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高中 | 机械能守恒定律题目答案及解析如下,仅供参考!
必修2
第七章 机械能守恒定律
7.8 机械能守恒定律
机械能守恒定律
撑杆跳是运动会中非常具有观赏性的比赛项目,用于撑起运动员的杆要求具有很好的弹性。如图所示,运动员助跑时杆未发生形变,撑杆起跳后杆弯曲程度逐渐变大,到运动员水平越过横杆时,杆竖直且恢复原状。
关于运动员在撑杆过程中,下列说法中正确的是$(\qquad)$
分析运动员过杆的动作特点时,可将其看成质点
","上升过程中运动员受到杆的支持力始终大于其受到的重力
","运动员手上涂“防滑粉”可以增大手掌与杆之间的弹力
","撑杆起跳过程中运动员受到杆的作用力大小有可能等于重力大小
"]$\rm A$.分析运动员过杆的动作特点时,运动员的大小和形状不能忽略,所以不可将其看成质点,故$\rm A$错误;
$\rm BD$.上升过程中,运动员先加速后减速上升,所以支持力先是大于重力,接着等于重力,然后小于重力,故$\rm B$错误,$\rm D$正确;
$\rm C$.运动员手上涂“防滑粉”可以增大手掌与杆之间的摩擦因数,增大最大静摩擦力,不能增大弹力,故$\rm C$错误。
故选:$\rm D$。
关于撑杆起跳到运动员越过横杆过程,下列说法正确的是$(\qquad)$
杆的弹性势能先增大后减小
","运动员在上升过程中机械能守恒
","运动员越过横杆正上方时动能为零
","运动员撑杆跳起到达最高点时,杆的弹性势能最大
"]$\rm A$.在上升过程中,杆先在运动员的压力作用下由直变弯,杆的形变量最大,杆的弹性势能最大;然后杆再由弯变直,杆的形变量减小,杆的弹性势能减小,杆的弹性势能先增大后减小,故$\rm A$正确;
$\rm B$.运动员在上升过程中,杆对运动员做功,运动员机械能不守恒,故$\rm B$错误;
$\rm C$.运动员越过横杆正上方时水平方向上有速度,动能不为零,故$\rm C$错误;
$\rm D$.运动员撑杆跳起到达最高点时,杆竖直且恢复原状,杆的弹性势能为零,故$\rm D$错误。
故选:$\rm A$。
如图,撑杆跳全过程可分为四个阶段:$A→B$阶段,助跑加速;$B→C$阶段,杆弯曲程度增大、人上升;$C→D$阶段,杆弯曲程度减小、人上升;$D→E$阶段,人越过横杆后下落,整个过程空气阻力忽略不计。这四个阶段的能量变化为$(\qquad)$
$A→B$人和杆系统的机械能不变
","$B→C$人和杆系统的动能减小、重力势能和弹性势能增加
","$C→D$人和杆系统的动能减少量等于重力势能的增加量
","$D→E$重力对人所做的功等于人机械能的增加量
"]$\rm A$.$A→B$阶段,助跑加速,重力势能不变,动能增加,所以机械能增加,故$\rm A$错误;
$\rm B$.$B→C$阶段,杆弯曲程度增大、人上升,人克服重力和弹力做功,动能减小,位置升高,所以弹性势能和重力势能增加,故$\rm B$正确;
$\rm C$.$C→D$阶段,杆弯曲程度减小、人上升,弹性势能及动能的减少量等于重力势能的增加量,故$\rm C$错误;
$\rm D$.$D→E$阶段,人越过横杆后下落,只有重力做功,机械能守恒,故$D$错误。
故选:$B$。
撑杆跳运动员越过横杆下落到软垫的过程,如果忽略水平方向的速度,可以等效为小球落到弹簧上的过程。如图所示,竖直放置的轻弹簧一端固定于水平地面,质量$m=1\;\rm kg$的小球在轻弹簧正上方由静止下落,空气阻力恒定。以小球开始下落的位置为原点,竖直向下为$x$轴正方向,取地面为重力势能零势能参考面,在小球下落至最低点的过程中,小球重力势能$E_{p}$、弹簧的弹性势能$E_{弹}$随小球位移变化的关系图线分别如图甲、乙所示,弹簧始终在弹性限度范围内,取重力加速度$g=10\;\rm m/s^{2}$,则求:
①小球下落到最低点时的重力势能;
②小球在下落过程受到的空气阻力大小;
③已知弹簧的劲度系数$k=960\;\rm N/m$,小球下落速度最大时的位置坐标(保留$2$位有效数字)。
$4\\;\\rm J$;$2\\;\\rm N$;;$0.51m$
"]]根据甲图可知,小球下落的初始位置距地面的高度为$h=\dfrac{E_{\text{p}}}{mg}=\dfrac{10}{1 \times 10}\text{m}=1\;\rm \text{m}$
小球在最低点时的重力势能为$E_{p}{^\prime}=mgh{^\prime}=1 \times 10 \times (1-0.6)\;\rm J=4\;\rm J$
;从$x=0$到$x=0.6\;\rm m$过程中,减小的重力势能为$\Delta E_{p}=10\;\rm J-4\;\rm J=6\;\rm J$,增加的弹性势能为$\Delta E_{弹}=4.8\;\rm J-0\;\rm J=4.8\;\rm J$,可知,此过程阻力做的功为$W=−f\Delta x=4.8\;\rm J-6\;\rm J=-1.2\;\rm J$,解得,小球下落到最低点过程受到的阻力大小为$f=2\;\rm N$;小球下落速度最大时受力平衡,即$F_{弹}+f=mg$,其中$F_{弹}=k(x-0.5\;\rm m)$,解得$x\approx 0.51\;\rm m$
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