高中物理人教新版集训练习必修第二册第8章　机械能守恒定律及其应用word版含解析

1.(多选)下列说法正确的是 ()A.如果物体受到的合力为零,则其机械能一定守恒B.如果物体受到的合力做的功为零,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.物体做匀加速运动时,其机械能可能守恒2.(多选)如图K15-1所示,半径分别为r和R的两个光滑半圆形槽的圆心在同一水平面内,质量相等的两物体分别自两个半圆形槽左边缘的最高点无初速度地释放,在下滑过程中,两物体 ()图K15-1A.机械能均逐渐减小B.经最低点时动能相等C.均能到达半圆形槽右边缘最高点D.机械能总是相等的3.某同学利用如图K15-2所示的实验装置研究摆球的运动情况.摆球从A点由静止释放,经过最低点C到达与A等高的B点,D、E、F是OC连线上的点,OE=DE,DF=FC,OC连线上各点均可钉钉子.每次均将摆球从A点由静止释放,不计绳与钉子碰撞时机械能的损失.下列说法正确的是()图K15-2A.若只在E点钉钉子,摆球最高可能摆到A、B连线以上的某点B.若只在D点钉钉子,摆球最高可能摆到A、B连线以下的某点C.若只在F点钉钉子,摆球最高可能摆到D点D.若只在F点以下某点钉钉子,摆球可能做完整的圆周运动4.如图K15-3所示,一不可伸长的柔软轻绳跨过光滑的定滑轮,绳两端各系一小球a和b.a球质量为m,静止于地面;b球质量为3m,用手托图K15-3住,高度为h,此时轻绳刚好拉紧.从静止开始释放b,则当b刚落地时,a的速度为(重力加速度为g) ()A.ghB.2C.3D.65.如图K15-4所示,光滑斜面的顶端固定一弹簧,一质量为m的小球向右滑行,并冲上固定在地面上的斜面.设物体在斜面最低点A的速度为v,压缩弹簧至C点时弹簧最短,C点距地面的高度为h,不计小球与斜面、弹簧碰撞过程中的能量损失,则小球在C点时弹簧的弹性势能为(重力加速度为g) ()图K15-4A.mghB.mgh-12mvC.mgh+12mvD.12mv26.(多选)某课外活动小组为探究能量转换关系,设计了如图K15-5所示的实验.质量为m的物块B静放在水平面上,劲度系数为k的轻质弹簧固定在B上,弹簧上端装有特制锁扣,当物体与其接触即被锁住.每次实验都让物块A从弹簧正上方的恰当位置由静止释放,且使物块B刚好离开地面.整个过程无机械能损失.实验表明,物块A质量M不同,释放点距弹簧上端的高度H就不同.当物块A的质量为m时,释放点高度H=h.下列说法中正确的是(重力加速度为g) ()图K15-5A.物块A下落过程中速度最大时,物块B对地面的压力最大B.物块A下落到最低点时,物块B对地面的压力最大C.当A的质量M=2m时,释放点高度H=hD.当A的质量M=2m时,释放点高度H=17.(多选)如图K15-6甲所示,轻弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上,一质量为m的小球从离弹簧上端高h处由静止释放.某同学研究小球落到弹簧上后继续向下运动到最低点的过程,他以小球开始下落的位置为原点,沿竖直向下方向建立坐标轴Ox,作出小球所受弹力F大小随小球下落的位置坐标x的变化关系如图乙所示,不计空气阻力,重力加速度为g.以下判断正确的是 ()图K15-6A.当x=h+x0时,小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和最小B.小球到达最低点的坐标为x=h+2x0C.小球受到的弹力最大值大于2mgD.小球动能的最大值为mgh+12mgx8.(多选)如图K15-7所示,物体A、B通过细绳及轻质弹簧连接在轻滑轮两侧,物体A、B的质量分别为2m、m.开始时细绳伸直,用手托着物体A,使弹簧处于原长且A与地面的距离为h,物体B静止在地面上.放手后物体A下落,与地面即将接触时速度大小为v,此时物体B对地面恰好无压力.不计一切摩擦及空气阻力,重力加速度大小为g.下列说法中正确的是 ()图K15-7A.物体A下落过程中,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒B.弹簧的劲度系数为2C.物体A着地时的加速度大小为gD.物体A着地时弹簧的弹性势能为mgh-12mv9.(多选)如图K15-8所示,用铰链将质量均为m的三个小球A、B、C与长均为L的两根轻杆相连,小球B、C置于水平地面上.在轻杆竖直时,将小球A由静止释放,小球B、C在杆的作用下向两侧滑动,三小球始终在同一竖直平面内运动.忽略一切摩擦,重力加速度为g,则此过程中 ()图K15-8A.小球A的机械能一直减小B.小球A落地的瞬时速度为2gLC.小球B对地面的压力始终等于32D.小球B对地面的压力可小于mg10.(多选)如图K15-9所示,有质量分别为2m、m的两个小滑块P、Q,P套在固定竖直杆上,Q放在水平地面上.P、Q间通过铰链用长为L的刚性轻杆连接,一轻弹簧左端与Q相连,右端固定在竖直杆上,弹簧水平,α=30°时,弹簧处于原长.当α=30°时,P由静止释放,当P下降到最低点时,α变为60°.整个运图K15-9动过程中,P、Q始终在同一竖直面内,弹簧在弹性限度内,忽略一切摩擦,重力加速度为g.在P下降过程中 ()A.P、Q组成的系统机械能守恒B.当α=45°时,P、Q的速度相同C.弹簧弹性势能的最大值为(3-1)mgLD.P下降过程中动能达到最大前,Q受到地面的支持力小于3mg11.如图K15-10所示,劲度系数为k=100N/m的轻弹簧下端固定于倾角为θ=53°的光滑斜面底端,上端连接物块Q.轻绳跨过定滑轮O,一端与物块Q连接,另一端与套在光滑竖直杆的物块P连接,定滑轮到竖直杆的距离为d=0.3m.初始时在外力作用下,物块P在A点静止不动,连接Q的那段轻绳与斜面平行,绳子张力大小为50N.已知物块P质量为m1=0.8kg,物块Q质量为m2=5kg,不计滑轮大小及摩擦,g取10m/s2.现将物块P由静止释放,求:(1)物块P位于A点时弹簧的伸长量x1;(2)物块P上升h=0.4m至与滑轮O等高的B点时的速度大小;(3)物块P上升至B点过程中,轻绳拉力对其所做的功.图K15-10

1.CD[解析]物体受到的合力为零,或者受到的合力做功为零时,物体的动能不变,但机械能不一定守恒,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;物体做匀加速运动时,其机械能可能守恒,如做自由落体运动的物体,选项D正确.2.CD[解析]两物体质量相等,开始时高度相同,两物体的机械能相同,在下滑过程中,只有重力做功,机械能守恒,到最低点时下降高度不同,重力势能不同,动能不同,A、B错误,D正确;根据机械能守恒定律可知,两物体均能到达半圆形槽右边缘最高点,C正确.3.D[解析]根据机械能守恒定律可知,在E点和D点钉钉子时,摆球最高可摆到与A、B等高的位置,选项A、B错误;当在F点钉钉子时,摆球不可能摆到D点,因为摆球如果摆到D点,根据机械能守恒定律可知,其速度为0,可是摆球要想由C点摆到D点,在D点时必须有一定的速度,至少由重力提供向心力,选项C错误;若在F点以下钉钉子,则摆球摆到最高点时能够具有一定的速度,有可能做完整的圆周运动,选项D正确.4.A[解析]a、b两球组成的系统机械能守恒,设b刚落地时的速度大小为v,则整个过程中动能增加量ΔEk增=12(m+3m)v2=2mv2,重力势能的减少量ΔEp减=3mgh-mgh=2mgh,由机械能守恒定律得ΔEk增=ΔEp减,即2mv2=25.D[解析]对小球和弹簧组成的系统,由机械能守恒定律得12mv2=Ep+mgh,故小球在C点时弹簧的弹性势能Ep=12mv2-mgh,选项D6.BD[解析]物块A下落过程中到达最低点时,弹簧的压缩量最大,此时物块B对地面的压力最大,选项A错误,B正确;当物块B刚好离开地面时,有kΔx=mg,对A、B两物块和弹簧组成的系统,从物块A开始下落到物块B刚好离开地面过程,由机械能守恒定律得mgh=mgΔx+Ep弹,当A的质量M=2m时,有2mgH=2mgΔx+Ep弹,解得H=12h+mgk,故选项C7.ACD[解析]根据图像可知,当x=h+x0时,小球的重力等于弹簧的弹力,此时小球具有最大速度,亦即小球具有最大动能,由弹簧和小球组成的系统机械能守恒,可知此时小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和最小,故A正确;根据运动的对称性可知,小球到达的最低点坐标大于h+2x0,小球受到的弹力最大值大于2mg,故B错误,C正确;小球达到最大速度的过程中,根据动能定理可知Ekmax=mg(h+x0)-12mg·x0=mgh+12mgx0,故D8.AC[解析]物体A下落过程中,物体B一直静止不动,对于物体A和弹簧组成的系统,只有重力和弹力做功,则物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,故A正确;物体B对地面的压力恰好为零,故弹簧的拉力为FT=mg,开始时弹簧处于原长,由胡克定律得FT=kh,解得弹簧的劲度系数为k=mgh,故B错误;物体A着地时,细绳对A的拉力也等于mg,对A,根据牛顿第二定律得2mg-mg=2ma,解得a=g2,故C正确;物体A与弹簧组成的系统机械能守恒,有2mgh=Ep弹+12×2mv2,所以Ep弹=2mgh-mv2,故9.BD[解析]当小球A即将到达地面时,小球B和C的速度为0,对小球A、B、C三者组成的系统,由机械能守恒定律得mgL=12mv2,则小球A落地的瞬时速度v=2gL,选项B正确;小球B和C的速度先增大后减小,则小球B和C的机械能先增大后减小,由机械能守恒定律可知,小球A的机械能先减小后增大,选项A错误;在小球B减速阶段,杆对小球B的作用力沿杆指向右上方,小球B在竖直方向上受力平衡,则此阶段小球B受到的支持力小于mg,由牛顿第三定律知,小球B对地面的压力可小于mg,选项D10.CD[解析]P、Q、弹簧组成的系统机械能守恒,故A错误;由运动的合成和分解可知,当α=45°时,有vPcosα=vQsinα,所以P、Q的速度大小相等,但是P的速度方向竖直向下,Q的速度方向水平向左,故P、Q的速度不同,故B错误;当P下降到最低点时,弹簧伸长量最大,弹性势能最大,根据机械能守恒定律得Ep弹=2mgL(cos30°-cos60°),即弹簧弹性势能的最大值为Ep弹=(3-1)mgL,故C正确;P下降过程中动能达到最大前,P加速下降,对P、Q整体,在竖直方向上,根据牛顿第二定律有3mg-FN=2ma,则FN<3mg,故D正确.11.(1)0.1m(2)23m/s(3)8J[解析](1)物块P位于A