资源简介 专题6.4与弹簧相关的能量问题1.如图,弹簧下端悬挂一个实心小球,用手托住小球,小球静止在A点,此时弹簧处于自然长度。释放小球,小球向下运动到最低点B(不超过弹簧弹性限度),小球从A点运动到B点的过程中,下列说法正确的是()A.小球的重力势能一直在减少,动能一直在增加B.小球减少的重力势能全部转化为动能C.弹簧的弹性势能不断增大D.小球运动到B点时,重力势能最小,动能最大2.如图所示,一根橡皮筋两端固定在A、B两点,橡皮筋处于ACB时恰好为原长状态,将弹丸放在橡皮筋内C处并由C处竖直向下拉至D点释放,C、D两点均在AB连线的中垂线上。橡皮筋的质量忽略不计,不计空气阻力。则弹丸由D向上运动到C的过程中A.橡皮筋对弹丸的弹力一直在增大B.橡皮筋的弹性势能一直在减小C.弹丸的动能一直在增大D.弹丸的机械能守恒3.如图所示,质量为m的物块从A点由静止开始下落,加速度是,下落H到B点后与一轻弹簧接触,又下落h后到达最低点C,在由A运动到C的过程中,空气阻力恒定,则( )A.物块机械能守恒B.物块和弹簧组成的系统机械能守恒C.物块机械能减少D.物块和弹簧组成的系统机械能减少4..如图所示,木块静止于光滑水平面上,与之相连的轻质弹簧处于自然伸直状态,现用恒定的水平外力F作用于弹簧右端,在向右移动一段距离的过程中拉力F做了10J的功.在上述过程中()A.弹簧的弹性势能增加了10JB.滑块的动能增加了10JC.滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10JD.滑块和弹簧组成的系统机械能守恒5.如图所示,一个小球套在固定的倾斜光滑杆上,一根轻质弹簧的一端悬挂于O点,另一端与小球相连,弹簧与杆在同一竖直平面内,将小球沿杆拉到与O点等高的位置由静止释放,小球沿杆下滑,当弹簧处于竖直时,小球速度恰好为零,若弹簧始终处于伸长且在弹性限度内,在小球下滑过程中,下列说法正确的是()A.小球的机械能先增大后减小B.弹簧的弹性势能一直增加C.重力做功的功率一直增大D.当弹簧与杆垂直时,小球的动能最大6.如图所示,在轻弹簧的下端悬挂一个质量为m的小球A,将小球A从弹簧原长位置由静止释放,小球A能够下降的最大高度为h。若将小球A换为质量为的小球B,仍从弹簧原长位置由静止释放,重力加速度为g,不计空气阻力,则小球B下降h时的速度为( )A.B.C.D.7.如图所示,斜面体固定在水平面上,轻质弹簧的一端固定在斜面体的底端O处,弹簧处于自然长度时上端位于B点。B点以上的斜面部分粗糙,B点以下的斜面部分是光滑的。现将质量为的滑块将弹簧压缩至A点处,然后由静止释放,滑块脱离弹簧后继续沿斜面上升到最大高度,并静止在斜面上。若换用相同材料的质量为的滑块压缩弹簧至同一点A后,重复上述过程,则两滑块( )A.到达位置B点时速度相同B.沿斜面上升的最大高度相同C.上升到最高点的过程中克服重力做的功不相同D.上升到最高点的过程中机械能损失相同8.如图所示,小滑块P、Q的质量分别为,P、Q间通过轻质铰链用长为L的刚性轻杆连接,Q套在固定的水平横杆上,P和竖直放置的轻弹簧上端相连,轻弹簧下端固定在水平横杆上。当杆与竖直方向的夹角时,弹簧处于原长,此时,将P由静止释放,下降到最低点时。整个运动过程中,P、Q始终在同一竖直平面内,滑块P始终没有离开竖直墙壁,弹簧始终在弹性限度内,忽略一切摩擦,重力加速度为g。则在P下降过程中()A.P、Q组成的系统机械能守恒B.轻杆始终对Q做正功C.弹簧弹性势能最大值为D.P和弹簧组成的系统机械能最小时,Q受到水平横杆的支持力大小等于9.如图所示,轻质弹簧的一端与固定的竖直板P连接,另一端与物体A相连,物体A置于光滑水平桌面上,A右端连接一细线,细线绕过光滑的定滑轮与物体B相连。开始时托住B,让A处于静止且细线恰好伸直,然后由静止释放B,直至B获得最大速度。下列有关该过程的分析正确的是( )A.A物体与B物体组成的系统机械能守恒B.弹簧增加的弹性势能等于B减小的重力势能C.B物体机械能的减少量小于弹簧弹性势能的增加量D.当弹簧的拉力等于B物体的重力时,A物体的动能最大10.如图所示,轻质弹簧左端固定在竖直墙壁上,右端与一个质量为m的滑块接触而不栓接,弹簧处于原长。现施加水平外力F缓慢地将滑块从O向左压至A位置静止,撒去推力后物块由静止向右运动,经O点到达B点时速度为零。物块的质量为m,AO=a,OB=b,物块与桌面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。则上述过程中( )A.推力对物块做的功为μmg(a+b)B.撤去F后,滑块和弹簧组成的系统机械能守恒C.此过程中,弹簧最大弹性势能为μmg(2a+b)D.在刚与弹簧分离时,滑块的速度大小为11.如图所示,轻弹簧上端固定,下端系一质量为m的钩码,钩码静止后,弹簧的伸长量为x。在钩码的下方轻轻加挂一质量为2m的钩码,并由静止释放。已知重力加速度的大小为g,将所挂所有钩码视为一个整体并看作质点P。在P上下振动过程中,弹簧始终处在弹性限度内。以下判断正确的是( )A.P的振幅为3xB.P的最大速度为C.弹簧的最大拉力为6mgD.弹簧的最大弹性势能为12.如图所示,水平桌面上的轻质弹簧一端固定,另一端与小物块相连,弹簧处于自然长度时物块位于O点(图中未标出)。物块的质量为m,,物块与桌面间的动摩擦因数为,现用水平向右的力将物块从O点拉至A点,拉力做的功为W。撤去拉力后物块由静止向左运动,经O点到达B点时速度为零,重力加速度为g。则上述过程中( )A.物块在A点时弹簧的弹性势能等于在B点时弹性势能B.物块在O点时动能最大C.物块在B点时,弹簧的弹性势能大于D.经过O点时,物块的动能小于13.如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端与质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC=h。圆环在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A;弹簧始终在弹性限度之内,重力加速度为g,则圆环( )A.下滑过程中,加速度一直减小B.下滑过程中,克服摩擦力做功为C.在C处,弹簧的弹性势能为D.上滑经过B的速度等于下滑经过B的速度14.如图甲所示,足够长的轻弹簧竖直放置,下端固定在水平地面上,以弹簧上端位置为坐标原点O,沿竖直向下建立坐标轴。现将质量为m的小球从原点O正上方高度h处由静止释放,在小球落到弹簧上向下运动到最低点的过程中,小球所受弹力F的大小随x(x表示小球的位置坐标)的变化关系如图乙所示。若不计小球与弹簧接触时的机械能损失,弹簧始终处于弹性限度内,不计空气阻力,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )A.当时,小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和最大B.小球动能的最大值为C.当时,小球的速度大于D.小球在最低点的加速度大小等于g15.如图所示,质量分别为、的两小物块中间连接有劲度系数的轻质弹簧(与物块栓接),整个装置放在倾角为的光滑斜面上,斜面底端有固定挡板。对物块A施加一个沿斜面向下的、大小的力,整个装置处于静止状态。现撤去外力F,g取,则( )A.当弹簧恢复原长时,物块A沿斜面上升B.当物块B与挡板刚要分离时,物块A克服重力做功为C.物块B离开挡板前,弹簧一直对物块A做正功D.弹簧恢复到原长时,物块A的动能最大16.如图所示,一顶角为直角的“”形光滑细杆,其角平分线保持竖直。质量均为m的两金属环套在细杆上,用一劲度系数为k的轻质弹簧相连,三者位于同一水平高度,此时弹簧处于原长。现将两金属环同时由静止释放,运动过程中弹簧始终处在弹性限度内,重力加速度为g。对其中一个金属环下列结论错误的是( )A.金属环释放时的加速度大小为B.金属环的最大速度为C.金属环与细杆之间的最大压力为D.弹簧的最大弹性势能为17.如图甲所示,在倾角为37°足够长的粗糙斜面底端,一质量m=1kg的滑块压缩着一轻弹簧且锁定,但它们并不相连,滑块可视为质点。t=0时解除锁定,计算机通过传感器描绘出滑块的v-t图像如图乙所示,其中Oab为曲线,bc段为直线,在t1=0.1s是滑块已上滑x=0.2m的距高(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)。则( )A.滑块与斜面之间的动摩擦因数=0.1B.滑块与斜面之间的动摩擦因数=0.2C.t=0.4s时刻滑块的速度大小为1.0m/sD.0~0.1s内弹簧弹力做功4J18.如图所示,小物块a、b间由跨过光滑定滑轮的轻绳连接,b、c间拴接竖直轻弹簧,c放在水平地面上。初始用手托住a,整个系统处于静止状态,且轻绳恰好伸直而无拉力。已知a质量为2m,b、c质量均为m,重力加速度为g,弹簧劲度系数为k且始终在弹性限度内。由静止释放a,到c刚要离开地面的过程中( )A.c刚离开地面时,a的速度为0B.c刚离开地面时,b的速度大小为C.释放瞬间,a的加速度大小为gD.释放瞬间,b的加速度大小为019.如图所示,在倾角为的光滑斜面的底端有一个固定挡板,劲度系数为k的轻质弹簧的两端分别拴接在固定挡板和质量为m的小物体B上,质量为2m的小物体A与B靠在一起处于静止状态。已知弹簧的弹性势能为,其中x为弹簧的形变量,不计空气阻力。现用一沿斜面向上的恒力F=2mg(g为重力加速度)拉动小物体A使其向上运动,当小物体A、B恰好分离时,小物体A的速度大小为( )A.B.C.D.20.如图所示,一个半径和质量不计的定滑轮O固定在天花板上,物块B和A通过轻弹簧栓接在一起,竖直放置在水平地面上保持静止后用不可伸长的轻绳绕过滑轮连接物块A和C,物块C穿在竖直固定的细杆上,OA竖直,OC间距l=3m且水平,此时A、C间轻绳刚好拉直而无作用力。已知物块A、B、C质量均为2kg,C由静止释放,下滑h=4m时物块B刚好被提起,下列说法正确的是( )A.弹簧的劲度系数为20N/mB.此过程中绳子对物块A做的功为60JC.此时物块A速度的大小为D.绳子对物块C做功的绝对值大于物块A动能的增加量21.如图,A、B两小球由绕过轻质定滑轮的细线相连,A放在固定斜面上,B、C两小球在竖直方向上通过劲度系数为k的轻质弹簧相连,C放在水平地面上。现用手控制住A,使细线刚刚拉直且无拉力作用,并保证滑轮左侧细线竖直、右侧细线与斜面平行。已知A的质量为5m,B、C的质量均为1.5m,重力加速度大小为g,不计一切摩擦。开始时整个系统处于静止状态,释放A后,A沿斜面下滑至速度最大时,C恰好离开地面。则下列说法正确的是( )A.斜面的倾角B.A球获得的最大速度C.B球获得的最大速度D.释放A的瞬间,B球的加速度大小为2g参考答案1.C【详解】A.小球从A点运动到B点的过程中,重力势能一直在减少,速度先增大后减小,动能先增加后减小,A错误;B.小球从A点运动到B点的过程中,小球减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能,B错误;C.小球从A点运动到B点的过程中,弹簧一直被拉伸,弹簧弹性势能不断增大,C正确;D.小球从A点运动到B点的过程中,重力势能一直在减少,速度先增大后减小到零,所以小球运动到B点时重力势能最小,动能为零,D错误。故选C。2.B【解析】从D到C,橡皮筋的形变量一直减小,所以橡皮筋对弹丸的弹力一直在减小,故A错误.从D到C,橡皮筋对弹丸一直做正功,橡皮筋的弹性势能一直减小,故B正确.橡皮筋ACB恰好处于原长状态,在C处橡皮筋的拉力为0,在CD连线中的某一处,弹丸受力平衡,所以从D到C,弹丸的合力先向上后向下,速度先增大后减小,弹丸的动能先增大后减小,故C错误.从D到C,橡皮筋的弹力对弹丸做功,所以弹丸的机械能增大,故D错误.选B.3.D【详解】A.对于物体来说,从A到C要克服空气阻力做功,从B到C又将一部分机械能转化为弹簧的弹力势能,因此机械能肯定减少.故A错误;B.对于物块和弹簧组成的系统来说,物体减少的机械能为(克服空气阻力所做的功+弹簧弹性势能),而弹簧则增加了弹性势能,因此整个系统机械能减少量即为克服空气阻力所做的功.故B错误;C.由A运动到C的过程中,物体的动能变化为零,重力势能减小量等于机械能的减小量.所以物块机械能减少mg(H+h),故C错误;D.物块从A点由静止开始下落,加速度是,根据牛顿第二定律得:,所以空气阻力所做的功为,整个系统机械能减少量即为克服空气阻力所做的功,所以物块、弹簧和地球组成的系统机械能减少,故D正确。故选D。4.C【详解】对弹簧和滑块系统而言,除弹力外其他力做的功等于系统机械能的增加量,故拉力对系统做的功等于系统机械能的增加量,所以滑块和弹簧组成的系统机械能增加了10J,即弹簧弹性势能增加量和滑块动能增加量之和等于10J,故ABD错误,C正确。故选C。5.A【详解】光滑杆没有摩擦力做功,杆的弹力和运动方向垂直也不做功,那么整个过程只有弹簧弹力和小球重力做功,二者组成的系统机械能守恒,分析小球的受力,在沿杆方向一个是自身重力分力另外一个是弹力沿杆方向的分力,当弹簧与杆垂直时,沿杆方向没有弹簧的分力,只有重力沿杆向下的分力,说明小球在沿杆向下加速,由于全过程弹簧始终处于伸长状态那么弹簧与杆垂直时弹簧伸长量最小,弹性势能最小,根据小球弹簧系统机械能守恒,此时小球机械能最大,即小球的机械能先增加后减小,故A正确;弹簧的长度先减小后增加,所以弹簧的弹性势能先增加后减小,故B错误;小球的初速度和末速度都是零,所以重力的功率先增加后减小,故C错误;当重力沿杆的分力和弹力沿杆的分力相等时,速度最大,动能最大,该位置在垂直杆位置下面,故D错误.故选A.6.C【详解】质量为m的小球A下降h时,由机械能守恒定律可得,弹簧的弹性势能为质量为的小球B下降h时速度为v,弹性势能为,由机械能守恒定律可得联立解得C正确。故选C。7.C【详解】A.从A到B由能量关系可知因两次滑块的质量不同,则到达位置B点时速度不相同,选项A错误;BC.设滑块从B点到最高点的距离为s,则从A到最高点,由能量关系因两次滑块的质量不同,沿斜面上升的最大高度不相同,由可知,上升到最高点的过程中克服重力做的功不相同,选项B错误,C正确;D.上升到最高点的过程中机械能损失为则机械能损失不相同,选项D错误。故选C。8.D【详解】A.由于不计摩擦,P、Q和弹簧三者组成的系统机械能守恒,故P、Q组成的系统机械能不守恒,故选项A错误;B.在P下降过程中,Q一直沿着杆向左运动,P下降至最低点时,P的速度为零,Q速度也为零,故在P下降过程中,Q一定经历先加速后减速的过程,由受力分析知,Q加速过程,轻杆对其做正功,Q减速过程,轻杆对其做负功,故选项B错误;C.P下降至最低点时,弹簧弹性势能最大,此时P、Q的速度都为零,由于P、Q和弹簧三者组成的系统机械能守恒,故此时弹簧弹性势能即为系统减少的重力势能,亦即P减少的重力势能故选项C错误;D.经分析可知,P和弹簧组成的系统机械能最小时,Q的动能最大,速度最大,加速度为零,轻杆对Q的作用力为零,此时,对Q受力分析可知,水平横杆对Q的支持力大小等于Q的重力,故选项D正确。故选D。9.D【详解】AC.由于弹簧弹性势能增大,故A物体与B物体组成的系统机械能减小,且A、B系统机械能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量,AC错误;B.弹簧增大的弹性势能小于B减小的重力势能,因为还有A、B动能的增大,B错误;D.当弹簧的拉力等于B物体的重力时,A、B系统所受的合外力为零,动能达到最大,D正确。故选D。10.D【详解】A.根据功能关系可知,推力对物块做的功等于整个过程中系统产生的热,即为W=Q=μmg(2a+b)故A错误;B.撤去F后,滑块和弹簧组成的系统机械能不守恒,因为存在阻力做负功,故B错误;C.设物块在A点时弹簧的弹性势能最大为Ep,从A到B根据功能关系可得,弹簧的弹性势能全部转为产生的热,则有:Ep=μmg(a+b)故C错误。D.设物块在O点的速度为v,从O到B过程中,根据功能关系可得:滑块的速度大小为,故D正确。故选D。11.D【详解】A.由题意,加挂质量为2m的钩码前,有mg=kx加挂质量为2m的钩码并释放时,P所受合力为2mg,即为最大回复力;振动的平衡位置满足3mg=kx?,x?=3x振幅A=x?–x=2xA错误;B.在P下移2x的过程中,弹簧弹力做功P的重力做功W2=3mg·2x=6mgx由动能定理有W1+W2=×3mv2解得v=B错误;C.当P振动至最低点时,弹簧的弹力最大,弹性势能也最大,根据回复力的对称性得,弹簧弹力F=2mg+3mg=5mgC错误;D.根据能量守恒得Ep=mgx+3mg×4x=mgxD正确。故选D。12.D【详解】A.根据能量的转化与守恒,从A到B减少的弹性势能转化为内能,故在A点时弹簧的弹性势能一定大于在B点时弹性势能,A错误;B.物块在受力平衡位置处动能最大,即向左运动过程中在弹簧拉力与摩擦力相等的位置,一定在O点的右侧,动能最大,过B错误;C.物块从开始运动到最终停在B点,路程大于,故整个过程物体克服阻力做功大于μmga,故物块在B点时,弹簧的弹性势能小于W-μmga,故C错误;D.从O点开始到再次到达O点,物体路程大于a,故由动能定理得,物块的动能小于W-μmga,D正确;故选D。13.B【详解】A.由题意知,圆环从A到C先加速后减速,到达B处速度最大,加速度减小为零,故加速度先减小后增大,A错误;BC.从A到C,根据能量守恒mgh=Wf+Ep从C到A根据能量守恒联立解得B正确,C错误;D.设AB距离为h1,从A到B据能量守恒可得从B到A据能量守恒可得整理可得对比可得vB2>vB1,D错误。故选B。14.B【详解】A.当时,弹簧弹力等于重力大小,小球的加速度为零,动能最大,由机械能守恒定律可知小球的重力势能和弹簧的弹性势能之和最小,A错误;B.当时,由图像可知弹力做的功由释放到动能最大的过程,根据动能定理得可得B正确;C.当时,由图像可知弹力做的功由动能定理可得解得小球的速度大小C错误;D.小球在位置会继续向下运动而压缩弹簧,小球在最低点时,有由牛顿第二定律可知小球在最低点则D错误。故选B。15.B【详解】A.开始时A、B处于静止状态,对AF+mAgsinθ=kx1解得x1=0.15m=15cm所以当弹簧恢复原长时,物块A沿斜面上升15cm.A错误;B.当B刚要离开挡板时,挡板的支持为0,对Bkx2=mBgsinθ代入数据得x2=0.025m此时A向上的位移:x=x1+x2=0.15m+0.025m=0.175m重力克服重力做的功代入数据得W=1.75JB正确;C.B刚要离开挡板前B受到向上的拉力,则弹簧对A的拉力方向向下,所以在B要离开挡板前,弹簧先对A做正功,然后做负功.C错误;D.当弹簧的弹力等于A沿斜面的重力分量时,此时A的速度最大,D错误。故选B。16.D【详解】A.对金属环受力分析如图所示,环开始释放瞬间,金属环受到重力mg、杆的弹力FN,在沿杆的方向,由牛顿第二定律有mgsin45°=ma解得加速度大小A正确,不符合题意;B.当金属环的加速度等于零时,速度最大,此时金属环受力分析,受重力mg、杆的支持力FN、弹簧的弹力F,如图所示,则有mgsin45°=Fcos45°F=k?x解得形变量由几何知识可知,两个小球下降的高度为对系统只有重力、弹力做功,对两个金属环和弹簧由机械能守恒定律可得2mgh=解得B正确,不符合题意;D.金属环下降h′达到最低时,速度减小到零,形变量为2h′,弹簧弹性势能最大,由机械能守恒定律有2mgh′=k(2h′)2解得D错误,符合题意;C.金属环下降到最低点时,金属环和细杆的弹力最大,在垂直细杆的方向上FN=mgsin45°+Fcos45°F=k×2h′解得C正确,不符合题意。故选D。17.D【详解】AB.在bc段做匀减速运动,加速度大小为由牛顿第二定律有解得所以AB错误;C.离开弹簧上滑到最高点的时间为则t=0.3s时刻滑块的速度大小为0,根据解得滑块下滑的加速度为则t=0.4s时刻滑块的速度大小为所以C错误;D.根据动能定理可得,0~0.1s内弹簧弹力做功为解得所以D正确;故选D。18.B【详解】AB.当c刚离开地面时,弹簧弹力大小为且此时弹簧伸长量为,而开始释放时,弹簧压缩量也为,这个过程中,b上升的高度由于弹簧的弹性势能没有发生变化,由a、b组成的系统机械能守恒解得A错误,B正确;CD.释放瞬间,根据牛顿第二定律,对物体a对物体b解得C、D错误。故选B。19.D【详解】设小物体A、B静止时弹簧形变量为x1,A、B恰好分离时弹簧形变量为x2,静止时有B恰好分离时二者之间的弹力为零具有相同的加速度和速度,根据牛顿第二定律有根据功能关系得联立解得故选D。20.ACD【详解】A.初始A静止,由共点力的平衡可得mg=kx1当B刚好被提起时由平衡方程可得mg=kx2由于过程中C下滑4m,故可得x1+x2=2m联立解得k=20N/m故A正确;BC.对AC及弹簧构成的整体系统,由于该过程中,除重力外,绳的拉力的功为零,弹簧的弹性势能不变,故该过程系统机械能守恒,设当C下滑4m时其速度为v,则由关联速度及几何关系可得此时A的速度为故有:解得此时的速度为该过程,对A列动能定理可得解得绳子对物块A做的功为W≈55.6J故B错误,C正确;D.由于该过程中,绳子对物块C做功的大小等于物块C机械能的减小量;由AC系统机械能守恒,所以C机械能的减少量等于A机械能的增加量;A机械能的增加量等于A动能的增加量与A重力势能增加量之和,综上绳子对物块C做功的大小大于物块A动能增加量,D正确。故选ACD。21.AB【详解】A.刚离开地面时,对C有此时B有最大速度,即则对B有对A有以上方程联立可解得α=37°故A正确。BC.初始系统静止,且线上无拉力,对B有由上问知则从释放至A刚离开地面过程中,弹性势能变化量为零。此过程中ABC组成的系统机械能守恒,即以上方程联立可解得所以A和B获得最大速度均为,故B正确,C错误。D.释放A的瞬间,对A对B解得B球的加速度大小为故D错误。故选AB。 展开更多...... 收起↑ 资源预览