2017-2018学年高中创新设计物理教科版必修2：第四章　机械能和能源 章末检测卷

第页章末检测卷(四)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题4分．每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项、有的有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)图11．如图1所示，人站在电动扶梯的水平台阶上，假定人与扶梯一起沿斜面加速上升，在这个过程中，人脚所受的静摩擦力()A．等于零，对人不做功B．水平向左，对人做负功C．水平向右，对人做正功D．沿斜面向上，对人做正功答案C解析人向右上方加速，则摩擦力水平向右，对人做正功．2．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答案C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，其他选项均错．3．汽车的额定功率为90kW，路面的阻力恒为F，汽车行驶的最大速度为v.则()A．如果阻力恒为2F，汽车的最大速度为eq\f(v,2)B．如果汽车牵引力为原来的二倍，汽车的最大速度为2vC．如果汽车的牵引力变为原来的eq\f(1,2)，汽车的额定功率就变为45kWD．如果汽车做匀速直线运动，汽车发动机的输出功率就是90kW答案A解析汽车速度达到最大时，做匀速运动，此时汽车的牵引力等于阻力，根据P＝fv，当阻力加倍时，最大速度减半，选项A正确；牵引力加倍，只要阻力不变，最大速度也不变，选项B错误；汽车的额定功率是不变的，选项C错误；汽车可以以某一恒定功率做匀速运动，不一定以额定功率，选项D错误．4．如图所示，A、B、C、D四图中的小球以及小球所在的左侧斜面完全相同，现从同一高度h处由静止释放小球，使之进入右侧不同的竖直轨道：除去底部一小圆弧，A图中的轨道是一段斜面，高度大于h；B图中的轨道与A图中轨道相比只是短了一些，且斜面高度小于h；C图中的轨道是一个内径略大于小球直径的管道，其上部为直管，下部为圆弧形，与斜面相连，管的高度大于h；D图中的轨道是个半圆形轨道，其直径等于h.如果不计任何摩擦阻力和拐弯处的能量损失，小球进入右侧轨道后能到达h高度的是()答案AC解析小球在运动过程中机械能守恒，A、C图中小球不能脱离轨道，在最高点速度为零，因而可以达到h高度．但B、D图中小球都会脱离轨道而做斜抛运动，在最高点具有水平速度，所以在最高点的重力势能要小于mgh(以最低点为零势能面)，即最高点的高度要小于h，选项A、C正确．图25．如图2所示，某人坐在滑沙板上从沙坡斜面的顶端由静止沿直线下滑到斜面底端时速度为2v0，设人下滑时所受阻力恒定不变，沙坡长度为L，斜面倾角为α，人的质量为m，滑沙板质量不计，重力加速度为g.则()A．若人在斜面顶端被其他人推了一把，沿斜面以v0的初速度下滑，则人到达斜面底端时的速度大小为3v0B．若人在斜面顶端被其他人推了一把，沿斜面以v0的初速度下滑，则人到达斜面底端时的速度大小为eq\r(5)v0C．人沿沙坡下滑时所受阻力f＝mgsinα－2eq\f(mv\o\al(2,0),L)D．人在下滑过程中重力功率的最大值为2mgv0答案BC解析对人进行受力分析如图5所示，根据匀变速直线运动的规律有(2v0)2－0＝2aL，veq\o\al(2,1)－veq\o\al(2,0)＝2aL，可解得v1＝eq\r(5)v0，所以选项A错误，B正确；根据动能定理有mgLsinα－fL＝eq\f(1,2)m(2v0)2，可解得f＝mgsinα－2eq\f(mv\o\al(2,0),L)，选项C正确；重力功率的最大值为Pm＝2mgv0sinα，选项D错误．图36．质量为m的小球被系在轻绳的一端，在竖直平面内做半径为R的圆周运动，如图3所示，运动过程中小球受到空气阻力的作用．设某一时刻小球通过轨道的最低点，此时绳子所受拉力为7mg，此后小球继续做圆周运动，经过半个圆周恰能通过最高点，则在此过程中小球克服空气阻力所做的功为()A.eq\f(mgR,8)B.eq\f(mgR,4)C.eq\f(mgR,2)D．mgR答案C解析在最低点有7mg－mg＝eq\f(mv\o\al(2,1),R)，在最高点有mg＝eq\f(mv\o\al(2,2),R)由最低点到最高点的过程，根据动能定理得－2mgR－Wf＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)由以上三个方程解得Wf＝eq\f(1,2)mgR，故C正确．图47．如图4所示，质量为m的物体(可视为质点)以某一初速度由底端冲上倾角为30°的固定斜面，上升的最大高度为h，其加速度大小为g，在这个过程中有关该物体的说法中正确的是()A．重力势能增加了mghB．动能损失了mghC．动能损失了eq\f(1,2)mghD．机械能损失了eq\f(1,2)mgh答案A解析物体重力势能的增加量等于克服重力做的功，选项A正确；物体的合力做的功等于动能的减少量ΔEk＝max＝ma·eq\f(h,sin30°)＝2mgh，选项B、C错误；物体机械能的损失量等于克服摩擦力做的功，因mgsin30°＋f＝ma，所以f＝eq\f(1,2)mg，故物体克服摩擦力做的功为fx′＝eq\f(1,2)mg·2h＝mgh，选项D错误．图58．如图5所示，劲度系数为k的轻弹簧的一端固定在墙上，另一端与置于水平面上的质量为m的物体接触(未连接)，弹簧水平且无形变．用水平力F缓慢推动物体，在弹性限度内弹簧长度被压缩了x0，此时物体静止．撤去F后，物体开始向左运动，运动的最大距离为4x0.物体与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g.则()A．撤去F后，物体先做匀加速运动，再做匀减速运动B．撤去F后，物体刚运动时的加速度为eq\f(kx0,m)－μgC．物体做匀减速运动的时间为2eq\r(\f(x0,μg))D．物体开始向左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功为μmgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x0－\f(μmg,k)))答案BD解析撤去F后，在物体离开弹簧的过程中，弹簧弹力是变力，物体先做变加速运动，离开弹簧之后做匀减速运动，故A错；刚开始时，由kx0－μmg＝ma可知B正确；离开弹簧之后做匀减速运动，减速时间满足3x0＝eq\f(1,2)a1t2，a1＝μg则t＝eq\r(\f(6x0,μg))，C错；速度最大时合力为零，此时弹簧弹力F＝μmg＝kx，x＝eq\f(μmg,k)，所以物体开始向左运动到速度最大的过程中克服摩擦力做的功为Wf＝μmg(x0－x)＝μmgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x0－\f(μmg,k)))，D正确．图69．如图6所示，卷扬机的绳索通过定滑轮用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移动．在移动过程中，下列说法正确的是()A．F对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和B．F对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和C．木箱克服重力做的功等于木箱增加的重力势能D．F对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力做的功之和答案CD解析木箱加速上移的过程中，拉力F做正功，重力和摩擦力做负功，支持力不做功，由动能定理得：WF－WG－Wf＝eq\f(1,2)mv2－0.即WF＝WG＋Wf＋eq\f(1,2)mv2.A、B错误，D正确．又因木箱克服重力做功WG等于木箱重力势能的增加量，故C正确．10．质量为m的小球，从离地面h高处以初速度v0竖直上抛，小球上升的离抛出点的最大高度为H，若选取最高点为零势能面，不计空气阻力，则()A．小球在抛出点的机械能是0B．小球落回抛出点时的机械能是－mgHC．小球落到地面时的动能是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mghD．小球落到地面时的重力势能是－mgh答案AC解析选最高点为零势能面，小球的机械能E＝0，不计空气阻力，小球抛出后只有重力做功机械能守恒，故抛出后在各位置的机械能都是0，故A对，B错；小球落到地面时的重力势能是－mg(h＋H)，D错；由抛出点到落地点利用动能定理得mgh＝Ek－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，所以Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＋mgh，C对．二、填空题(本题共2小题，共14分)图711．(6分)图7为验证机械能守恒定律的实验装置示意图．现有的器材为带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤、天平．回答下列问题：(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________．(填入正确选项前的字母)A．米尺B．秒表C．0～12V的直流电源D．0～12V的交流电源(2)实验中误差产生的原因有____________________________________________________________________________________________________________.(写出两个原因)答案(1)AD(2)①纸带与打点计时器之间有摩擦②用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差③计算势能变化时，选取初、末两点距离过近④交流电频率不稳定解析(1)打点计时器需接交流电源；需要用米尺测量纸带上打出的点之间的距离．12．(8分)如图8所示是某同学探究动能定理的实验装置．已知重力加速度为g，不计滑轮摩擦阻力，该同学的实验步骤如下：图8a．将长木板倾斜放置，小车放在长木板上，长木板旁放置两个光电门A和B，砂桶通过滑轮与小车相连．b．调整长木板倾角，使得小车恰好能在细绳的拉力作用下匀速下滑，测得砂和砂桶的总质量为m.c．某时刻剪断细绳，小车由静止开始加速运动．d．测得挡光片通过光电门A的时间为Δt1，通过光电门B的时间为Δt2，挡光片宽度为d，小车质量为M，两个光电门A和B之间的距离为L.e．依据以上数据探究动能定理．(1)根据以上步骤，你认为以下关于实验过程的表述正确的是________．A．实验时，先接通光电门，后剪断细绳B．实验时，小车加速运动的合外力为F＝MgC．实验过程不需要测出斜面的倾角D．实验时，应满足砂和砂桶的总质量m远小于小车质量M(2)小车经过光电门A、B的瞬时速度为vA＝________、vB＝________.如果关系式________________________在误差允许范围内成立，就验证了动能定理．答案(1)AC(2)eq\f(d,Δt1)eq\f(d,Δt2)mgL＝eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt2))2－eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt1))2三、计算题(本题共4小题，共46分，解答应写出必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13．(8分)用200N竖直向上的拉力将地面上一个质量为10kg的物体提起5m高的位移，空气阻力不计，g取10m/s2，求：(1)拉力对物体所做的功；(2)物体被提高后具有的动能．答案(1)1000J(2)500J解析(1)W＝Fx＝200×5J＝1000J(2)由动能定理得Ek＝W－mgx＝1000J－10×10×5J＝500J14．(12分)在地面处，以30m/s的初速度竖直向上抛出一个球，不计空气阻力，取地面为零势能面．问：(g取10m/s2)(1)球距地面多高处，它的重力势能是动能的2倍？(2)若小球在运动过程中，动能是重力势能的2倍时，它的速度大小为多少？答案(1)30m(2)24.5m/s解析(1)设距地面为h时，Ep＝2Ek由机械能守恒定律知Ep＋Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)在地面h处物体的重力势能Ep＝mgh由以上三个方程解得h＝30m(2)设当速度为v时，Ek＝2Ep，Ek＝eq\f(1,2)mv2由机械能守恒定律知Ek＋Ep＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)以上三个方程式代数解得v≈24.5m/s.15．(12分)如图9所示，竖直平面内半径为R的光滑半圆形轨道，与水平轨道AB相连接，AB的长度为s.一质量为m的小滑块，在水平恒力F作用下由静止开始从A向B运动，小滑块与水平轨道间的动摩擦因数为μ，到B点时撤去力F，小滑块沿圆轨道运动到最高点C时对轨道的压力为2mg，重力加速度为g.求：图9(1)小球在C点的加速度大小；(2)恒力F的大小．答案(1)3g(2)μmg＋eq\f(7mgR,2s)解析(1)由牛顿第三定律知在C点，轨道对小球的弹力为N＝2mg小球在C点时，受到重力和轨道对球向下的弹力，由牛顿第二定律得N＋mg＝ma，解得a＝3g.(2)设小球在B、C两点的速度分别为v1、v2，在C点由a＝eq\f(v\o\al(2,2),R).得v2＝eq\r(3gR).从B到C过程中，由机械能守恒定律得eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＋mg·2R.解得v1＝eq\r(7gR).从A到B过程中，由动能定理得Fs－μm