2019-2020年高中物理第四章能量守恒與可持續(xù)發(fā)展章末檢測(cè)滬科版一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共48分)1.下列說法中正確的是()A.能就是功，功就是能B.做功越多，物體的能量就越大C.外力對(duì)物體不做功，這個(gè)物體就沒有能量D.能量轉(zhuǎn)化的多少可以用做功來量度答案D解析功和能是兩個(gè)不同的概念，故A錯(cuò)；做功的多少只是說明了能量轉(zhuǎn)化的多少，而不能說明能量的多少，故B錯(cuò)；外力做功與否不能說明物體能量的有無，故C錯(cuò)；功是能量轉(zhuǎn)化的量度，故D對(duì).2.汽車關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后恰能沿斜坡勻速下滑，在這個(gè)過程中()A.汽車的機(jī)械能守恒B.汽車的動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化C.機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量守恒D.機(jī)械能和內(nèi)能之間沒有轉(zhuǎn)化答案C解析汽車關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后，勻速下滑，重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡，摩擦阻力做功，汽車摩擦生熱，溫度升高，有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，機(jī)械能減少，但總能量守恒.因此，只有選項(xiàng)C正確.3.如圖1所示，小球m分別從A點(diǎn)和B點(diǎn)無初速度地釋放，則經(jīng)過最低點(diǎn)C時(shí)，小球的速率之比v1v2為(空氣阻力不計(jì))()圖1A.1 B.1C.21 D.12答案B4.一蹦極運(yùn)動(dòng)員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺(tái)下落，到最低點(diǎn)時(shí)距水面還有數(shù)米距離.假定空氣阻力可忽略，運(yùn)動(dòng)員可視為質(zhì)點(diǎn)，下列說法錯(cuò)誤的是()A.運(yùn)動(dòng)員到達(dá)最低點(diǎn)前重力勢(shì)能始終減小B.蹦極繩張緊后的下落過程中，彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能增加C.蹦極過程中，運(yùn)動(dòng)員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D.蹦極過程中，重力勢(shì)能的改變與零勢(shì)能參考平面的選取有關(guān)答案D5.如圖2所示，有一內(nèi)壁光滑的閉合橢圓形管道，置于豎直平面內(nèi)，MN是通過橢圓中心O點(diǎn)的水平線.已知一小球從M點(diǎn)出發(fā)，初速率為v0，沿管道MPN運(yùn)動(dòng)，到N點(diǎn)的速率為v1，所需時(shí)間為t1；若該小球仍由M點(diǎn)以初速率v0出發(fā)，而沿管道MQN運(yùn)動(dòng)，到N點(diǎn)的速率為v2，所需時(shí)間為t2，則()圖2A.v1v2，t1>t2 B.v1<v2，t1>t2C.v1v2，t1<t2 D.v1<v2，t1<t2答案A解析根據(jù)機(jī)械能守恒定律可知v1v2，再根據(jù)速率變化特點(diǎn)知，小球由M到P再到N，速率先減小至最小，再增大到原速率.小球由M到Q再到N，速率先增大至最大，再減小到原速率.由兩球運(yùn)動(dòng)速率特點(diǎn)以及兩條路徑的路程相等可畫出如圖所示圖像，由圖像可知小球沿MQN路徑運(yùn)動(dòng)的平均速率大，所以t1>t2，故選項(xiàng)A正確.6.如圖3所示，光滑圓軌道固定在豎直面內(nèi)，一質(zhì)量為m的小球沿軌道做完整的圓周運(yùn)動(dòng).已知小球在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小為N1，在最高點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大小為N2.重力加速度大小為g，則N1N2的值為()圖3A.3mg B.4mg C.5mg D.6mg答案D解析設(shè)小球在最低點(diǎn)速度為v1，在最高點(diǎn)速度為v2，根據(jù)牛頓第二定律，在最低點(diǎn)有N1mgm，在最高點(diǎn)有N2mgm，從最高點(diǎn)到最低點(diǎn)，根據(jù)機(jī)械能守恒有mg2Rmvmv，聯(lián)立以上三式可以得到：N1N26mg，故選項(xiàng)D正確.7.質(zhì)量為4 kg的物體被人由靜止開始向上提升0.25 m后速度達(dá)到1 m/s，不計(jì)空氣阻力，g取10 m/s2，則下列說法正確的是()A.人對(duì)物體傳遞的功為12 JB.合外力對(duì)物體做功為12 JC.物體克服重力做功為10 JD.人對(duì)物體做的功等于物體增加的動(dòng)能答案C解析人提升物體的過程中，人對(duì)物體做了功，對(duì)物體傳遞了能量，不能說人對(duì)物體傳遞了功，A錯(cuò)誤；合外力對(duì)物體做的功(包括重力)等于物體動(dòng)能的變化，W合mv22 J，B錯(cuò)誤；物體克服重力做的功等于物體重力勢(shì)能的增加量，WGmgh10 J，C正確；W人mghmv212 J，D錯(cuò)誤.8.如圖4所示，傳送帶與水平地面的夾角為，傳送帶以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，在傳送帶底端無初速度地放置一個(gè)質(zhì)量為m的物體，當(dāng)物體上升高度h時(shí)，物體已經(jīng)相對(duì)傳送帶靜止，在這個(gè)過程中對(duì)物體分析正確的是()圖4A.動(dòng)能增加mghB.動(dòng)能增加mv2C.重力勢(shì)能增加mghD.重力勢(shì)能增加mghmv2答案BC解析當(dāng)物體相對(duì)傳送帶靜止時(shí)，物體的速度與傳送帶的速度相等，物體的動(dòng)能增加了mv2，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；物體升高了h，物體的重力勢(shì)能增加了mgh，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤.9.xx跳水世界杯賽在巴西里約熱內(nèi)盧舉行，中國選手邱波在男子10米臺(tái)的較量中以557.75分獲得冠軍.在高臺(tái)跳水比賽中，質(zhì)量為m的邱波進(jìn)入水中后受到水的阻力(包含浮力)而豎直向下做減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)水對(duì)他的阻力大小恒為F，則在他減速下降深度為h的過程中，下列說法正確的是(g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?()A.他的動(dòng)能減少了FhB.他的重力勢(shì)能減少了mghC.他的機(jī)械能減少了(Fmg)hD.他的機(jī)械能減少了Fh答案BD解析根據(jù)動(dòng)能定理，動(dòng)能的減少量等于合外力所做的功，所以EkFhmgh，A錯(cuò)誤；他的重力勢(shì)能減少了mgh，B正確；他的機(jī)械能減少量是除重力之外的力所做的功Fh，C錯(cuò)誤，D正確.10.如圖5所示，卷揚(yáng)機(jī)的繩索通過光滑定滑輪用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移動(dòng).在移動(dòng)過程中，下列說法正確的是()圖5A.F對(duì)木箱做的功等于木箱增加的動(dòng)能與木箱克服摩擦力所做的功之和B.F對(duì)木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和C.木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力勢(shì)能D.F對(duì)木箱做的功等于木箱增加的機(jī)械能與木箱克服摩擦力所做的功之和答案CD解析木箱加速上移的過程中，拉力F做正功，重力和摩擦力做負(fù)功，支持力不做功，由動(dòng)能定理得：WFWGWfmv20.即WFWGWfmv2.A、B錯(cuò)誤，D正確.又因木箱克服重力做功WG等于木箱重力勢(shì)能的增加量，故C正確.11.如圖所示，A、B、C、D四圖中的小球以及小球所在的左側(cè)斜面完全相同，現(xiàn)從同一高度h處由靜止釋放小球，使之進(jìn)入右側(cè)不同的豎直軌道：除去底部一小圓弧，A圖中的軌道是一段斜面，高度大于h；B圖中的軌道與A圖中軌道相比只是短了一些，且斜面高度小于h；C圖中的軌道是一個(gè)內(nèi)徑略大于小球直徑的管道，其上部為直管，下部為圓弧形，與斜面相連，管的高度大于h；D圖中的軌道是個(gè)半圓形軌道，其直徑等于h.如果不計(jì)任何摩擦阻力和拐彎處的能量損失，小球進(jìn)入右側(cè)軌道后能到達(dá)h高度的是()答案AC解析小球在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，A、C圖中小球不能脫離軌道，在最高點(diǎn)速度為零，因而可以達(dá)到h高度.但B、D圖中小球都會(huì)脫離軌道而做斜拋運(yùn)動(dòng)，在最高點(diǎn)具有水平速度，所以在最高點(diǎn)的重力勢(shì)能要小于mgh(以最低點(diǎn)為零勢(shì)能面)，即最高點(diǎn)的高度要小于h，選項(xiàng)A、C正確.12.如圖6所示，重10 N的滑塊在傾角為30的斜面上，從a點(diǎn)由靜止開始下滑，到b點(diǎn)接觸到一個(gè)輕彈簧，滑塊壓縮彈簧到c點(diǎn)開始彈回，返回b點(diǎn)離開彈簧，最后又回到a點(diǎn).已知ab1 m，bc0.2 m，那么下列說法中正確的是()圖6A.整個(gè)過程中滑塊動(dòng)能的最大值為6 JB.整個(gè)過程中彈簧彈性勢(shì)能的最大值為6 JC.從c到b彈簧的彈力對(duì)滑塊做功6 JD.整個(gè)過程中彈簧、滑塊與地球組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒答案BCD解析滑塊能回到原出發(fā)點(diǎn)，所以機(jī)械能守恒，D正確；以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，則a點(diǎn)的機(jī)械能為6 J，c點(diǎn)時(shí)的速度為0，重力勢(shì)能為0，所以彈性勢(shì)能的最大值為6 J，從c到b彈簧的彈力對(duì)滑塊做的功等于彈性勢(shì)能的減少量，故為6 J，所以選項(xiàng)B、C、D正確.二、實(shí)驗(yàn)題(本題共2小題，共12分)13.(6分)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)采用重物自由下落的方法.(g取10 m/s2)(1)用公式mv2mgh，對(duì)紙帶上起點(diǎn)的要求是初速度為_，為達(dá)到此目的，所選擇的紙帶第1、2兩點(diǎn)間距應(yīng)接近_.(2)若實(shí)驗(yàn)中所用重物質(zhì)量m1 kg，打點(diǎn)紙帶如圖7甲所示，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s，則記錄B點(diǎn)時(shí)，重物速度vB_，重物的動(dòng)能EkB_，從開始下落至B點(diǎn)，重物的重力勢(shì)能減少量是_，因此可得出的結(jié)論是_.圖7(3)根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點(diǎn)的速度值，量出下落的距離，則以為縱軸，以h為橫軸畫出的圖線應(yīng)是圖乙中的_.答案(1)02 mm(2)0.59 m/s0.174 J0.176 J在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，重物動(dòng)能的增加量等于重力勢(shì)能的減少量(3)C解析(1)初速度為0，所選的第1、2兩點(diǎn)間距應(yīng)接近2 mm.(2)vB m/s0.59 m/sEkBmv10.592 J0.174 JEpmgh11017.6103 J0.176 J在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，重物動(dòng)能的增加量等于重力勢(shì)能的減少量.(3)由mv2mgh可得ghh，故選項(xiàng)C正確.14.(6分)某同學(xué)根據(jù)機(jī)械能守恒定律，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究彈簧的彈性勢(shì)能與壓縮量的關(guān)系.(1)如圖8甲所示，將輕質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺(tái)，在上端的托盤中依次增加砝碼，測(cè)量相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表，由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)k_ N/m.(g取9.80 m/s2)圖8砝碼質(zhì)量/g50100150彈簧長(zhǎng)度/cm8.627.636.66(2)取下彈簧，將其一端固定于氣墊導(dǎo)軌左側(cè)，如圖乙所示，調(diào)整導(dǎo)軌使滑塊自由滑動(dòng)時(shí)，通過兩個(gè)光電門的速度大小_.(3)用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；釋放滑塊，記錄滑塊脫離彈簧后的速度v.釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為_.(4)重復(fù)(3)中的操作，得到v與x的關(guān)系如圖丙，由圖可知，v與x成_關(guān)系.由上述實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論：對(duì)同一根彈簧，彈性勢(shì)能與彈簧的_成正比.答案(1)50(2)相等(3)滑塊的動(dòng)能(4)正比壓縮量的二次方解析(1)加50 g砝碼時(shí)，彈簧彈力F1mgk1(l0l1)，加100 g砝碼時(shí)F22mgk1(l0l2)，F(xiàn)F2F1k1(l1l2)，則k149.5 N/m，同理由加100 g砝碼和加150 g砝碼的情況可求得k250.5 N/m，則勁度系數(shù)k50 N/m.(2)使滑塊通過兩個(gè)光電門時(shí)的速度大小相等，就可以認(rèn)為滑塊離開彈簧后做勻速直線運(yùn)動(dòng).(3)彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為滑塊的動(dòng)能.(4)圖線是過原點(diǎn)的直線，所以v與x成正比，整個(gè)過程彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，即E彈Ekmv2，彈性勢(shì)能與速度的二次方成正比，則彈性勢(shì)能與彈簧壓縮量x的二次方成正比.三、計(jì)算題(本題共4小題，共40分，解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，有數(shù)值計(jì)算的答案中須明確寫出數(shù)值和單位)15.(8分)在地面處，以30 m/s的初速度豎直向上拋出一個(gè)小球，不計(jì)空氣阻力，取地面為零勢(shì)能面.問：(g取10 m/s2)(1)小球距地面多高時(shí)，它的重力勢(shì)能是動(dòng)能的2倍？(2)若小球在運(yùn)動(dòng)過程中，動(dòng)能是重力勢(shì)能的2倍時(shí)，它的速度大小為多少？答案(1)30 m(2)10 m/s解析(1)設(shè)小球距地面高度為h時(shí)，Ep2Ek由機(jī)械能守恒定律知EpEkmv在離地面h高處物體的重力勢(shì)能Epmgh由以上三個(gè)方程解得h30 m(2)設(shè)當(dāng)小球速度為v時(shí)，Ek2Ep，Ekmv2由機(jī)械能守恒定律知EkEpmv由以上三個(gè)方程解得v10 m/s.16.(10分)如圖9所示，豎直平面內(nèi)半徑為R的光滑半圓形軌道，與水平軌道AB相連接，AB的長(zhǎng)度為s.一質(zhì)量為m的小球，在水平恒力F作用下由靜止開始從A向B運(yùn)動(dòng)，小球與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，到B點(diǎn)時(shí)撤去力F，小球沿圓軌道運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力為2mg，重力加速度為g.求：圖9(1)小球在C點(diǎn)的加速度大??；(2)恒力F的大小.答案(1)3g(2)mg解析(1)由牛頓第三定律知在C點(diǎn)，軌道對(duì)小球的彈力N2mg.小球在C點(diǎn)時(shí)，受到重力和軌道對(duì)球向下的彈力，由牛頓第二定律得Nmgma，解得a3g.(2)設(shè)小球在B、C兩點(diǎn)的速度分別為v1、v2，在C點(diǎn)由a得v2.從B到C過程中，由機(jī)械能守恒定律得mvmvmg2R.解得v1.從A到B過程中，由動(dòng)能定理得Fsmgsmv0.解得Fmg.17.(10分)如圖10所示，軌道ABCD平滑連接，其中AB為光滑的曲面，BC為粗糙水平面，CD為半徑為r的內(nèi)壁光滑的四分之一圓管，管口D正下方直立一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧，彈簧下端固定，上端恰好與D端齊平.質(zhì)量為m的小球在曲面AB上距BC高為3r處由靜止下滑，進(jìn)入管口C端時(shí)與圓管恰好無壓力作用，通過CD后壓縮彈簧，壓縮過程中小球速度最大時(shí)彈簧彈性勢(shì)能為Ep.已知小球與水平面BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，求：圖10(1)水平面BC的長(zhǎng)度s；(2)小球向下壓縮彈簧過程中的最大動(dòng)能Ekm.答案(1)(2)mgrEp解析(1)由小球在C點(diǎn)對(duì)軌道沒有壓力，有mgm小球從出發(fā)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中，由動(dòng)能定理得3mgrmgsmv解得s.(2)速度最大時(shí)，小球加速度為0，設(shè)彈簧壓縮量為x.由kxmg，得x由C點(diǎn)到速度最大時(shí)，小球和彈簧構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒設(shè)速度最大時(shí)的位置為零勢(shì)能面，有mvmg(rx)EkmEp解得EkmmgrEp.18.(12分)如圖11所示，繃緊的皮帶與水平面的夾角30，皮帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，始終保持v02 m/s的速率運(yùn)行，現(xiàn)把一質(zhì)量為m10 kg的工件(可看成質(zhì)點(diǎn))輕輕放在皮帶的底端，經(jīng)過時(shí)間1.9 s，工件被傳送到h1.5 m的高處，取g10 m/s2，求：圖11(1)工件與皮帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)電動(dòng)機(jī)由于傳送工件多消耗的電能.答案(1)(2)230 J解析(1)由題圖可知，皮帶長(zhǎng)s3 m.工件速度達(dá)到v0前，做勻加速運(yùn)動(dòng)的位移s1t1t1，勻速運(yùn)動(dòng)的位移為ss1v0(tt1)，解得加速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t10.8 s.加速運(yùn)動(dòng)的位移s10.8 m，所以加速度a2.5 m/s2，由牛頓第二定律有：mgcos mgsin ma，解得：.(2)從能量守恒的觀點(diǎn)看，顯然電動(dòng)機(jī)多消耗的電能用于增加工件的動(dòng)能、勢(shì)能以及克服皮帶與工件之間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)摩擦力做功產(chǎn)生的熱量.在時(shí)間t1內(nèi)，皮帶運(yùn)動(dòng)的位移s皮v0t11.6 m，在時(shí)間t1內(nèi)，工件相對(duì)皮帶的位移s相s皮s10.8 m，在時(shí)間t1內(nèi)，摩擦生熱Qmgcos s相60 J，工件獲得的動(dòng)能Ekmv20 J，工件增加的重力勢(shì)能Epmgh150 J，電動(dòng)機(jī)多消耗的電能WQEkEp230 J.