2024-2025学年高中物理第3章动能的变化与机械功测评含解析沪科版必修2

PAGEPAGE10第3章测评(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。每小题给出的选项中至少有一项符合题目要求,全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)1.一物体静止在升降机的地板上,在升降机加速上升的过程中,下列说法正确的是()A.合力对物体不做功B.地板对物体的支持力做负功C.重力对物体做负功D.地板对物体的支持力做负功解析:升降机加速上升时,物体所受支持力方向向上,与位移同向做正功;物体所受重力方向向下,与位移反向做负功;物体所受合力方向向上,与位移同向做正功。故选项C正确。答案:C2.一小球以初速度v0水平抛出,不计空气阻力,小球在空中运动的过程中重力做功的功率P随时间t变更的图像是()解析:设经过时间t速度大小为v,其方向与竖直方向(或重力方向)成θ角,由功率公式P=Fvcosθ知,此时重力的功率P=mgvcosθ=mgvy=mg·gt=mg2t,所以A正确。答案:A3.导学号44904044如图所示,质量为m的物体A静止于倾角为θ的斜面体B上,斜面体B的质量为m0,现对该斜面体施加一个水平向左的推力F,使物体随斜面体一起沿水平方向向左做加速度为a的匀加速运动,移动s,则此过程中斜面体B对物体A所做的功为()A.Fs B.mgssinθC.mas D.(m0+m)as解析:物体A随斜面体一起做匀加速运动,它所受合外力等于F合=ma,这个力水平向左由斜面B所给,则W=mas,故选项C正确。答案:C4.如图所示,滑雪者由静止起先沿斜坡从A点自由滑下,然后在水平面上前进至B点停下,已知斜坡、水平面与滑雪板之间的动摩擦因数皆为μ,滑雪者(包括滑雪板)的质量为m,A、B两点间的水平距离为l。在滑雪者经过AB段的过程中,摩擦力所做功的大小为(已知滑雪者从斜坡滑上水平面时没有动能损失)()A.大于μmgl B.小于μmglC.等于μmgl D.以上三种状况都有可能解析:设在斜面上滑动的距离为s,斜面倾角为θ,由A到B的过程中摩擦力所做的功为Wf=-μmgcosθ·s-μmg(l-scosθ)=-μmgl,故C正确。答案:C5.子弹的速度为v,打穿一块固定的木块后速度刚好变为零。若木块对子弹的阻力为恒力,那么当子弹射入木块的深度为其厚度的一半时,子弹的速度是()A. B.v C. D.解析:设子弹的质量为m,木块的厚度为d,木块对子弹的阻力为f。依据动能定理可知,子弹刚好打穿木块的过程满意-fd=0-mv2。设子弹射入木块厚度一半时的速度为v',则-f·mv'2-mv2,得v'=v,故选B。答案:B6.如图所示,细线的一端固定于O点,另一端系一小球。在水平拉力作用下,小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点。在此过程中拉力的瞬时功率变更状况是()A.渐渐增大 B.渐渐减小C.先增大,后减小 D.先减小,后增大解析:小球速率恒定,由动能定理可知,拉力做的功与克服重力做的功始终相等,将小球的速度分解,可发觉小球在竖直方向分速度渐渐增大,重力的瞬时功率也渐渐增大,则拉力的瞬时功率也渐渐增大,A项正确。答案:A7.(多选)质量为m的汽车在平直马路上行驶,发动机的功率P和汽车受到的阻力f均恒定不变,在时间t内,汽车的速度由v0增加到最大速度vmax,汽车前进的距离为s,则此段时间内发动机所做的功W可表示为()A.W=PtB.W=fsC.W=+fsD.W=+fs解析:由题意知,发动机功率不变,故t时间内发动机做功W=Pt,所以A正确;车做加速运动,故牵引力大于阻力f,故B错误;依据动能定理W-fs=,所以C正确,D错误。答案:AC8.(多选)在平直马路上,汽车由静止起先做匀加速直线运动,当速度达到vmax后,马上关闭发动机直至静止,v-t图像如图所示,设汽车的牵引力为F,受到的摩擦力为f,全程中牵引力做功为W1,克服摩擦力做功为W2,则()A.F∶f=1∶3B.W1∶W2=1∶1C.F∶f=4∶1D.W1∶W2=1∶3解析:对汽车运动的全过程,由动能定理得W1-W2=ΔEk=0,所以W1=W2,选项B正确,选项D错误;由图像可知s1∶s2=1∶4,由动能定理得Fs1-fs2=0,所以F∶f=4∶1,选项A错误,选项C正确。答案:BC9.(多选)质量为m的物体静止在光滑水平面上,从t=0时刻起先受到水平力F的作用。力F的大小与时间t的关系如图所示,力的方向保持不变,则()A.3t0时刻的瞬时功率为B.3t0时刻的瞬时功率为C.在t=0到3t0这段时间内,水平力的平均功率为D.在t=0到3t0这段时间内,水平力的平均功率为解析:0~2t0时间内,物体的加速度a1=,2t0时刻的速度v1=a1·2t0=,位移s1=,2t0~3t0时间内,加速度a2=,3t0时刻的速度v2=v1+a2t0=,2t0~3t0时间内的位移s2=。所以3t0时刻的瞬时功率P=3F0v2=,B对,A错;3t0内的平均功率,D对,C错。答案:BD10.(多选)如图所示,在光滑四分之一圆弧轨道的顶端A点,质量为m的物块(可视为质点)由静止起先下滑,经圆弧最低点B滑上粗糙水平面,圆弧轨道在B点与水平轨道平滑相接,物块最终滑至C点停止。若圆弧轨道半径为R,物块与水平面间的动摩擦因数为μ,下列说法正确的是()A.物块滑到B点时的速度为B.物块滑到B点时对B点的压力是3mgC.整个过程中物块克服摩擦力做功为mgRD.C点与B点的距离为解析:物块滑到B点时,mgR=mv2-0,v=,A错误;在B点,F-mg=m,F=3mg,B正确;从A点到C点,mgR-W=0,故W=mgR,C错误;mgR-μmgs=0-0,s=,D正确。答案:BD二、试验题(本题共2小题,共18分)11.(9分)为验证动能定理,某同学设计了如下试验。将一长直板一端垫起,另一端侧面装一速度传感器,让小滑块由静止从木板h高处(从传感器所在平面算起)自由滑下至速度传感器时,读出滑块经此处时的速度v,如图所示。多次变更滑块的下滑高度h(斜面的倾角不变),对应的速度值记录在表中。下滑高度h/m0.100.200.300.400.50速度v/(m·s-1)0.6330.8951.1001.2651.414要最简洁直观地说明此过程动能定理是否成立,该同学建立了以h为纵轴的坐标系,你认为坐标系的横轴应当是,本试验是否须要平衡摩擦力。(选填“是”或“否”)

解析:设木板与水平桌面间的夹角为θ,滑块与木板间的动摩擦因数为μ。由动能定理得mgh-μmgcosθ×mv2,整理得h=v2,故h与v2成正比,应以v2为横轴。本试验是滑块重力的分力与摩擦力的合力充当合外力使滑块加速即可,因此不须要平衡摩擦力。答案:v2否12.导学号44904045(9分)(2017·北京理综)如图甲所示,用质量为m的重物通过滑轮牵引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动状况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的试验。甲(1)打点计时器运用的电源是(选填选项前的字母)。

A.直流电源 B.沟通电源(2)试验中,须要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是(选填选项前的字母)。

A.把长木板右端垫高 B.变更小车的质量在不挂重物且(选填选项前的字母)的状况下,轻推一下小车,若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消退了摩擦力和其他阻力的影响。

A.计时器不打点 B.计时器打点(3)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……,如图乙所示。乙试验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg,从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W=,打B点时小车的速度v=。

(4)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用试验数据作如图丙所示的v2-W图像。由此图像可得v2随W变更的表达式为。依据功与能的关系,动能的表达式中可能包含v2这个因子;分析试验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是。

丙(5)假设已经完全消退了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满意远小于小车质量的条件,则从理论上分析,图丁中正确反映v2-W关系的是。

丁解析:(1)由打点计时器的原理可知,运用的是沟通电源。(2)平衡摩擦力的原理是利用重力的下滑分力平衡阻力,故应把长木板右端垫高。阻力包括摩擦力和纸带与限位孔的阻力,故平衡时不挂重物,但后面要拖纸带,故应让计时器打点,且依据点迹是否匀称判定是否平衡好了。(3)拉力为mg,位移为x2,则做功W=mgx2,B点速度可用AC间的平均速度代替,故v=。(4)在图上取两点算得斜率k≈4.71(4.5~5.0均正确),故v2=kW,k=(4.5~5.0)m2·s-2·J-1。k的单位为,所以与斜率有关的物理量是质量。(5)重物质量远小于小车质量,则W≈m0v2,故v2=W,斜率与质量有关。若重物质量不满意远小于小车质量,则W=(m0+m)v2,故v2=W。图像仍为过原点直线,故选A。答案:(1)B(2)AB(3)mgx2(4)v2=kW,k=(4.5~5.0)m2·s-2·J-1质量(5)A三、计算题(本题共3小题,共32分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(10分)如图所示,一个质量为m=0.6kg的小球以某一初速度v0=2m/s从P点水平抛出,从粗糙圆弧ABC的A点沿切线方向进入(不计空气阻力,进入圆弧时无机械能损失)且恰好沿圆弧通过最高点C。已知圆弧的圆心为O,半径R=0.3m,θ=60°,g取10m/s2。求:(1)小球到达A点的速度vA的大小;(2)P点与A点的竖直高度H;(3)小球从圆弧A点运动到最高点C的过程中克服摩擦力所做的功W。解析:(1)在A处由速度的合成得vA=代入数据解得vA=4m/s。(2)P到A小球做平抛运动,竖直分速度vy=v0tanθ由运动学规律有=2gH由以上两式解得H=0.6m。(3)恰好过C点满意mg=由A到C由动能定理得-mgR(1+cosθ)-W=代入数据解得W=1.2J。答案:(1)4m/s(2)0.6m(3)1.2J14.(10分)如图所示,在水平路段AB上有一质量为2×103kg的汽车,正以10m/s的速度向右匀速运动,汽车前方的水平路段BC较粗糙,汽车通过整个ABC路段的v-t图像(在t=15s处水平虚线与曲线相切),运动过程中汽车发动机的输出功率保持20kW不变,假设汽车在两个路段上受到的阻力恒定不变。(汽车看成质点)(1)求汽车在AB路段上运动时所受的阻力f1的大小和BC路段上运动时所受的阻力f2的大小;(2)求汽车从B到C的过程中牵引力做的功;(3)求BC路段的长度。解析:(1)汽车在AB路段做匀速直线运动,依据平衡条件有F1=f1,P=F1v1解得f1=N=2000N方向与运动方向相反;t=15s时汽车处于平衡状态,则F2=f2,P=F2v2解得f2==4000N。(2)汽车的输出功率不变,由W=Pt得W=Pt=2.0×105J。(3)对于汽车在BC段运动,由动能定理得Pt-f2s=解得s=68.75m。答案:(1)2000N4000N(2)2.0×105J(3)68.75m15.(12分)如图所示,竖直平面内的圆弧形光滑管道半径略大于小球半径,管道中心线到圆心的距离为R,A端与圆心O等高,AD为水平面,B点在O的正下方,小球自A点正上方由静止释放,自由下落至A点时进入管道,从上端口飞出后落在C点,当小