2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 第16講 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用（含解析）

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1、 2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 第16講 機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用（含解析） 1．第30屆夏季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)于2012年7月28日至8月13日在倫敦斯特拉特福德奧林匹克體育場(chǎng)舉行．奧運(yùn)會(huì)中的投擲鏈球、鉛球、鐵餅和標(biāo)槍等體育比賽項(xiàng)目都是把物體斜向上拋出的運(yùn)動(dòng)，如圖K16－1所示．這些物體從被拋出到落地的過程中(　　) 圖K16－1 A．物體的機(jī)械能先減小后增大 B．物體的機(jī)械能先增大后減小 C．物體的動(dòng)能先增大后減小，重力勢(shì)能先減小后增大 D．物體的動(dòng)能先減小后增大，重力勢(shì)能先增大后減小 2．xx·武昌調(diào)研如圖K16－2所示，輕彈簧下端固定在水平面上，一小

2、球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上，則在以后的運(yùn)動(dòng)過程中，下列敘述中正確的是(彈簧始終豎直且在彈性限度內(nèi))(　　) 圖K16－2 A．當(dāng)小球剛接觸彈簧時(shí)，小球的動(dòng)能最大 B．當(dāng)小球剛接觸彈簧時(shí)，小球與彈簧組成的系統(tǒng)的勢(shì)能最大 C．當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)，小球與彈簧組成的系統(tǒng)的勢(shì)能最大 D．當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)時(shí)，小球與彈簧組成的系統(tǒng)的勢(shì)能最小 3．(雙選)如圖K16－3所示，斜面體置于光滑水平地面上，其光滑斜面上有一物塊由靜止沿斜面下滑，在物塊下滑過程中，下列說法正確的是(　　) 圖K16－3 A．物塊的重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加 B．斜面體的機(jī)械能不變 C．斜面體對(duì)物塊的彈

3、力垂直于接觸面，不對(duì)物塊做功 D．物塊和斜面體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 4．xx·云浮模擬(雙選)如圖K16－4所示，一輕質(zhì)彈簧固定于O點(diǎn)，另一端系一重物，將 圖K16－4 重物從與懸掛點(diǎn)等高的地方無初速度釋放，讓其自由擺下，不計(jì)空氣阻力，重物在擺向最低點(diǎn)的位置的過程中(　　) A．重物重力勢(shì)能減小 B．重物重力勢(shì)能與動(dòng)能之和增大 C．重物的機(jī)械能不變 D．重物的機(jī)械能減少 圖K16－5 5．如圖K16－5所示，在高1.5 m的光滑平臺(tái)上有一個(gè)質(zhì)量為2 kg的小球被一細(xì)線拴在墻上，小球與墻之間有一根被壓縮的輕質(zhì)彈簧．當(dāng)燒斷細(xì)線時(shí)，小球被彈出，小球落地時(shí)的速度方向與水

4、平方向成60°角，則彈簧被壓縮時(shí)具有的彈性勢(shì)能為(g＝10 m/s2)(　　) A．10 J　　B．15 J　　C．20 J　　D．25 J 6．xx·江南仿真卷如圖K16－6所示，小球沿水平面以初速度v0通過O點(diǎn)進(jìn)入半徑為R的豎直半圓弧軌道，不計(jì)一切阻力，下列說法中正確的是(　　) 圖K16－6 A．球進(jìn)入豎直半圓軌道后做勻速圓周運(yùn)動(dòng) B．若小球恰能通過半圓弧最高點(diǎn)P，則球運(yùn)動(dòng)到P時(shí)向心力也恰好為零 C．若小球能通過半圓弧最高點(diǎn)P，則小球落地點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為mgR D．若小球恰能通過半圓弧最高點(diǎn)P，則小球落地點(diǎn)離O點(diǎn)的水平距離為2R 7．xx·江西六校聯(lián)考(

5、雙選)如圖K16－7所示，A、B兩個(gè)小球由繞過輕質(zhì)定滑輪的細(xì)線相連，A放在固定的光滑斜面上，B、C兩個(gè)小球在豎直方向上通過勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧相連，C球放在水平地面上．現(xiàn)用手控制住A，并使細(xì)線剛剛拉直但無拉力作用，并保證滑輪左側(cè)細(xì)線豎直、右側(cè)細(xì)線與斜面平行．已知A的質(zhì)量為4m，B、C的質(zhì)量均為m，重力加速度為g，細(xì)線與滑輪之間的摩擦不計(jì)，開始時(shí)整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)．釋放A后，A沿斜面下滑至速度最大時(shí)C恰好離開地面．下列說法正確的是(　　) 圖K16－7 A．斜面傾角α＝30° B．A獲得最大速度為2g C．C剛離開地面時(shí)，B的加速度最大 D．從釋放A到C剛離開地面的過程中，A、

6、B兩個(gè)小球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 8．如圖K16－8所示為一固定的楔形木塊，其斜面的傾角為θ＝30°，另一邊與水平地面垂直，頂端有一個(gè)定滑輪，跨過定滑輪的細(xì)線兩端分別與物塊A和B連接，A的質(zhì)量為4m，B的質(zhì)量為m.開始時(shí)，將B按在地面上不動(dòng)，然后放開手，讓A沿斜面下滑而B上升，B不會(huì)與定滑輪相碰，所有摩擦均忽略不計(jì)．當(dāng)A沿斜面下滑距離x后，細(xì)線突然斷了．求物塊B上升的最大高度H. 圖K16－8 9．xx·江西名校模擬如圖K16－9所示，光滑水平桌面離地高度為h＝0.5 m，有兩個(gè)質(zhì)量分別為mA和mB的小滑塊用長(zhǎng)度為h＝0.5 m的輕細(xì)繩相連，

7、開始時(shí)滑塊A放在桌面上，滑塊B懸吊在桌邊，細(xì)繩拉直，由靜止釋放，B落地后立即被粘在地面不動(dòng)，不計(jì)空氣阻力和各處摩擦，g取10 m/s2. (1)若mA＝0.2 kg，mB＝0.3 kg，試求A在桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小和滑塊B著地前瞬間的速度大小； (2)要使A離開桌面后仍能保持細(xì)繩處于拉直狀態(tài)而不松弛，A、B的質(zhì)量應(yīng)滿足什么條件． 圖K16－9 課時(shí)作業(yè)(十六) 1．D　[解析] 物體斜向上拋出后，升高過程中重力勢(shì)能增大，動(dòng)能減小，下落過程中動(dòng)能增大，重力勢(shì)能減小，選項(xiàng)D正確． 2．C　[解析] 小球剛接觸彈簧后，重力大于彈簧對(duì)小球向上的彈力，小球繼續(xù)加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)

8、彈簧對(duì)小球向上的彈力與重力大小相等時(shí)，小球動(dòng)能最大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)過程中只有重力和彈簧的彈力做功，小球與彈簧組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，因此當(dāng)小球動(dòng)能最小時(shí)，即小球運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)，小球的重力勢(shì)能與彈簧的彈性勢(shì)能之和最大，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確． 3．AD　[解析] 物塊沿斜面向下加速運(yùn)動(dòng)，重力勢(shì)能減少，動(dòng)能大，選項(xiàng)A正確；下滑過程中，物塊對(duì)斜面體的作用力垂直于斜面，使斜面體沿光滑水平地面加速運(yùn)動(dòng)，斜面體的動(dòng)能增加，重力勢(shì)能不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；物塊沿斜面下滑時(shí)既沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，又隨斜面體向右運(yùn)動(dòng)，其合速度方向與彈力方向不垂直，彈力方向垂直于接觸面，但與速度方向之間的夾角大于90°，所以斜面體對(duì)

9、物塊的彈力對(duì)物體做負(fù)功，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；物塊與斜面體組成的系統(tǒng)，僅有動(dòng)能和重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)化，機(jī)械能守恒，選項(xiàng)D正確． 4．AD　[解析] 重物從水平位置釋放后，在向最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，重物的重力勢(shì)能不斷減小，動(dòng)能不斷增大，彈簧不斷被拉長(zhǎng)，彈性勢(shì)能變大．所以重物減少的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)化為自身的動(dòng)能，另一部分轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能．整個(gè)系統(tǒng)機(jī)械能守恒，而對(duì)重物來說，機(jī)械能減少，綜上所述，本題選A、D. 5．A　[解析] 由h＝gt2和vy＝gt得：vy＝ m/s.落地時(shí)，tan60°＝可得：v0＝＝ m/s，由機(jī)械能守恒得：Ep＝mv＝10 J，故A正確． 6．D　[解析] 小球沿半圓軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，只

10、有重力做功，其機(jī)械能守恒，故速度減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；小球通過最高點(diǎn)的條件是F向＝N＋mg＝，其中軌道對(duì)小球的彈力N≥0，解得小球通過最高點(diǎn)的速度v≥，所以小球恰好經(jīng)過P點(diǎn)的向心力F向＝mg，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；對(duì)平拋過程應(yīng)用機(jī)械能守恒定律得mv2＋mg·2R＝Ek2，則小球落地時(shí)的動(dòng)能Ek2＝mv2＋mg·2R≥mgR，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；小球恰好經(jīng)過P點(diǎn)，則小球以速度v＝平拋運(yùn)動(dòng)，有2R＝gt2，x＝vt，解得x＝2R，選項(xiàng)D正確． 7．AB　[解析] 受力分析可知：當(dāng)A沿斜面下滑至速度最大時(shí)，A、B的加速度為零．此時(shí)C恰好離開地面，彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)kx2＝mg，x2＝，所以繩子上的拉力大小T＝2mg.對(duì)A

11、有T＝4mgsinα，解得斜面傾角α＝30°，選項(xiàng)A正確．開始時(shí)彈簧壓縮的長(zhǎng)度x1＝，B上升的距離以及C沿斜面下滑的距離均為h＝xA＋xB，由于xA＝xB，彈簧處于壓縮狀態(tài)和伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的彈性勢(shì)能相等，彈簧彈力做功為零，且C剛剛離開地面時(shí)，A、B的速度vm相等，由機(jī)械能守恒定律：4mghsinα＝mgh＋(m＋4m)v，解得vm＝2g，選項(xiàng)B正確．C剛離開地面時(shí)，B的加速度最小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．從釋放A到C剛離開地面的過程中，A、B和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，A、B組成的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 8.x [解析] A沿斜面下滑距離x的過程中，A和B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒A下滑x的過程中，A

12、下降的高度為xsinθ，B上升的高度為x，設(shè)細(xì)線斷前一瞬間A和B的速度為v.根據(jù)機(jī)械能守恒定律得 4mgxsinθ－·4mv2＝mgx＋mv2 細(xì)線斷后，B做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)B繼續(xù)上升的最大高度為h.根據(jù)機(jī)械能守恒定律得 mgh＝mv2 聯(lián)立兩式解得h＝ 即B上升的最大高度為H＝x＋h＝x＋＝x. 9．(1)6 m/s2　 m/s　(2)mB≥mA [解析] (1)設(shè)滑塊間細(xì)繩的拉力為T，對(duì)A、B分別應(yīng)用牛頓第二定律得 T＝mAa mBg－T＝mBa 聯(lián)立解得a＝＝6 m/s2. B下落過程中，A、B系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，則 mBgh＝(mA＋mB)v2 解得v＝＝ m/s. (3)A離開桌面，要保持細(xì)繩拉直不松弛，A應(yīng)做圓周運(yùn)動(dòng) 由牛頓第二定律得 T＋mAg＝ 且T＞0，v＝ 聯(lián)立解得mB≥mA 即當(dāng)A、B的質(zhì)量滿足mB≥mA時(shí)，細(xì)繩不會(huì)松弛．