2Mm＋1②重力加速度g1．某同学利用“验证机械能守恒定律”的实验装置测定当地重力加速度．(1)接通电源释放重物时，装置如图甲所示，该同学操作中存在明显不当的一处是；(2)该同学经正确操作后得到如图乙所示的纸带，取连续的六个点A、B、C、D、E、F为计数点，测得点A到B、C、D、E、F的距离分别为：h1、h2、h3、h4、h5.若电源的频率为f，则打E点时重物速度的表达式v E＝；(3)分析计算出各计数点对应的速度值，并画出速度的二次方(v2)与距离(h)的关系图线，如图丙所示，则测得的重力加速度大小为m /s2(保留三位有效数字)．解析：(1)接通电源释放重物时，该同学操作中存在明显不当的一处是释放时重物离打点计时器太远；(2)打E 点时重物速度的表达式v E ＝(h 5－h 3)2T ＝(h 5－h 3)f 2； (3)根据mgh ＝12m v 2，解得v 2＝2gh ，则由图象可知：2g ＝8.4－3.60.25＝19.2，解得g ＝9.60 m/s 2.答案：(1)释放时重物离打点计时器太远 (2)v E ＝(h 5－h 3)f 2(3)9.60 2．某活动小组利用图甲装置验证机械能守恒定律．钢球自由下落过程中，先后通过光电门A 、B ，计时装置测出钢球通过A 、B 的时间分别为t A 、t B .用钢球通过光电门的平均速度表示钢球球心通过光电门的瞬时速度．测出两光电门间的距离为h ，钢球直径为D ，当地的重力加速度为g .(1)用20分度的游标卡尺测量钢球的直径，读数如图乙所示，钢球直径为D ＝cm.(2)要验证机械能守恒，只要比较 ．A ．D 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1t 2A －1t 2B 与gh 是否相等 B ．D 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1t 2A －1t 2B 与2gh 是否相等 C ．D 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1t 2B －1t 2A 与gh 是否相等 D ．D 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1t 2B －1t 2A 与2gh 是否相等(3)钢球通过光电门的平均速度 (填“>”或“<”)钢球球心通过光电门的瞬时速度，由此产生的误差 (填“能”或“不能”)通过增加实验次数减小．解析：(1)钢球直径为D ＝0.9 cm ＋0.05×9 mm ＝0.945 cm.(2)小球通过两个光电门的速度分别为D t A 和D t B；要验证的关系是mgh ＝12m v 2B －12m v 2A ，即2gh ＝v 2B －v 2A ＝D 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1t 2B －1t 2A ，故要验证机械能守恒，只要比较D 2⎝ ⎛⎭⎪⎫1t 2B －1t 2A 与2gh 是否相等，故选D. (3)根据匀变速直线运动的规律得钢球通过光电门的平均速度等于这个过程中中间时刻速度，钢球通过光电门的平均速度小于钢球球心通过光电门的瞬时速度，此误差属于系统误差，由此产生的误差不能通过增加实验次数减小．答案：(1)0.945 (2)D (3)＜ 不能3．(2019·哈尔滨三中调研)利用如图装置进行验证机械能守恒定律的实验，(1)实验中若改用电火花计时器，工作电压是交流 V(2)需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v 和下落的高度h ，某同学对实验得到的纸带设计了以下几种测量的方案，正确的是A ．由刻度尺测出物体下落的高度h ，用打点间隔算出下落时间t ，通过v ＝gt 计算出瞬时速度B ．由刻度尺测出物体下落的高度h ，通过v ＝2gh 计算出瞬时速度C ．由刻度尺测出物体下落的高度h ，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度D ．根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，计算出瞬时速度v ，并通过h ＝v 22g 计算得出高度(3)在实验中，有几个注意的事项，下列正确的是A ．为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔，应该与纸带在同一竖直线上B ．可以选用质量很大的物体，先用手托住，等计时器通电之后再释放C ．实验结果如果正确合理，得到的动能增加量应略大于重力势能的减少量D ．只有选第1、2两点之间的间隔约等于2 mm 的纸带才代表第1 点的速度为0解析：(1)电火花计时器使用的是220 V的交流电；(2)物体由静止开始自由下落过程中受到空气阻力和纸带与打点计时器的摩擦阻力作用，不是自由落体运动，v＝gt，v＝2gh，h＝v22g都是自由落体运动的公式．若用这些公式进行分析，就不需要验证了，相当于用机械能守恒验证机械能守恒．下落的高度用刻度尺测量，瞬时速度用平均速度的方法计算，故C正确．(3)为减小摩擦阻力，需要调整打点计时器的限位孔，使它在同一竖直线上，A正确；应选择质量大，体积小的重锤，减小实验的误差，B错误；因为存在阻力作用，知动能的增加量略小于重力势能的减小量，C错误；根据h＝12gt2＝12×10×0.022 m＝0.002 m＝2 mm知，只有选第1、第2两打点间隔约2mm的纸带才代表打第1点时的速度为零，D正确．答案：(1)220(2)C(3)AD。
2020年高考物理(人教版)一轮复习知识点同步练习卷： 验证动量守恒定律
验证动量守恒定律一、实验题(共10大题，每题11分，共110分。
)1．某同学把两个大小不同的物体用细线连接，中间夹一被压缩的弹簧，如图所示，将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察物体的运动情况，进行必要的测量，探究物体间相互作用时的不变量．（1）该同学还必须有的器材是__________________；（2）需要直接测量的数据是_____________________；（3）根据课堂探究的不变量，本实验中表示碰撞前后不变量的表达式应为__________________．【答案】（1）刻度尺、天平（2）两物体的质量m1、m2和两物体落地点分别到桌子两侧边缘的水平距离s1、s2（3）m1s1＝m2s22．某同学利用打点计时器和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验；气垫导轨装置如图（a）所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通人压缩空气，压缩空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，如图（b）所示，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．[来源:Z_xx_]（1）下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通人压缩空气；③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器越过弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；④滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；⑥先，然后，让滑块带动纸带一起运动；⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图（c）所示：⑧测得滑块1（包括撞针）的质量为310g，滑块2（包括橡皮泥）的质量为205g；试完善实验步骤⑥的内容．（2）已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知，两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为kg•m/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为kg•m/s（保留三位有效数字）．（3）试说明（2）问中两结果不完全相等的主要原因是．【答案】（1）接通打点计时器的电源，放开纸带；（2）0.620，0.618；（3）纸带与打点计时器限位孔有摩擦力的作用【解析】3．某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验：在小车A前端装有橡皮泥，推动小车A使之匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。
人教版高考物理一轮总复习课后习题 第5单元 机械能 作业15机械能守恒定律及其应用
作业15机械能守恒定律及其应用A组基础达标微练一机械能守恒的理解和判断1.关于下列运动过程(忽略空气阻力),说法正确的是( )A.图甲中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中机械能守恒B.图乙中投出去的铅球在运动过程中机械能守恒C.图丙中体验滑草运动的游客在下滑过程中机械能守恒D.图丁中撑竿跳高运动员在上升过程中机械能守恒2.(浙江五湖联盟模拟)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,下列说法不正确的是( )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,重力势能的改变量与重力势能零点的选取有关D.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微练二单物体机械能守恒的应用3.(浙江台州期末)小球在竖直光滑圆轨道的最低点获得一初速度,沿轨道内侧做完整的圆周运动,取圆轨道的最低点的重力势能为零。
不计空气阻力,关于小球运动到最高点时的机械能E、重力势能E p和动能E k的大小关系,可能正确的是( )E pA.E k=E pB.E k=15E pC.E=E pD.E=344.(浙江强基联盟模拟)茶起源于中国。
中国茶文化发展源远流长、博大精深。
炒青可使茶叶柔软、增进茶香,是铁观音制作的重要步骤。
技师从热锅底中将质量为m的茶叶以初速度v0竖直扬起,如图所示,不考虑阻力,以锅底为零势能面,则茶叶重心上升h时( )A.重力做功为mghmv02B.合外力做功为mgh-12mv02+mghC.动能为12mv02D.机械能为12微练三多物体的机械能守恒问题5.(浙江嘉兴期末)一轻弹簧竖直放置,如图所示,下端固定在水平地面上,自然伸长时弹簧上端处于A点。
t=0时将小球从A点正上方O点由静止释放,t1时到达A点,t2时弹簧被压缩到最低点B。
以O为原点,向下为正方向建立x坐标轴,以B点为重力势能零点,弹簧形变始终处于弹性限度内。
2022年高考物理一轮复习考点优化训练专题：22 实验：验证机械能守恒定律
2022年高考物理一轮复习考点优化训练专题：22 实验：验证机械能守恒定律一、填空题1．（2分）（2020高一下·丰台期末）某同学利用图所示的装置，做“验证机械能守恒定律”实验。
他让质量为m的重锤拖着纸带，从某高度处由静止开始自由下落。
打点计时器在纸带上打出一系列的点，如图所示。
将第一个点记作O，另选连续的三个点A、B、C作为计数点，测量得到OB的距离为h，AC的距离为x。
已知相邻计数点间的时间间隔为T，重力加速度为g。
在打点计时器打下O、B两点的时间间隔内，重锤重力势能的减少量为，重锤的动能增加量为。
二、实验探究题2．（4分）（2020高一下·内江期末）用如图甲实验装置来“验证机械能守恒定律”。
物体m2从高处由静止开始下落，m1向上拖着纸带打出一系列的点，对纸带上的点距进行测量，即可“验证机械能守恒定律”。
图乙给出的是实验中获取的一条理想纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），质量m1=50g、m2=150g，g取9.8m/s2，交流电的频率为50Hz，结果保留三位有效数字。
则：（1）（1分）在纸带上打下计数点“5”时的瞬时速度v=m/s；（2）（3分）在打点0~5过程中，系统动能的增量ΔE K=J，系统重力势能的减少量ΔE P=J，由此得出的结论是在：实验误差允许范围内，。
3．（5分）（2020高一下·眉山期末）用如图所示实验装置验证机械能守恒定律，小铁球从光电门A正上方自由下落，依次经过光电门A、B时，毫秒计时器（图中未画出）记录下挡光时间t1、t2，测出AB之间的距离h。
（1）（2分）为了验证机械能守恒定律，还需要测量下列哪个物理量______；A．小铁球的质量mB．小铁球从A到B的下落时间t ABC．小铁球的直径d（2）（3分）小铁球依次通过光电门A、B时的瞬时速度v1=、v2=，若满足的关系式，则机械能守恒。
4．（5分）（2020高一下·绵阳期末）如图甲所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律。
2020版高考物理一轮复习课后限时作业23实验：验证机械能守恒定律(含解析)新人教版
课后限时作业23 实验：验证机械能守恒定律时间：45分钟1．某同学利用下图所示装置验证以下两个规律：①两物块通过不可伸长的细绳相连接，沿绳方向的分速度大小相等；②系统机械能守恒．P、Q、R是三个完全相同的物块，P、Q用细绳连接，放在水平气垫导轨上．物块R与轻质滑轮连接，滑轮放在细绳正中间，三个光电门分别放置于a、b、c处，调整三个光电门的位置，能实现同时遮光．最初细绳水平，现将三个物块由静止释放．(忽略R上的挡光片到轻质滑轮间的距离)(1)为了能完成实验目的，除了记录P、Q、R三个遮光片的遮光时间t1、t2、t3外，还需要测量的物理量有BCD(填选项前的字母)．A．P、Q、R的质量MB．两个定滑轮间的距离dC．遮光片的宽度xD．最初R的遮光片到c的距离H(2)根据装置可以分析出P、Q的速度大小相等，则验证表达式为t1＝t2.(3)要验证物块R沿绳方向的分速度与物块P的速度大小相等，则验证表达式为t3 t1＝2H4H2＋d2.(4)若已知当地重力加速度g，则验证系统机械能守恒的表达式为gH＝x22t21＋x22t22＋x22t23.解析：(1)要证明①，需要测量两个定滑轮间的距离d和最初R的遮光片到c的距离H，通过几何关系可证明沿绳方向的分速度大小相等；要证明②，还需要测量遮光片的宽度x，根据运动学公式和动能定理列式可验证系统机械能守恒，故需要测量的物理量有d、H、x，选项B、C、D正确．(2)物块P的速度v P＝xt1，物块Q的速度v Q＝xt2，因此需要验证的表达式为xt1＝xt2，化简可得验证t1＝t2即可．(3)物块R的速度v R＝xt3，要验证物块P与物块R沿绳方向的分速度相等，则需要验证表达式t 3t 1＝2H 4H 2＋d2.(4)整个系统减少的重力势能是ΔE p ＝MgH ，增加的动能ΔE k ＝12Mv 2P ＋12Mv 2Q ＋12Mv 2R ，要验证系统机械能守恒，即验证表达式gH ＝x 22t 21＋x 22t 22＋x 22t 23.2．在“验证机械能守恒定律”的实验中，小明同学利用传感器设计实验，如图甲所示，将质量为m 、直径为d 的金属小球在固定的红外线计时器正上方一定高度h 处由静止释放，计时器能自动记录小球挡住红外线的时间t ，改变小球下落高度h ，进行多次实验．此方案验证机械能守恒定律方便快捷．(1)用螺旋测微器测小球的直径，测量结果如图乙所示，则小球的直径d ＝17.805 mm.(2)为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作出D(填选项前的字母)． A ．h t 图象 B ．h 1t 图象C ．h t 2图象D ．h 1t2图象(3)经正确的实验操作，小明发现小球的动能增加量总是稍小于重力势能减少量，你认为增加释放高度h 后，两者的差值会增大(选填“增大”“减小”或“不变”)．解析：(1)螺旋测微器的固定刻度为17.5 mm ，可动刻度为30.5×0.01 mm＝0.305 mm ，所以最终读数为17.5 mm ＋0.305 mm ＝17.805 mm.(2)当减小的重力势能等于增加的动能时，可以认为机械能守恒，则有mgh ＝12mv 2，即2gh＝⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 2，为直观判断小球下落过程中机械能是否守恒，应作h 1t2图象，故D 正确．(3)增加释放高度h 后，小球克服空气阻力做功增大，故两者的差值会增大． 3．某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示．在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A 、B ，滑块P 上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连．滑块在钩码通过细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A 、B 时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U 随时间t 变化的图象．。
2020届高考物理人教版(天津专用)一轮复习26 验证机械能守恒定律
考点规范练26验证机械能守恒定律1.用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律,已知打点计时器打点频率f=50 Hz。
甲乙(1)实验中得到的一条纸带如图乙所示,将第一个打点标记为O,选择点迹清晰且便于测量的连续5个点,标为A、B、C、D、E,测出A、C、E到O点的距离分别为d1=9.51 cm、d2=15.71 cm、d3=23.47 cm。
重物质量为0.5 kg,当地重力加速度g=9.8 m/s2。
现选取OC段的数据进行处理,则OC段重物的重力势能减少量为 J,动能增加量为 J。
(计算结果保留2位有效数字)(2)实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量,关于这个误差,下列说法正确的是()A.该误差属于偶然误差B.该误差属于系统误差C.可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差D.可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差2.某同学根据机械能守恒定律,设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系。
(1)如图甲所示,将轻质弹簧下端固定于铁架台,在上端的托盘中依次增加砝码,测量相应的弹簧长度,部分数据如下表。
由数据算得劲度系数k= N/m。
(g取9.80 m/s2)(2)取下弹簧,将其一端固定于气垫导轨左侧,如图乙所示;调整导轨,使滑块自由滑动时,通过两个光电门的速度大小。
(3)用滑块压缩弹簧,记录弹簧的压缩量x;释放滑块,记录滑块脱离弹簧后的速度v。
释放滑块过程中,弹簧的弹性势能转化为。
(4)重复(3)中的操作,得到v与x的关系如图丙。
由图可知,v与x成关系。
由上述实验可得结论:对同一根弹簧,弹性势能与弹簧的成正比。
3.右图是某同学设计的验证机械能守恒定律的实验装置图,用长为l的轻细线悬挂一小球,在悬点O 下方与悬点距离略小于l的位置有一很锋利的刀片,当细线碰到刀片时,细线即可被切断且不影响小球的速度。
实验时,将细线和小球拉离竖直位置,使细线与竖直方向的夹角为θ。
由静止释放小球,细线碰到刀片后立刻断开,小球飞出,最终落到与悬点竖直距离为h的水平地面上,测得小球落地点与悬点在水平地面的投影点O'的距离为x。
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验证机械能守恒定律实验题(共10大题，每题11分，共110分。
)1．如图，气垫导轨上滑块的质量为M ，钩码的质量为m ，遮光条宽度为d ，两光电门间的距离为L ，气源开通后滑块在牵引力的作用下先后通过两个光电门的时间为△t 1和△t 2。
当地的重力加速度为g 。
⑴用上述装置测量滑块加速度的表达式为 （用已知量表示）；⑵用上述装置探究滑块加速度a 与质量M 及拉力F 的关系，要使绳中拉力近似等于钩码的重力，则m 与M 之间的关系应满足 ；⑶用上述装置探究系统在运动中的机械能关系，滑块从光电门1运动到光电门2的过程中满足关系式 时（用已知量表示），系统机械能守恒。
若测量过程中发现系统动能增量总是大于钩码重力势能的减少量，可能的原因是 。
【答案】⑴)11(221222t t L d a ∆-∆= ；⑵M >>m ；⑶2222211()()2d d mgL M m t t =+-∆∆； 导轨不水平，右端高2．某同学利用“验证机械能守恒定律”的实验装置测定当地重力加速度。
(1)接通电源释放重物时，装置如图甲所示，该同学操作中存在明显不当的一处是 ；(2)该同学经正确操作后得到如图乙所示的纸带，取连续的六个点A 、B 、C 、D 、E 、F 为计数点，测得点A 到B 、C 、D 、E 、F 的距离分别为：h 1、h 2、h 3、h 4、h 5。
若电源的频率为f ，则打E 点时重物速度的表达式v E = ；[来源:Z+xx+](3)分析计算出各计数点对应的速度值，并画出速度的二次方(v 2)与距离(h )的关系图线，如图丙所示，则测得的重力加速度大小为 m/s 2。
(保留3位有效数字)【答案】（1）释放时重物离打点计时器太远；（2）53(-)2E h h f v = ；（3） 9.60； 3．某实验小组用图甲所示装置研究系统在金属轨道上运动过程中机械能是否守恒：将一端带有滑轮的长金属轨道水平放置，重物通过细绳水平牵引小车沿轨道运动，利用打点计时器光电门2 光电门1和纸带记录小车的运动．（1）本实验中小车质量 ▲ （填“需要”、“不需要”）远大于重物质量；（2）将小车靠近打点计时器，将穿好的纸带拉直，接通电源，释放小车. 图乙是打出的一条清晰纸带， O 点是打下的第一个点，1、2、3、4、5是连续的计数点，O 点和计数点1之间还有多个点（图中未画出），相邻计数点间的时间间隔为0.02s ．在打计数点4时小车的速度v = ▲ m/s （保留三位有效数字）．若已知重物的质量为m ，小车的质量为M ,则从点O 到点4的过程中，系统减少的重力势能为 ▲ ，增加的动能为 ▲ （g 取9.8m/s 2，数字保留两位小数）.【答案】(1)不需要 （2）2.30, 5.18m ，2.65（M+m ）[来源:学科网]4．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为m =1.00kg 的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示．O 为第一个点，A 、B 、C 为从合适位置开始选取连续点中的三个点．已知打点计时器每隔0.02s 打一个点，当地的重力加速度为g =9.80m/s 2，那么：（1）根据图上所得的数据，应取图中O 点到 点来验证机械能守恒定律；（2）从O 点到（1）问中所取的点，重物重力势能的减少量△Ep = J ，动能增加量△E k = J （结果取三位有效数字）．O1 2 3 4 5 40.00 44.1048.4052.9057.60单位：cm 乙 甲细绳 小车 重物 纸带电火花计时器（3）若测出纸带上所有各点到O 点之间的距离，根据纸带算出相关各点的速度υ及物体下落的高度h ，则以22v 为纵轴，以h 为横轴画出的图线应是图中的 【答案】（1）B （2）1.88 1.84 （3）A5．在用“打点计时器验证机械能守恒定律”的实验中，质量为m=1.00kg 的重物拖着纸带竖直下落，打点计时器在纸带上打下一系列点，如图所示，相邻计数点间的时间间隔为0.04s ，P 为纸带运动的起点，从P 点到打下B 点的过程中重力势能的减少量P E ∆=_____________J ，在此过程中物体的动能增量k E ∆=_____________J ，（29.8/g m s =，答案表刘三位有效数字）。
用v 表示各计数点的速度，h 表示各计数点到P 点的距离，以22v 为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出22v h -的图线，该图线的斜率表示某个物理量的数值时，说明重物下落过程中的机械能守恒，该物理量是___________。
【答案】2.28J ；2.26J ；重力加速度6．利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图所示，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 的小球相连；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 点到光电门B 处的距离，b 表示遮光片的宽度，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，实验时滑块在A 处由静止开始运动。
（1）某次实验测得倾角o 30θ=，重力加速度用g 表示，滑块从A 处到达B 处时m 和M 组成的系统动能增加量可表示为=∆K E △，系统的重力势能减少量可表示为P E ∆=△，在误差允许的范围内，若=∆K E P E ∆则可认为系统的机械能守恒；(用题中字母表示)（2）在上次实验中，某同学改变A 、B 间的距离，作出的d v -2图象如图所示，并测得m M =，则重力加速度g ＝△ m/s 2。
【答案】（1）222t b )m M (+；gd )M m (2-（2）9.6 7．利用右图甲的实验装置可探究重物下落过程中物体的机械能守恒问题．如图乙给出的是实验中获取的一条纸带，点O 为电火花打点计时器打下的第一个点，分别测出若干连续点A 、B 、C…与O 点的距离h 1=70.99cm 、h 2=78.57cm 、h 3=86.59cm…如图所示，已知重物的质量为m=100g ，g 取9.80m/s 2，请回答下列问题：（所有结果均保留三位有效数字）（1）下列有关此实验的操作中正确的是：A ．重物应靠近打点计时器，然后再接通电源放开纸带让重物带动纸带自由下落B ．重物应选择质量大、体积小、密度大的材料C ．实验时采用的电源为4—6V 的低压交流电源D ．计算B 点的瞬时速度时既可用312B h h v T -=也可用B v =来求解 （2）在打下点到打下点B 的过程中重物动能的增量为△E k = J ，重物重力势能的减少量为△E P = J 。
（3）取打下点时重物的重力势能为零，计算出该重物下落不同高度h 时所对应的动能E K 和重力势能E P ，建立坐标系，横轴表示h ，纵轴表示E K 和E P ，根据以上数据在图中绘出图线Ⅰ和图线Ⅱ。
已求得图线Ⅰ斜率的绝对值为k 1，图线Ⅱ的斜率的绝对值为k 2，则可求出重物和纸带下落过程中所受平均阻力为 (用k 1和k 2表示）。
【答案】（1）AB ；（2）0.761； 0.770（3）K 1-K 28．图甲所示为验证机械能守恒定律的实验装置，某同学完成了一系列实验操作后，得到了如图乙所示的一条纸带。
现选取纸带上某清晰的点标为0，然后每两个计时点取一个计数点，分别标记为1、2、3、4、5、6，用刻度尺量出计数点l 、2、3、4、5、6与0点的距离分别为h 1、h 2、h 3、h 4、h 5、h 6。
（重力加速度为g ）（1）已知打点计时器的打点周期为T ，可求出打各个计数点时对应的速度分别为v 1、v 2、v 3、v 4、v 5，其中v 5的计算式v 5＝_____。
（2）若重锤的质量为m ，取打点0时重锤所在水平面为参考平面，分别算出打各个计数点时对应重锤的势能E pi 和动能E ki ，则打计数点3时对应重锤的势能E p 3＝_____ (用题中所给物理量的符号表示)；接着在E —h 坐标系中描点作出如图丙所示的E k －h 和E p －h 图线，求得E p －h 图线斜率的绝对值为k 1，E k －h 图线的斜率为k 2，则在误差允许的范围内，k 1_____k 2（填“>”、“<”或“=”）时重锤的机械能守恒。
[来源:Z+xx+]（3）关于上述实验，下列说法中正确的是_____A ．实验中可用干电池作为电源B ．为了减小阻力的影响，重锤的密度和质量应该适当大些C ．实验时应先释放纸带后接通电源D ．图丙E k —h 图线纵轴上的截距表示重锤经过参考平面时的动能（4）无论如何改进实验方法和措施，总有重力势能的改变量大于动能的改变量，原因是：_____。
【答案】（1）64()4h h T；（2）-mgh 3，=；（3）BD ；（4）重锤下落过程中纸带和重锤受到阻力作用。
9．利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验，从图示位置开始释放重锤。
（1）请指出图甲中的错误及不妥之处（只需写出两处）。
① ②（2）改进实验中错误及不妥之处后，某同学经正确操作得到打点纸带，在纸带后段每两个计时间隔取一个计数点，依次为1、2、3、4、5、6、7，测量各计数点到第一个打点的距离h ，并正确求出打相应点时的速度v ．各计数点对应的数据见下表：m/s 2（保留三位有效数字）；若当地的重力加速度g = 9.80m/s 2，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的重锺机械能守恒的依据 ．（3）某同学选用两个形状相同质量不同的重物a 和b 进行实验测得几组数据，画出22v h 的图象如图丙所示，求出图线的斜率k ，由图象可知a 的质量m 1 b 的质量m 2（选填“大于”或“小于”）。
造成以上原因是实验过程中存在各种阻力，已知实验所用重物的质量m 2=0.052kg ，当地重力加速度g =9.78m/s 2，则重物所受的平均阻力f = N 。
（结果保留两位有效数字）【答案】（1）①使用的是直流电源；②重物离打点计时器太远，或没有从上方提着纸带，甲而是用手托着重物；（2）如下图所示，9.75（9.69～9.79），图线为通过坐标原点的一条直线，斜率g′与g基本相等（不交待“通过坐标原点”也给分）（3）大于，0.031．10．如图1所示，将打点计时器固定在铁架台上，用重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可验证机械能守恒定律．①已准备的器材有打点计时器（带导线）、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需要的器材是__________（填字母代号）．A．直流电源、天平及砝码B．直流电源、毫米刻度尺C．交流电源．天平及砝码D．交流电源、毫米刻度尺[来源:学§科§网Z§X§X§K]②实验中需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h．某同学对实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案，这些方案中合理的是：__________．A．用刻度尺测出物体下落的高度h，由打点间隔数算出下落时间t，通过v=gt计算出瞬时速度vB．用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v 计算出瞬时速度vC．报据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过计算得出高度hD．用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时，纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v③安装好实验装置，正确进行实验操作，从打出的纸带中选出符合要求的纸带，如图2所示．图中O点为打点起始点，且速度为零．选取纸带上打出的连续点A、B、C、…作为计数点，测出其中E、F、G点距起始点O的距离分別为h1、h2、h3．已知重锤质量为m，当地重力加速度为g，计时器打点周期为T．为了验证此实验过程中机械能是否守恒，需要计算出从O点到F点的过程中，重锤重力势能的减少量△E p=__________，动能的增加量△E k=__________（用题中所给字母表示）④实验结果往往是重力势能的减少量略大于动能的增加量，关于这个误差下列说法正确的是__________．A．该误差属于偶然误差B．该误差属于系统误差C．可以通过多次测量取平均值的方法来减小该误差D．可以通过减小空气阻力和摩擦阻力的影响来减小该误差⑤某同学在实验中发现重锤增加的动能略小于重锤减少的重力势能，于是深入研究阻力对本实验的影响．若重锤所受阻力为f．重锤质量为m，重力加速度为g．他测出各计数点到起始点的距离h，并计算出各计数点的速度v，用实验测得的数据绘制出v2﹣h图线，如图3所示，图象是一条直线，此直线斜率k=__________（用题中字母表示）．已知当地的重力加速度g=9.8m/s2，由图线求得重锤下落时受到阻力与重锤所受重力的百分比为fmg=__________% （保留两位有效数字）．【答案】①D，②D，③mgh2，2312()8m h hT-．④BD，⑤2()mg fkm-=，2.0~4.0。