高中物理機械能及機械能守恒問題(含解析)

PAGEPAGE6機械能及機械能守恒問題1（2017浙江卷）火箭發(fā)射回收是航天技術(shù)的一大進(jìn)步.如圖所示，火箭在返回地面前的某段運動，可看成先勻速后減速的直線運動，最后撞落在地面上.?不計火星質(zhì)量的變化，則（）A.火箭在勻速下降過程中機械能守恒B.火箭在減速下降過程中攜帶的檢測儀器處于失重狀態(tài)C.火箭在減速下降過程中合力做功，等于火箭機械能的變化D.火箭著地時，火箭對地的作用力大于自身的重力答案:D解析:火箭勻速下降過程中.動能不變.重力勢能減小，故機械能減小，A錯誤.火箭在減速下降時,攜帶的檢測儀器受到的支持力大于自身重力力.故處在超重狀態(tài).B錯誤.由功能關(guān)系知,合力做功等于火箭動能變化.而除重力外外的其他力做功之和等于機械能變化，故C錯誤.火箭著地時,加速度向上,所以火箭對地面的作用力大子自身重力，D正確.2如圖所示，在光滑水平面上有一物體，它的左端連一彈簧，彈簧的另一端固定在墻上，在力F作用下物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)撤去F后，物體將向右運動，在物體向右運動的過程中，下列說法正確的是(??)A.彈簧的彈性勢能逐漸減少?B.彈簧的彈性勢能逐漸增加?C.彈簧的彈性勢能先增加再減少?D.彈簧的彈性勢能先減少再增加答案?D解析?當(dāng)力F作用在物體上時，彈簧處于壓縮狀態(tài)，具有彈性勢能，當(dāng)撤去力F后，物體向右運動。隨著物體向右運動，彈簧的壓縮量逐漸減小，彈性勢能減少，當(dāng)彈簧恢復(fù)原長時，彈性勢能為零，但物體的運動速度仍然向右，繼續(xù)向右運動，彈簧被拉長，彈性勢能增加，所以選項D正確。??3如圖所示，一輕彈簧一端固定在O點，另一端系一小球，將小球從與懸點O在同一水平面且使彈簧保持原長的A點無初速度地釋放，讓小球自由擺下，不計空氣阻力，在小球由A點擺向最低點B的過程中，下列說法中正確的是(??)A.小球的機械能守恒?B.小球的機械能增加?C.小球的重力勢能與彈簧的彈性勢能之和不變?D.小球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒答案?D解析?小球由A點下擺到B點的過程中，彈簧被拉長，彈簧的彈力對小球做了負(fù)功，所以小球的機械能減少，故選項A、B錯誤；在此過程中，由于有重力和彈簧的彈力做功，所以小球與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，即小球減少的重力勢能，等于小球獲得的動能與彈簧增加的彈性勢能之和，故選項C錯誤，D正確。?4如圖所示，固定的豎直光滑長桿上套有質(zhì)量為m的小圓環(huán)，圓環(huán)與水平狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧一端連接，彈簧的另一端連接在墻上，且處于原長狀態(tài)。現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止開始下滑，已知彈簧原長為L，圓環(huán)下滑到最大距離時彈簧的長度變?yōu)?L(未超過彈性限度)，則在圓環(huán)下滑到最大距離的過程中(??)A.圓環(huán)的機械能守恒B.彈簧彈性勢能變化了mgL?C.圓環(huán)下滑到最大距離時，所受合力為零?D.圓環(huán)重力勢能與彈簧彈性勢能之和保持不變答案?B解析?圓環(huán)在下落過程中彈簧的彈性勢能增加，由能量守恒定律可知圓環(huán)的機械能減少，而圓環(huán)與彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，故A、D錯誤；圓環(huán)下滑到最大距離時速度為零，但是加速度不為零，即合外力不為零，故C錯誤；圓環(huán)重力勢能減少了mgL，由機械能守恒定律知彈簧彈性勢能增加了mgL，故B正確。?5物體做自由落體運動，Ek代表動能，Ep代表勢能，h代表下落的距離，以水平地面為零勢能面(不計一切阻力)。下列圖象能正確反映各物理量之間關(guān)系的是(??)答案?B解析?由機械能守恒定律得＝E－Ek可知，勢能與動能關(guān)系的圖象為傾斜的直線，C錯誤；由動能定理得Ek＝mgh，則Ep＝E－mgh，故勢能與h關(guān)系的圖象也為傾斜的直線，D錯誤；Ep＝E－mv2，故勢能與速度關(guān)系的圖象為開口向下的拋物線，B正確；Ep＝E－mg2t2，勢能與時間關(guān)系的圖象也為開口向下的拋物線，A錯誤。?6一小球以一定的初速度從圖示位置進(jìn)入光滑的軌道，小球先進(jìn)入圓軌道1，再進(jìn)入圓軌道2，圓軌道1的半徑為R，圓軌道2的半徑是軌道1的1.8倍，小球的質(zhì)量為m，若小球恰好能通過軌道2的最高點B，則小球在軌道1上經(jīng)過A處時對軌道的壓力為(??)?A.2mg????B.3mg?C.4mg????D.5mg答案?C7如圖所示，在輕彈簧的下端懸掛一個質(zhì)量為m的小球A，若將小球A從彈簧原長位置由靜止釋放，小球A能夠下降的最大高度為h。若將小球A換為質(zhì)量為2m的小球B，仍從彈簧原長位置由靜止釋放，已知重力加速度為g，不計空氣阻力，則小球B下降h時的速度為(??)答案?B8如圖是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖．圖中①和②為楔塊，③和④為墊板，楔塊與彈簧盒、墊板間均有摩擦．在車廂相互撞擊使彈簧壓縮的過程中(??)A．緩沖器的機械能守恒?B．摩擦力做功消耗機械能?C．墊板的動能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能答案：B解析：在車廂相互撞擊使彈簧壓縮過程中，由于要克服摩擦力做功，因此緩沖器機械能減少，選項A錯誤，選項B正確；彈簧壓縮過程中，墊板的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和彈簧的彈性勢能，選項C、D錯誤．?9如圖所示，在地面上以速度v0拋出質(zhì)量為m的物體，拋出后物體落到比地面低的海平面上．若以地面為零勢能面而且不計空氣阻力，則下列說法錯誤的是（）A．物體到海平面時的勢能為mgh?B．重力勢能增加了mgh?C．物體到海平面時的動能為mv02+mgh?D．物體到海平面時的機械能為答案A解：A、以地面為零勢能面，海平面低于地面h，所以物體在海平面上時的重力勢能為-mgh，故A錯誤．B．重力做功與路徑無關(guān)，只與始末位置的高度差有關(guān)，拋出點與海平面的高度差為h，并且重力做正功，所以從地面到海平面重力對物體做的功為mgh，故B正確．C、從拋出到到達(dá)海平面過程中，由動能定理得：mgh=mv2-mv02，物體到達(dá)海平面時的動能mv2=mv02+mgh，故C正確．D、不計空氣阻力，物體運動的過程中機械能守恒，則物體在海平面上的機械能等于拋出時的機械能，為mv02．故D正確．10車以相同的功率在兩種不同的水平路面上行駛，受到的阻力分別為車重的k1和k2倍，最大速率分別為v1和v2，則()A．v2＝k1v1B．v2＝eq\f(k1,k2)v1C．v2＝eq\f(k2,k1)v1D．v2＝k2v1答案B解：本題考查機車啟動過程中功率的相關(guān)知識．機車在不同的路面以相同的功率按最大速度行駛，可推斷機車做勻速直線運動，受力平衡，由公式P＝Fv，F(xiàn)＝kmg，可推出P＝k1mgv1＝k2mgv2，解得v2＝eq\f(k1,k2)v1，故B正確，A、C、D錯誤．11如圖為傾角可調(diào)的可移動式皮帶輸送機，適用于散狀物料或成件物品的短途運輸和裝卸工作。在順時針勻速轉(zhuǎn)動的輸送帶上端無初速度放一貨物，貨物從上端運動到下端的過程中，其機械能?E（選擇地面所在的水平面為參考平面）與位移?x?的關(guān)系圖象可能正確的是（）答案B解：貨物從上端運動到下端的過程可能一直加速、也可能先加速后勻速或者先做勻加速度較大的加速運動后做加速度較小的加速運動，故只有B正確．12質(zhì)量為1?kg的物體，放置在動摩擦因數(shù)為0.2的水平面上，在水平拉力的作用下由靜止開始運動，水平拉力做的功W和物體發(fā)生的位移x之間的關(guān)系如圖所示，重力加速度為10?m/s2，則下列說法正確的是(??)?A．x＝3?m時速度大小為2?m/s?B．x＝9?m時速度大小為4?m/s?C．OA段加速度大小為3?m/s2?D．AB段加速度大小為3?m/s2?答案?C解析?對于前3?m過程，根據(jù)動能定理有W1－μmgx＝mvA2，解得vA＝3?m/s，根據(jù)速度、位移公式有2a1x＝vA2，解得a1＝3?m/s2，故A錯誤，C正確；對于前9?m過程，根據(jù)動能定理有W2－μmgx′＝mvB2，解得vB＝3?m/s，故B錯誤；AB段受力恒定，故加速度恒定，而初、末速度相等，故AB段的加速度為零，故D錯誤．13如圖所示，一個物體由靜止開始，從A點出發(fā)分別經(jīng)三個粗糙斜面下滑到同一水平面上的C1、C2、C3處．已知三個斜面的動摩擦因數(shù)都相同，則下列說法正確的是(??)A．物體到達(dá)C3處的動能最大?B．物體在C1、C2、C3處的動能相等?C．物體在三個斜面上克服摩擦力做功都相同?D．物體沿AC3斜面下滑時克服摩擦力做功最多答案?A?解?設(shè)斜面傾角為θ，由物體克服摩擦力做功Wf＝μmgcosθ·x知，沿AC1斜面下滑克服摩擦力做功最多，沿AC3最少，而重力做功WG＝mgh相同，故到達(dá)C3處動能最大．14如圖所示，一塊長木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物體A，現(xiàn)以恒定的外力拉B，由于A、B間摩擦力的作用，A將在B上滑動，以地面為參考系，A、B都向前移動一段距離．在此過程中()A．外力F做的功等于A和B動能的增量B．B對A的摩擦力所做的功大于A的動能增量C．A對B的摩擦力所做的功與B對A的摩擦力所做的功大小相等D．外力F對B做的功等于B的動能的增量與B克服摩擦力所做的功之和答案D解A物體所受的合外力等于B對A的摩擦力，對A物體運用動能定理，則有B對A的摩擦力所做的功等于A的動能的增量，即B錯；A對B的摩擦力與B對A的摩擦力是一對作用力與反作用力，大小相等，方向相反，但是由于A在B上滑動，A、B對地的位移不等，故摩擦力對二者做功大小不等，C錯；對B應(yīng)用動能定理，WF－Wf＝ΔEkB，WF＝ΔEkB＋Wf，即外力F對B做的功，等于B的動能的增量與B克服摩擦力所做的功之和，D對；由前述討論知B克服摩擦力所做的功與A的動能增量(等于B對A的摩擦力所做的功)不等，故A錯．15如圖所示，一個彈簧左端固定于墻上，右端連接物塊，物塊質(zhì)量為m，它與水平桌面間的動摩擦因數(shù)為μ.起初用手按住物塊，彈簧的伸長量為x，然后放手，當(dāng)彈簧的長度回到原長時，物塊的速度為v0，則此過程中彈力所做的功為()圖2A.eq\f(1,2)mveq\o\al(

2,0)＋μmgxB.eq\f(1,2)mveq\o\al(

2,0)－μmgxC.eq\f(1,2)mveq\o\al(

2,0) D．μmgx－eq\f(1,2)mveq\o\al(

2,0)答案A解當(dāng)彈簧恢復(fù)到原長時，物塊對地的位移為x，根據(jù)動能定理有：W彈＋(－μmgx)＝eq\f(1,2)m02－0，得W彈＝eq\f(1,2)m02eq\o\al(

2,0)＋μmgx，選項A正確．16物體沿直線運動的v－t關(guān)系圖象如圖所示，已知在第1秒內(nèi)合外力對物體做的功為W，則()A．從第1秒末到第3秒末合外力做功為4WB．從第3秒末到第5秒末合外力做功為－2WC．從第5秒末到第7秒末合外力做功為－WD．從第3秒末到第4秒末合外力做功為－0.75W答案D解由動能定理W合＝eq\f(1,2)mveq\o\al(

2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(

2,1)知第1s內(nèi)W＝eq\f(1,2)mv2.同理可知，D正確17質(zhì)量為1kg的物體靜止在水平粗糙的地面上，在一水平外力F的作用下運動，如圖甲所示，外力F做的功和物體克服摩擦力Ff做的功分別與物體位移x的關(guān)系如圖乙中圖線所示，重力加速度g取10m/s2.下列分析錯誤的是()A．物體與地面之間的動摩擦因數(shù)為0.2B．物體運動的最大位移為13mC．物體在前3m運動過程中的加速度大小為3m/s2D．x＝9m時，物體的速度為3eq\r(2)m/s答案B解析由Wf＝Ffx對應(yīng)題圖乙可知，物體與地面之間的滑動摩擦力Ff＝2N，由Ff＝μmg可得μ＝0.2，A正確；由WF＝Fx對應(yīng)題圖乙可知，前3m內(nèi)，拉力F1＝5N，3～9m內(nèi)拉力F2＝2N，物體在前3m內(nèi)的加速度a1＝eq\f(F1－Ff,m)＝3m/s2，C正確；由動能定理得：WF－Ffx＝eq\f(1,2)mv2，可得：x＝9m時，物體的速度為v＝3eq\r(2)m/s，D正確；由動能定理知物體運動的最大位移xm＝eq\f(WFm,Ff)＝13.5m，B錯誤．18如圖所示，木盒中固定一質(zhì)量為m的砝碼，木盒和砝碼在水平桌面上一起以一定的初速度滑行一段距離后停止．今拿走砝碼，而持續(xù)施加一個豎直向下的恒力F（F=mg，g為重力加速度），其他條件不變，則兩種情況下（）A木盒的加速度相同B木盒滑行的距離相同C木盒滑行的時間相同D木盒滑行時對桌面的壓力相同答案D解：設(shè)木盒的質(zhì)量為M，根據(jù)牛頓第二定律得，放砝碼時，加速度：a1=拿走砝碼施加F時，加速度：a2=可知a2＞a1．根據(jù)v2=2ax得，x=．知加速度增大，則滑行的距離變小．由v=at知加速度大的用時短．木盒滑行時對桌面的壓力相同N=Mg+mg．故選：D．19如圖所示，一質(zhì)量為m的小球，用長為l的輕繩懸掛于O點，小球在水平拉力F的作用下，從平衡位置P點很緩慢地移動到Q點，則力F所做的功為(??)A.mglcosθ??B.mgl(1－cos?θ)?C.Flsinθ??D.Fl?答案B解?小球從P點移到Q點時，受重力、繩子的拉力和水平拉力F，由受力平衡知F＝mgtan?θ，隨θ的增大，F(xiàn)也增大，故F是變力，因此不能直接用公式W＝Flcos?α求解。?從P緩慢拉到Q，由動能定理得WF－mgl(1－cos?θ)＝0(小球緩慢移動，速度可視為大小不變)，即WF＝mgl(1－cos?θ)。20如圖所示，將質(zhì)量為m的小球以速度v0由地面豎直向上拋出。小球落回地面時，其速度大小為v0。設(shè)小球在運動過程中所受空氣阻力的大小不變，則空氣阻力的大小等于(??)A.34mg B.316mg C.716mg D答案D解：對小球向上運動,由動能定理：-(mg+f)H=0-12mv02,對小球向下運動,由動能定理：(mg+f)H=12m(34v021(多選)一個小物塊從斜面底端沖上足夠長的斜面后又返回到斜面底端。已知小物塊的初動能為E，它返回到斜面底端的動能為QUOTEE2，小物塊上滑到最大路程的中點時速度為v；若小物塊以2E的初動能沖上斜面，則有()A.返回斜面底端時的動能為EB.返回斜面底端時的動能為QUOTE3E2C.小物塊上滑到最大路程的中點時速度為QUOTE2vD.小物塊上滑到最大路程的中點時速度為2v答案A、C解設(shè)小物塊沿斜面上滑的最大高度為h，沿斜面上升的最大距離為x，由動能定理得-mgh-Ff·x=0-E，而h=xsinα，式中α為斜面傾角，可得x=Emgsinα+Ff。由此可見小物塊沿斜面上升的距離x與初動能E成正比,而摩擦力做功Ff·x與位移成正比,故當(dāng)小物塊以2E的初動能上滑時，上滑的最大距離變?yōu)樵瓉淼?倍，損失的動能(即克服摩擦力做的功)也為原來的2倍，故A對、B錯。選取小物塊從路程中點至最高點的過程,由v2=2ax得v2v12=xx1，x1=222子彈的速度為v，打穿一塊固定的木塊后速度剛好變?yōu)榱悖裟緣K對子彈的阻力為恒力，那么當(dāng)子彈射入木塊的深度為其厚度的一半時，子彈的速度是()．A.eq\f(v,2)B.eq\f(\r(2),2)vC.eq\f(v,3)D.eq\f(v,4)答案B解設(shè)子彈質(zhì)量為m，木塊的厚度為d，木塊