2023-2023學(xué)年高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理教科版必修2：第四章　機(jī)械能和能源 章末檢測卷

第頁章末檢測卷(四)(時(shí)間：90分鐘總分值：100分)一、選擇題(此題共10小題，每題4分．每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的只有一個(gè)選項(xiàng)、有的有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)的得0分)圖11．如圖1所示，人站在電動(dòng)扶梯的水平臺(tái)階上，假定人與扶梯一起沿斜面加速上升，在這個(gè)過程中，人腳所受的靜摩擦力()A．等于零，對(duì)人不做功B．水平向左，對(duì)人做負(fù)功C．水平向右，對(duì)人做正功D．沿斜面向上，對(duì)人做正功答案C解析人向右上方加速，那么摩擦力水平向右，對(duì)人做正功．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，摩擦力做功，汽車摩擦生熱，溫度升高，有局部機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，機(jī)械能減少，但總能量守恒．因此，選項(xiàng)C正確，其他選項(xiàng)均錯(cuò)．3．汽車的額定功率為90kW，路面的阻力恒為F，汽車行駛的最大速度為v.那么()A．如果阻力恒為2F，汽車的最大速度為eq\f(v,2)B．如果汽車牽引力為原來的二倍，汽車的最大速度為2vC．如果汽車的牽引力變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，汽車的額定功率就變?yōu)?5kWD．如果汽車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率就是90kW答案A解析汽車速度到達(dá)最大時(shí)，做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)汽車的牽引力等于阻力，根據(jù)P＝fv，當(dāng)阻力加倍時(shí)，最大速度減半，選項(xiàng)A正確；牽引力加倍，只要阻力不變，最大速度也不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；汽車的額定功率是不變的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；汽車可以以某一恒定功率做勻速運(yùn)動(dòng)，不一定以額定功率，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．4．如下圖，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，因而可以到達(dá)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)的重力勢能要小于mgh(以最低點(diǎn)為零勢能面)，即最高點(diǎn)的高度要小于h，選項(xiàng)A、C正確．圖25．如圖2所示，某人坐在滑沙板上從沙坡斜面的頂端由靜止沿直線下滑到斜面底端時(shí)速度為2v0，設(shè)人下滑時(shí)所受阻力恒定不變，沙坡長度為L，斜面傾角為α，人的質(zhì)量為m，滑沙板質(zhì)量不計(jì)，重力加速度為g.那么()A．假設(shè)人在斜面頂端被其他人推了一把，沿斜面以v0的初速度下滑，那么人到達(dá)斜面底端時(shí)的速度大小為3v0B．假設(shè)人在斜面頂端被其他人推了一把，沿斜面以v0的初速度下滑，那么人到達(dá)斜面底端時(shí)的速度大小為eq\r(5)v0C．人沿沙坡下滑時(shí)所受阻力f＝mgsinα－2eq\f(mv\o\al(2,0),L)D．人在下滑過程中重力功率的最大值為2mgv0答案BC解析對(duì)人進(jìn)行受力分析如圖5所示，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有(2v0)2－0＝2aL，veq\o\al(2,1)－veq\o\al(2,0)＝2aL，可解得v1＝eq\r(5)v0，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)動(dòng)能定理有mgLsinα－fL＝eq\f(1,2)m(2v0)2，可解得f＝mgsinα－2eq\f(mv\o\al(2,0),L)，選項(xiàng)C正確；重力功率的最大值為Pm＝2mgv0sinα，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．圖36．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)動(dòng)，如圖3所示，運(yùn)動(dòng)過程中小球受到空氣阻力的作用．設(shè)某一時(shí)刻小球通過軌道的最低點(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)過半個(gè)圓周恰能通過最高點(diǎn)，那么在此過程中小球克服空氣阻力所做的功為()A.eq\f(mgR,8)B.eq\f(mgR,4)C.eq\f(mgR,2)D．mgR答案C解析在最低點(diǎn)有7mg－mg＝eq\f(mv\o\al(2,1),R)，在最高點(diǎn)有mg＝eq\f(mv\o\al(2,2),R)由最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的過程，根據(jù)動(dòng)能定理得－2mgR－Wf＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)由以上三個(gè)方程解得Wf＝eq\f(1,2)mgR，故C正確．圖47．如圖4所示，質(zhì)量為m的物體(可視為質(zhì)點(diǎn))以某一初速度由底端沖上傾角為30°的固定斜面，上升的最大高度為h，其加速度大小為g，在這個(gè)過程中有關(guān)該物體的說法中正確的選項(xiàng)是()A．重力勢能增加了mghB．動(dòng)能損失了mghC．動(dòng)能損失了eq\f(1,2)mghD．機(jī)械能損失了eq\f(1,2)mgh答案A解析物體重力勢能的增加量等于克服重力做的功，選項(xiàng)A正確；物體的合力做的功等于動(dòng)能的減少量ΔEk＝max＝ma·eq\f(h,sin30°)＝2mgh，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；物體機(jī)械能的損失量等于克服摩擦力做的功，因mgsin30°＋f＝ma，所以f＝eq\f(1,2)mg，故物體克服摩擦力做的功為fx′＝eq\f(1,2)mg·2h＝mgh，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．圖58．如圖5所示，勁度系數(shù)為k的輕彈簧的一端固定在墻上，另一端與置于水平面上的質(zhì)量為m的物體接觸(未連接)，彈簧水平且無形變．用水平力F緩慢推動(dòng)物體，在彈性限度內(nèi)彈簧長度被壓縮了x0，此時(shí)物體靜止．撤去F后，物體開始向左運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的最大距離為4x0.物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g.那么()A．撤去F后，物體先做勻加速運(yùn)動(dòng)，再做勻減速運(yùn)動(dòng)B．撤去F后，物體剛運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度為eq\f(kx0,m)－μgC．物體做勻減速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為2eq\r(\f(x0,μg))D．物體開始向左運(yùn)動(dòng)到速度最大的過程中克服摩擦力做的功為μmgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x0－\f(μmg,k)))答案BD解析撤去F后，在物體離開彈簧的過程中，彈簧彈力是變力，物體先做變加速運(yùn)動(dòng)，離開彈簧之后做勻減速運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)；剛開始時(shí)，由kx0－μmg＝ma可知B正確；離開彈簧之后做勻減速運(yùn)動(dòng)，減速時(shí)間滿足3x0＝eq\f(1,2)a1t2，a1＝μg那么t＝eq\r(\f(6x0,μg))，C錯(cuò)；速度最大時(shí)合力為零，此時(shí)彈簧彈力F＝μmg＝kx，x＝eq\f(μmg,k)，所以物體開始向左運(yùn)動(dòng)到速度最大的過程中克服摩擦力做的功為Wf＝μmg(x0－x)＝μmgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x0－\f(μmg,k)))，D正確．圖69．如圖6所示，卷揚(yáng)機(jī)的繩索通過定滑輪用力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，以下說法正確的選項(xiàng)是()A．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：WF－WG－Wf＝eq\f(1,2)mv2－0.即WF＝WG＋Wf＋eq\f(1,2)mv2.A、B錯(cuò)誤，D正確．又因木箱克服重力做功WG等于木箱重力勢能的增加量，故C正確．10．質(zhì)量為m的小球，從離地面h高處以初速度v0豎直上拋，小球上升的離拋出點(diǎn)的最大高度為H，假設(shè)選取最高點(diǎn)為零勢能面，不計(jì)空氣阻力，那么()A．小球在拋出點(diǎn)的機(jī)械能是0B．小球落回拋出點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能是－mgHC．小球落到地面時(shí)的動(dòng)能是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mghD．小球落到地面時(shí)的重力勢能是－mgh答案AC解析選最高點(diǎn)為零勢能面，小球的機(jī)械能E＝0，不計(jì)空氣阻力，小球拋出后只有重力做功機(jī)械能守恒，故拋出后在各位置的機(jī)械能都是0，故A對(duì)，B錯(cuò)；小球落到地面時(shí)的重力勢能是－mg(h＋H)，D錯(cuò)；由拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)利用動(dòng)能定理得mgh＝Ek－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，所以Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh，C對(duì)．二、填空題(此題共2小題，共14分)圖711．(6分)圖7為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．現(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、帶鐵夾的重錘、天平．答復(fù)以下問題：(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．0～12V的直流電源D．0～12V的交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中誤差產(chǎn)生的原因有____________________________________________________________________________________________________________.(寫出兩個(gè)原因)答案(1)AD(2)①紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦②用米尺測量紙帶上點(diǎn)的位置時(shí)讀數(shù)有誤差③計(jì)算勢能變化時(shí)，選取初、末兩點(diǎn)距離過近④交流電頻率不穩(wěn)定解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需接交流電源；需要用米尺測量紙帶上打出的點(diǎn)之間的距離．12．(8分)如圖8所示是某同學(xué)探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)裝置．重力加速度為g，不計(jì)滑輪摩擦阻力，該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖8a．將長木板傾斜放置，小車放在長木板上，長木板旁放置兩個(gè)光電門A和B，砂桶通過滑輪與小車相連．b．調(diào)整長木板傾角，使得小車恰好能在細(xì)繩的拉力作用下勻速下滑，測得砂和砂桶的總質(zhì)量為m.c．某時(shí)刻剪斷細(xì)繩，小車由靜止開始加速運(yùn)動(dòng)．d．測得擋光片通過光電門A的時(shí)間為Δt1，通過光電門B的時(shí)間為Δt2，擋光片寬度為d，小車質(zhì)量為M，兩個(gè)光電門A和B之間的距離為L.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)過程的表述正確的選項(xiàng)是________．A．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通光電門，后剪斷細(xì)繩B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車加速運(yùn)動(dòng)的合外力為F＝MgC．實(shí)驗(yàn)過程不需要測出斜面的傾角D．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)滿足砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M(2)小車經(jīng)過光電門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)eq\f(d,Δt1)eq\f(d,Δt2)mgL＝eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt2))2－eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt1))2三、計(jì)算題(此題共4小題，共46分，解容許寫出必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)13．(8分)用200N豎直向上的拉力將地面上一個(gè)質(zhì)量為10kg的物體提起5m高的位移，空氣阻力不計(jì)，g取10m/s2，求：(1)拉力對(duì)物體所做的功；(2)物體被提高后具有的動(dòng)能．答案(1)1000J(2)500J解析(1)W＝Fx＝200×5J＝1000J(2)由動(dòng)能定理得Ek＝W－mgx＝1000J－10×10×5J＝500J14．(12分)在地面處，以30m/s的初速度豎直向上拋出一個(gè)球，不計(jì)空氣阻力，取地面為零勢能面．問：(g取10m/s2)(1)球距地面多高處，它的重力勢能是動(dòng)能的2倍？(2)假設(shè)小球在運(yùn)動(dòng)過程中，動(dòng)能是重力勢能的2倍時(shí)，它的速度大小為多少？答案(1)30m(2)24.5m/s解析(1)設(shè)距地面為h時(shí)，Ep＝2Ek由機(jī)械能守恒定律知Ep＋Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)在地面h處物體的重力勢能Ep＝mgh由以上三個(gè)方程解得h＝30m(2)設(shè)當(dāng)速度為v時(shí)，Ek＝2Ep，Ek＝eq\f(1,2)mv2由機(jī)械能守恒定律知Ek＋Ep＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)以上三個(gè)方程式代數(shù)解得v≈24.5m/s.15．(12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的長度為s.一質(zhì)量為m的小滑塊，在水平恒力F作用下由靜止開始從A向B運(yùn)動(dòng)，小滑塊與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，到B點(diǎn)時(shí)撤去力F，小滑塊沿圓軌道運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)C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)的加速度大小；(2)恒力F的大?。鸢?1)3g(2)μmg＋eq\f(7mgR,2s)解析(1)由牛頓第三定律知在C點(diǎn)，軌道對(duì)小球的彈力為N＝2mg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N＋mg＝ma，解得a＝3g.(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＝eq\f(v\o\al(2,2),R).得v2＝eq\r(3gR).從B到C過程中，由機(jī)械能守恒定律得eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＋mg·2R.解得v1＝eq\r(7gR).從A到B過程中，由動(dòng)能定理得Fs－μ