1、 学业分层测评学业分层测评( (十五十五) ) (建议用时:45 分钟) 学业达标 1下列说法正确的是( ) A机械能守恒时,物体一定不受阻力 B机械能守恒时,物体一定只受重力和弹力作用 C物体处于平衡状态时,机械能必守恒 D物体所受的外力不等于零,其机械能也可以守恒 【解析】 机械能守恒的条件是只有重力做功或系统内物体间的弹力做 功机械能守恒时,物体或系统可能不只受重力和弹力作用,也可能受其他力, 但其他力不做功或做的总功一定为零,A、B 错物体沿斜面匀速下滑时,它处 于平衡状态,但机械能不守恒,C 错物体做自由落体运动时,合力不为零,但 机械能守恒,D 对 【答案】 D 2下列四个选项的图
2、中,木块均在固定的斜面上运动,其中选项 A、B、C 中斜面是光滑的,选项 D 中的斜面是粗糙的,选项 A、B 中的 F 为木块所受的 外力,方向如图中箭头所示,选项 A、B、D 中的木块向下运动,选项 C 中的木 块向上运动在下列选项所示的运动过程中机械能守恒的是( ) A B C D 【解析】 依据机械能守恒条件:只有重力做功的情况下,物体的机械能才 能守恒,由此可见,A、B 均有外力 F 参与做功,D 中有摩擦力做功,故 A、B、 D 均不符合机械能守恒的条件,故答案为 C. 【答案】 C 3. (多选)竖直放置的轻弹簧下连接一个小球,用手托起小球,使弹簧处于压 缩状态,如图 4- 4-
3、10 所示则迅速放手后(不计空气阻力)( ) 图 4- 4- 10 A放手瞬间小球的加速度等于重力加速度 B小球与弹簧与地球组成的系统机械能守恒 C小球的机械能守恒 D小球向下运动过程中,小球动能与弹簧弹性势能之和不断增大 【解析】 放手瞬间小球加速度大于重力加速度,A 错;整个系统(包括地 球)的机械能守恒,B 对,C 错;向下运动过程中,由于重力势能减小,所以小 球的动能与弹簧弹性势能之和增大,D 对 【答案】 BD 4如图 4- 4- 11 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( ) 图 4- 4- 11 A.
4、 2gl B. gl C. 2gl 2 D. gl 2 【解析】 铁链从开始到刚脱离滑轮的过程中,链条重心下降的高度为1 4l, 链条下落过程,由机械能守恒定律,得:mg 1 4l 1 2mv 2 解得:v 2gl 2 . 【答案】 C 5如图 4- 4- 12 所示,一固定在地面上的光滑斜面的顶端固定有一轻弹簧, 地面上质量为 m 的物块(可视为质点)向右滑行并冲上斜面 设物块在斜面最低点 A 的速率为 v,压缩弹簧至 C 点时弹簧最短,C 点距地面高度为 h,则物块运动 到 C 点时弹簧的弹性势能为( ) 图 4- 4- 12 Amgh Bmgh1 2mv 2 Cmgh1 2mv 2 D.
5、1 2mv 2mgh 【解析】 由机械能守恒定律可得物块的动能转化为其重力势能和弹簧的弹 性势能,有1 2mv 2mghEp,故 Ep1 2mv 2mgh. 【答案】 D 6如图 4- 4- 13 所示的光滑轻质滑轮,阻力不计,M12 kg,M21 kg,M1 离地高度为 H0.5 mM1与 M2从静止开始释放,M1由静止下落 0.3 m 时的速 度为( ) 图 4- 4- 13 A. 2 m/s B3 m/s C2 m/s D1 m/s 【解析】 对系统运用机械能守恒定律得,(M1M2)gh1 2(M1M2)v 2,代 入数据解得 v 2 m/s,故 A 正确,B、C、D 错误 【答案】 A
6、 7(多选)如图 4- 4- 14 所示装置中,木块与水平桌面间的接触面是光滑的, 子弹 A 沿水平方向射入木块后留在木块内,将弹簧压缩到最短,则从子弹开始 射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中( ) 图 4- 4- 14 A子弹与木块组成的系统机械能守恒 B子弹与木块组成的系统机械能不守恒 C子弹、木块和弹簧组成的系统机械能守恒 D子弹、木块和弹簧组成的系统机械能不守恒 【解析】 从子弹射入木块到木块压缩至最短的整个过程,由于存在机械能 与内能的相互转化,所以对整个系统机械能不守恒对子弹和木块,除摩擦生热 外,还要克服弹簧弹力做功,故机械能也不守恒 【答案】 BD 8(多选)如图 4- 4-
7、 15 所示,游乐场中,从高处 A 到水面 B 处有两条长度相 同的光滑轨道甲、乙两小孩沿不同轨道同时从 A 处自由滑向 B 处,下列说法 正确的有( ) 图 4- 4- 15 A甲的切向加速度始终比乙的大 B甲、乙在同一高度的速度大小相等 C甲、乙在同一时刻总能到达同一高度 D甲比乙先到达 B 处 【解析】 甲、乙两小孩沿不同轨道从 A 运动到 B,只有重力做功,根据机 械能守恒定律和甲、乙两小孩运动的 vt 图象解决问题 甲、乙两小孩沿光滑轨道从 A 运动到 B,只有重力做功,根据机械能守恒定 律,得 mgh1 2mv 2,即 v 2gh,所以甲、乙两小孩在同一高度时,速度大小相 等,选项
8、 B 正确;甲、乙两小孩在运动过程的 vt 图象如图所示由 vt 图象 可知,选项 A、C 错误,选项 B、D 正确 【答案】 BD 能力提升 9(多选)如图 4- 4- 16 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参考平面,且不计空气阻力,则 下列选项正确的是( ) 【导学号:35390071】 图 4- 4- 16 A物体落到海平面时的势能为 mgh B重力对物体做的功为 mgh C物体在海平面上的动能为1 2mv 2 0mgh D物体在海平面上的机械能为1 2mv 2 0 【解析】 若以地面为参考平面,物体落到海平面时的势能为
9、mgh,所以 A 选项错误;此过程重力做正功,做功的数值为 mgh,因而 B 正确;不计空气 阻力,只有重力做功,所以机械能守恒,有1 2mv 2 0mghEk,在海平面上的动 能为 Ek1 2mv 2 0mgh,C 选项正确;在地面处的机械能为1 2mv 2 0,因此在海平面上 的机械能也为1 2mv 2 0,D 选项正确 【答案】 BCD 10(多选)如图 4- 4- 17 所示,竖直放置的光滑圆轨道被固定在水平地面上, 半径 r0.4 m,最低点有一小球(半径比 r 小很多),现给小球以水平向右的初速 度 v0,如果要使小球不脱离圆轨道运动,那么 v0应当满足(g 取 10 m/s2)(
10、 ) 图 4- 4- 17 Av00 Bv04 m/s Cv02 5m/s Dv02 2m/s 【解析】 当小球沿轨道上升的最大高度等于 r 时,由机械能守恒定律得1 2 mv20mgr,得 v02 2m/s; 当小球恰能到达圆轨道的最高点时有 mgmv 2 R 又由机械能守恒1 2mv 2 0mg2r1 2mv 2 解得 v02 5m/s. 所以满足条件的选项为 CD. 【答案】 CD 11如图 4- 4- 18 所示,在竖直平面内有一固定光滑轨道,其中 AB 是长为 R 的水平直轨道,BCD 是圆心为 O、半径为 R 的 3/4 圆弧轨道,两轨道相切于 B 点在外力作用下,一小球从 A 点
11、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,重力加速度为 g.求: 【导学号:35390072】 图 4- 4- 18 (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 【解析】 (1)设小球在 C 点的速度大小为 vC,根据牛顿第二定律有,mg mv 2 C R 小球从 B 点运动到 C 点,根据机械能守恒定律, 1 2mv 2 B1 2mv 2 C2mgR, 在 AB 段设加速度的大小为 a,由运动学公式,有 v2B2aR, 联立解得 AB 段运动的加速度的大小 a5 2g. (2)设小球在 D 处的速度
12、大小为 vD,下落到 A 点时的速度大小为 v,由机械 能守恒定律有: 1 2mv 2 B1 2mv 2 DmgR. 1 2mv 2 B1 2mv 2, 设小球从 D 点运动到 A 点所用的时间为 t,由运动学公式得,gtvvD 联立解得:t( 5 3) R g. 【答案】 (1)5 2g (2)( 5 3) R g 12山谷中有三块石头和一根不可伸长的轻质青藤,其示意图如图 4- 4- 19 所示,图中 A、B、C、D 均为石头的边缘点,O 为青藤的固定点,h11.8 m, h24.0 m,x14.8 m,x28.0 m开始时,质量分别为 M10 kg 和 m2 kg 的 大、 小两只滇金丝
13、猴分别位于左边和中间的石头上,当大猴发现小猴将受到伤害 时,迅速从左边石头的 A 点水平跳至中间石头大猴抱起小猴跑到 C 点,抓住 青藤下端,荡到右边石头上的 D 点,此时速度恰好为零运动过程中猴子均可 看成质点,空气阻力不计,重力加速度 g 取 10 m/s2.求: 图 4- 4- 19 (1)大猴从 A 点水平跳离时速度的最小值; (2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小; (3)猴子荡起时,青藤对猴子的拉力大小 【解析】 本题考查了平抛运动、机械能守恒定律和圆周运动的综合应用, 考查了考生的分析综合能力,运动过程和受力分析是解答关键思路大致如下: 根据平抛运动求猴子的最小速度,根据机械能守恒定
14、律求猴子荡起时的速度,利 用圆周运动,结合几何关系,求青藤的拉力 (1)设猴子从 A 点水平跳离时速度最小值为 vmin,根据平抛运动规律,有 h11 2gt 2 x1vmint 由式,得 vmin8 m/s. (2)猴子抓住青藤后的运动过程中机械能守恒,设荡起时速度为 vC,有 (Mm)gh21 2(Mm)v 2 C vC 2gh2 80 m/s9 m/s. (3)设拉力为 FT,青藤长度为 L,在最低点,由牛顿第二定律得 FT(Mm)gMmv 2 C L 由几何关系 (Lh2)2x22L2 故 L10 m 综合式并代入数据得 FT216 N. 【答案】 (1)8 m/s (2)9 m/s (3)216 N