（新教材）人教版高中物理必修第二册《第4章 机械能守恒定律》章末检测试卷（含答案）

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1、章末检测试卷章末检测试卷( (四四) ) (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、选择题(本题共 12 小题，每题 4 分，共 48 分.17 为单项选择题，812 为多项选择题) 1.在下列所描述的运动过程中，若物体所受的空气阻力均可忽略不计，则机械能守恒的是 ( ) A.小孩沿滑梯匀速滑下 B.电梯中的货物随电梯一起匀速下降 C.发射过程中的火箭加速上升 D.被投掷出的铅球在空中运动 答案 D 2.质量为 m 的汽车在平直公路上行驶，阻力 Ff保持不变.当汽车的速度为 v、加速度为 a 时， 发动机的实际功率为( ) A.Ffv B.mav C.(maFf)v D.(maFf)v 答案

2、 C 解析 由题意知，汽车受到的阻力为 Ff，当加速度为 a 时，由牛顿第二定律有 FFfma， 得 FFfma；根据 PFv，则发动机的实际功率为 P(Ffma)v，选项 C 正确. 3.(2018 宜昌一中高一下学期期末)以一定的初速度竖直向上抛出质量为 m 的小球，它上升的 最大高度为 h，空气阻力的大小恒为 Ff，重力加速度为 g，则从抛出点至回到原出发点的过 程中，各力做功的情况正确的是( ) A.重力做的功为 2mgh B.空气阻力做的功为2Ffh C.合力做的功为 2Ffh D.物体克服重力做的功为mgh 答案 B 4.将一个小球以初速度 v0水平抛出，不计空气阻力，小球在空中运

3、动的过程中重力做功的功 率 P 随时间 t 变化的图像是下列图中的( ) 答案 A 解析 PGmgvcos mgvymg gtmg2t，故重力的功率与时间 t 成正比，A 项正确. 5.将质量为 200 g 的物体在高 20 m 处以 20 m/s 的初速度竖直上抛， 若测得该物体落地时的速 度为 20 m/s，则物体在空中运动时克服空气阻力做的功是(g 取 10 m/s2)( ) A.0 B.20 J C.36 J D.40 J 答案 D 解析 对物体从开始上抛至落地的整个过程应用动能定理得 mghWf1 2mv2 21 2mv1 2，解得 Wf40 J，D 正确. 6.如图 1 所示，木块

4、 A 放在木块 B 的左端，用水平恒力 F 将 A 拉至 B 的右端，第一次将 B 固 定在地面上，F 做功为 W1，产生的热量为 Q1；第二次让 B 可以在光滑地面上自由滑动，F 做的功为 W2，产生的热量为 Q2，则应有( ) 图 1 A.W1W2，Q1Q2 B.W1W2，Q1Q2 C.W1W2，Q1Q2 D.W1W2，Q1Q2 答案 A 解析 F 做的功 WFlA，第一次 lA1比第二次 lA2小，故 W12h)，A 球刚好在桌边.若由静止释放两球，且 A、B 两球落地后 均不再弹起，则下列说法正确的是(重力加速度为 g)( ) 图 5 A.A 球落地前的加速度为g 2 B.B 球到达桌

5、边的速度为 2gh C.B 球落地时与 A 球的水平距离为 2h D.细线对 B 球做的功为1 2mgh 答案 ACD 解析 A 球落地前，以两球整体为研究对象，根据牛顿第二定律有 mg2ma，求得加速度为 g 2，A 正确.A 球落地后，B 球先向右做匀速运动，到达桌边以后做平抛运动，从释放到 A 球 落地的过程，根据机械能守恒，有 mgh1 22mv 2，解得 A 球落地时 B 球的速度 v gh，则 B 球到达桌边的速度为 gh；由运动学公式可得，B 球下落到地面的时间 t 2h g ，两球落地 后均不再弹起，所以 A、B 两球落地的水平距离为 svt 2hL，故 B 错误，C 正确.细

6、线 对 B 球做的功等于 B 球到达桌边时获得的动能，W1 2mv 21 2mgh，D 正确. 12.如图 6 所示，物体 A、B 通过细绳及轻质弹簧连接在轻滑轮两侧，物体 B 的质量为 2m， 放置在倾角为 30 的光滑斜面上，物体 A 的质量为 m，用手托着物体 A 使弹簧处于原长，细 绳伸直且 B 与轻滑轮间的弹簧和细绳均与斜面平行，A 与地面的距离为 h，物体 B 静止在斜 面上挡板 P 处.放手后物体 A 下落，与地面即将接触时速度大小为 v，此时物体 B 对挡板恰好 无压力，不计空气阻力，重力加速度为 g，则下列说法正确的是( ) 图 6 A.弹簧的劲度系数为mg h B.此时弹簧

7、的弹性势能等于 mgh1 2mv 2 C.此时物体 A 的加速度大小为 g，方向竖直向上 D.此后物体 B 可能离开挡板沿斜面向上运动 答案 AB 解析 A 物体下落 h，则弹簧的形变量是 h，B 物体处于静止状态，所以 kh2mgsin 30 ，解 得 kmg h ，A 正确；物体 A 减少的机械能转化为了弹簧的弹性势能，所以弹簧的弹性势能为 mgh1 2mv 2，B 正确；此时弹簧弹力为 mg，则 A 受到的拉力为 mg，故 A 物体受力平衡，加 速度为 0，C 错误；因 A 落地后不再运动，则弹簧的形变量不再变化，弹力不会再增大，故 B 不可能离开挡板向上运动，D 错误. 二、实验题(本

8、题共 2 小题，共 12 分) 13.(6 分)(2018 深圳中学期中)用如图 7 所示实验装置“验证机械能守恒定律”，重物 P(含遮 光片)和重物 Q 用跨过轻滑轮的细线相连，现让 P 从光电门 1 的上侧由静止释放，P 竖直向 下运动，分别测出遮光片经过光电门 1 和光电门 2 的时间 t1和 t2，另测得遮光片的宽度为 d，两光电门之间的距离为 h，已知重力加速度为 g. 图 7 (1)实验中还需要测量的物理量有_(填写物理量名称以 及表示符号). (2)写出验证机械能守恒定律的等式为_(用以上测得的物理量符号表示). 答案 (1)重物 P 的质量 m1和重物 Q 的质量 m2(2 分

9、) (2)(m1m2)gh1 2(m1m2)( d t2) 2(d t1) 2(4 分) 解析 系统减少的重力势能为 Ep(m1m2)gh，P 经过光电门 1 的速度为 v1 d t1，经过光电 门 2 的速度是 v2 d t2，故系统动能增加量为 1 2(m1m2)( d t2) 2(d t1) 2，所以还需要测量重物 P 的质量 m1和重物 Q 的质量 m2. 14.(6 分)(2018 攀枝花市高一下学期期末)某实验小组的同学用如图 8 所示的实验装置“验证 机械能守恒定律”，他们的主要实验步骤如下： 图 8 ()按图示安装好器材. ()将电火花打点计时器接到电源上. ()接通电源后释放

10、纸带，打出一条纸带. ()换用另外的纸带，重复步骤(). ()选取点迹清晰的纸带，测量所选纸带上一系列测量点距初位置的距离. ()根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能和它增加的动能，比较二者是否相等. 请回答下列问题： (1)为完成此实验，除了图中所给器材外，还必需的器材有_.(填正确选项前的字母) A.天平 B.秒表 C.毫米刻度尺 D.46 V 的交流电源 E.220 V 的交流电源 (2)步骤()中测得测量点距初位置的距离为 h，计算出对应的速度为 v.以 h 为横轴，v2为纵 轴，画出的图线如图9 所示， 图线的斜率为 k， 则当地的重力加速度为_.(不计一切阻力) 图 9

11、答案 (1)CE(2 分) (2)k 2(4 分) 解析 (1)比较重锤下落过程中减少的重力势能和它增加的动能，质量可约去，不需要天平； 实验中用打点计时器测时间，不需要秒表；测量所选纸带上一系列测量点距初位置的距离需 使用毫米刻度尺；电火花打点计时器应接 220 V 的交流电源，故选 C、E. (2)重锤的机械能守恒，则 mgh1 2mv 2即 v22gh，则 v2h 图线的斜率 k2g，故当地的重力 加速度 gk 2. 三、计算题(本题共 4 小题，共 40 分) 15.(8 分)(2018 资阳市高一下学期期末)如图 10 所示， 水平长直轨道 AB 与半径为 R0.8 m 的 光滑1

12、4竖直圆轨道BC相切于B， 轨道BC与半径为r0.4 m的光滑 1 4竖直圆轨道CD相切于C， 质量 m1 kg 的小球静止在 A 点，现用 F18 N 的水平恒力向右拉小球，在到达 AB 中点时 撤去拉力， 小球恰能通过 D 点.已知小球与水平面间的动摩擦因数 0.2， 取 g10 m/s2.求： 图 10 (1)小球在 D 点的速度 vD大小； (2)小球在 B 点对圆轨道的压力 FNB大小； (3)A、B 两点间的距离 x. 答案 (1)2 m/s (2)45 N (3)2 m 解析 (1)小球恰好过最高点 D，由牛顿第二定律有： mgmv 2 D r (1 分) 解得：vD2 m/s；

13、(1 分) (2)小球从 B 到 D，由动能定理：mg(Rr)1 2mvD 21 2mvB 2(2 分) 设小球在 B 点受到圆轨道的支持力为 FN，由牛顿第二定律有： FNmgmv 2 B R (1 分) 由牛顿第三定律得 FNBFN 联立解得：FNB45 N；(1 分) (3)小球从 A 到 B，由动能定理： F x 2mgx 1 2mvB 2(1 分) 解得：x2 m.(1 分) 16.(9 分)过山车是游乐场中常见的设施.图 11 是一种过山车的简易模型， 它由水平轨道和在竖 直平面内的两个圆形轨道组成，B、C 分别是两个圆形轨道的最低点，半径 R12.0 m、R2 1.4 m.一个质

14、量为 m1.0 kg 的小球(视为质点)，从轨道的左侧 A 点以 v012.0 m/s 的初速度 沿轨道向右运动，A、B 间距 L16.0 m.小球与水平轨道间的动摩擦因数 0.2，圆形轨道是 光滑的.假设水平轨道足够长，圆形轨道间不相互重叠.重力加速度取 g10 m/s2，计算结果保 留小数点后一位数字.求： 图 11 (1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时，轨道对小球作用力的大小； (2)如果小球恰能通过第二圆形轨道，B、C 间距 L 应是多少. 答案 (1)10.0 N (2)12.5 N 解析 (1)设小球经过第一个圆形轨道的最高点时的速度为 v1， 根据动能定理mgL12mgR1

15、1 2mv1 21 2mv0 2(3 分) 小球在最高点受到重力 mg 和轨道对它的作用力 F，根据牛顿第二定律 Fmgmv 2 1 R1 (1 分) 由得 F10.0 N(1 分) (2)小球恰能通过第二圆形轨道，则有 mgmv 2 2 R2 (1 分) mg(L1L)2mgR21 2mv2 21 2mv0 2(2 分) 由得 L12.5 m.(1 分) 17.(10 分)如图 12 甲所示，质量 m1 kg 的物体静止在光滑的水平面上，t0 时刻，物体受 到一个变力 F 作用，t1 s 时，撤去力 F，某时刻物体滑上倾角为 37 的粗糙斜面；已知物体 从开始运动到斜面最高点的 vt 图像如

16、图乙所示， 不计其他阻力， g 取 10 m/s2， sin 37 0.6， cos 37 0.8，求： 图 12 (1)变力 F 做的功； (2)物体从斜面底端滑到最高点过程中克服摩擦力做功的平均功率； (3)物体回到出发点的速度大小. 答案 (1)50 J (2)20 W (3)2 5 m/s 解析 (1)由题图乙知物体 1 s 末的速度 v110 m/s(1 分) 根据动能定理得：WF1 2mv1 250 J.(1 分) (2)物体沿斜面上升的最大距离： x1 2110 m5 m(1 分) 物体到达斜面时的速度 v210 m/s，到达斜面最高点的速度为零，根据动能定理： mgxsin 3

17、7 Wf01 2mv2 2(2 分) 解得：Wf20 J(1 分) P Wf t 20 W.(1 分) (3)设物体重新到达斜面底端时的速度为 v3， 在物体从斜面底端上升到斜面最高点再返回斜面 底端的过程中，根据动能定理：2Wf1 2mv3 21 2mv2 2 解得：v32 5 m/s(2 分) 此后物体做匀速直线运动， 故物体回到出发点的速度大小为 2 5 m/s.(1 分) 18.(13 分)如图 13 所示， 质量为 m1 kg 的小滑块(视为质点)在半径为 R0.4 m 的1 4圆弧 A 端 由静止开始释放，它运动到 B 点时速度为 v2 m/s.当滑块经过 B 后立即将圆弧轨道撤去

18、.滑 块在光滑水平面上运动一段距离后，通过换向轨道由 C 点过渡到倾角为 37、长 s1 m 的斜面 CD 上，CD 之间铺了一层匀质特殊材料，其与滑块间的动摩擦因数可在 01.5 之 间调节.斜面底部 D 点与光滑地面平滑相连，地面上一根轻弹簧一端固定在 O 点，自然状态 下另一端恰好在 D 点.认为滑块通过 C 和 D 前后速度大小不变，最大静摩擦力等于滑动摩擦 力.取 g10 m/s2，sin 37 0.6，cos 37 0.8，不计空气阻力. 图 13 (1)求滑块对 B 点的压力大小以及在 AB 上克服阻力所做的功； (2)若设置 0，求质点从 C 运动到 D 的时间； (3)若最终

19、滑块停在 D 点，求 的取值范围. 答案 见解析 解析 (1)在 B 点，由牛顿第二定律有 FNmgmv 2 R(1 分) 解得 FN20 N 由牛顿第三定律知 FNFN20 N(1 分) 从 A 到 B，由动能定理：mgRWf1 2mv 2(1 分) 解得 Wf2 J；(1 分) (2)若 0，滑块在 CD 间运动有 mgsin ma 加速度 agsin 6 m/s2(1 分) 由匀变速运动规律得 svt1 2at 2(1 分) 解得 t1 3 s，或 t1 s(舍去)；(1 分) (3)最终滑块停在 D 点有两种可能： a.滑块恰好能从 C 下滑到 D.则有 mgsin s1mgcos s01 2mv 2(1 分) 解得 11(1 分) b.滑块在斜面 CD 和水平地面间多次反复运动，最终静止于 D 点.当滑块恰好能返回 C： 2mgcos 2s01 2mv 2(1 分) 得到 20.125(1 分) 当滑块恰好能静止在斜面上，则有 mgsin 3mgcos ，得到 30.75(1 分) 所以，当 0.1250.75 时，滑块能在 CD 和水平地面间多次反复运动，最终静止于 D 点. 综上所述， 的取值范围是 0.1250.75 或 1.(1 分)