2020高中物理新人教版必修2同步训练(21)机械能守恒定律(Word版含答案)

2019-2020学年人教版物理必修2同步训练（21）机械能守恒定
律
1、在今年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置,体验者在风力作用下漂浮在半空。

若减小风力,体验者在加速下落过程中( ) A.失重且机械能增加 B.失重且机械能减少 C.超重且机械能增加
D.超重且机械能减少
2、小球做下列几种运动,其机械能守恒的是( ) A.小球被外力拉着沿光滑的斜面匀速上升 B.小球落在竖直弹簧上,将弹簧压缩至最短 C.小球在竖直平面内做匀速圆周运动 D.小球在做自由落体运动
3、质量为m 的小球,用长为l 的轻绳悬挂于O 点,小球在水平力F 作用下,从最低点P 缓慢地移到Q 点,如图所示,重力加速度为g ,则在此过程中( )
A. 小球受到的合力做功为()1cos mgl θ-
B. 拉力F 的功为cos Fl θ
C. 重力势能的变化大于()1cos mgl θ-
D. 水平力F 做功使小球与地球组成的系统机械能变化了()1cos mgl θ-
4、如图所示，桌面高度为h ，质量为m 的小球，从离桌面高H 处自由下落，设地面处的重力势能为零，则小球落到地面前瞬间的机械能为（ ）
A ．mgH
B ．mgh
C ．mg （H ＋h ）
D ．mg （H －h ）
5、滑雪运动深受人民群众的喜爱,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
6、在如图所示的装置中，木块B 与水平桌面间的接触是光滑的，子弹A 沿水平方向射入木块后留在其中，将弹簧压缩到最短．若将子弹、木块和弹簧合在一起作为系统，则此系统在从子弹开始射入到弹簧被压缩至最短的整个过程中（ ）
A. 动量守恒，机械能守恒
B. 动量守恒，机械能不守恒
C. 动量不守恒，机械能不守恒
D. 动量不守恒，机械能守恒
7、一物体从高为h 处自由下落,不计空气阻力,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),则( ) A.物体所处的高度为
2
h B.gh C.h g
D.机械能可能小于mgh
8、如图所示,长为l 的均匀铁链对称挂在一轻质小滑轮上,某一微小的扰动使铁链向一侧滑动,则铁链完全离开滑轮时速度大小为( )
A.2gl
B.gl
C.2gl
D.
gl
9、如图所示,弹簧固定在地面上,一小球从它的正上方A处自由下落,到达B处开始与弹簧接触,到达C处速度为0,不计空气附力,则小球从B到C的过程中( )
A.弹簧的弹性势能不断增大
B.弹簧的弹性势能不断减小
C.小球和弹簧组成的系统机械能不断减小
D.小球和弹簧组成的系统机械能保持不变
10、如图所示,斜面体置于光滑水平地面上,其光滑斜面上有一物体由静止沿斜面下滑,在物体下滑过程中,下列说法正确的是( )
A.物体的重力势能减少,动能增加,机械能增大
B.斜面体的机械能不变
C.斜面对物体的作用力垂直于接触面,不对物体做功
D.物体和斜面体组成的系统机械能守恒
11、如图,固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环,圆环与竖直放置的轻质弹簧一端相连,弹簧的另一端固定在地面上的A点,弹簧处于原长h。

让圆环沿杆滑下,滑到杆的底端时速度为零,则( )
A.在下滑过程中圆环的机械能守恒
B.在下滑过程中弹簧的弹性势能先减小后增大
C.弹簧的弹性势能在整个过程中增加了mgh
D.在下滑过程中(含始末位置)有两个位置弹簧弹力的功率为零
12、如图所示是一个横截面为半圆、半径为R 的光滑柱面,一根不可伸长的细线两端分别系着物体A B 、,2A B m m =,由图示位置从静止开始释放A 物体,当物体B 到达圆柱顶点时,求绳的张力对物体B 所做的功。

13、如图所示,物块A 和B 通过一根轻质不可伸长的细绳连接,跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧,质量分别为2A m kg =、1B m kg =。

初始时A 静止与水平地面上, B 悬于空中。

先将B 竖直向上再举高 1.8h m = (未触及滑轮)然后由静止释放。

一段时间后细绳绷直, A 、B 以大小相等的速度一起运动,之后B 恰好可以和地面接触。

取210/g m s =。

空气阻力不计。

求:
1. B 从释放到细绳绷直时的运动时间t;
2. A 的最大速度v 的大小;
3.初始时B 离地面的高度H 。

答案以及解析
1答案及解析： 答案：B
解析：据题意,体验者漂浮时受到的重力和风力平衡;在加速下降过程中,风力小于重力,即重力对体验者做正功,风力做负功,体验者的机械能减小;加速下降过程中,加速度方向向下,体验者处于失重状态,故选项B 正确。

2答案及解析： 答案：D
解析：小球被外力拉着沿光滑的斜面匀速上升,动能不变,高度增加,重力势能增大,机械能增加,故A 错误;小球落在竖直弹簧上,将弹簧压缩至最短,小球重力势能减小,动能减为0,小球机械能减少,故B 错误;小球在竖直平面内做匀速圆周运动,从最低点到最高点,动能不变,但是势能增加,所以机械能增加,故C 错误;小球做自由落体运动,只有重力做功,动能和重力势能相互转化,机械能不变,故D 正确。

3答案及解析： 答案：D
解析：A. 小球缓慢移动，动能不变，动能的变化量为零，根据动能定理得知，小球受到的合力做功为零，故A 错误；
B. 设绳与竖直方向的夹角为α,根据平衡条件可知F =mg tan α,所以可知F 为变力,根据动能定理得：1cos 0()F W mgl θ--=,解得拉力F 的功为：1()cos F W mgl θ=-，故B 错误；
C. 根据重力做功与重力势能变化的关系可得：重力势能的增加为(1s )co p E mgh mgl θ==-V ，故C 错误；
D. 由上知,小球的动能不变,重力势能增加mgl (1−cos θ),而重力势能是小球与地球共有的,或根据除了重力以外的力做功等于系统机械能的变化,可知水平力F 做功使小球与地球组成的系统机械能变化了mgl (1−cos θ)，故D 正确。

故选：D 。

4答案及解析： 答案：C
解析：小球下落过程中，只有重力做功，根据动能定理，有：()0k mg H h E +=- 解得：()k E mg H h =+故选：C.
5答案及解析： 答案：C
解析：运动员做匀速圆周运动,所受合外力指向圆心,A 项错误;由动能定理可知,合外力做功一定为零,C 项正确;运动员所受滑动摩擦力大小随运动员对滑道压力大小的变化而变化,B 项错误;运动员动能不变,重力势能减少,所以机械能减少,D 项错误。

6答案及解析： 答案：C
解析：根据系统动量守恒的条件:系统不受外力或所受合外力为零判断动量是否守恒.根据是否是只有重力或弹簧的弹力做功判断机械能是否守恒.
有向右的弹力,使系统的动量不守恒.子弹射入木块的过程摩擦阻力做功,机械能不守恒,C 正确. 故选:C.
7答案及解析： 答案：ABC
解析：物体下落过程中机械能守恒,故D 错误;由21'2'2mgh mgh mv mgh =+=知'2
h
h =,故A 正
确;由211
22mv mgh =知v =故B 正确;由v t g =知t =
,故C 正确。

8答案及解析： 答案：C
解析：设铁链的总质量为m ,以小滑轮上端为零势能面,则铁链的机械能为
1112244E mg l mgl =-⨯⨯=,铁链完全离开滑轮时,速度为v ,则机械能211
'22
E mgl mv =-+,由机
械能守恒定律得'E E =,所以v =,故C 正确。

9答案及解析： 答案：AD
解析：从B 到C 过程中,小球克服弹力做功,弹簧的弹性势能不断增加,故A 正确,B 错误;对小球、弹簧组成的系统,只有重力和系统内弹力做功,系统机械能守恒,故C 错误,D 正确。

10答案及解析： 答案：D
解析：物体下滑时,重力做正功,物体的重力势能减小,动能增加。

由于地面光滑,斜面体将向右运动,所以斜面对物体的支持力将对物体做负功,所以物体的机械能减小,故A 错误;物体对斜面体要做正功,所以斜面体的机械能要增加,故B 错误;斜面对物体的作用力垂直于接触面,该作用力与物体对地的位移不垂直,所以斜面对物体做功,故C 错误;在整个运动过程中,只有重力做功,物体和斜面体组成的系统机械能守恒,故D 正确。

11答案及解析： 答案：C
解析：圆环沿杆滑下,滑到杆的底端的过程中有两个力对圆环做功,即环的重力和弹簧的弹力,所以圆环的机械能不守恒,A 错误;弹簧的弹性势能随弹簧的形变量的变化而变化,由题图知弹簧先压缩再伸长,故弹簧的弹性势能先增大后减小再增大,B 错误;系统的机械能守恒,圆环的机械能减少了mgh ,则弹簧的弹性势能增大了mgh ,C 正确;在A 点时弹簧处于原长,弹力为零,故A 点弹力的功率为零,当弹簧与速度方向垂直时,弹力的功率为零,当弹簧再次恢复原长时,弹力为零,弹力的功率为零,到最底端时圆环的速度为零,所以弹力的功率为零,在下滑过程中(含始末位置)有四个位置弹簧弹力的功率为零,D 错误。

12答案及解析： 答案：
π2
3
B m gR + 解析：由于柱面是光滑的,故系统的机械能守恒,系统重力势能的减少量等于系统动能的增加量。

系统重力势能的减少量为π2p A B R E m g
m gR ∆=-,系统动能的增加量为21
()2
k A B E m m v ∆=+ 由p k E E ∆=∆得22(π1)3v gR =-,绳的张力对B 做的功21π2
23
B B B W m v m gR m gR +=+=。

13答案及解析：
答案：1. B 从释放到细绳刚绷直前做自由落体运动,有2
12
h gt =,① 代入数据解得
0.6t s =,②
2.设细绳绷直前瞬间B 速度大小为B v ,有B v gt =③
细绳绷直瞬间,细绳张力远大于A 、B 的重力, A 、B 相互作用,由动量守恒得 ()B B A B m v m m v =+④
之后A 做匀减速运动,所以细绳绷直后瞬间的速度v 即为最大速度,联立②③④式,代入数据解得
2/v m s =⑤
3.细绳绷直后, A 、B 一起运动, B 恰好可以和地面接触,说明此时A 、B 的速度为零,这一过程中A 、B 组成的系统机械能守恒,有 21
()2
A B B A m m v m gH m gH ++=⑥ 代入数据解得0.6H m =⑦ 解析：。