(浙江專(zhuān)用)2022-2023學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律章末檢測(cè)卷 新人教版必修2
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1、(浙江專(zhuān)用)2022-2023學(xué)年高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律章末檢測(cè)卷 新人教版必修2 一、選擇題(共13小題,每小題4分,共52分。在每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的,不選、多選、錯(cuò)選均不得分。) 1.如圖1所示,小車(chē)在與水平方向成α角的恒力F作用下,沿水平地面向右運(yùn)動(dòng)一段距離l,此過(guò)程中力F對(duì)小車(chē)所做的功為( ) 圖1 A.Fl B.Flsin α C.Flcos α D.Fltan α 答案 C 2.總質(zhì)量約為3.8噸“嫦娥三號(hào)”探測(cè)器在距月面3 m處關(guān)閉反推發(fā)動(dòng)機(jī),讓其以自由落體方式降落在月球表面。4條著陸腿觸月信號(hào)顯示,“嫦娥三號(hào)”完美著
2、陸月球虹灣地區(qū)。月球表面附近重力加速度約為1.6 m/s2,4條著陸腿可視作完全相同的四個(gè)輕彈簧,在軟著陸后,每個(gè)輕彈簧獲得的彈性勢(shì)能大約是( ) 圖2 A.28 500 J B.4 560 J C.18 240 J D.9 120 J 解析 由機(jī)械能守恒定律,mgh=4Ep,解得Ep==4 560 J,選項(xiàng)B正確。 答案 B 3.某運(yùn)動(dòng)員臂長(zhǎng)為L(zhǎng),將質(zhì)量為m的鉛球推出,鉛球出手時(shí)的速度大小為v0,方向與水平方向成30°角,則該運(yùn)動(dòng)員對(duì)鉛球所做的功是( ) A. B.mgL+mv C.mv D.mgL+mv 解析 設(shè)運(yùn)動(dòng)員對(duì)鉛球做功為W,由動(dòng)能定理得 W
3、-mgLsin 30°=mv,所以W=mgL+mv。 答案 A 4.如圖3是“神舟”系列航天飛船返回艙返回地面的示意圖,假定其過(guò)程可簡(jiǎn)化為打開(kāi)降落傘一段時(shí)間后,整個(gè)裝置勻速下降,為確保安全著陸,需點(diǎn)燃返回艙的緩沖火箭,在火箭噴氣過(guò)程中返回艙做減速直線運(yùn)動(dòng),則( ) 圖3 A.火箭開(kāi)始噴氣瞬間傘繩對(duì)返回艙的拉力變小 B.返回艙在噴氣過(guò)程中減速的主要原因是空氣阻力 C.返回艙在噴氣過(guò)程中所受合外力可能做正功 D.返回艙在噴氣過(guò)程中處于失重狀態(tài) 解析 由整體法、隔離法結(jié)合牛頓第二定律,可知A正確,B錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理可知C錯(cuò)誤;因返回艙具有豎直向上的加速度,因此處于超重狀態(tài),D錯(cuò)
4、誤。 答案 A 5.如圖4甲所示,質(zhì)量m=0.5 kg,初速度v0=10 m/s的物體,受到一個(gè)與初速度方向相反的外力F的作用,沿粗糙的水平面滑動(dòng),經(jīng)3 s撤去外力,直到物體停止,整個(gè)過(guò)程物體的vt圖象如圖乙所示,g取10 m/s2,則( ) 圖4 A.物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2 B.0~2 s內(nèi)F做的功為8 J C.0~7 s內(nèi)由于摩擦產(chǎn)生的熱量為25 J D.0~7 s內(nèi)物體滑行的總位移為29 m 解析 由圖象可知物體在3~7 s內(nèi)僅受摩擦力做減速運(yùn)動(dòng),其加速度大小a=1 m/s2=μg,得物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1,A錯(cuò);計(jì)算0~7 s內(nèi)圖線與坐標(biāo)軸所圍
5、的面積可得物體滑行的總位移為x=29 m,D正確;0~7 s內(nèi)由于摩擦產(chǎn)生的熱量為Q=μmgx=14.5 J,C錯(cuò)誤;0~2 s內(nèi)物體的加速度大小a1=2 m/s2,由μmg+F=ma1可得F=0.5 N,0~2 s內(nèi)物體的位移s=v0t-a1t2=16 m,所以F做的功為W=-Fs=-8 J,B錯(cuò)誤。 答案 D 6.物體做自由落體運(yùn)動(dòng),Ek代表動(dòng)能,Ep代表勢(shì)能,h代表下落的距離,以水平地面為零勢(shì)能面(不計(jì)一切阻力)。下列圖象能正確反映各物理量之間關(guān)系的是( ) 解析 由機(jī)械能守恒定律得Ep=E-Ek,可知?jiǎng)菽芘c動(dòng)能關(guān)系的圖象為傾斜的直線,C錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理得Ek=mgh,則Ep
6、=E-mgh,故勢(shì)能與h關(guān)系的圖象也為傾斜的直線,D錯(cuò)誤;Ep=E-mv2,故勢(shì)能與速度關(guān)系的圖象為開(kāi)口向下的拋物線,B正確;Ep=E-mg2t2,勢(shì)能與時(shí)間關(guān)系的圖象也為開(kāi)口向下的拋物線,A錯(cuò)誤。 答案 B 7.放在光滑水平面上的物體,僅在兩個(gè)方向垂直的水平力的共同作用下開(kāi)始運(yùn)動(dòng),若這兩個(gè)力分別做了6 J和8 J的功,則該物體的動(dòng)能增加了( ) A.48 J B.14 J C.10 J D.2 J 解析 合力做的功為6 J+8 J=14 J,根據(jù)動(dòng)能定理知該物體的動(dòng)能增加了14 J,選項(xiàng)B正確。 答案 B 8.(2017·11月選考)如圖5所示,質(zhì)量為60 kg的某運(yùn)
7、動(dòng)員在做俯臥撐運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可將她的身體視為一根直棒。已知重心在c點(diǎn),其垂線與腳、兩手連線中點(diǎn)間的距離oa、ob分別為0.9 m和0.6 m。若她在1 min內(nèi)做了30個(gè)俯臥撐,每次肩部上升的距離均為0.4 m,則克服重力做的功和相應(yīng)的功率約為( ) 圖5 A.430 J,7 W B.4 300 J,70 W C.720 J,12 W D.7 200 J,120 W 解析 設(shè)重心上升的高度為h,根據(jù)相似三角形可知,每次俯臥撐中,有=,即h=0.24 m。一次俯臥撐中,克服重力做功W=mgh=60×10×0.24 J=144 J,所以一分鐘內(nèi)克服重力做的總功為W總=NW=4
8、320 J,功率P==72 W,故選項(xiàng)B正確。 答案 B 9.質(zhì)量為2 kg的物體做自由落體運(yùn)動(dòng),下落前2 s內(nèi)重力所做的功及前2 s內(nèi)重力做功的平均功率分別為(g取10 m/s2)( ) A.400 J;200 W B.200 J;200 W C.200 J;400 W D.400 J;400 W 解析 2 s物體下落的高度h=gt2=20 m,則重力做功W=mgh=400 J,重力平均功率P==200 W,A正確。 答案 A 10.質(zhì)量為5 t的汽車(chē),在水平路面上以加速度a=2 m/s2啟動(dòng),受到的阻力為2×103 N,則汽車(chē)啟動(dòng)后第2 s末的瞬時(shí)功率為( ) A.
9、48 kW B.24 kW C.22 kW D.11 kW 解析 根據(jù)牛頓第二定律有F-f=ma,汽車(chē)第2 s末的速度v=at=4 m/s,第2 s末的瞬時(shí)功率P=Fv=48 kW,選項(xiàng)A正確。 答案 A 11.某同學(xué)用頻閃相機(jī)拍攝了運(yùn)動(dòng)員跳遠(yuǎn)比賽時(shí)助跑中某點(diǎn)、起跳點(diǎn)、最高點(diǎn)、落地點(diǎn)四個(gè)位置的照片,簡(jiǎn)化圖如圖6所示。則運(yùn)動(dòng)員起跳瞬間消耗的體能最接近( ) 圖6 A.4 J B.40 J C.400 J D.4 000 J 解析 運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量約為50 kg,跳遠(yuǎn)過(guò)程中最高點(diǎn)距地面約為0.6 m,速度為v,則由機(jī)械能守恒有:E=mgh+mv2,最高點(diǎn)處可忽略v,則
10、E=mgh=50×10× 0.6 J=300 J,故選項(xiàng)C正確。 答案 C 12.一小石子從高為10 m處自由下落,不計(jì)空氣阻力,經(jīng)一段時(shí)間后小石子的動(dòng)能恰等于它的重力勢(shì)能(以地面為參考平面),g=10m/s2,則該時(shí)刻小石子的速度大小為( ) A.5 m/s B.10 m/s C.15 m/s D.20 m/s 解析 設(shè)小石子的動(dòng)能等于它的重力勢(shì)能時(shí)速度為v,根據(jù)機(jī)械能守恒定律得 mgh=mgh′+mv2 由題意知mgh′=mv2,所以mgh=mv2 故v==10 m/s,B正確。 答案 B 13.質(zhì)量為m的小球被系在輕繩的一端,在豎直平面內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)
11、動(dòng),如圖7所示,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中小球受到空氣阻力的作用。設(shè)某一時(shí)刻小球通過(guò)軌道的最底點(diǎn),此時(shí)繩子所受拉力為7mg,此后小球繼續(xù)做圓周運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)半個(gè)圓周恰能通過(guò)最高點(diǎn),則在此過(guò)程中小球克服空氣阻力所做的功為( ) 圖7 A. B. C. D.mgR 解析 在最低點(diǎn)有7mg-mg=,在最高點(diǎn)有mg=,由最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的過(guò)程,根據(jù)動(dòng)能定理得-2mgR-Wf=mv-mv 由以上三個(gè)方程解得Wf=mgR,故C正確。 答案 C 二、非選擇題(本題共6小題,共48分) 14. (5分)如圖8為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖?,F(xiàn)有的器材為帶鐵夾的鐵架臺(tái)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶鐵夾
12、的重錘、天平?;卮鹣铝袉?wèn)題: 圖8 (1)為完成此實(shí)驗(yàn),除了所給的器材,還需要的器材有________。(填入正確選項(xiàng)前的字母) A.米尺 B.秒表 C.0~12 V的直流電源 D.0~12 V的交流電源 (2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有________。(寫(xiě)出兩個(gè)原因) 解析 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需接交流電源;需要用米尺測(cè)量紙帶上打出的點(diǎn)之間的距離。 答案 (1)AD (2)①紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔之間的摩擦、空氣阻力 ②用米尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差 ③計(jì)算勢(shì)能變化時(shí),選取初末兩點(diǎn)距離過(guò)近 15.(5分)如圖9所示是某同學(xué)探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)裝置。已知重力加速度為g,不計(jì)
13、滑輪摩擦阻力,該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟如下: 圖9 a.將長(zhǎng)木板傾斜放置,小車(chē)放在長(zhǎng)木板上,長(zhǎng)木板旁放置兩個(gè)光電門(mén)A和B,砂桶通過(guò)滑輪與小車(chē)相連。 b.調(diào)整長(zhǎng)木板傾角,使得小車(chē)恰好能在細(xì)繩的拉力作用下勻速下滑,測(cè)得砂和砂桶的總質(zhì)量為m。 c.某時(shí)刻剪斷細(xì)繩,小車(chē)由靜止開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng)。 d.測(cè)得擋光片通過(guò)光電門(mén)A的時(shí)間為Δt1,通過(guò)光電門(mén)B的時(shí)間為Δt2,擋光片寬度為d,小車(chē)質(zhì)量為M,兩個(gè)光電門(mén)A和B之間的距離為L(zhǎng)。 e.依據(jù)以上數(shù)據(jù)探究動(dòng)能定理。 (1)根據(jù)以上步驟,你認(rèn)為以下關(guān)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的表述正確的是________。 A.實(shí)驗(yàn)時(shí),先接通光電門(mén),后剪斷細(xì)繩 B.實(shí)驗(yàn)時(shí),小車(chē)加速運(yùn)
14、動(dòng)的合外力為F=Mg C.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不需要測(cè)出斜面的傾角 D.實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)滿(mǎn)足砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量M (2)小車(chē)經(jīng)過(guò)光電門(mén)A、B的瞬時(shí)速度為vA=________、vB=________。如果關(guān)系式________________________________在誤差允許范圍內(nèi)成立,就驗(yàn)證了動(dòng)能定理。 答案 (1)AC (2) mgL=M()2-M()2 16.(8分)如圖10所示,QB段是半徑為R=1 m的光滑圓弧軌道,AQ段是長(zhǎng)度為L(zhǎng)=1 m的粗糙水平軌道,兩軌道相切于Q點(diǎn),Q在圓心O的正下方,整個(gè)軌道位于同一豎直平面內(nèi)。物塊P的質(zhì)量m=1 kg(可視為質(zhì)點(diǎn)),P與
15、AQ間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1,若物塊P以速度v0從A點(diǎn)滑上水平軌道,到C點(diǎn)又返回A點(diǎn)時(shí)恰好靜止。(g取10 m/s2)求: 圖10 (1)v0的大??; (2)物塊P第一次剛通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力。 解析 (1)物塊P從A到C又返回A的過(guò)程中,由動(dòng)能定理有: -μmg·2L=0-mv 解得v0==2 m/s (2)設(shè)物塊P第一次剛通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速度為v,在Q點(diǎn)軌道對(duì)P的支持力為FN,由動(dòng)能定理和牛頓第二定律有: -μmgL=mv2-mv FN-mg=m 解得:FN=12 N 由牛頓第三定律可知,物塊P第一次剛通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力大小為 12 N,方向豎直向下。
16、 答案 (1)2 m/s (2)12 N,方向豎直向下 17.(8分)高一年級(jí)某“機(jī)器人”社團(tuán)對(duì)自制的一輛電動(dòng)遙控小車(chē)的性能進(jìn)行研究,他們讓小車(chē)在水平直軌道上由靜止開(kāi)始始終以額定功率運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)t=5 s時(shí)小車(chē)達(dá)到最大速度,小車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的部分vt圖象如圖11所示。已知小車(chē)質(zhì)量為m=1 kg,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力大小恒為車(chē)重的0.1倍,g取10 m/s2。求: 圖11 (1)小車(chē)的額定功率; (2)小車(chē)在0~5 s內(nèi)的位移大小。 解析 (1)設(shè)小車(chē)的額定功率為P,由題意,有 P=0.1 mgvmax 解得P=4 W (2)設(shè)小車(chē)在0~5 s內(nèi)的位移大小為x,由動(dòng)能定理,
17、有 Pt-0.1mgx=mv 解得x=12 m 答案 (1)4 W (2)12 m 18.(10分)如圖12,一個(gè)小球沿光滑固定軌道從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始滑下。已知軌道的末端水平,距水平地面的高度h=3.2 m,小球落地點(diǎn)距軌道末端的水平距離x=4.8 m,取g=10 m/s2,求: 圖12 (1)小球離開(kāi)軌道時(shí)的速度大??; (2)A點(diǎn)離地面的高度H。 解析 (1)設(shè)小球離開(kāi)軌道時(shí)的速度大小為v,對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程有x=vt h=gt2 所以v=x=6 m/s (2)對(duì)于小球在軌道上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,根據(jù)機(jī)械能守恒定律有 mg(H-h(huán))=mv2 所以H=h+=5 m 答案 (
18、1)6 m/s (2)5 m 19.(12分)(2016·10月浙江選考)如圖13所示,游樂(lè)場(chǎng)的過(guò)山車(chē)可以底朝上在豎直圓軌道上運(yùn)行,可抽象為圖14的模型。傾角為45°的直軌道AB,半徑R=10 m的光滑豎直圓軌道和傾角為37°的直軌道EF,分別通過(guò)水平光滑銜接軌道BC、C′E平滑連接,另有水平減速直軌道FG與EF平滑連接,EG間的水平距離l=40 m?,F(xiàn)有質(zhì)量m=500 kg的過(guò)山車(chē),從高h(yuǎn)=40 m處的A點(diǎn)靜止下滑,經(jīng)BCDC′EF最終停在G點(diǎn)。過(guò)山車(chē)與軌道AB、EF的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ1=0.2,與減速直軌道FG的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=0.75,過(guò)山車(chē)可視為質(zhì)點(diǎn),運(yùn)動(dòng)中不脫離軌道,取g=10 m
19、/s2,求: 圖13 圖14 (1)過(guò)山車(chē)運(yùn)動(dòng)至圓軌道最低點(diǎn)C時(shí)的速度大??; (2)過(guò)山車(chē)運(yùn)動(dòng)至圓軌道最高點(diǎn)D時(shí)對(duì)軌道的作用力; (3)減速直軌道FG的長(zhǎng)度x。(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8) 解析 (1)設(shè)C點(diǎn)的速度為vC,由動(dòng)能定理得: mgh-μ1mgcos 45°·=mv 代入數(shù)據(jù)解之得:vC=8 m/s。 (2)設(shè)D點(diǎn)速度為vD,由動(dòng)能定理得: mg(h-2R)-μ1mgcos 45°·=mv F+mg=m 聯(lián)立并代入數(shù)值解得F=7×103 N。 由牛頓第三定律,過(guò)山車(chē)在D點(diǎn)對(duì)軌道的壓力為7×103 N,方向豎直向上。 (3)全程應(yīng)用動(dòng)能定理得 mg[h-(l-x)tan 37°]-μ1mgcos 45°·-μ1mg(l-x)-μ2mgx=0, 解之得x=30 m。 答案 (1)8 m/s (2)7×103 N 方向豎直向上 (3)30 m
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