（山東專用）2020版高考物理一輪復習 第五章 機械能綜合檢測（含解析）新人教版

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1、機械能綜合檢測(時間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共12小題,每小題4分,共48分.在每小題給出的四個選項中,第17小題只有一個選項正確,第812小題有多個選項正確,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯或不選的得0分)1. 如圖所示,質(zhì)量為m的鉤碼在彈簧測力計的作用下豎直向上運動.設彈簧測力計的示數(shù)為FT,不計空氣阻力,重力加速度為g.則(D)A.FT=mg時,鉤碼的機械能不變B.FTmg時,鉤碼的機械能增加解析:無論FT與mg的關(guān)系如何,FT與鉤碼位移的方向一致,FT做正功,鉤碼的機械能增加,選項D正確.2.下表列出了某種型號轎車的部分數(shù)據(jù),試根據(jù)表中數(shù)據(jù)回答問題.長/m

2、m寬/mm高/mm4 8711 8351 460凈重/kg1 500傳動系統(tǒng)前輪驅(qū)動與擋變速發(fā)動機型式直列4缸發(fā)動機排量(L)2.2最高時速(km/h)252100 km/h的加速時間(s)10額定功率(kW)140如圖為轎車中用于改變車速的擋位.手推變速桿到達不同擋位可獲得不同的運行速度,從“15”逐擋速度增大,R是倒車擋.轎車要以最大動力上坡,變速桿應推至擋位及該車以額定功率和最高速度運行時轎車的牽引力分別為(D)A.“5”擋,8 000 N B.“5”擋,2 000 NC.“1”擋,4 000 N D.“1”擋,2 000 N解析:由P=Fv可知,要獲得大的動力應當用低速擋,即“1”擋;

3、由P=Fvm,解得F=2 000 N,選項D正確.3. 蹦極是一項既驚險又刺激的運動,深受年輕人的喜愛.如圖所示,蹦極者從P點靜止跳下,到達A處時彈性繩剛好伸直,繼續(xù)下降到最低點B處,離水面還有數(shù)米距離.蹦極者在其下降的整個過程中,重力勢能的減少量為E1、繩的彈性勢能增加量為E2,克服空氣阻力做功為W,則下列說法正確的是(C)A.蹦極者從P到A的運動過程中,機械能守恒B.蹦極者與繩組成的系統(tǒng)從A到B的過程中,機械能守恒C.E1=W+E2D.E1+E2=W解析:蹦極者從P到A的過程中,除了重力做功以外,還有空氣阻力做功,機械能不守恒,選項A錯誤;從A到B的過程中,對于系統(tǒng),除了重力和彈力做功以外

4、,有阻力做功,系統(tǒng)機械能不守恒,選項B錯誤;根據(jù)能量守恒知,由于動能變化量為零,重力勢能的減小量等于彈性勢能的增加量與克服阻力做功之和,即E1=W+E2,選項C正確,D錯誤.4.放置于固定斜面上的物塊,在平行于斜面向上的拉力F作用下,沿斜面向上做直線運動.拉力F和物塊速度v隨時間t變化的圖像如圖,則(C)A.第1 s內(nèi)物塊受到的合外力為5.0 NB.物塊的質(zhì)量為11 kgC.第1 s內(nèi)拉力F的功率逐漸增大D.前3 s內(nèi)物塊機械能先增大后不變解析:由vt圖像可知:01 s內(nèi)物塊做勻加速運動,且a=0.5 m/s2,13 s內(nèi)物塊做勻速運動由Ft圖像及受力分析可得,F1-(mgsin +f)=ma

5、,F2-(mgsin +f)=0,聯(lián)立得m=1 kg,故選項A,B錯誤;第1 s內(nèi)速度v逐漸增大,由P=Fv可知F的功率逐漸增大,選項C正確;前 3 s 內(nèi)除重力以外的合外力做正功,所以物塊的機械能一直增大,選項D錯誤.5. 剎車距離是衡量汽車安全性能的重要參數(shù)之一,如圖所示的圖線1,2分別為甲、乙兩輛汽車在緊急剎車過程中的剎車距離l與剎車前的車速v的關(guān)系曲線,已知緊急剎車過程中車與地面間的摩擦是滑動摩擦.據(jù)此可知,下列說法中正確的是(B)A.甲車的剎車距離隨剎車前的車速v變化快,甲車的剎車性能好B.乙車與地面間的動摩擦因數(shù)較大,乙車的剎車性能好C.以相同的車速開始剎車,甲車先停下來,甲車的剎

6、車性能好D.甲車的剎車距離隨剎車前的車速v變化快,甲車與地面間的動摩擦因數(shù)較大解析:對剎車過程,由動能定理可知mgl=mv2,得l=,結(jié)合題圖可知甲車與地面間動摩擦因數(shù)小,乙車與地面間動摩擦因數(shù)大,剎車時的加速度a=g,以相同的車速開始剎車,乙車先停下來,乙車剎車性能好,B正確.6.如圖所示,一張薄紙板放在光滑水平面上,其右端放有小木塊,小木塊與薄紙板的接觸面粗糙,原來系統(tǒng)靜止.現(xiàn)用水平恒力F向右拉薄紙板,小木塊在薄紙板上發(fā)生相對滑動,直到從薄紙板上掉下來.上述過程中有關(guān)功和能的說法正確的是(D)A.拉力F做的功等于薄紙板和小木塊動能的增加量B.摩擦力對小木塊做的功一定等于系統(tǒng)中由摩擦產(chǎn)生的熱

7、量C.離開薄紙板前小木塊可能先做加速運動,后做勻速運動D.小木塊動能的增加量可能小于系統(tǒng)中由摩擦產(chǎn)生的熱量解析:由功能關(guān)系,拉力F做的功等于薄紙板和小木塊動能的增加量與系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能之和,選項A錯誤;摩擦力對小木塊做的功等于小木塊動能的增加量,選項B錯誤;離開薄紙板前小木塊一直在做勻加速運動,選項C錯誤;對于系統(tǒng),由摩擦產(chǎn)生的熱量Q=FfL,其中L為小木塊相對薄紙板運動的位移,即薄紙板的長度.對小木塊,FfL木=Ek,L木為小木塊相對地面的位移,由于L木存在大于、等于或小于L三種可能,即Ek存在大于、等于或小于Q三種可能,選項D正確.7.豎直向上拋出一小球,小球在運動過程中,所受空氣阻力大小不

8、變.規(guī)定向上方向為正方向,小球上升到最高點所用時間為t0,下列關(guān)于小球在空中運動過程中的加速度a、位移x、重力的瞬時功率P和機械能E隨時間t變化的圖像中,正確的是(C)解析:由于向上方向為正,加速度方向一直向下,選項A錯誤;由空氣阻力大小不變,故物體向上減速運動和向下加速運動的加速度均恒定,且向上的加速度大,故向上減速的時間小于向下加速的時間,由于小球做勻變速運動,位移時間圖線不是直線,選項B錯誤;由于空氣阻力一直做負功,故小球的機械能一直減小,選項D錯誤,重力的瞬時功率P=mgv,選項C正確.8. 如圖所示,輕質(zhì)彈簧一端固定,另一端與質(zhì)量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連,彈簧水平且處于

9、原長.圓環(huán)從A處由靜止開始下滑,經(jīng)過B處的速度最大,到達C處的速度為零,AC=h.圓環(huán)在C處獲得一豎直向上的速度v,恰好能回到A處;彈簧始終在彈性限度之內(nèi),重力加速度為g,則圓環(huán)(BD)A.下滑過程中,加速度一直減小B.下滑過程中,因摩擦力產(chǎn)生的熱量為mv2C.從A處到C處的過程中彈簧的彈性勢能增加了mv2-mghD.下滑經(jīng)過B處的速度小于上滑經(jīng)過B處的速度解析:由題意知圓環(huán)從A到C先加速運動,后減速運動,在A點時加速度為g,到達B點時加速度減為零,所以圓環(huán)先做加速度逐漸減小的加速運動再做加速度逐漸增大的減速運動,A項錯誤;圓環(huán)從A到C過程中彈簧增加的彈性勢能即C處的彈性勢能Ep,因摩擦力產(chǎn)生

10、的熱量等于克服摩擦力所做的功Wf,由能量守恒知圓環(huán)從A到C過程有mgh=Wf+Ep,從C到A過程有mv2+Ep=mgh+Wf,聯(lián)立得Wf=mv2,Ep=mgh-mv2,B項正確,C項錯誤;圓環(huán)從A到B過程有mgh1=m+Ep1+Wf1,圓環(huán)從B到A過程有m+Ep1=mgh1+Wf1,可得vB2vB1,D項正確.9.質(zhì)量為1 kg的物體在水平粗糙的地面上受到一水平外力F作用運動,如圖(甲)所示,外力F和物體克服摩擦力f做的功W與物體位移x的關(guān)系如圖(乙)所示,重力加速度g為10 m/s2.下列分析正確的是(ACD)A.物體與地面之間的動摩擦因數(shù)為0.2B.物體運動位移為13 mC.前3 m運動過

11、程中物體的加速度為3 m/s2D.x=9 m時,物體速度為3 m/s解析:由在Wx圖像中,圖線斜率表示作用力的大小,物體與地面之間的滑動摩擦力f=2 N,由f=mg可得=0.2,選項A正確;前3 m內(nèi),拉力F1=5 N,39 m內(nèi)拉力F2=2 N,物體在前3 m內(nèi)的加速度a1=3 m/s2,選項C正確;由動能定理得WF-fx=mv2可得x=9 m時,物體的速度為v=3 m/s,選項D正確;設物體運動的最大位移為xm,由動能定理得WF-fxm=0,即物體的最大位移xm=13.5 m,選項B錯誤.10. 如圖所示,物體A的質(zhì)量為M,圓環(huán)B的質(zhì)量為m,通過輕繩連在一起,跨過光滑的定滑輪,圓環(huán)套在光滑

12、的豎直桿上,設桿足夠長.開始時連接圓環(huán)的繩處于水平,長度為l,現(xiàn)從靜止釋放圓環(huán).不計摩擦和空氣的阻力,以下說法正確的是(AD)A.當M=2m時,l越大,則小環(huán)m下降的最大距離h越大B.當M=2m時,l越大,則小環(huán)m下降的最大距離h越小C.當M=m,且l確定時,則小環(huán)m下降過程中速度先增大后減小到零D.當M=m,且l確定時,則小環(huán)m下降過程中速度一直增大解析:由系統(tǒng)機械能守恒可得mgh=Mg(-l),當M=2m時,h=l,選項A正確,B錯誤;當M=m時,小環(huán)在下降過程中系統(tǒng)的重力勢能一直在減少,即系統(tǒng)的動能一直在增加,選項D正確,C錯誤.11. 在傾角為的光滑斜面上放有兩個用輕彈簧相連接的物塊A

13、,B,它們的質(zhì)量分別為m1,m2(m1m2),彈簧的勁度系數(shù)為k,C為一固定擋板,系統(tǒng)處于靜止狀態(tài),如圖所示.現(xiàn)開始用一恒力F沿斜面方向拉物塊A使之向上運動,當物塊B剛要離開C時,物塊A運動的距離為d,速度為v.則(AD)A.此時物塊A的加速度為B.該過程中,物塊A的速度逐漸增大C.此時物塊A所受重力做功的功率為m1gvD.該過程中,彈簧彈性勢能的增加量為Fd-m1gdsin -m1v2解析:系統(tǒng)處于靜止時,彈簧處于壓縮狀態(tài),彈簧的壓縮量為x1,對物塊A有m1gsin =kx1;物塊B剛要離開C時,彈簧處于伸長狀態(tài),彈簧的伸長量為x2,對物塊A有F-m1gsin -kx2=m1a,又物塊A運動

14、的距離為d=x1+x2,解得a=,若Fkd,則物塊A在該過程中運動的速度將先增大后減小,選項A正確,B錯誤;物塊A重力的方向與速度方向不共線,選項C錯誤;根據(jù)能量守恒定律得,彈簧彈性勢能的增加量為Fd-m1gdsin -m1v2,選項D正確.12.滑草場的某條滑道由上下兩段高均為h,與水平面傾角分別為45和37的滑道組成,滑草車與草地之間的動摩擦因數(shù)為.質(zhì)量為m的載人滑草車從坡頂由靜止開始自由下滑,經(jīng)過上、下兩段滑道后,最后恰好靜止于滑道的底端(不計滑草車在兩段滑道交接處的能量損失,sin 37=0.6,cos 37=0.8).則(AB)A.動摩擦因數(shù)=B.載人滑草車最大速度為C.載人滑草車克

15、服摩擦力做功為mghD.載人滑草車在下段滑道上的加速度大小為g解析:對滑草車從坡頂由靜止滑下,到底端靜止的全過程,得mg2h-mgcos 45-mgcos 37=0,解得=,選項A正確;對經(jīng)過上段滑道過程,根據(jù)動能定理得,mgh-mgcos 45=mv2,解得v=,選項B正確;載人滑草車克服摩擦力做功為2mgh,選項C錯誤;載人滑草車在下段滑道上的加速度大小為a=-g,選項D錯誤.二、非選擇題(共52分)13.(6分)某同學根據(jù)機械能守恒定律,設計實驗探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關(guān)系.(1)如圖(甲),將輕質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺,在上端的托盤中依次增加砝碼,測量相應的彈簧長度,部分數(shù)據(jù)如下表.

16、由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)k=N/m.(g取9.80 m/s2)砝碼質(zhì)量(g)50100150彈簧長度(cm)8.627.636.66(2)取下彈簧,將其一端固定于氣墊導軌左側(cè),如圖(乙)所示;調(diào)整導軌,使滑塊自由滑動時,通過兩個光電門的速度大小.(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,彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為.(4)重復(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.由上述實驗可得結(jié)論:對同一根彈簧,彈性勢能與彈簧的 成正比.解析:(1)根據(jù)F=kx得F=kx,可得k=.取較遠的兩組數(shù)計算,k=50 N/m.(2)氣墊導軌摩擦力

17、可以忽略,故滑塊做勻速直線運動,通過兩個光電門的速度大小相等.(3)因忽略摩擦力,釋放滑塊后,彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為滑塊的動能.(4)由題圖(丙)可知,v-x圖線為過原點的傾斜直線,成正比關(guān)系.由Ek=mv2=Ep可知,Ep=mv2x2,故彈性 勢能與彈簧 的壓縮量的平方成正比.答案:(1)50(2)相等(3)滑塊的動能(4)正比壓縮量的平方評分標準:(1)2分;(2)(3)(4)每空1分.14.(6分)利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律,實驗裝置如圖(甲)所示,水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌,導軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊,其總質(zhì)量為M,左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細繩和一質(zhì)量為m的小球相連;

18、遮光片兩條長邊與導軌垂直,導軌上B點有一光電門,可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t,用d表示A點到光電門B處的距離,b表示遮光片的寬度,將遮光片通過光電門的平均速度看做滑塊通過B點時的瞬時速度,實驗時滑塊在A處由靜止開始運動.(1)某次實驗測量傾角=30,重力加速度用g表示,滑塊從A處到達B處時m和M組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為Ek=,系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為Ep=,在誤差允許的范圍內(nèi),若Ek=Ep,則可認為系統(tǒng)的機械能守恒.(用題中字母表示)(2)在上次實驗中,某同學改變A,B間的距離,作出的v2-d圖像如圖(乙)所示,并測得M=m,則重力加速度g=m/s2.解析:(1)系統(tǒng)動能增加

19、量可表示為Ek=(M+m)v2=,系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為Ep=mgd-Mgdsin 30=(m-)gd.(2)根據(jù)機械能守恒可得(m-)gd=(M+m)v2,即g=,代入數(shù)據(jù)得g=9.6 m/s2.答案:(1)(m-)gd(2)9.6評分標準:每空2分.15.(8分)小型四旋翼無人機是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器,它的質(zhì)量為2 kg,運動過程中所受空氣阻力大小恒定不變,其動力系統(tǒng)能提供的最大升力為36 N,某次飛行中,無人機從地面上由靜止開始以最大升力豎直向上起飛,4 s時無人機離地高度為h=48 m,今通過操控已使無人機懸停在距離地面H=180 m高處,由于動力設備故障,無人機突然

20、失去升力,從靜止開始豎直墜落,(g=10 m/s2)求:(1)無人機運動過程中所受的空氣阻力的大小.(2)為確保無人機能安全降落到地面,必須在無人機下墜多少時間內(nèi)瞬間恢復最大升力?解析:(1)無人機從地面以最大升力豎直向上飛行時,設加速度為a1,則有h=a1t2.(1分)由牛頓第二定律得F-mg-f=ma1,(1分)解得f=4 N.(1分)(2)無人機失去升力后向下做勻加速運動,直至升力恢復,設這一過程的加速度為a2,則有mg-f=ma2,(1分)解得a2=8 m/s2.下落高度h1=a2(1分)距地面的高度h2=H-h1又安全落地,即落地速度v=0 m/s(1分)從最高點到落到地面的過程中,

21、由動能定理得mgH-fH-Fh2=mv2(1分)可得t2=5 s.(1分)答案:(1)4 N(2)5 s16. (8分)如圖所示,AB,BC為傾角不同的斜面,斜面BC與水平面夾角為30,CD段水平,B,C處均以平滑小圓弧連接.一物塊從距水平面高度為h的A點由靜止沿斜面滑下,物塊在BC段做勻速運動,最終停在水平面上D點.物塊與斜面、水平面間的動摩擦因數(shù)均相同.求:(1)物塊與接觸面間的動摩擦因數(shù);(2)A點到D點的水平距離.解析:(1)由物塊在BC段勻速運動有mgsin 30=mgcos 30(1分)解得=.(1分)(2)設斜面AB與水平面夾角為,AB的水平距離為x1,BC的水平距離為x2,CD

22、的水平距離為x3,AB段摩擦力做功W1=-mgcos =-mgx1(2分)同理可得BC段摩擦力做功W2=-mgx2(1分)CD段摩擦力做功W3=-mgx3(1分)對AD段,由動能定理得mgh+W1+W2+W3=0(1分)解得xAD=x1+x2+x3=h.(1分)答案:(1)(2)h17.(12分)如圖所示,豎直平面內(nèi)的一半徑R=0.50 m的光滑圓弧槽BCD,B點與圓心O等高,一水平面與圓弧槽相接于D點,質(zhì)量m=0.10 kg的小球從B點正上方H=0.95 m高處的A點自由下落,由B點進入圓弧軌道,從D點飛出后落在水平面上的Q點,DQ間的距離x=2.4 m,球從D點飛出后的運動過程中相對水平面

23、上升的最大高度h=0.80 m,g取10 m/s2,不計空氣阻力,求:(1)小球經(jīng)過C點時軌道對它的支持力大小FN;(2)小球經(jīng)過最高點P的速度大小vP;(3)D點與圓心O的高度差hOD.解析:(1)設經(jīng)過C點速度為v1,由機械能守恒有mg(H+R)=m(2分)由牛頓第二定律有FN-mg=(2分)代入數(shù)據(jù)解得FN=6.8 N.(1分)(2)設在P點時速度為vP,由P到Q小球做平拋運動有h=gt2,=vPt(2分)代入數(shù)據(jù)解得vP=3.0 m/s.(1分)(3)從A到D由機械能守恒定律,有mg(H+hOD)=m,(2分)從D到P有m=mgh+m(1分)代入數(shù)據(jù),解得hOD=0.30 m.(1分)

24、答案:(1)6.8 N(2)3.0 m/s(3)0.30 m18.(12分)如圖所示,在水平軌道右側(cè)安放一半徑為R的豎直圓形光滑軌道,水平軌道的PQ段鋪設特殊材料,調(diào)節(jié)其初始長度為L,水平軌道左側(cè)有一輕質(zhì)彈簧左端固定,彈簧處于自然伸長狀態(tài).小物塊A(可視為質(zhì)點)從軌道右側(cè)以初速度v0沖上軌道,通過圓形軌道、水平軌道后壓縮彈簧并被彈簧以原速率彈回,經(jīng)水平軌道返回圓形軌道.已知R=0.2 m,L=1 m,v0=2 m/s,物塊A質(zhì)量為m=1 kg,與PQ段間的動摩擦因數(shù)=0.2,軌道其他部分摩擦不計,取g=10 m/s2.(1)求物塊A與彈簧剛接觸時的速度大小;(2)求物塊A被彈簧以原速率彈回后返

25、回到圓形軌道的高度;(3)調(diào)節(jié)PQ段的長度L,A仍以v0從軌道右側(cè)沖上軌道,當L滿足什么條件時,物塊A被彈簧彈回后能返回圓形軌道且能沿軌道運動而不脫離軌道?解析:(1)設物塊A與彈簧剛接觸時的速度大小為v1,由動能定理可得-mgL=m-m(1分)解得v1=2 m/s.(1分)(2)設物塊A被彈簧以原速率彈回后返回到圓形軌道的高度為h1,由動能定理可得-mgL-mgh1=0-m(1分)解得h1=0.2 m=R,符合實際情況.(1分)(3)若A沿軌道上滑至最大高度h2時,速度減為0,則使A不脫離軌道時h2需滿足的條件是0h2R,(1分)由動能定理可得-2mgL1-mgh2=0-m(1分)聯(lián)立可得1 mL11.5 m.(1分)若A能沿軌道上滑至最高點,則需滿足mmg,(1分)由動能定理可得-2mgL2-mg2R=m-m,(1分)聯(lián)立可得L20.25 m(1分)綜上所述,要使物塊A被彈簧彈回后能返回圓形軌道并沿軌道運動而不脫離軌道,L需滿足的條件是1 mL1.5 m或L0.25 m.(2分)答案:(1)2 m/s(2)0.2 m(3)1 mL1.5 m或L0.25 m12