2022年高考物理总复习综合能力测试卷及答案5 机械能

综合能力测试五机械能

时间：60分钟分值：100分

一、选择题（1—5为单选，6—8为多选，6'X8=48'）

1.如图所示，自动卸货车静止在水平地面上，在液压机的作用下,

车厢与水平方向的夹角缓慢增大，在货物滑动之前的过程中，下列说

法正确的是（D）

A.货物受到的静摩擦力减小

B.地面对货车有水平向右的摩擦力

C.货物受到的摩擦力对货物做正功

D.货物受到的支持力对货物做正功

解析：由于货物未滑动，所以货物处于平衡状态，有mgsinO=f,

N=mgcosO,，增大时，/增大，N减小，故A错误；对卸货车与货物

整体受力分析可知，整体处于平衡状态，在水平方向不受外力，地面

对货车没有摩擦力，故B错误；货物所受摩擦力的方向与运动方向垂

直，摩擦力不做功，故C错误；货物受到的支持力的方向与运动方向

相同，支持力做正功，故D正确.

2.如图甲所示，一次训练中，运动员腰部系着不可伸长的绳拖

着质量，〃=11kg的轮胎从静止开始沿着笔直的跑道加速奔跑，绳与

水平跑道的夹角是37。，5s后绳从轮胎上脱落，轮胎运动的。立图象

如图乙所示，不计空气阻力，已知新37。=0.6,cos37°=0.8,g取10

m/s2,则下列说法正确的是（D）

A.轮胎与水平跑道间的动摩擦因数"=0.2

B.绳的拉力产的大小为55N

C.在0〜5s内，轮胎克服摩擦力做的功为1375J

D.在6s末，摩擦力的瞬时功率大小为275W

F

MlZ

/i

f2_1/

,mg

甲乙

解析：绳从轮胎上脱落后，轮胎的受力情况如图甲所示.由轮胎

的速度一时间图象可得此过程的加速度为公=-5m/s2,根据牛顿第

二定律有一及=机。2,又因为fi—fiNi,N2—ing=0,代入数据解得"

=0.5,选项A错误；绳拉轮胎的过程中，轮胎的受

力情况如图乙所示.根据牛顿第二定律有JFCOS37。一力=机的，又

因为力=〃Ni,mg-Fsin37°-M=0,由轮胎的速度一时间图象得此

过程的加速度GI=2m/S,联立解得b=70N,选项B错误；在0〜5

s内，轮胎克服摩擦力做功为W=fisi=//(/wg--Fsin370)si=

0.5X68X25J=850J,选项C错误；由速度一时间图象得6s末轮胎

的速度为5m/s,在6s末，摩擦力的瞬时功率为尸="/wg0=275W,

选项D正确.

3.如图，固定板A5倾角夕=60。，板3C水平，A3、3C长度均

为L,小物块从A处由静止释放，恰好滑到C处停下来.若调整BC

使其向上倾斜，倾角不超过90。，小物块从A处由静止滑下再沿BC

上滑，上滑距离与BC倾角有关.不计物块在3处的机械能损失，各

接触面动摩擦因数相同，小物块沿3C上滑的最小距离为％,则(B)

A_LL

A.B.*=不

n小L

D・x—2

解析：小物块从A处由静止释放，恰好滑到C处停下来，由动能

定理得mgLsinO=fimgLcosO-}-pnigL,若调整BC使其向上倾斜，设

BC与水平方向之间的夹角为a时，小物块沿3C上滑的距离最小，

由动能定理可得mgLsinO=/imgLcosO+mgxs\na+fintgxcosa,解得x

=产,故B正确.

4.如图所示，由光滑细管组成的轨道固定在竖直平面内，段和

3C段是半径为R的四分之一圆弧，CD段为平滑的弯管.一小球从管

口D处由静止释放，最后能够从A端水平抛出落到地面上.关于管

口。距离地面的高度必须满足的条件是（B）

A.等于2KB.大于2K

C.大于2A且小于前D.大于当？

解析：细管轨道可以提供支持力，所以到达A点的速度大于零即

可，mgH~mg-2R>0,解得H>2R,故选B.

5.某兴趣小组对一辆自制遥控小车的性能进行研究，他们让这

辆小车在水平的直轨道上以恒定加速度由静止启动，并将小车运动的

全过程记录下来，通过处理转化为图象，如图所示（除2〜10s时

间段内的图象为曲线外，其余时间段图象均为直线），2s后小车的功

率不变，可认为在整个过程中小车所受到的阻力大小不变.小车的质

量为1kg,则小车在0〜10s运动过程中位移的大小为（B）

v/（m•s-1）

A.39mB.42m

C.45mD.48m

3—0

解析：小车在匀加速运动阶段有a=-z-m/s2=L5m/s2,根据牛

顿第二定律可得r~f=ma,在2s后小车功率恒定，在2s末有尸

=F,X3m/s,小车匀速运动阶段，牵引力等于阻力，则P=fX6m/s,

联立解得f=1.5N,额定功率P=9W,小车在。〜2s过程中的位移

为xi=5X2X3m=3m,对2〜10s的过程运用动能定理得打一笈2

代入数据得M=39m,故0—10s内的位移为x=xi

+必=42m,B正确.

6.如图所示，轻杆一端固定质量为，〃的小球，另一端固定在转轴

上，轻杆长度为凡可绕水平光滑转轴O在竖直平面内转动.将轻杆

从与水平方向成30。角的位置由静止释放.若小球在运动过程中受到

的空气阻力大小不变.当小球运动到最低点尸时，轻杆对小球的弹力

大小为发mg,方向竖直向上.下列说法正确的是（BC）

A.小球运动到P点时的速度大小为

B.小球受到的空气阻力大小为噂

C.小球能运动到与。点等高的。点

D.小球不能运动到与O点等高的。点

解析：小球运动到尸点时，根据牛顿第二定律可得T-,ng=%,

解得小球在尸点的速度大小为/华，A错误；根据动能定理

可得机/X；><27rR=，n02,解得片用B正确；假设小

球刚好能运动到与O点等高的Q点，根据动能定理可得mg^R-

1800+30°

户一赤一X2TT£=0,故假设成立，小球能运动到与O点等高的Q

点，且到达。点的速度刚好为零，C正确，D错误.

7.如图所示，滑块A、B的质量均为加，A套在固定倾斜直杆上,

倾斜杆与水平面成45。角，3套在水平固定的直杆上，两杆分离不接

触，两直杆间的距离忽略不计且足够长，A、B通过较链用长度为L

的刚性轻杆（初始时轻杆与水平面成30。角）连接，4、5从静止释放，

3开始沿水平杆向右运动，不计一切摩擦，滑块A、B可视为质点.在

运动的过程中，下列说法中正确的是（AD）

A.4、3组成的系统机械能守恒

B.当A到达与B同一水平面时，A的速度为近

C.B滑块到达最右端时，A的速度为每Z

D.B滑块的最大速度为倔Z

解析：因不计一切摩擦，故系统机械能守恒，A正确；设A的速

度为八、3的速度为os,当A到达与3同一水平面时，对A的速度

、叵

进行分解，根据沿轻杆方向A、3速度相等有。8=0“0$45。=4PA,

根据系统机械能守恒有/〃§^=］温+17〃0%，解得。A=、J；gL,B错

误；3滑块到达最右端时，3的速度为零，如图甲所示.

根据系统机械能守恒有mgL^\=\mv'\,解得vrA=

q（i+m%L,c错误；当A滑到最低点时，速度为零，5的速度最大,

31

如图乙所示，根据系统机械能守恒有不m='%,解得VfB=

国E,D正确.

8.如图所示，将质量为2机的重物悬挂在轻绳的一端，轻绳的另

一端系一质量为机的环，环套在竖直固定的光滑直杆上，光滑的轻小

定滑轮与直杆的距离为d,杆上的A点与定滑轮等高，杆上的3点在

A点下方距离为d处.现将环从A处由静止释放，不计一切摩擦阻力,

下列说法正确的是（CD）

A.环到达3处时，重物上升的高度力=多

B.环到达B处时，环与重物的速度大小相等

C.环从A到3,环减少的机械能等于重物增加的机械能

D.环能下降的最大高度为。

解析：根据几何关系，环从A下滑至5点时，重物上升的高度人

=g-d,故A错误；将环在B点的速度沿绳子方向和垂直于绳子

方向分解，沿绳子方向上的分速度等于重物的速度，有：。环cos45。

=0重物，故B错误；环下滑过程中无摩擦力对系统做功，系统机械能

守恒，即环减小的机械能等于重物增加的机械能，故C正确；环下滑

到最大高度为“时，环和重物的速度均为0,此时重物上升的最大高

度为1炉+不-d,根据机械能守恒有mgH=ImgiyJjH^+d2—d),解得:

4

H=~d9故D正确.

二、非选择题(12'+10'+14,+16'=52')

9.如图甲所示，一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能

守恒定律”的实验.有一直径为d、质量为小的金属小球从A处由静

止释放，下落过程中能通过A处正下方、固定于3处的光电门，测得

A、B间的距离为光电计时器记录下小球通过光电门的时

间为当地的重力加速度为g.则：

A:金属小球

光电

门

接

计

时

器

甲

(1)如图乙所示，用游标卡尺测得小球的直径d=7.25mm.

乙

丙

(2)多次改变高度”，重复上述实验操作，作出"随/的变化图象

如图丙所示，当图中已知量用、Ho和重力加速度g及小球的直径d满

足表达式丝旦逊三式时，可判断小球下落过程中机械能守恒.

(3)实验中，因受空气阻力影响，小球动能的增加量AEk总是稍小

于其重力势能的减少量A4,适当降低下落高度后，则AEp—AEk将

减小(填“增大”“减小”或“不变”).

解析：(1)图乙所示的游标卡尺读数为7mm+5X=mm=7.25

mm.

(2)若小球下落过程中机械能守恒，则小球减少的重力势能等于其

增加的动能，即有mgHo=1mQ2,化简得2g"(而=".

(3)由于存在空气阻力，重力势能的减小量等于动能的增加量和克

服阻力做功之和，降低高度，则克服阻力做功减小，即A£p-A£k减

小.

10.某实验小组用图甲实验装置探究合力做功与动能变化的关

系.铁架台竖直固定放置在水平桌面上，长木板一端放置在水平桌面

边缘尸处，另一端放置在铁架台竖直铁杆上，使长木板倾斜放置，长

木板P处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时的挡光

时间.实验步骤是：

①用游标卡尺测出滑块的挡光宽度L,用天平测量滑块的质量m.

②平衡摩擦力：以木板放置在水平桌面上的尸处为轴，调节长木

板在铁架台上的放置位置，使滑块恰好沿木板向下做匀速运动.在铁

架台竖直杆上记下此位置0,用刻度尺测出S到水平面的高度H.

③保持P位置不变，长木板另一端放置在铁架台竖直杆0处.用

刻度尺量出。卜。2的距离⑶，将滑块从。2位置由静止释放，由光电

门计时器读出滑块的挡光时间h.

④保持尸位置不变，重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位

置，重复步骤③数次.

I.滑块沿长木板由0运动到P的过程中，用测量的物理量回答

下列问题(重力加速度已知为g)：

(1)滑块通过光电门的速度

(2)滑块动能的变化量人员=嘴；

(3)滑块克服摩擦力做的功

(4)合力对滑块做的功亚合=埋血.

II.某学生以长木板在铁架台竖直杆上的放置位置到01的距离h

为横坐标，以滑块通过光电门挡光时间的平方的倒数/为纵坐标，根

据测量数据在坐标系中描点画出如图乙所示直线，直线延长线没有过

坐标原点，其原因主要是平衡摩擦力倾角过大.

解析：I.滑块挡光宽度很窄，挡光时间很短，1就能表示瞬时速

度v,滑块动能变化量AFk=1/nu2=•滑块匀速运动时mgH—

"zwgcos仇/斜面=0,则mgH=〃ntgd

改变倾角后，Wf=/imgcos02l斜面=fintgd=mgH.

合力对滑块做的功W^=mg[H+hi)—Wf=mghi

II.直线延长线没有过坐标原点说明合外力大于mg,是平衡摩擦

力倾角过大的缘故.

11.如图所示，水平光滑轨道48与竖直半圆形光滑轨道在B点

平滑连接，AB段长x=10m,半圆形轨道半径K=2.5m.质量m=

0.10kg的小滑块(可视为质点)在水平恒力b作用下，从A点由静止开

始运动，经3点时撤去力乩小滑块进入半圆形轨道，沿轨道运动到

最高点C,从C点水平飞出.重力加速度g取10m/s2,不计空气阻

力.

(1)若小滑块从C点水平飞出后又恰好落在A点.求：

①滑块通过C点时的速度大小；

②滑块刚进入半圆形轨道时，在3点对轨道压力的大小；

(2)如果要使小滑块能够通过C点，求水平恒力F应满足的条件.

解析：⑴①设滑块从。点飞出时的速度为vc,从。点运动到A

点的时间为力滑块从C点飞出后做平抛运动

竖直方向：27?=委

水平方向：x=vct

解得vc=10m/s.

②设滑块通过B点时的速度为VB,根据机械能守恒定律

mvi~\-2mgR

设滑块在3点受轨道的支持力为bN,根据牛顿第二定律

F^—mg=nr^,联立解得FN=9N

根据牛顿第三定律，滑块在3点对轨道的压力

FNZ=FN=9N.

(2)若滑块恰好能够经过C