物理（教科版必修2）练习阶段质量评估（四）机械能和能源

阶段质量评估(四)机械能和能源A卷基础达标卷(时间：45分钟满分：100分)一、选择题(每小题5分，共40分．1～5题为单选题，6～8题为多选题．)1．拖拉机耕地时一般比在道路上行驶时速度慢，这样做的主要目的是()A．节省燃料 B．提高柴油机的功率C．提高传动机械的效率 D．增大拖拉机的牵引力解析：拖拉机耕地时受到的阻力比在路面上行驶时大得多，根据P＝Fv，在功率一定的情况下，减小速度，可以获得更大的牵引力，选项D正确．答案：D2．北京时间2013年6月11日17时38分，“神舟十号”载人飞船成功发射．飞船发射上升过程中，其重力做功和重力势能变化的情况为()A．重力做正功，重力势能减小 B．重力做正功，重力势能增加C．重力做负功，重力势能减小 D．重力做负功，重力势能增加解析：飞船发射时高度逐渐上升，飞船的重力做负功，重力势能越来越大，故选项D正确．答案：D3．关于做功和物体动能变化的关系，下列说法正确的是()A．只要动力对物体做功，物体的动能就增加B．只要物体克服阻力做功，它的动能就减少C．外力对物体做功的代数和等于物体的末动能与初动能之差D．动力和阻力都对物体做功，物体的动能一定变化解析：物体动能的变化量取决于合外力对物体做的总功，有动力对物体做功或物体克服阻力做功时，合外力做的总功的正负不能确定，所以动能的增减无法确定．综上，只有选项C正确．答案：C4．关于力对物体做功，下列说法正确的是()A．滑动摩擦力对物体一定做负功B．静摩擦力对物体可能做正功C．作用力与反作用力的功代数和一定为零D．合外力对物体不做功，则物体速度一定不变解析：摩擦力的方向可以和物体的运动方向相同，此时摩擦力做正功，选项A错误，选项B正确．作用力与反作用力可能一个做正功、一个做负功，也可能同时做正功(或负功)，也可以一个做功、一个不做功，做功的代数和不一定为零，选项C错误．合外力对物体不做功，物体的速度大小一定不变，方向可能变化，如匀速圆周运动，选项D错误．答案：B5．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑，在这个过程中()A．汽车的机械能守恒 B．汽车的动能和势能相互转化C．机械能转化为内能，总能量守恒 D．机械能和内能之间没有转化解析：汽车关闭发动机后，匀速下滑，重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡，摩擦力做功，汽车摩擦生热，温度升高，有部分机械能转化为内能，机械能减少，但总能量守恒．因此，选项C正确．答案：C6．人们设计出磁悬浮列车，列车能以很大速度行驶．列车的速度很大，是采取了下列哪些可能的措施()A．减小列车的质量 B．增大列车的牵引力C．减小列车所受的阻力 D．增大列车的功率解析：当列车以最大速度行驶时，牵引力与阻力大小相等，有P＝Ffv，故v＝eq\f(P,Ff)，要增大速度，一方面增大列车的功率，另一方面减小列车所受的阻力，故选项C、D正确．答案：CD7．甲、乙两球的质量相等，悬线一长一短，将两球由图示位置的同一水平面无初速度释放，不计阻力，则对小球过最低点时的正确说法是()A．甲球的动能与乙球的动能相等B．两球受到线的拉力大小相等C．两球的向心加速度大小相等D．相对同一参考面，两球的机械能相等解析：由机械能守恒知，相对同一参考面，两球开始的机械能相等，由于运动过程中每个小球的机械能都守恒，所以任意时刻两球相对同一参考平面的机械能相等，选项D正确．设线长为l，小球的质量为m，小球到达最低点时的速度为v，则mgl＝eq\f(1,2)mv2 ①两球经最低点时的动能不同，选项A错误．F－mg＝meq\f(v2,l) ②由①②式得球过最低点时的拉力大小F＝mg＋meq\f(v2,l)＝3mg，选项B正确．球过最低点时的向心加速度大小a＝eq\f(F－mg,m)＝2g，选项C正确．答案：BCD8．如图所示，小滑块从一个固定的光滑斜槽轨道顶端无初速开始下滑，用v、t和h分别表示小球沿轨道下滑的速率、时间和距轨道顶端的高度．如图所示的veq\a\vs4\al(－)t图像和v2eq\a\vs4\al(－)h图像中可能正确的是()解析：小滑块下滑过程中，小滑块的重力沿斜轨道切向的分力逐渐变小，故小滑块的加速度逐渐变小，故选项A错误，选项B正确；由机械能守恒得mgh＝eq\f(1,2)mv2，故v2＝2gh，所以v2与h成正比，选项C错误，选项D正确．答案：BD二、填空题(每小题8分，共16分)9．(2013·新课标全国卷Ⅱ)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图所示．向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面．通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．回答下列问题：(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等．已知重力加速度大小为g．为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的________(填正确答案序号)．A．小球的质量mB．小球抛出点到落地点的水平距离sC．桌面到地面的高度hD．弹簧的压缩量ΔxE．弹簧原长l0(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek＝________．解析：(1)小球抛出时的动能Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，要求得v0需利用平抛知识，s＝v0t，h＝eq\f(1,2)gt2．根据s、h、g，求得v0＝seq\r(\f(g,2h))，因此需测量小球质量m、桌面高度h及落地水平距离s．(2)小球抛出时的动能Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(mgs2,4h)．答案：(1)ABC(2)eq\f(mgs2,4h)10．“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法．(g取10m/s(1)若实验中所用重锤质量m＝1kg，打点纸带如(甲)图所示，打点时间间隔为0．02s，则记录B点时，重锤速度vB＝________，重锤的动能EkB＝________，从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是________，甲(2)根据纸带算出相关各点的速度值，量出下落的距离，则以eq\f(v2,2)为纵轴，以h为横轴画出的图线应是乙图中的________．乙解析：(1)vB＝eq\f(\x\to(AC),2T)＝eq\f(31.4－7.8×10－3,2×0.02)m/s＝0．59m/sEkB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)×1×0．592J＝0．174JΔEp＝mghB＝1×10×17．6×10－3J＝0．176J．在误差允许的范围内，重锤动能的增加量等于势能的减少量．(2)由eq\f(1,2)mv2＝mgh可得eq\f(v2,2)＝gh∝h，故选项C正确．答案：(1)0．59m/s0．174J0．176在实验误差允许的范围内，重锤动能的增加量等于势能的减少量(2)C三、计算题(本题共2小题，共44分)11．(22分)一场别开生面的节能车竞赛在东风本田发动机厂区内进行，40支车队以各家独门绝技挑战1升汽油行驶里程的最高纪录．某公司研制开发的某型号小汽车发动机的额定功率为24kW，汽车连同驾乘人员总质量为m＝2000kg，在水平路面上行驶时受到恒定的阻力是800N．(1)汽车在额定功率下匀速行驶的速度大小；(2)汽车在额定功率下行驶，速度为20m解析：(1)汽车匀速行驶时，牵引力F等于阻力Ff，即F＝Ff又P＝Fv代入数据解得v＝30m(2)设v1＝20m/s时汽车牵引力为FP＝F1v1根据牛顿第二定律有F1－Ff＝ma代入数据解得a＝0．2m/s答案：(1)30m/s(2)0．2m/12．(22分)滑板运动已成为青少年所喜爱的一种体育运动，如图所示，某同学正在进行滑板运动．图中AB段路面是水平的，BCD是一段半径R＝20m的拱起的圆弧路面，圆弧的最高点C比AB段路面高出h＝1．25m．已知人与滑板的总质量为M＝60kg．该同学自A点由静止开始运动，在AB路段他单腿用力蹬地，到达B点前停止蹬地，然后冲上圆弧路段，结果到达C点时恰好对地面压力为零，不计滑板与各路段之间的摩擦力及经过B点时的能量损失(g取(1)该同学到达C点时的速度；(2)该同学在AB段所做的功．解析：(1)该同学通过C点时有Mg＝Meq\f(v\o\al(2,C),R)代入数据解得vC＝10eq\r((2)人和滑板从A点运动到C的过程中，根据动能定理有W－Mgh＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,C)代入数据解得W＝6750J．答案：(1)10eq\r(2)m/s(2B卷能力提升卷(时间：45分钟满分：100分)一、选择题(每小题5分，共40分．1～5题为单选题，6～8题为多选题．)1．如右图所示，质量相等的两木块间连有一弹簧．今用力F缓慢向上提A，直到B恰好离开地面．开始时物体A静止在弹簧上面，设开始时弹簧弹性势能为Ep1，B刚要离开地面时，弹簧的弹性势能为Ep2，则关于Ep1、Ep2大小关系及弹性势能变化ΔEp说法正确的是()A．Ep1＝Ep2 B．Ep1>Ep2C．ΔEp>0 D．ΔEp<0解析：开始时弹簧形变量为x1，有kx1＝mg．它离开地面时形变量为x2，有kx2＝mg，由于x1＝x2，所以Ep1＝Ep2，ΔEp＝0，故选项A正确．答案：A2．用长为l、不可伸长的细线把质量为m的小球悬挂于O点，将小球拉至悬线偏离竖直方向α角后放手，运动t时间后停在最低点．则在时间t内()A．小球重力做功为mgl(1－cosα)B．空气阻力做功为－mglcosαC．小球所受合力做功为mglsinαD．绳拉力做功的功率为eq\f(mgl1－cosα,t)解析：小球运动过程中WG＝mgL(1－cosα)，选项A正确；由动能定理WG＋Wf＝0，故空气阻力做功Wf＝－WG，选项B错误；合力做功为0，绳的拉力做功为0，故选项C、D错误．答案：A3．如图所示，两质量相同的小球A、B，用线悬在等高的O1、O2点，A球的悬线比B球的长．把两球的悬线均拉到水平后将小球无初速释放，则经最低点时(以悬点为零势能参考平面)()A．A球的速度大于B球的速度B．A球的动能等于B球的动能C．A球的机械能大于B球的机械能D．A球的机械能小于B球的机械能解析：因为A球的悬线比B球的长，所以各自摆到最低点时，重力对A球做的功比对B球做的功多，根据动能定理可知，经最低点时A球的动能大于B球的动能，所以选项A正确，选项B错误；由于两球在摆动过程中，只有重力做功，机械能守恒，所以选项CD错误．答案：A4．将质量为m＝1kg的物体由距离地面h＝0．6m处以竖直向上的速度v0＝2m/s抛出，如果空气的阻力可忽略不计，且重力加速度g＝10m/sA．20eq\r(3)W B．20WC．40W D．30W解析：由于空气阻力不计，物体在整个运动过程中只有重力做功，则物体的机械能守恒，eq\f(1,2)mv2＝mgh＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，代入数据可得v＝4m/s，所以P＝mg·v＝40W，选项C正确．答案：C5.(2017·全国卷Ⅱ)如图，海王星绕太阳沿椭圆轨道运动，P为近日点，Q为远日点，M、N为轨道短轴的两个端点，运行的周期为T0.若只考虑海王星和太阳之间的相互作用，则海王星在从P经M、Q到N的运动过程中()A．从P到M所用的时间等于eq\f(T0,4)B．从Q到N阶段，机械能逐渐变大C．从P到Q阶段，速率逐渐变小D．从M到N阶段，万有引力对它一直做正功解析：A错：由开普勒第二定律可知，相等时间内，太阳与海王星连线扫过的面积都相等，故从P到M所用的时间小于T0/4.B错：由整个过程只有引力作用，故机械能守恒，则从Q到N阶段机械能不变．C对：从P到Q阶段，万有引力做负功，动能减小，速率逐渐变小．D错：从M到N阶段，万有引力与速度的夹角先是钝角后是锐角，即万有引力对它先做负功后做正功．答案：C6．如图所示，质量为M的木块放在光滑的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块，并最终留在木块中与木块一起以速度v运动．已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离为l，子弹进入木块的深度为d，若木块对子弹的阻力Ff视为恒定，则下列关系式中正确的是()A．Ffl＝eq\f(1,2)Mv2 B．Ffd＝eq\f(1,2)mv2C．Ffd＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(M＋m)v2 D．Ff(l＋d)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)mv2解析：画出如图所示的运动过程示意图，从图中不难看出，当木块前进距离l，子弹进入木块的作用力大小也为Ff．子弹对木块的作用力对木块做正功，由动能定理得Ff·l＝eq\f(1,2)Mv2 ①木块对子弹的作用力对子弹做负功，由动能定理得－Ff·(l＋d)＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0) ②由①②得Ff·d＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)(M＋m)v2 ③所以，选项A、C、D正确．答案：ACD7．如图所示，将质量为2m的重物悬挂在轻绳的一端，轻绳的另一端系一质量为m的环，环套在竖直固定的光滑直杆上，光滑的轻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B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()A．环到达B处时，重物上升的高度为eq\f(d,2)B．环到达B处时，环与重物的速度大小相等C．环从A到B，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eq\f(4,3)d解析：环到达B处时，重物上升的高度h＝eq\r(2)d－d＝(eq\r(2)－1)d，选项A错误；环到达B处时，环沿绳方向的分速度与重物速度大小相等，故环的速度大于重物的速度，选项B错误；因为环与重物组成的系统机械能守恒，所以环减少的机械能等于重物增加的机械能，选项C正确；设环能下降的最大高度为H，此时环与重物的速度均为零，重物上升的高度为h′＝eq\r(H2＋d2)－d，由机械能守恒定律，有mgH＝2mg(eq\r(H2＋d2)－d)，解得H＝eq\f(4,3)d，选项D正确．答案：CD8．如图所示，半径为R的竖直固定的半圆轨道与水平的长直轨道相切于O点，其中M点为轨道的最高点，可视为质点的质量为m的滑块静止在水平轨道上，某时刻滑块获得水平向左的初速度，经过一段时间，滑块刚好到达最高点M，忽略一切摩擦．则()A．滑块的落地点距离O点的水平间距为2RB．滑块着地瞬间的动能为mgRC．滑块在M点的向心力为零D．如果将轨道的上半部分去掉，滑块仍从原来的位置以等大的速度运动，则滑块上升的最大高度为2．5R解析：由题意知mg＝meq\f(v2,R)，故滑块经M点时的速度大小v＝eq\r(gR)，选项C错误；由2R＝eq\f(1,2)gt2及x＝vt得滑块落地点离O点的水平距离为2R，选项A正确；根据动能定理得2mgR＝Ek－eq\f(1,2)mv2，则滑块落地时的动能Ek＝2mgR＋eq\f(1,2)mv2＝eq\f(5,2)mgR，选项B错误；由mgh＝eq\f(5,2)mgR得滑块能达到的最大高度h＝2．5R，选项D正确．答案：AD二、填空题(每小题8分，共16分)9．某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究功和动能变化的关系，如图所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50．0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小．((1)实验中木板略微倾斜，这样做目的是________．A．是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑B．是为了增大小车下滑的加速度C．可使得细线拉力等于砝码的重力D．可使得小车在未施加拉力时做匀速直线运动(2)实验主要步骤如下：①测量________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路．②将小车停在C点，接通电源，________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度．③在小车中增加砝码，或增加钩码个数，重复②的操作．解析：(1)为了使绳子拉力充当合力，即细线拉力做的功等于合力对小车做的功应先平衡摩擦力，摩擦力平衡掉的检测标准即：可使得小车在未施加拉力时做匀速直线运动，故CD正确；(2)①因为要计算总动能，所以要测量小车和砝码以及拉力传感器的总质量；②接通电源后要释放小车答案：(1)CD(2)小车、砝码静止释放小车10．如图甲所示是用落体法验证机械能守恒定律的实验装置．(g＝9．8m/s(1)选出一条纸带如图乙所示，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，打点计时器通以50Hz的交流电．用分度值为1mm的刻度尺测得的各间距值已标在图乙中，在计数点A和B、B和C之间还各有一个点，重锤的质量为1．00kg．甲同学根据图乙中的测量数据算出：当打点计时器打B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了________J，打点计时器打B点时重锤的速度vB＝________m/s，此时重锤的动能是________J(2)乙同学利用他自己做实验时打出的纸带，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，以eq\f(1,2)v2为纵轴，以h为横轴，画出了如图丙所示的图线．①图线的斜率的值近似等于________．A．19．6m/s2 B．9．8m/C．4．9m/s2 D．2．5m/②图线未过原点O的原因是_______________________________．解析：(1)到B处时，重力势能为Ep＝mghB＝1．00×9．8×18．90×0．01J≈1．85J，vB＝eq\f(27.06－12.41×10－2,0.08)m/s≈1．83m/s，此时重锤的动能Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)×1．00×1．832J≈1．67J．(2)①在实验误差允许的范围内，机械能守恒，故mgh＝eq\f(1,2)mv2，图线的斜率近似等于重力加速度的大小；②从题图丙可知在h＝0时，具有速度，说明该同学做实验时先释放了纸带，然后再闭合打点计时器开关，即先放纸带后开电源．答案：(1)1．851．831．67(2)①B②该同学做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开