2020-2021物理第二冊提升訓(xùn)練：第八章機械能守恒定律 水平測試卷含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2020-2021學(xué)年新教材物理人教版必修第二冊提升訓(xùn)練：第八章機械能守恒定律水平測試卷含解析第八章水平測試卷本試卷分第Ⅰ卷（選擇題）和第Ⅱ卷（非選擇題)兩部分，滿分100分，考試時間90分鐘。第Ⅰ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。在每小題給出的四個選項中,第1～8題只有一項符合題目要求，第9～12題有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分,有選錯的得0分）1．根據(jù)力對物體做功的條件，下列說法中正確的是（)A．工人扛著行李在水平路面上勻速前進時，工人對行李做正功B．工人扛著行李從一樓走到三樓，工人對行李做正功C．作用力與反作用力做的功大小相等,并且其代數(shù)和為0D．在水平地面上拉著一物體運動一圈后又回到出發(fā)點，則由于物體位移為0，所以摩擦力不做功答案B解析在水平面上勻速運動時，工人對行李的作用力豎直向上,與行李的運動方向始終垂直，故對行李不做功,A錯誤；上樓時,工人對行李的作用力與行李的運動方向的夾角為銳角，故對行李做正功,B正確;根據(jù)牛頓第三定律，作用力與反作用力大小相等、方向相反，但二者是對不同的物體做功,兩個受力物體的位移大小不一定相等，故兩個力做功的大小不一定相等，代數(shù)和不一定為0，C錯誤;摩擦力是變力，且總與物體相對地面的運動方向相反,因此當(dāng)物體回到出發(fā)點后，雖然物體位移為0，但摩擦力仍對物體做了負功，D錯誤。2。如圖所示，A、B兩物體疊放在一起，A被不可伸長的細繩水平系于左墻上，B在拉力F作用下，向右勻速運動，在此過程中,A、B間的摩擦力做功情況是()A．對A、B都做負功B．對A不做功，對B做負功C．對A做正功，對B做負功D．對A、B都不做功答案B解析A、B兩物體疊放在一起,A被不可伸長的水平細繩系于左墻上,B在拉力F作用下向右勻速運動，在此過程中，對A：摩擦力方向水平向右，但A在摩擦力方向上沒有位移，摩擦力對A不做功；對B：摩擦力方向水平向左,B的位移與摩擦力方向相反，所以摩擦力對B做負功。故A、C、D錯誤，B正確。3．一物體在運動中受水平拉力F的作用，已知F隨運動距離x的變化情況如圖所示,則在這個運動過程中F做的功為（)A．4JB．18JC．20JD．22J答案B解析解法一：由圖可知F在整個過程中做功分為三個小過程,分別做功為W1＝2×2J＝4J，W2＝－1×2J＝－2J，W3＝4×4J＝16J，所以W＝W1＋W2＋W3＝4J＋（－2)J＋16J＝18J.解法二：F。x圖像中圖線與x軸所圍成的面積表示做功的多少，x軸上方為正功，下方為負功，總功取三部分的代數(shù)和，即（2×2－2×1＋4×4）J＝18J,B正確。4．小木塊從光滑曲面上P點滑下，通過粗糙靜止的水平傳送帶落于地面上的Q點，如下圖所示?，F(xiàn)讓傳送帶在皮帶輪帶動下逆時針轉(zhuǎn)動,讓木塊從P處重新滑下，則此次木塊的落地點將（)A．仍在Q點 B．在Q點右邊C．在Q點左邊 D．不能從傳送帶上滑下來答案A解析無論傳送帶逆時針運動還是靜止對木塊所受外力無影響，小木塊在傳送帶上水平方向上仍僅受向左的滑動摩擦力,且位移仍為傳送帶靜止時的位移大小，故Wf＝－fs未變，由Wf＝eq\f(1,2）mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2，0），所以滑到傳送帶末端拋出時的速度v不變，所以仍落在Q點,A正確。5．兩個物體A、B的質(zhì)量之比為mA∶mB＝2∶1，二者初動能相同,它們和水平桌面的動摩擦因數(shù)相同,則二者在桌面上滑行到停止經(jīng)過的距離之比為()A．xA∶xB＝2∶1B．xA∶xB＝1∶2C．xA∶xB＝4∶1D．xA∶xB＝1∶4答案B解析物體滑行過程中只有摩擦力做功，根據(jù)動能定理，對A：－μmAgxA＝0－Ek;對B:－μmBgxB＝0－Ek。故eq\f（xA，xB)＝eq\f（mB,mA)＝eq\f（1，2),B正確。6．如圖所示，傾角θ＝30°的粗糙斜面固定在地面上，長為l、質(zhì)量為m、粗細均勻、質(zhì)量分布均勻的軟繩置于斜面上，其上端與斜面頂端齊平。用細線將物塊與軟繩連接，物塊由靜止釋放后向下運動直到軟繩剛好全部離開斜面（此時物塊未到達地面）,在此過程中(）A．軟繩重力勢能共減少了eq\f（1,2)mglB．軟繩重力勢能共減少了eq\f（1,4)mglC．軟繩重力勢能的減少大于軟繩的重力所做的功D．軟繩重力勢能的減少等于物塊對它做的功與軟繩自身重力、摩擦力所做功之和答案B解析選斜面頂端所在水平面為參考平面，軟繩重力勢能共減少：mgeq\b\lc\[\rc\]（\a\vs4\al\co1（\b\lc\（\rc\）(\a\vs4\al\co1（－\f(1，2)lsinθ）)－\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f（1,2)l))))＝eq\f(1，4)mgl，A錯誤，B正確；根據(jù)重力做功與重力勢能變化的關(guān)系知，軟繩重力勢能的減少等于軟繩的重力所做的功,C、D錯誤。7．質(zhì)量為m＝20kg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,0～2s內(nèi)F與運動方向相反，2～4s內(nèi)F與運動方向相同，物體的v。t圖像如圖所示,g取10m/s2，則（)A．拉力F的大小為100NB．物體在4s時拉力的瞬時功率為120WC．4s內(nèi)拉力所做的功為480JD．4s內(nèi)物體摩擦力做的功為－320J答案B解析由圖像可得,0~2s內(nèi)物體做勻減速直線運動，加速度大小為a1＝eq\f（|Δv｜，Δt）＝5m/s2，有F＋Ff＝ma1,2~4s內(nèi)物體做勻加速直線運動,加速度大小為a2＝eq\f（|Δv′|,Δt′)＝1m/s2,有F－Ff＝ma2，聯(lián)立解得Ff＝40N,F＝60N，故A錯誤；物體在4s時拉力的瞬時功率為P＝Fv＝60×2W＝120W,故B正確;4s內(nèi)物體通過的位移為x＝eq\b\lc\（\rc\）（\a\vs4\al\co1（\f(1，2）×2×10－\f（1,2)×2×2)）m＝8m，拉力做功為W＝－Fx＝－480J，故C錯誤;4s內(nèi)物體通過的路程為s＝eq\b\lc\（\rc\）(\a\vs4\al\co1（\f（1，2)×2×10＋\f（1,2）×2×2))m＝12m，摩擦力做功為Wf＝－Ffs＝－40×12J＝－480J，故D錯誤.8．如圖所示，在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道,半徑OA水平、OB豎直，一個質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點由靜止開始自由下落,小球沿軌道到達最高點B時恰好對軌道沒有壓力。已知AP＝2R,重力加速度為g，則小球從P到B的運動過程中（)A．重力做功2mgR B．機械能減少mgRC．合力做功mgR D．摩擦力做功－eq\f（1，2)mgR答案D解析重力做功與路徑無關(guān)，所以WG＝mgR，A錯誤；設(shè)小球在B點時的速度為v,其所受重力提供向心力,即mg＝meq\f(v2，R)，所以v＝eq\r（gR），從P點到B點，由動能定理知：W合＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)mgR，C錯誤；機械能的減少量為|ΔE｜＝|ΔEp｜－ΔEk＝eq\f(1，2）mgR，B錯誤;摩擦力做的功等于機械能的增加量，為－eq\f(1，2)mgR，D正確.9．運動員以一定的初速度將冰壺沿水平面推出，由于摩擦阻力的作用,其動能隨位移變化的圖線如圖所示。已知冰壺質(zhì)量為19kg，g取10m/s2，則以下說法正確的是()A．μ＝0.05 B．μ＝0.01C．滑行時間t＝5s D．滑行時間t＝10s答案BD解析對冰壺：由動能定理得－μmgx＝0－eq\f（1，2)mveq\o\al(2，0)，得μ＝eq\f(\f(1，2)mv\o\al(2，0），mgx)＝eq\f（9.5J，19×10×5J）＝0.01，B正確;冰壺運動時a＝μg＝0.1m/s2，由運動學(xué)公式x＝eq\f（1,2）at2得t＝10s，D正確。10．質(zhì)量相同的小球A和B分別懸掛在長為L和2L不可伸長的繩的末端，將繩的另一端懸掛在等高的天花板上，如圖將小球拉直至水平位置，從靜止釋放，則當(dāng)兩球達到最低點時（)A．速度一樣B．動能一樣大C．機械能一樣大D．A所受的拉力等于B所受的拉力答案CD解析小球從水平方向下落到豎直方向，由機械能守恒定律可得：mgR＝eq\f（1,2）mv2,所以v＝eq\r(2gR),因R不同,故速度不同，故A錯誤;由于兩條繩的長度不相等，由mgR＝eq\f(1,2）mv2可知，在最低點時動能不相等，故B錯誤；兩個小球有相同的質(zhì)量并且初狀態(tài)在同一高度處于靜止?fàn)顟B(tài),所以兩球初狀態(tài)的機械能相等，小球A、B在下落的過程中只有重力做功，所以A、B機械能都是守恒的,則當(dāng)兩球達到最低點時，具有相同的機械能，故C正確；在最低點由牛頓第二定律T－mg＝meq\f（v2,R）且mgR＝eq\f(1,2)mv2，知T＝3mg,與R無關(guān)，故兩種情況下拉力相等，故D正確。11．如圖所示，固定的豎直光滑長桿上套有質(zhì)量為m的小圓環(huán)，圓環(huán)與水平狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧一端連接,彈簧的另一端連接在墻上,且處于原長狀態(tài).現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止開始下滑，已知彈簧原長為L，勁度系數(shù)為k＝eq\f(2\r（3)mg,L)，圓環(huán)下滑到最大距離時彈簧的長度變?yōu)?L(未超過彈性限度),則在圓環(huán)下滑到最大距離的過程中(）A．圓環(huán)的機械能守恒B．彈簧彈性勢能變化了eq\r(3)mgLC．圓環(huán)下滑到最大距離時，所受合力最大D．圓環(huán)重力勢能與彈簧彈性勢能之和保持不變答案BC解析圓環(huán)在下滑過程中，圓環(huán)的重力和彈簧的彈力對圓環(huán)做功，圓環(huán)的機械能不守恒，圓環(huán)和彈簧組成的系統(tǒng)機械能守恒，系統(tǒng)的機械能等于圓環(huán)的動能和重力勢能以及彈簧的彈性勢能之和,A、D錯誤；對圓環(huán)進行受力分析,可知圓環(huán)從靜止開始先向下加速運動且加速度逐漸減小，當(dāng)彈簧對圓環(huán)的彈力沿桿方向的分力與圓環(huán)所受重力大小相等時,加速度減為0，速度達到最大，而后加速度反向且逐漸增大,圓環(huán)開始做減速運動，當(dāng)圓環(huán)下滑到最大距離時,所受合力最大，大小為kL·cos30°－mg＝2mg,大于開始時所受合力mg，C正確；由圖中幾何關(guān)系知圓環(huán)下降的高度為eq\r（3）L,由系統(tǒng)機械能守恒可得eq\r（3)mgL＝ΔEp，B正確.12．如圖所示，將質(zhì)量為2m的重物懸掛在輕繩的一端，輕繩的另一端系一質(zhì)量為m的小環(huán)，小環(huán)套在豎直固定的光滑直桿上，光滑定滑輪與直桿的距離為d,現(xiàn)將小環(huán)從與定滑輪等高的A處由靜止釋放，當(dāng)小環(huán)沿直桿下滑距離也為d時（圖中B處)，下列說法正確的是（重力加速度為g)(）A．環(huán)與重物組成的系統(tǒng)機械能守恒B．小環(huán)到達B處時，重物上升的高度也為dC．小環(huán)在B處的速度與重物上升的速度大小之比等于eq\f(\r（2)，2)D．小環(huán)在B處時的速度大小為eq\r(3－2\r（2）gd)答案AD解析由于小環(huán)和重物組成的系統(tǒng)只有重力做功，系統(tǒng)機械能守恒,故A正確；結(jié)合幾何關(guān)系可知,重物上升的高度h＝(eq\r(2）－1)d，故B錯誤；將小環(huán)在B處的速度分解為沿著繩子方向和垂直于繩子方向的兩個分速度，其中沿著繩子方向的速度等于重物上升的速度，則v物＝v環(huán)·cos45°,環(huán)在B處的速度與重物上升的速度大小之比為eq\r(2)∶1,故C錯誤;小環(huán)和重物組成的系統(tǒng)機械能守恒，則mgd－2mgh＝eq\f（1,2）mveq\o\al(2,環(huán))＋eq\f(1,2）×2mveq\o\al(2,物),且v物＝v環(huán)cos45°,解得:v環(huán)＝eq\r（3－2\r（2）gd），故D正確.第Ⅱ卷(非選擇題,共52分）二、實驗題(本題共2小題，共12分)13．(4分)如圖所示,兩個質(zhì)量分別為m1和m2的小物塊A和B,系在一條跨過定滑輪的軟繩的兩端，已知m1〉m2,現(xiàn)要利用此裝置驗證機械能守恒定律.(1）若選定物塊A從靜止開始下落的過程進行測量，則需要測量的物理量有________(填序號）。①物塊的質(zhì)量m1、m2②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間④繩子的長度(2)為提高實驗結(jié)果的準確程度，某小組同學(xué)對此實驗提出以下建議，其中確實對提高實驗結(jié)果的準確程度有作用的是________（填序號).①繩的質(zhì)量要輕②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好③盡量保證物塊只沿豎直方向運動，不要搖晃④兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能小答案(1)①②（或①③)（2)①③解析（1）通過連接在一起的A、B兩物塊驗證機械能守恒定律,即驗證系統(tǒng)的重力勢能變化與動能變化之和是否為零。A、B連接在一起,A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的,不需要測量繩子的長度,只需要選擇①②或①③進行測量即可.（2)若繩子質(zhì)量不能忽略，則A、B組成的系統(tǒng)的重力勢能將有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動能，若物塊搖晃，則兩物塊的速度有差別，增大了實驗誤差,①③正確。而繩子的長度和兩個物塊的質(zhì)量差應(yīng)適當(dāng)，②④錯誤。14．(8分)某實驗小組“用落體法驗證機械能守恒定律”，實驗裝置如圖甲所示。實驗中測出重物自由下落的高度h及對應(yīng)的瞬時速度v，計算出重物減少的重力勢能mgh和增加的動能eq\f(1，2）mv2，然后進行比較，如果兩者相等或近似相等,即可驗證重物自由下落過程中機械能守恒。請根據(jù)實驗原理和步驟完成下列問題：(1）關(guān)于上述實驗，下列說法中正確的是________.A．重物最好選擇密度較小的木塊B．重物的質(zhì)量可以不測量C．實驗中應(yīng)先接通電源，后釋放紙帶D．可以利用公式v＝eq\r(2gh）來求解瞬時速度(2)如圖乙是該實驗小組打出的一條點跡清晰的紙帶，紙帶上的O點是起始點,選取紙帶上連續(xù)的點A、B、C、D、E、F作為計數(shù)點,并測出各計數(shù)點到O點的距離依次為27。94cm、32。78cm、38.02cm、43.65cm、49.66cm、56。07cm.已知打點計時器所用的電源是50Hz的交流電，重物的質(zhì)量為0.5kg，則從計時器打下點O到打下點D的過程中,重物減小的重力勢能ΔEp＝________J；重物增加的動能ΔEk＝________J，兩者不完全相等的原因可能是____________。(重力加速度g取9。8m/s2,計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(3）實驗小組的同學(xué)又正確計算出圖乙中打下計數(shù)點A、B、C、D、E、F各點的瞬時速度v，以各計數(shù)點到A點的距離h′為橫軸，v2為縱軸作出圖像，如圖丙所示，根據(jù)作出的圖線，能粗略驗證自由下落的物體機械能守恒的依據(jù)是__________________________________。答案(1)BC(2)2。142。12重物下落過程中受到阻力作用（3）圖像的斜率等于19.52，約為重力加速度g的兩倍，故能粗略驗證解析（1）重物最好選擇密度較大的鐵塊，受到的阻力較小,故A錯誤；本題是以自由落體運動為例來驗證機械能守恒定律，需要驗證的方程是mgh＝eq\f（1,2）mv2，因為我們是比較mgh、eq\f(1，2)mv2的大小關(guān)系，故m可約去，不需要用天平測量重物的質(zhì)量，操作時應(yīng)先接通電源，再釋放紙帶,故B、C正確；不能利用公式v＝eq\r（2gh)來求解瞬時速度，否則體現(xiàn)不了實驗驗證,卻變成了理論推導(dǎo)，故D錯誤。（2）重力勢能減小量ΔEp＝mgh＝0.5×9。8×43。65×10－2J≈2。14J.利用勻變速直線運動的推論：vD＝eq\f(xOE－xOC，2T）＝eq\f（49。66－38。02×10－2,2×0.02）m/s＝2。91m/s，EkD＝eq\f(1，2)mveq\o\al(2,D）＝eq\f(1,2)×0.5×2.912J≈2。12J，動能增加量ΔEk＝EkD－0＝2。12J。由于存在阻力作用,所以減小的重力勢能大于動能的增加。（3)根據(jù)表達式mgh′＝eq\f(1,2)mv2－eq\f（1，2)mveq\o\al（2,A),則有v2＝veq\o\al（2，A）＋2gh′；當(dāng)圖像的斜率為重力加速度的2倍時，即可驗證機械能守恒，而圖像的斜率k＝eq\f（10.36－5。48,0.25）m/s2＝19。52m/s2，因此能粗略驗證自由下落的物體機械能守恒。三、計算題(本題共4小題，共40分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位）15.（8分）如圖所示，豎直平面內(nèi)的一半徑R＝0。5m的光滑圓弧槽BCD，B點與圓心O等高，質(zhì)量m＝0。1kg的小球(可看作質(zhì)點）從B點正上方H＝0。75m高處的A點自由下落，由B點進入圓弧軌道,從D點飛出，不計空氣阻力，(取g＝10m/s2）求：（1）小球經(jīng)過B點時的動能；(2)小球經(jīng)過最低點C時的速度大小vC.答案(1)0。75J(2）5m/s解析(1）小球從A點到B點，根據(jù)動能定理有：mgH＝Ek代入數(shù)據(jù)得：Ek＝0。75J.（2）小球從A點到C點,由動能定理有：mg(H＋R)＝eq\f(1,2）mveq\o\al（2，C)代入數(shù)據(jù)得：vC＝5m/s。16．(10分）某探究性學(xué)習(xí)小組對一輛自制遙控車的性能進行研究。他們讓這輛小車在水平地面上由靜止開始運動，并將小車運動的全過程記錄下來，通過數(shù)據(jù)處理得到如圖所示的v。t圖像,已知小車在0～t1時間內(nèi)做勻加速直線運動,t1～10s時間內(nèi)小車牽引力的功率保持不變，7s末到達最大速度，在10s末停止遙控讓小車自由滑行,小車質(zhì)量m＝1kg，整個過程中小車受到的阻力Ff大小不變.（1）求小車所受阻力Ff的大小;(2）求在t1～10s內(nèi)小車牽引力的功率P；(3)求出t1的值及小車在0～t1時間內(nèi)的位移。答案(1）2N(2）12W(3）1。5s2.25m解析（1）在10s末撤去牽引力后，小車只在阻力Ff作用下做勻減速運動，由圖像可得減速時的加速度大小為a＝2m/s2則Ff＝ma＝2N。（2）小車做勻速運動階段即7~10s內(nèi),設(shè)牽引力為F，則F＝Ff由圖像可知最大速度vm＝6m/s解得P＝Fvm＝12W。(3)設(shè)0～t1時間內(nèi)的位移為x1，加速度大小為a1，牽引力為F1，t1時刻速度為v1，則由P＝F1v1得F1＝4N,由F1－Ff＝ma1得a1＝2m/s2，則t1＝eq\f（v1,a1）＝1.5s，x1＝eq\f(1,2)a1teq\o\al（2，1)＝2.25m。17．（10分）蹦極是一項非常刺激的運動。為了研究蹦極過程，可將人視為質(zhì)點，人的運動沿豎直方向，人離開蹦極臺時的初速度、彈性繩的質(zhì)量、空氣阻力均可忽略.某次蹦極時，人從蹦極臺跳下，到a點時彈性繩恰好伸直，人繼續(xù)下落，能到達的最低位置為b點，如圖所示.已知人的質(zhì)量m＝50kg，彈性繩的彈力大小F＝kx,其中x為彈性繩的形變量，k＝200N/m，彈性繩的原長l0＝10m，整個過程中彈性繩的形變始終在彈性限度內(nèi)。取重力加速度g＝10m/s2。在人離開蹦極臺至第一次到達b點的過程中，機械能損失可忽略。（1）求人第一次到達a點時的速度大小v；(2)求人的速度最大時，彈性繩的長度；（3）已知彈性繩的形變量為x時，它的彈性勢能Ep＝eq\f(1,2)kx2，求人的最大速度。答案(1)10eq\r（2）m/s（2）12.5m（3)15m/s解析（1)人由蹦極臺到a點的運動過程中，根據(jù)機械能守恒定律有：mgl0＝eq\f（1,2）mv2所以：v＝eq\r(2gl0)＝10eq\r(2）m/s。(2)人的速度最大時，有kx＝mg得x＝eq\f(mg，k)＝2.5m此時彈性繩的長度l＝l0＋x＝12。5m。（3）設(shè)人的最大速度為vm，根據(jù)人和彈性繩組成的系統(tǒng)機械能守恒得：mgl＝eq\f（1，2)kx2＋eq\f(1，2)mveq\o\al(2,m）解得v