2020年高中物理第七章机械能守恒定律章末质量评估(三)(含解析)新人教版必修2

章末质量评估(三)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本大题共12小题，每小题4分，共48分．其中1～8题为单选，9～12题为多选，选对得4分，漏选得2分，多选、错选均不得分)1.如图所示，在水平的船板上有一人拉着固定在岸边树上的绳子，用力使船向前移动．关于力对船做功的下列说法中正确的是( )A．绳的拉力对船做了功B．人对绳的拉力对船做了功C．树对绳子的拉力对船做了功D．人对船的静摩擦力对船做了功解析：绳的拉力、人对绳子的拉力和树对绳子的拉力都没有作用于船，没有对船做功．只有人对船的静摩擦力作用于船，且船发生了位移，故对船做了功，且做正功，故选项A、B、C 错误，选项D正确．答案：D2．升降机中有一质量为m的物体，当升降机以加速度a匀加速上升h高度时，物体增加的重力势能为( )A．mgh B．mgh＋mahC．mah D．mgh－mah解析：要分析重力势能的变化，只需要分析重力做功．物体随升降机上升了h，物体克服重力做功W＝mgh，故物体的重力势能增加了mgh，A正确．答案：A3．物体在恒定阻力作用下，以某初速度在水平面上沿直线滑行直到停止．以a、E k、x 和t分别表示物体运动的加速度大小、动能、位移的大小和运动的时间．则以下各图象中，能正确反映这一过程的是( )解析：物体在恒定阻力作用下运动，其加速度随时间不变，随位移不变，选项A 、B 错误；由动能定理，－fx ＝E k －E k0，解得E k ＝E k0－fx ，故选项C 正确，D 错误．答案：C4.一小球从如图所示的弧形轨道上的A 点，由静止开始滑下．由于轨道不光滑，它仅能滑到B 点．由B 点返回后，仅能滑到C 点，已知A 、B 高度差为h 1，B 、C 高度差为h 2，则下列关系正确的是( )A ．h 1＝h 2B ．h 1＜h 2C ．h 1＞h 2D ．h 1、h 2大小关系不确定解析：由能的转化和守恒定律可知，小球由A 到B 的过程中重力势能减少mgh 1，全部用于克服摩擦力做功，即W AB ＝mgh 1.同理，W BC ＝mgh 2，又随着小球最大高度的降低，每次滑过的路程越来越短，必有W AB ＞W BC ，所以mgh 1＞mgh 2，得h 1＞h 2，故C 正确．答案：C5.如图所示是半径为r 的竖直光滑圆形轨道，将一玩具小车放到与轨道圆心O 处于同一水平面的A 点，并给小车一竖直向下的初速度，使小车沿轨道内侧做圆周运动．要使小车不脱离轨道，则在A 处使小车获得竖直向下的最小初速度应为( )A.7grB.5grC.3grD.2gr解析：小车恰好不脱离轨道的条件是在最高点满足mg ＝m v 2r.小车沿轨道内侧做圆周运动的过程中，只有重力做功，机械能守恒．设小车在A 处获得的最小初速度为v A ，由机械能守恒定律得12mv 2A ＝mgr ＋12mv 2，解得v A ＝3gr .故选项C 正确．答案：C6．物体在拉力作用下向上运动，其中拉力做功10 J ，克服阻力做功5 J ，克服重力做功5 J ，则( )A ．物体重力势能减少5 JB ．物体机械能增加5 JC ．合力做功为20 JD ．物体机械能减少5 J解析：物体向上运动，重力做负功5 J ，故重力势能增加了5 J ，故A 错误；合力做功W ＝10－5－5＝0，即合力做功为零，故C 错误；除重力以外的力做功衡量机械能的变化，因此物体的机械能增加了ΔE ＝10－5＝5 J ，故B 正确，D 错误.答案：B7.如图所示为某中学科技小组制作的利用太阳能驱动小车的装置．当太阳光照射到小车上方的光电板时，光电板中产生的电流经电动机带动小车前进．若质量为m 的小车在平直的水泥路上从静止开始沿直线加速行驶，经过时间t 前进的距离为x ，且速度达到最大值v m .设这一过程中电动机的功率恒为P ，小车所受阻力恒为F ，那么这段时间内 ( )A ．小车做匀加速运动B ．小车受到的牵引力逐渐增大C ．小车受到的合外力所做的功为PtD ．小车受到的牵引力做的功为Fx ＋12mv 2m解析：小车在运动方向上受向前的牵引力F 1和向后的阻力F ，因为v 增大，P 不变，由P ＝F 1v ，F 1－F ＝ma ，得出F 1逐渐减小，a 也逐渐减小，当v ＝v m 时，a ＝0，故A 、B 项错误；合外力做的功W 外＝Pt －Fx ，由动能定理得W 牵－Fx ＝12mv 2m ，故C 项错误，D 项正确．答案：D8.如图所示，一质量为m 的质点在半径为R 的半球形容器中(容器固定)由静止开始自边缘上的A 点滑下，到达最低点B 时，它对容器的正压力为F N .重力加速度为g ，则质点自A 滑到B 的过程中，摩擦力对其所做的功为( )A.12R (F N －3mg ) B.12R (3mg －F N ) C.12R (F N －mg ) D.12R (F N －2mg ) 解析：质点到达最低点B 时，它对容器的正压力为F N ，根据牛顿定律有F N －mg ＝m v 2R，根据动能定理，质点自A 滑到B 的过程中有W f ＋mgR ＝12mv 2，故摩擦力对其所做的功W f ＝12R (F N －3mg )，故A 项正确．答案：A9.如图所示，长为L 的木板水平放置，在木板的A 端放置一个质量为m 的小物体，现缓慢抬高A 端，使木板以左端为轴在竖直面内转动，当木板转到与水平面成α角时小物体开始滑动，此时停止转动木板，小物体滑到木板底端时的速度为v ，则在整个过程中( )A ．支持力对小物体做功为0B ．摩擦力对小物体做功为mgL sin αC ．摩擦力对小物体做功为12mv 2－mgL sin αD ．木板对小物体做功为12mv 2解析：木板由水平位置转过α角的过程中，摩擦力方向与速度方向垂直不做功，除重力外只有板的支持力做功，故此过程中支持力所做的功等于物体增加的重力势能：W N ＝ΔE p ＝mgL sin α，所以A 错误；物体从开始下滑到滑到底端的过程中，支持力不做功，重力做正功，摩擦力做负功，由动能定理得W G ＋W f ＝12mv 2－0，即W f ＝12mv 2－mgL sin α，故C 正确，B 错误；对全过程运用能量观点，重力做功为0，无论支持力还是摩擦力，施力物体都是木板，所以木板对小物体做功为12mv 2，D 正确．答案：CD10．(2019·江苏卷)如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态．小物块的质量为m ，从A 点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A 点恰好静止．物块向左运动的最大距离为s ，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g ，弹簧未超出弹性限度．在上述过程中( )A ．弹簧的最大弹力为μmgB ．物块克服摩擦力做的功为2μmgsC ．弹簧的最大弹性势能为μmgsD ．物块在A 点的初速度为2μgs解析：小物块压缩弹簧最短时有F 弹>μmg ，故A 错误；全过程小物块的路程为2 s ，所以全过程中克服摩擦力做的功为μmg ·2 s ，故B 正确；小物块从弹簧压缩最短处到A 点由能量守恒得：E pmax ＝μmgs ，故C 正确；对小物块从A 点返回A 点，由动能定理得：－μmg ·2s ＝0－12mv 20，解得v 0＝2μgs ，故D 错误．答案：BC11.如图所示，在排球比赛中，假设排球运动员某次发球后排球恰好从网上边缘过网，排球网高H ＝2.24 m ，排球质量为m ＝300 g ，运动员对排球做的功为W 1＝20 J ，排球运动过程中克服空气阻力做功为W 2＝4.12 J ，重力加速度g 取10 m/s 2.球从手刚发出位置的高度h ＝2.04 m ，选地面为零势能面，则( )A ．与排球从手刚发出时相比较，排球恰好到达球网上边缘时重力势能的增加量为6.72 JB ．排球恰好到达球网上边缘时的机械能为22 JC ．排球恰好到达球网上边缘时的动能为15.88 JD ．与排球从手刚发出时相比较，排球恰好到达球网上边缘时动能的减少量为4.72 J 解析：与排球从手刚发出时相比较，排球恰好到达球网上边缘时重力势能的增加量为mg (H －h )＝0.3×10×(2.24－2.04) J ＝0.6 J ，故A 错误；根据功能关系可得，排球恰好到达球网上边缘时的机械能为mgh ＋W 1－W 2＝0.3×10×2.04 J ＋20 J －4.12 J ＝22 J ，故B 正确；由动能定理可知，排球恰好到达球网上边缘时的动能为W 1－W 2－mg (H －h )＝15.28 J ，故C 错误；与排球从手刚发出时相比较，排球恰好到达网上边缘时动能的减少量为W 2＋mg (H －h )＝4.72 J ，故D 正确．答案：BD12．某兴趣小组遥控一辆玩具车，使其在水平路面上由静止启动，在前2 s 内做匀加速直线运动，2 s 末达到额定功率，2 s 到14 s 保持额定功率运动，14 s 末停止遥控，让玩具车自由滑行，其v-t 图象如图所示．可认为整个过程玩具车所受阻力大小不变，已知玩具车的质量为m ＝1 kg ，g 取10 m/s 2，则( )A ．玩具车所受阻力大小为2 NB ．玩具车在4 s 末牵引力的瞬时功率为9 WC ．玩具车在2 s 到10 s 内位移的大小为39 mD ．玩具车整个过程的位移为90 m解析：由题图可知在14 s 后的加速度a 2＝0－64 m/s 2＝－1.5 m/s 2，故阻力f ＝ma 2＝－1.5 N ，A 错误；玩具车在前2 s 内的加速度a 1＝3－02 m/s 2＝1.5 m/s 2，由牛顿第二定律可得牵引力F ＝ma 1－f ＝3 N ，当t ＝2 s 时达到额定功率P 额＝Fv ＝9 W ，此后玩具车以额定功率运动，速度增大，牵引力减小，所以t ＝4 s 时功率为9 W ，B 正确；玩具车在2 s 到10 s 内做加速度减小的加速运动，由动能定理得P 额t ＋fx 2＝12mv 22－12mv 21，解得x 2＝39 m ，故C 正确；由图象可知总位移x ＝12×3×2 m ＋39 m ＋6×4 m ＋12×4×6 m ＝78 m ，故D 错误．答案：BC二、非选择题(本题共5小题，共52分．把答案填在题中的横线上或按照题目要求作答．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13．(6分)某同学用图(a)所示的实验装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz ，当地重力加速度g 取9.80 m/s 2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图(b)所示．纸带上的第一个点记为O ，另选连续的三个点A 、B 、C 进行测量，图中给出了这三个点到O 点的距离h A 、h B 和h C 的值．回答下列问题(计算结果保留三位有效数字)：(1)打点计时器打B 点时，重物速度的大小v B ＝________m/s ；(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据．解析：(1)由题意可知，打点计时器的打点周期T ＝0.02 s ，根据某段时间的中点时刻的瞬时速度等于整段时间的平均速度，可得v B ＝x AC 2T ＝（86.59－70.99）×10－22×0.02m/s ＝3.90 m/s.(2)设物体质量为m ，在打下计时点O 到B 的物体运动过程，物体减少的重力势能E p ＝mgh OB＝7.70m ，物体在打下B 点时的动能E k ＝12mvB 2＝7.61m ，在误差范围内可以认为12mv 2B ＝mgh B ，实验结果验证了机械能守恒定律．答案：(1)3.90(2)因为mv 2B2≈mgh B ，近似验证了机械能守恒定律14．(9分)如图是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置(g 取9.80 m/s 2)．(1)选一条清晰的纸带，如图甲所示，其中O 点为打点计时器打下的第一个点，A 、B 、C 为三个计数点，对打点计时器通以频率为50 Hz 的交变电流．用分度值为1 mm 的刻度尺测得OA ＝12.41 cm ，OB ＝18.90 cm ，OC ＝27.06 cm ，在计数点A 和B 、B 和C 之间还各有一个点，重锤的质量为1.00 kg.甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B 点时重锤的重力势能比开始下落时减少了________J ；此时重锤的速度v B ＝________m/s ，此时重锤的动能比开始下落时增加了________J(结果均保留三位有效数字)．(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带，测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h ，算出了各计数点对应的速度v ，然后以h 为横轴、以12v 2为纵轴作出了如图乙所示的图线，图线的斜率近似等于________．A ．19.6B ．9.8C ．4.90图线未过原点O 的原因是_______________________________．解析：(1)当打点计时器打到B 点时，重锤的重力势能减少量ΔE p ＝mg ·OB ＝1.00×9.80×18.90×10－2J ≈1.85 J ；打B 点时重锤的速度v B ＝OC －OA 4T ＝（27.06－12.41）×10－24×0.02m/s≈1.83 m/s ，此时重锤的动能增加量ΔE k ＝12mv 2B ＝12×1.00×1.832J ≈1.67 J.(2)由机械能守恒定律有12mv 2＝mgh ，可得12v 2＝gh ，由此可知图线的斜率近似等于重力加速度g ，故B 正确．由题图线可知，h ＝0时，重锤的速度不等于零，原因是该同学做实验时先释放了纸带，然后才合上打点计时器的开关．答案：(1)1.85 1.83 1.67 (2)B 先释放了纸带，再合上打点计时器的开关15.(10分)(2018·天津卷)我国自行研制、具有完全自主知识产权的新一代大型喷气式客机C919首飞成功后，拉开了全面试验试飞的新征程．假设飞机在水平跑道上的滑跑是初速度为零的匀加速直线运动，当位移x ＝1.6×103m 时才能达到起飞所要求的速度v ＝80 m/s.已知飞机质量m ＝7.0×104kg ，滑跑时受到的阻力为自身重力的0.1倍，重力加速度g 取10 m/s 2.求飞机滑跑过程中(1)加速度a 的大小； (2)牵引力的平均功率P .解析：(1)飞机滑跑过程中做初速度为零的匀加速直线运动，有v 2＝2ax ，①解得a ＝2 m/s 2.②(2)设飞机滑跑受到的阻力为F 阻，根据题意可得F 阻＝0.1mg .③ 设发动机的牵引力为F ，根据牛顿第二定律有F －F 阻＝ma ，④设飞机滑跑过程中的平均速度为v －，有v －＝v2，⑤在滑跑阶段，牵引力的平均功率P ＝F v －，⑥ 联立②③④⑤⑥，解得P ＝8.4×106W. 答案：(1)2 m/s 2(2)8.4×106W16．(12分)如图所示，将质量为m ＝1 kg 的小物块放在长为L ＝1.5 m 的小车左端，车的上表面粗糙，物块与车上表面间动摩擦因数μ＝0.5，半径R ＝0.9 m 的光滑半圆形轨道固定在水平面上且直径MON 竖直，车的上表面和轨道最低点高度相同，距地面高度h ＝0.65 m ，开始车和物块一起以10 m/s 的初速度在光滑水平面上向右运动，车碰到轨道后立即停止运动，g 取10 m/s 2，求：(1)小物块刚进入半圆轨道时对轨道的压力； (2)小物块落地点至车左端的水平距离．解析：(1)车停止运动后取小物块为研究对象，设其到达车右端时的速度为v 1，由动能定理，得－μmgL ＝12mv 21－12mv 20，解得v 1＝85 m/s.刚进入半圆轨道时，设物块受到的支持力为F N ，由牛顿第二定律，得F N －mg ＝m v 21R，解得F N ≈104.4 N ，由牛顿第三定律F ′N ＝F N ，得F ′N ＝104.4 N ，方向竖直向下． (2)若小物块能到达半圆轨道最高点，则由机械能守恒，得 12mv 21＝2mgR ＋12mv 22， 解得v 2＝7 m/s.设恰能过最高点的速度为v 3，则mg ＝m v 23R，解得v 3＝gR ＝3 m/s.因v 2>v 3，故小物块离开半圆轨道最高点后将做平抛运动，得h ＋2R ＝12gt 2， x ＝v 2t ，联立解得x ＝4.9 m ，故小物块距车左端s ＝x －L ＝3.4 m.答案：(1)104.4 N ，方向竖直向下 (2)3.4 m17．(15分)如图所示，光滑曲面AB 与水平面BC 平滑连接于B 点，BC 右端连接内壁光滑、半径为r 的14细圆管CD ，管口D 端正下方直立一根劲度系数为k 的轻弹簧，轻弹簧下端固定，上端恰好与管口D 端齐平，质量为m 的小球在曲面上距BC 的高度为2r 处从静止开始下滑，进入管口C 端时与管壁间恰好无作用力，通过CD 后压缩弹簧，在压缩弹簧过程中速度最大时弹簧的弹性势能为E p ，已知小球与BC 间的动摩擦因数μ＝0.5.求：(1)小球达到B 点时的速度大小v B ； (2)水平面BC 的长度s ；(3)在压缩弹簧过程中小球的最大速度v m .解析：(1)由机械能守恒定律，得mg ·2r ＝12mv 2B ，解得v B ＝2gr .(2)由mg ＝m v 2Cr，得v C ＝gr .由A 至C ，由动能定理，得mg ·2r －μmgs ＝12mv 2C .解得s ＝3r .(3)设在压缩弹簧过程中小球速度最大时离D 端的距离为x ，则有kx ＝mg ， 得x ＝mg k.由功能关系，得mg (r ＋x )－E p ＝12mv 2m －12mv 2C ，解得v m ＝3gr ＋2mg 2k －2E pm.答案：(1)2gr (2)3r (3) 3gr ＋2mg 2k －2E pm。