2020年高中物理 第八章 機械能守恒定律 水平測試（含解析）新人教版必修2

第八章水平測試本試卷分第卷(選擇題)和第卷(非選擇題)兩部分，滿分100分，考試時間90分鐘。第卷(選擇題，共48分)一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共48分。在每個小題給出的四個選項中，第18小題，只有一個選項符合題意；第912小題，有多個選項符合題意，全部選對的得4分，選對而不全的得2分，錯選或不選的得0分)1如圖所示的四幅圖是小明提包回家的情景，小明提包的力不做功的是()答案B解析只有同時滿足有力及在力的方向上有位移兩個條件時，力對物體才做功，A、C、D做功，B沒有做功，選B。2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外力對物體不做功，這個物體就沒有能量D能量轉(zhuǎn)化的多少可以用做功來量度答案D解析功和能是兩個不同的概念，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，外力做功與否不能說明物體能量的有無，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，故只有D正確。3運動員跳傘將經(jīng)歷加速下降和減速下降兩個過程，將人和傘看成一個系統(tǒng)，在這兩個過程中，下列說法正確的是()A阻力對系統(tǒng)始終做負(fù)功B系統(tǒng)受到的合外力始終向下C重力做功使系統(tǒng)的重力勢能增加D任意相等的時間內(nèi)重力做的功相等答案A解析阻力始終與運動方向相反，做負(fù)功，所以A正確。加速下降時合外力向下，而減速下降時合外力向上，所以B錯誤。重力做功，重力勢能減小，則C錯誤。時間相等，但物體下落距離不同，重力做功不等，所以D錯誤。4質(zhì)量為m20 kg的物體，在大小恒定的水平外力F的作用下，沿水平面做直線運動。02 s內(nèi)F與運動方向相反，24 s內(nèi)F與運動方向相同，物體的v­t圖像如圖所示，g取10 m/s2，則()A拉力F的大小為100 NB物體在4 s時拉力的瞬時功率為120 WC4 s內(nèi)拉力所做的功為480 JD4 s內(nèi)摩擦力對物體做的功為320 J答案B解析由圖像可得：02 s內(nèi)物體做勻減速直線運動，加速度大小為a1 m/s25 m/s2，勻減速過程有Ffma1；24 s內(nèi)物體做勻加速直線運動，加速度大小為a2 m/s21 m/s2，有Ffma2，解得f40 N，F(xiàn)60 N，故A錯誤。物體在4 s時拉力的瞬時功率為PFv60×2 W120 W，故B正確。4 s內(nèi)物體通過的位移為x m8 m，拉力做功為WFx480 J，故C錯誤。4 s內(nèi)物體通過的路程為s m12 m，摩擦力做功為Wffs40×12 J480 J，故D錯誤。5靜止在地面上的物體在豎直向上的恒力作用下上升，在某一高度撤去恒力，不計空氣阻力，在整個上升過程中，物體機械能隨時間變化的關(guān)系是()答案C解析物體機械能的增量等于恒力做的功，恒力做功WFFh，hat2，則有外力作用時，物體機械能隨時間變化的關(guān)系為EFat2。撤去恒力后，物體機械能不變，故C正確。6如圖所示，光滑斜面的頂端固定一彈簧，一質(zhì)量為m的物體向右滑行，并沖上固定在地面上的斜面。設(shè)物體在斜面最低點A的速度為v，壓縮彈簧至C點時彈簧最短，C點距地面高度為h，則從A到C的過程中彈簧彈力做功是()Amghmv2 B.mv2mghCmgh D答案A解析由A到C的過程運用動能定理可得：mghW0mv2，所以Wmghmv2，故A正確。7如圖所示，小球以初速度v0從A點沿不光滑的軌道運動到高為h的B點后自動返回，其返回途中仍經(jīng)過A點，小球經(jīng)過軌道連接處無機械能損失，則小球經(jīng)過A點時的速度大小為()A. B.Cv2gh D.答案B解析小球從A到B，由動能定理得Wfmgh0mv，從A經(jīng)B返回A，由動能定理得2Wfmv2mv，聯(lián)立解得v，B正確。8如圖所示，可視為質(zhì)點的小球A、B用不可伸長的細(xì)軟輕線連接，跨過固定在地面上半徑為R的光滑圓柱，A的質(zhì)量為B的兩倍。當(dāng)B位于地面時，A恰與圓柱軸心等高。將A由靜止釋放，B上升的最大高度是()A2R B. C. D.答案C解析設(shè)A、B的質(zhì)量分別為2m、m，當(dāng)A落到地面，B恰運動到與圓柱軸心等高處，以A、B整體為研究對象，機械能守恒，故有2mgRmgR(2mm)v2，當(dāng)A落地后，B球以速度v豎直上拋，到達最高點時上升的高度為h，故B上升的總高度為RhR，C正確。9如圖，一物體從光滑斜面AB底端A點以初速度v0上滑，沿斜面上升的最大高度為h。下列說法中正確的是(設(shè)下列情境中物體從A點上滑的初速度仍為v0)()A若把斜面CB部分截去，物體沖過C點后上升的最大高度仍為hB若把斜面AB變成曲面AEB，物體沿此曲面上升仍能到達B點C若把斜面彎成圓弧形AD，物體仍沿圓弧升高h(yuǎn)D若把斜面從C點以上部分彎成與C點相切的圓弧狀，物體上升的最大高度有可能仍為h答案BD解析在光滑斜面運動到B點的過程中，系統(tǒng)機械能守恒，若把斜面CB部分截去，物體從A點運動到C點后做斜上拋運動，到達最高點時有水平方向的分速度，則物體上升不到h高度，故A錯誤；而把斜面AB變成曲面AEB，物體到達最高點速度仍為零，物體可達最大高度h，即到達B點，故B正確；而沿圓弧形AD，物體做圓周運動，到達最高點需要有個最小速度，所以物體不能沿圓弧升高h(yuǎn)，故C錯誤；若把斜面從C點以上部分彎成與C點相切的圓弧狀，物體上升到最高點時速度有可能為0，即上升的最大高度有可能仍為h，故D正確。10物體沿直線運動的v­t關(guān)系如圖所示，已知在第1秒內(nèi)合外力對物體做的功為W，則()A從第1秒末到第3秒末合外力做功為4WB從第3秒末到第5秒末合外力做功為2WC從第5秒末到第7秒末合外力做功為WD從第3秒末到第4秒末合外力做功為0.75W答案CD解析由題圖知第1秒末、第3秒末、第7秒末速度大小關(guān)系：v1v3v7，由題知Wmv0，則由動能定理得從第1秒末到第3秒末合外力做功W2mvmv0，故A錯誤；從第3秒末到第5秒末合外力做功W3mvmv0mvW，故B錯誤；從第5秒末到第7秒末合外力做功W4mv0mvW，故C正確；從第3秒末到第4秒末合外力做功W5mvmvm2mv0.75W，故D正確。11一個質(zhì)量為0.3 kg的彈性小球，在光滑水平面上以6 m/s 的速度垂直撞到墻上，碰撞后小球沿相反方向運動，反彈后的速度大小與碰撞前相同。則碰撞前后小球速度變化量的大小v和碰撞過程中墻對小球做功的大小W為()Av0 Bv12 m/sCW0 DW10.8 J答案BC解析速度是矢量，速度的變化量也是矢量，反彈后小球的速度與碰前速度等值反向，則速度變化量為vv2v(設(shè)碰撞前速度方向為正)，其大小為v2v12 m/s，故B正確。反彈前、后小球的動能沒有變化，即Ek0，根據(jù)動能定理：物體受合外力做的功等于物體動能的變化，而碰撞過程中小球只受重力和墻的作用力，重力做功為0，則墻對小球做功WEk0，故C正確。12圖甲所示為索契冬奧會上為我國奪得首枚速滑金牌的張虹在1000 m決賽中的精彩瞬間。現(xiàn)假設(shè)某速滑運動員某段時間內(nèi)在直道上做直線運動的速度時間圖像可簡化為圖乙，已知運動員(包括裝備)總質(zhì)量為60 kg，在該段時間內(nèi)受到的阻力恒為總重力的0.1倍，g取10 m/s2，則下列說法正確的是()A在13 s內(nèi)，運動員的加速度為0.5 m/s2B在13 s內(nèi)，運動員獲得的動力是30 NC在05 s內(nèi)，運動員的平均速度是12.5 m/sD在05 s內(nèi)，運動員阻力做的功是3780 J答案AD解析13 s內(nèi)加速度的大小為a m/s20.5 m/s2，A正確；根據(jù)牛頓第二定律得Ffma，解得動力的大小F0.1mgma60 N30 N90 N，故B錯誤；05 s內(nèi)的位移x12×1 m×(1213)×2 m13×2 m63 m，則 m/s12.6 m/s，C錯誤；Wff·x0.1×60×10×63 J3780 J，D正確。第卷(非選擇題，共52分)二、實驗題(本題共2小題，共12分)13(4分)利用豎直上拋小球的頻閃照片也能驗證機械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05 s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實際距離，該同學(xué)通過計算得到不同時刻的速度如下表：(當(dāng)?shù)刂亓铀俣热?0.0 m/s2，小球質(zhì)量m0.2 kg，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)時刻t5t4t3t2速度(m/s)4.324.805.38(1)由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計算t5時刻小球的速度v5_ m/s。(2)從t2到t5過程中，小球重力勢能增加量為Ep，動能減少量為Ek，其中Ep_ J。(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若Ep與Ek近似相等，則可驗證機械能守恒定律。由上述計算得Ep_Ek(填“>”“<”或“”)，造成這種結(jié)果的主要原因是_。答案(1)3.84(2)1.37(3)<上拋過程中有空氣阻力解析(1)根據(jù)勻變速直線運動中某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度知，t5時刻小球的速度v5 m/s3.84 m/s。(2)從t2到t5過程中，小球重力勢能增加量為Epmgh0.2×10×(0.25200.22790.2040) J1.37 J。(3)Ek mvmv1.42 J，上拋過程中，由于空氣阻力的存在，動能的減少量部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則動能的減少量大于重力勢能的增加量，即Ep<Ek。14(8分)“驗證機械能守恒定律”的實驗采用重物自由下落的方法。(g取10 m/s2)(1)用公式mv2mgh時，對紙帶上起點的要求是初速度為_，為達到此目的，所選擇的紙帶第1、2兩點間距應(yīng)接近_(打點計時器打點的時間間隔為0.02 s)。(2)若實驗中所用重物質(zhì)量m1 kg，打點紙帶如圖甲所示，打點時間間隔為0.02 s，則記錄B點時，重物速度vB_，重物的動能EkB_，從開始下落至B點，重物的重力勢能減少量是_，因此可得出的結(jié)論是_。(3)根據(jù)紙帶算出相關(guān)各點的速度值，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在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重物動能的增加量等于重力勢能的減少量(3)C解析(1)用mv2mgh驗證機械能守恒定律，應(yīng)使初速度為0，所選紙帶的第1、2兩點間距應(yīng)接近2 mm。(2)vB m/s0.59 m/s，EkBmv×1×0.592 J0.174 J，重力勢能減少量Epmgh1×10×17.6×103 J0.176 J，這說明在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，重物動能的增加量等于重力勢能的減少量。(3)由mv2mgh可得ghh，故C正確。三、計算題(本題共4小題，共40分。要有必要的文字說明和演算步驟。有數(shù)值計算的題注明單位)15(9分)如圖所示，質(zhì)量m2 kg的小球用長L1.05 m的輕質(zhì)細(xì)繩懸掛在距水平地面高H6.05 m的O點?，F(xiàn)將細(xì)繩拉直至水平狀態(tài)，自A點無初速度釋放小球，運動至懸點O的正下方B點時細(xì)繩恰好斷裂，接著小球做平拋運動，落至水平地面上C點。不計空氣阻力，重力加速度g取10 m/s2。求：(1)細(xì)繩能承受的最大拉力；(2)細(xì)繩斷裂后小球在空中運動所用的時間；(3)小球落地瞬間速度的大小。答案(1)60 N(2)1 s(3)11 m/s解析(1)根據(jù)機械能守恒定律得mgLmv由牛頓第二定律得Fmgm解得最大拉力F3mg60 N，根據(jù)牛頓第三定律可知，細(xì)繩能承受的最大拉力為60 N。(2)細(xì)繩斷裂后，小球做平拋運動，且HLgt2故t s1 s。(3)整個過程，小球的機械能不變，故mgHmv所以vC m/s11 m/s。16(9分)如圖所示，半徑R0.4 m的光滑半圓軌道與粗糙的水平面相切于A點，質(zhì)量為m1 kg的小物體(可視為質(zhì)點)在水平拉力F的作用下，從靜止開始由C點運動到A點，物體從A點進入半圓軌道的同時撤去外力F，物體沿半圓軌道通過最高點B后做平拋運動，正好落在C點，已知xAC2 m，F(xiàn)15 N，g取10 m/s2，試求：(1)物體在B點時的速度大小以及此時半圓軌道對物體的彈力大小；(2)物體從C到A的過程中，摩擦力做的功。答案(1)5 m/s52.5 N(2)9.5 J解析(1)設(shè)物體在B點的速度為v，由B到C做平拋運動2Rgt2，xACvt，解得v5 m/s由牛頓第二定律有FNmgm，解得FN52.5 N(2)從A到B，由機械能守恒得mvmv2mg·2R由C到A應(yīng)用動能定理可得FxACWfmv0，聯(lián)立解得Wf9.5 J。17(10分)如圖甲所示，在水平路段AB上有一質(zhì)量為2×103 kg的汽車，正以10 m/s的速度向右勻速運動，汽車前方的水平路段BC較粗糙，汽車通過整個ABC路段的v­t圖像如圖乙所示(在t15 s處水平虛線與曲線相切)，運動過程中汽車發(fā)動機的輸出功率保持20 kW 不變，假設(shè)汽車在兩個路段上受到的阻力(含地面摩擦力和空氣阻力等)各自有恒定的大小。(1)求汽車在AB路段上運動時所受的阻力Ff1；(2)求汽車剛好到達B點時的加速度a；(3)求BC路段的長度。答案(1)2000 N(2)1 m/s2(3)68.75 m解析(1)汽車在AB路段時，有F1Ff1，PF1v1，聯(lián)立解得：Ff1 N2000 N。(2)t15 s時汽車處于平衡態(tài)，有F2Ff2，PF2v2，聯(lián)立解得：Ff2 N4000 Nt5 s時汽車開始減速運動，有F1Ff2ma，解得a1 m/s2。(3)從B到C由動能定理可得PtFf2xmvmv解得x68.75 m。18(12分)滑板運動是極限運動的鼻祖，許多極限運動項目均由滑板項目延伸而來。如圖是滑板運動的軌道，BC和DE是兩段光滑圓弧形軌道，BC段的圓心為O點，圓心角為60°，半徑OC與水平軌道CD垂直，水平軌道CD段粗糙且長8 m。某運動員從軌道上的A點以3 m/s 的速度水平滑出，在B點剛好沿軌道的切線方向滑入圓弧形軌道BC，經(jīng)CD軌道后沖上DE軌道，到達E點時速度減為零，然后返回。已知運動員和滑板的總質(zhì)量為60 kg，B、E兩點到水平軌道CD的豎直高度分別為h和H，且h2 m，H2.8 m，g取10 m/s2。求：(1)運動員從A點運動到達B點時的速度大小vB；(2)軌道CD段的動摩擦因數(shù)；(3)通過計算說明，第一次返回時，運動員能否回到B點？如能，請求出回到B點時速度的大小；如不能，則最后停在何處？答案(1)6 m/s(2)0.125(3)不能回到B處，最后停在D點左側(cè)6.4 m處(或C點右側(cè)1.6 m處)解析(1)由題意可知：vB，解得vB6 m/s。(2)從B點到E點，由動能定理可得：mghmgsCDmgH0mv代入數(shù)據(jù)可得：0.125。(3)設(shè)運動員能到達左側(cè)的最大高度為h，從B到第一次返回左側(cè)最高處，根據(jù)動能定理得：mghmghmg·2sCD0mv解得h1.8 m<h2 m，所以第一次返回時，運動員不能回到B點。設(shè)運動員從B點運動到停止，在CD段的總路程為s，由動能定理可得：mghmgs0mv解得s30.4 m。因為s3sCD6.4 m，所以運動員最后停在D點左側(cè)6.4 m處(或C點右側(cè)1.6 m處)。- 10 -