第五章 初识电磁场与电磁波 单元过关（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）必修第三册
第五章
初识电磁场与电磁波
单元过关（解析版）
一、选择题（共40分）
1．物块以60J的初动能从固定的斜面底端沿斜面向上滑动，当它的动能减少为零时，重力势能增加了40J，则物块回到斜面底端时的动能为（
）
A．10J
B．20J
C．30J
D．40J
2．人站在电梯内加速上升的过程中，电梯对人的支持力所做的功等于（　　）
A．人的动能增加量
B．人的势能的增加量
C．人的机械能增加量
D．人克服重力所做的功
3．某同学将质量为m的一矿泉水瓶（可看成质点）竖直向上抛出，水瓶以的加速度匀减速上升，上升的最大高度为H，水瓶往返过程受到的阻力大小不变。则（　　）
A．水瓶落回地面时动能大小为mgH
B．上升过程中水瓶的机械能减少了
C．上升过程中水瓶的动能改变量为
D．水瓶上升过程克服重力做功的平均功率等于下落过程重力的平均功率
4．将一物体从地面以速度v0竖直上抛，物体上抛运动过程中所受的空气阻力大小恒定，设物体在地面时的重力势能为零，则物体从抛出到落回原地过程中，如图所示的四个图中不正确的（　　）
A．B．C．D．
5．蹦极是非常刺激的运动，如图所示，跳跃者站在很高的平台上，一端固定的长长的橡皮绳绑在人的踝关节处，人双腿并拢，由静止开始下落，约5s时，人在橡皮绳的作用下开始往上反弹，反复上下运动多次后，安全悬挂于半空中静止不动，以人、橡皮绳、地球为系统，下列说法正确的是（　　）
A．在5s时，系统的弹性势能最大
B．0到5s内，人下落的高度接近125m
C．0到5s内，系统重力势能的减小量等于弹性势能的增大量
D．人从静止下落到最终静止悬挂的过程中，系统机械能的减小量等于重力势能的减小量
6．如图所示，有两个物块，质量分别为、，是的两倍，用轻绳将两个物块连接在滑轮组上，滑轮的质量不计，轻绳与滑轮的摩擦也不计，现将两滑块从静止释放，上升一小段距离h高度，在这一过程中，下列说法正确的是（　　）
A．和重力势能之和不变
B．上升到h位置时的速度为
C．轻绳的拉力大小为
D．轻绳对和的功率大小不相等
7．风力发电是一种环保的电能获取方式。某风力发电机的叶片转动形成的圆面积为S，某时间风的速度大小为v，风向恰好跟此圆面垂直；此时空气的密度为ρ，该风力发电机将空气动能转化为电能的效率为η，则风力发电机发电的功率为（　　）
A．ηρSv2
B．ηρSv2
C．ηρSv3
D．ηρSv3
8．关于能源的开发和利用，下列观点正确的是（　　）
A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径
9．如图所示，一辆质量M=3kg的小车A静止在光滑的水平面上，A上有一质量m=1kg的光滑小球B，将一左端固定于A上的轻质弹簧压缩并锁定，此时弹簧的弹性势能Ep=6J，B与A右壁距离为l。解除锁定，B脱离弹簧后与A右壁的油灰阻挡层（忽略其厚度）碰撞并被粘住，下列说法正确的是（
）
A．碰到油灰阻挡层前A与B的动量相同
B．B脱离弹簧时，A的速度为1m/s
C．B和油灰阻挡层碰撞并被粘住，该过程B受到的冲量大小为3N·s
D．整个过程B移动的距离为
10．如图甲所示，在公元1267
~
1273年闻名于世的“襄阳炮”其实是一种大型抛石机。将石块放在长臂一端的石袋中，在短臂端挂上重物。发射前将长臂端往下拉至地面，然后突然松开，石袋中的石块过最高点时就被抛出。现将其简化为图乙所示。将一质量m=
80
kg的可视为质点的石块装在长L=m的长臂末端的石袋中，初始时长臂与水平面成α=
30°。松开后，长臂转至竖直位置时，石块被水平抛出，落在水平地面上。石块落地点与O点的水平距离s=
100
m。忽略长臂、短臂和石袋的质量，不计空气阻力和所有摩擦，g=
10
m/s2，下列说法正确的是（）
A．石块水平抛出时的初速度为25
m/s
B．重物重力势能的减少量等于石块机械能的增加量
C．石块从A到最高点的过程中，石袋对石块做功1.16×105J
D．石块圆周运动至最高点时，石袋对石块的作用力大小为1.42×104N
二、实验题（共15分）
11．气垫导轨是常用的一种实验仪器，它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块“悬浮”在导轨上，滑块对导轨的压力近似为零，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。某实验小组验证动量守恒定律的实验装置如图所示（弹簧的长度忽略不计），采用的实验步骤如下：（滑块A、B的质量mA、mB已经给出且不相等）
①调整气垫导轨，使导轨处于水平。
②在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上。
③用刻度尺测出A的左端至C板的距离L1；B的右端至D板的距离L2。
④给导轨送气，气流稳定后，按下电钮放开卡销。同时使分别记录滑块A、B运动时间的计时器开始工作。当A、B滑块分别碰撞C、D挡板时自动停止计时，从记时器上记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。
(1)利用已经给的量和上述测量的实验数据，写出验证动量守恒定律的表达式___________________。
(2)利用上述实验数据还可以求出被压缩弹簧的弹性势能的大小，请写出弹性势能表达式为________________。
12．某同学为了探究杆转动时的动能表达式，设计了一实验：质量为m的均匀长直杆一端固定在光滑转轴O处，杆由水平位置静止释放，用光电门测出另一端A经过某位置时的瞬时速度vA，并记下该位置与转轴O的高度差h.
(1)调节h的大小并记录对应的速度vA，数据如下表．为了形象直观地反映vA和h的关系，应选择________(选填“vA”“v”或“v”)为纵坐标，并在坐标纸中标明纵坐标，画出图象．
组次
1
2
3
4
5
6
h/m
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
vA(m·s－1)
1.23
1.73
2.12
2.46
2.74
3.00
v
(s·m－1)
0.81
0.58
0.47
0.41
0.36
0.33
v
(m2·s－2)
1.50
3.00
4.50
6.05
7.51
9.00
(2)当地重力加速度g取10
m/s2，结合图象分析，杆转动时的动能Ek＝________(请用质量m、速度vA表示)．
三、选择题（共45分）
13．根据下图并结合实际例子说明一种太阳能的转化方式与结果。
14．几位同学一起讨论过山车的设计。甲同学说，每一个坡的顶点必须低于它前面那一个坡的顶点；乙同学说，只要第一个坡顶点最高就可以了，其他坡顶高度无所谓。你是怎么认为的？
15．某地区的风速为，空气的密度为。若使风力发电机转动的风通过的截面积为，且风能的可转化为电能，则发电功率是多少？
16．一物块以某一初速度从倾角、高的固定光滑斜面的最下端沿斜面向上运动，物块运动到斜面的顶端时速度为。如果在斜面中间某一区域设置一段摩擦区，物块与摩擦区之间的动摩擦因数，物块再以同样的初速度从斜面的最下端向上运动，则物块恰好运动到斜面的顶端。（g取，，）
(1)求初速度的大小；
(2)求摩擦区的长度。
参考答案
1．B
【详解】
由能量守恒可知物块沿斜面上滑的过程中，产生的摩擦热为20J。由于上滑过程和下滑过程中摩擦力的大小相同，相对位移大小也相同，所以上滑过程中的摩擦生热和下滑过程中的摩擦生热相等。对全程用能量守恒，由于摩擦生热40J，所以物块回到斜面底端时的动能为20J。故B正确，ACD错误。
故选B。
2．C
【详解】
A.根据动能定理知，人的动能增加量等于支持力和重力对人做功的代数和，因支持力做正功，重力做负功，可知，人的动能增加量小于电梯对人的支持力所做的功；故A错误.
BD.人加速上升，支持力大于重力，则支持力所做的功大于人克服重力做的功，则人的势能的增加量小于电梯对人的支持力所做的功；故BD错误.
C.根据功能关系可知，电梯对人的支持力所做的功等于人的机械能增加量；故C正确.
3．C
【详解】
C．上升过程中受到竖直向下的重力和竖直向下的阻力作用，故有
解得
上升过程中，根据动能定理可得
解得上升过程中水瓶的动能改变量
选项C正确；
A．水瓶落回地面过程由于要克服阻力做功，机械能不守恒，所以落回地面时动能大小要小于mgH，选项A错误；
B．上升过程中克服阻力做功，等于机械能减小量，则
选项B错误；
D．水瓶上升过程克服重力做功和下落过程重力做功相同，但时间不同，所以上升过程克服重力做功的平均功率不等于下落过程重力的平均功率，选项D错误。
故选C。
4．B
【详解】
A．物体在运动过程中受到重力和空气阻力，则上升过程中由牛顿第二定律得
下降过程中由牛顿第二定律得
可判断
上升过程中速度方向向上，下降过程中速度方向向下，根据动量定义可知上升过程中动量方向向上，下降过程中动量方向向下，故A正确；
B．根据公式可知合外力的冲量方向始终向下，故B错误；
CD．克服空气阻力做的功
为物体运动的路程，上升过程，下落过程总路程，根据功能关系可知，机械能逐渐减小，则有
故C、D正确；
不正确的故选B。
5．A
【详解】
A．在5s时，人在橡皮绳的作用下开始往上反弹，说明橡皮绳的伸长已经到最大，此时弹性势能最大，A正确；
B．当人做自由落体运动下落5s时，下落高度为125m，人蹦极时，由于有橡皮绳和空气阻力作用，下落的高度要小于125m，B错误；
C．由于有空气阻力，机械能不守恒，一部分重力势能转化为内能，0到5s内，系统重力势能的减小量大于弹性势能的增加量，C错误；
D．人从静止下落到最终静止悬挂的过程中，系统机械能的减小量等于克服空气阻力做功转化的内能，D错误。
故选A。
6．B
【详解】
A．根据能量守恒可知，减小的重力势能全部转化为的重力势能和两物体的动能，选项A错误；
B．根据动滑轮的特点可知，的速度为速度的2倍，根据机械能守恒定律可得
解得
选项B正确；
C．根据动滑轮的特点可知，的加速度为的加速度的一半，根据牛顿第二定律可知
联立解得
选项C错误；
D．绳子的拉力相同，故轻绳对做功的功率
轻绳对做功的功率
由于，故轻绳对做功的功率与轻绳对做功的功率大小相等，选项D错误。
故选B。
7．D
【详解】
时间t内，撞击到风力发电机上的空气的动能为
故风力发电机的功率为
故D正确；
故选D。
8．ACD
【详解】
A．能源是有限的，比如常规能源，所以无节制地利用常规能源是一种盲目的短期行为，故A正确。
B．能量都转化为不能利用或不易利用的能源，所以这样会减少可利用资源的数量，因此应该节约能源，故B错误。
C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响，故C正确。
D．不断开发新能源是缓解能源危机加强环境保护的重要途径也是根本途径，故D正确。
故选：ACD。
9．BCD
【详解】
A．对于B球、弹簧和A车组成的系统，在弹簧作用的过程、B球撞A车右壁的过程，均满足系统的外力之和为零，系统的动量守恒，初态总动量为零，则此后的任何时刻A与B的动量总是等大反向，因方向相反而动量不同，故A错误；
B．设B脱离弹簧时，B的速度为，方向向右，A的速度为，方向向左，设向右为正方向，由动量守恒定律
由能量守恒定律可得
联立可得，，故B正确；
C．B球与A车以等大反向的动量相撞，由动量守恒定律可知两物体的共同速度为零，则对B球由动量定理可知
即粘住的过程B受到的冲量大小为3N·s，负号表示冲量方向向左，故C正确；
D．对B球与A车的作用过程，满足人船模型
解得，，故D正确。
故选BCD。
10．CD
【详解】
A．石块平抛运动的高度
根据得
故石块水平抛出时的初速度
选项A错误；
B．转动过程中，重物的动能也在增加，因此重物重力势能的减少量不等于石块机械能的增加量，选项B错误；
C．石块从A到最高点的过程中，石袋对石块做功
选项C正确；
D．石块圆周运动至最高点时，有
所以
选项D正确。
故选CD。
11．
【详解】
(1)[1]滑块A、B在弹簧被释放时满足动量守恒定律，得
滑块被弹开后做匀速直线运动，则
，
得
(2)[2]滑块A、B在弹簧被释放时，弹簧的弹性势能转化为两滑块的动能，则根据能量守恒可得
12．
【详解】
（1）由表格中数据知，h成倍数增大时，成倍数增大，所以纵轴应为；（2）描点画图，如图所示；（3）由图象可得：，杆在下落的过程中重力势能转化为动能，即，联立得
13．通过高温收集器吸收太阳能后，将水加热成水蒸气，水蒸气推动水轮机转动产生机械能
【详解】
通过高温收集器吸收太阳能后，将水加热成水蒸气，水蒸气推动水轮机转动产生机械能。
14．见解析
【详解】
在不考虑摩擦及阻力做功的情况下，根据能量守恒定律可知只要过第一个最高点的坡，其他坡顶都可以过去。
15．
【详解】
在时间t内，风的质量为
风能为
电功率为
解得
16．(1)；(2)
【详解】
(1)对物块沿光滑斜面上滑的过程，由动能定理得到
代入已知数据可以得到
(2)增设摩擦区后，因物块恰好运动到斜面的顶端，即到达斜面顶端的速度为0，即有
代入数据可以得到