2023高考物理基礎(chǔ)知識綜合復(fù)習(xí)優(yōu)化集訓(xùn)13機械能守恒定律

優(yōu)化集訓(xùn)13機械能守恒定律基礎(chǔ)鞏固1.下列關(guān)于機械能守恒的說法正確的是()A.若只有重力做功,則物體機械能一定守恒B.若物體的機械能守恒,一定只受重力C.做勻變速運動的物體機械能一定守恒D.物體所受合外力不為零,機械能一定守恒2.下列物體在運動過程中,機械能守恒的是()A.被起重機拉著向上做勻速運動的貨物B.一個做斜拋運動的鐵球C.沿粗糙的斜面向下做勻速運動的木塊D.在空中向上做加速運動的氫氣球3.嫦娥五號是我國月球軟著陸無人登月探測器,當(dāng)它接近月球表面時,可打開反沖發(fā)動機使探測器減速下降。探測器減速下降過程中,它在月球表面的重力勢能、動能和機械能的變化情況是()A.動能增加、重力勢能減小B.動能減小、重力勢能增加C.機械能增加D.機械能減小4.如圖所示,在離地面高h(yuǎn)處以初速度v0拋出一個質(zhì)量為m的物體,不計空氣阻力,取地面為零勢能面,則物體著地時的機械能為()A.mgh B.12C.12mv05.以20m/s的速度將質(zhì)量為m的物體從地面豎直上拋,若忽略空氣阻力,取地面為零勢能面,g取10m/s2,則上升過程中,物體的重力勢能和動能相等時,物體距地面的高度為()A.5m B.10m C.15m D.20m6.用長繩將一重球懸掛在天花板上,如圖所示,一同學(xué)緊靠墻站立,雙手拉球使其與鼻尖恰好接觸,然后由靜止釋放重球。若該同學(xué)保持圖示姿勢不變,忽略空氣阻力,則重球擺動過程中()A.到最低點時重力勢能最大B.到最低點時機械能最大C.一定不會撞擊該同學(xué)D.可能會撞擊該同學(xué)7.一同學(xué)用一根橡皮筋發(fā)射飛機模型,如圖所示。發(fā)射過程類似于彈弓彈射彈子一樣,用橡皮筋將飛機彈射出去。不計空氣阻力,下列說法正確的是()A.當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長時飛機的速度達(dá)到最大B.在橡皮筋恢復(fù)的整個過程中橡皮筋的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為飛機的動能C.在橡皮筋恢復(fù)過程中此同學(xué)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為飛機的機械能D.在橡皮筋恢復(fù)原長過程中飛機的速度先增大后減小8.“反向蹦極”是將彈性繩拉長后固定在人身上,并通過外力作用使人停留在地面上,當(dāng)撤去外力后,人被“發(fā)射”出去沖向高空。如圖所示,當(dāng)人從地面彈射到高空過程中(指上升過程),人可視為質(zhì)點。下列說法正確的是()A.彈射繩對人做的功等于人動能的變化量B.重力與阻力對人做功之和等于人重力勢能的增量C.彈射繩及阻力對人做功之和等于人機械能的增量D.彈射繩對人做的功等于人動能的增量與重力勢能的增量之和能力提高9.(2022浙江杭州高二月考)如圖甲所示,輕彈簧豎直放置,下端固定在水平地面上,一質(zhì)量為m的小球,從離彈簧上端高h(yuǎn)處由靜止釋放。某同學(xué)探究小球在接觸彈簧后向下的運動過程,他以小球開始下落的位置為原點,沿豎直向下方向建立坐標(biāo)軸Ox,作出小球所受彈力F大小隨小球下落的位置坐標(biāo)x的變化關(guān)系如圖乙所示,不計空氣阻力,重力加速度為g。以下判斷正確的是()A.當(dāng)x=h+x0時,重力勢能與彈性勢能之和最小B.最低點的坐標(biāo)為x=h+2x0C.小球受到的彈力最大值等于2mgD.小球動能的最大值為mgh+mgx010.如圖所示是滑沙場地的一段,可視為傾角為30°的斜面,設(shè)人和滑車總質(zhì)量為m,人從距底端高為h處的頂端沿滑道由靜止開始勻加速下滑,加速度為0.4g,人和滑車可視為質(zhì)點,則從頂端向下滑到底端的過程中,下列說法正確的是()A.人和滑車獲得的動能為0.4mghB.人和滑車克服摩擦力做功為0.6mghC.人和滑車減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能D.人和滑車減少的機械能為0.2mgh11.游樂園中的豎直摩天輪在勻速轉(zhuǎn)動時,其每個載客輪艙能始終保持豎直直立狀(如圖所示),一質(zhì)量為m的旅行包放置在該摩天輪輪艙水平底板上。已知旅行包在最高點對地板的壓力為0.8mg,下列說法正確的是()A.摩天輪轉(zhuǎn)動過程中,旅行包所受合力不變B.旅行包隨摩天輪的運動過程中始終受到輪艙水平底板的摩擦力作用C.旅行包隨摩天輪運動到圓心等高處時受到的摩擦力為0.2mgD.旅行包隨摩天輪運動的過程中機械能守恒12.如圖所示,一物體從光滑斜面AB底端A點以初速度v0上滑,沿斜面上升的最大高度為h,下列說法正確的是(設(shè)下列情境中物體從A點上滑的初速度仍為v0)()A.若把斜面CB部分截去,物體沖過C點后上升的最大高度仍為hB.若把斜面AB變成曲面AEB,物體沿此曲面上升仍能到達(dá)B點C.若把斜面彎成圓弧形D,物體仍沿圓弧升高h(yuǎn)D.以上說法都不對13.(2021年浙江1月學(xué)考)如圖所示,豎直平面內(nèi)由傾角α=60°的斜面軌道AB、半徑均為R的半圓形細(xì)圓管軌道BCDE和16圓周細(xì)圓管軌道EFG構(gòu)成一游戲裝置固定于地面,B、E兩處軌道平滑連接,軌道所在平面與豎直墻面垂直。軌道出口處G和圓心O2的連線,以及O2、E、O1和B四點連成的直線與水平線間的夾角均為θ=30°,G點與豎直墻面的距離d=3R。現(xiàn)將質(zhì)量為m的小球從斜面的某高度h處靜止釋放,(1)若釋放處高度h=h0,求小球運動到圓管最低點時速度大小vC;(2)求小球在圓管最低點C所受彈力FN與h的關(guān)系式;(3)小球離開G點之后恰好垂直撞擊墻面,求釋放處高度h。14.如圖所示為雜技演員進行摩托車表演的軌道,它由傾斜直線軌道AB、圓弧形軌道BCD、半圓形軌道DE、水平軌道EF組成,軌道BCD的半徑R=4.8m,軌道DE的半徑r=2.4m,軌道最低點C距水平地面的高度差h=0.2m。表演者從A點駕駛摩托車由靜止開始沿軌道AB運動,接著沿軌道BCDEF運動,然后從F點離開軌道,最后落到地面上的G點。已知表演者與摩托車的總質(zhì)量m=100kg,表演者與摩托車可視為質(zhì)點,阻力不計。g取10m/s2。(1)某次表演中,通過C點時軌道對摩托車的支持力F=6000N,求表演者與摩托車經(jīng)過C點的速度大小vC;(2)若表演者與摩托車恰好能經(jīng)過最高點D且安全完成完整表演,求F點與G點的水平距離x。15.(2021年浙江7月學(xué)考)如圖所示是一種彈射游戲裝置,由處在同一豎直平面內(nèi)的彈射部分和接收部分組成。彈射部分的光滑軌道由水平軌道AB和豎直圓弧軌道BC平滑連接而成,彈射器安裝在AB上;接收部分是可在豎直平面內(nèi)移動的水平軌道DE。游戲時滑塊從彈射器彈出,經(jīng)AB和BC從C點拋出,若恰好從D點沿水平方向滑上DE且不滑離則游戲成功;從滑塊滑上DE到下一次游戲開始,DE位置鎖定。已知圓弧BC的半徑R=0.4m,對應(yīng)的圓心角為120°。DE長度L=1.0m?；瑝K質(zhì)量m=0.1kg,滑塊與DE間動摩擦因數(shù)μ=0.25。彈射時滑塊由靜止釋放且彈射器彈性勢能完全轉(zhuǎn)化為滑塊動能,不計空氣阻力。(1)某次游戲中彈射器彈性勢能Ep0=1.0J,游戲成功。當(dāng)滑塊經(jīng)過B點時,求:①速度vB的大小;②圓弧軌道BC對滑塊支持力FN的大小。(2)若彈射器彈性勢能Ep從1.0J開始連續(xù)增大,寫出游戲成功時滑塊最終位置到C點的水平距離x與Ep的關(guān)系式。

優(yōu)化集訓(xùn)13機械能守恒定律1.A解析若只有重力做功,則物體的動能和重力勢能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化,物體的機械能一定守恒,A正確;若物體的機械能守恒,物體不一定只受重力,也許還受其他力,但其他力做功的代數(shù)和為零,B錯誤;做勻變速運動的物體,如果除重力外的其他力做功的代數(shù)和為零,則機械能守恒,如做自由落體運動的物體,如果除重力外的其他力做功的代數(shù)和不為零,則機械能不守恒,C錯誤;物體所受合外力不為零,如果除重力外的其他力做功的代數(shù)和不為零,則機械能不守恒,D錯誤。2.B解析被起重機拉著向上做勻速運動的貨物受到了向上的拉力,拉力做正功,故貨物的機械能增大,選項A錯誤;一個做斜拋運動的鐵球只受到重力的作用,故它的機械能是守恒的,選項B正確;沿粗糙的斜面向下做勻速運動的木塊受到了摩擦力的作用,摩擦力做負(fù)功,使得木塊的機械能減小,故選項C錯誤;在空中向上做加速運動的氫氣球受到浮力的作用,浮力做正功,故它的機械能也不守恒,選項D錯誤。3.D解析根據(jù)題意,在下降過程中,速度減小,動能減小,高度下降,重力做正功,重力勢能減小,所以機械能減小,D正確。4.C解析小球拋出時的機械能為E1=mgh+12mv02,由機械能守恒可得,其落地時的機械能為E5.B解析設(shè)距地面的高度為h時物體的重力勢能和動能相等,mgh=12mv2,由機械能守恒mgh+12mv2=12mv026.C解析重球下擺過程中重力做正功,重力勢能減小,所以到最低點時重力勢能最小,故A錯誤;重球下擺過程中只有重力做功,所以重球的機械能守恒,故B錯誤;重球擺動過程中只有重力做功,其機械能守恒,所以重球擺回原處時的速度為0,則重球一定不會撞擊該同學(xué),故C正確,D錯誤。7.D解析飛機斜向上發(fā)射,則當(dāng)橡皮筋的彈力等于重力沿彈力方向的分量時,飛機的加速度為零,此時速度最大,則在橡皮筋恢復(fù)原長過程中飛機的速度先增大后減小,橡皮筋在原長時飛機的速度不是最大,選項A錯誤,D正確;由能量關(guān)系可知,在橡皮筋恢復(fù)的整個過程中橡皮筋的彈性勢能一部分轉(zhuǎn)化為飛機的動能,一部分轉(zhuǎn)化為重力勢能,即彈性勢能轉(zhuǎn)化為飛機的機械能,選項B錯誤;在橡皮筋恢復(fù)原長過程中,橡皮筋的彈性勢能轉(zhuǎn)化為飛機的機械能,選項C錯誤。8.C解析根據(jù)動能定理,人動能變化量,應(yīng)該等于合外力對人做的功,即重力、彈力和阻力做功之和,選項A錯誤;人重力勢能的增量等于克服重力做的功,選項B錯誤;人機械能的增量等于除重力之外的彈力、阻力做功之和,選項C正確;彈性繩做的功即釋放的彈性勢能轉(zhuǎn)化為人的重力勢能,動能以及克服空氣阻力做功產(chǎn)生的熱能,所以選項D錯誤。9.A解析由題圖乙可知,當(dāng)x=h+x0時,彈力等于重力,加速度為零,小球速度最大,動能最大,由于系統(tǒng)機械能守恒,所以重力勢能與彈性勢能之和最小,故A正確;根據(jù)對稱性可知,小球在x=h+2x0和x=h兩個位置的速度大小相等,所以x=h+2x0不是最低點,故B錯誤;根據(jù)對稱性可知,小球在x=h+2x0和x=h兩個位置的合力大小相等,都等于mg,即小球在x=h+2x0位置時的彈力等于2mg,該位置不是最低點,所以彈力的最大值大于2mg,故C錯誤;當(dāng)x=h+x0時,彈力等于重力,加速度為零,小球速度最大,動能最大,從開始下落到x=h+x0位置,由機械能守恒定律和平衡條件得mg(h+x0)=Ekm+12kx02,mg=kx0,解得Ekm=mgh+10.D解析設(shè)受到的摩擦力是Ff,加速度大小為0.4g,則沿斜面的方向mgsin30°-Ff=ma,解得Ff=0.1mg,人和滑車下滑的過程中重力和摩擦力做功,獲得的動能為(mgsin30°-Ff)hsin30°=Ek,代入數(shù)據(jù)解得Ek=0.8mgh,故A錯誤;整個下滑過程中人和滑車減少的機械能為ΔE=mgh-Ek=mgh-0.8mgh=0.2mgh,故D正確;整個下滑過程中人和滑車減少的機械能為0.2mgh,所以人和滑車克服摩擦力做功為0.2mgh,故B錯誤;由以上的分析可知,人下滑的過程中受到摩擦力的作用,人和滑車減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能和內(nèi)能,故11.C解析旅行包跟隨摩天輪做勻速圓周運動,故旅行包所受合力提供向心力,大小不變,方向時刻在變化,故A錯誤;旅行包隨輪的轉(zhuǎn)動而做勻速圓周運動,合力提供向心力,在最高點與最低點只受到重力和支持力的作用,不受摩擦力,故B錯誤;在最高點有mg-FN=mv2R,且FN=0.8mg,聯(lián)立解得mv2R=mg-FN=0.2mg,旅行包隨摩天輪運動到圓心等高處時,由摩擦力提供向心力,則有Ff=mv2R=0.2mg,故C正確;旅行包隨摩天輪運動的過程中動能不變,而重力勢能會變12.B解析若把斜面CB部分截去,物體沖過C點后做斜拋運動,由于物體機械能守恒,同時物體運動到最高點時,速度不為零,故不能到達(dá)h高處,故A錯誤;若把斜面AB變成曲面AEB,物體在最高點速度為零,根據(jù)機械能守恒定律,物體沿斜面上升的最大高度仍然為h,故B正確,D錯誤;若把斜面彎成圓弧形D,如果能到圓弧最高點,由于合力充當(dāng)向心力,速度不為零,故會得到機械能增加,矛盾,故C錯誤。13.解析(1)根據(jù)機械能守恒mgh0=1解得vC=2g(2)根據(jù)牛頓運動定律F合=mvC2R,F合=FN-mg,解得FN=mg((3)小球可以看成平拋運動的逆運動d=vxtvy=gt其中vx=vGsinθ,vy=vGcosθ整理解得vG=2Rg又由機械能守恒可知mgh-52R=12解得h=92R答案(1)2gh0(2)FN=mg(2hR+14.解析(1)對摩托車在C點應(yīng)用牛頓第二定律可得FN-mg=mv代入數(shù)據(jù)解得經(jīng)過C點的速度為vC=415m/s。(2)表演者要能完整表演,在D點應(yīng)用牛頓第二定律可得mg=mv從D點到F點,由機械能守恒可得12mvD2解得vF=12m/s則平拋運動的豎直位移y=R+h=5m所以運動時間t=2yg因此,表演者落點G點與F點的水平距離x=vFt=12×1m=12m。答案(1)415m/s(2)12m15.解析