粤教版物理必修2第4章过关检测 机械能和能源

第四章过关检测
(时间:60分钟　满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分.在每小题给出的四个选项中,1~6小题只有一个选项正确,7~10小题有多个选项正确.全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)
1.下列关于能量守恒定律的认识,不正确的是(　　)
A.某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加
B.某个物体的能减少,必然有其他物体的能增加
C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机不可能制成
D.石子从空中落下,最后停止在地面上,说明机械能消失了
答案:D
解析:根据能量守恒定律知选项A、B正确;永动机是不可能制成的,因此选项C正确;任何能量不可能消失,只能转化为其他形式的能量,因此选项D错误.
2.关于摩擦力做的功,以下说法正确的是(　　)
A.滑动摩擦力阻碍物体的相对运动,所以一定做负功
B.静摩擦力虽然阻碍物体间的相对运动趋势,但不做功
C.静摩擦力和滑动摩擦力不一定都做负功
D.一对相互作用力,若作用力做正功,则反作用力一定做负功
答案:C
解析:摩擦力可以是动力,故摩擦力可以做正功;一对相互作用力,可以都做正功,也可以都做负功,还可以一个力做功,另一个力不做功.
3.将一小球从高处水平抛出,最初2
s内小球动能Ek随时间t变化的图线如图所示,不计空气阻力,重力加速度g取10
m/s2.根据图象信息,不能确定的物理量是(　　)(导学号51100108)
A.小球的质量
B.小球的初速度
C.最初2
s内重力对小球做功的平均功率
D.小球抛出时的高度
答案:D
解析:小球平抛初动能为5
J,可得=5
J,2
s末小球竖直速度为gt=20
m/s,2
s末小球动能m[+(20
m/s)2]=30
J,联立可解得小球的质量和初速度.最初2
s内重力对小球做功W=mgh=mg·gt2,由P=可以确定最初2
s内重力对小球做功的平均功率.不能确定小球抛出时的高度.
4.把动力装置分散安装在每节车厢上,使其既具有牵引动力,又可以载客,这样的客车车辆叫做动车,把几节自带动力的车辆(动车)加几节不带动力的车辆(也叫拖车)编成一组,就是动车组,如图所示.假设动车组运行过程中受到的阻力与其所受重力成正比,每节动车与拖车的质量都相等,每节动车的额定功率都相等.若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为160
km/h;现在我国往返北京和上海的动车组的最大速度为480
km/h,则此动车组可能(　　)(导学号51100109)
A.由3节动车加3节拖车编成的
B.由3节动车加9节拖车编成的
C.由6节动车加2节拖车编成的
D.由3节动车加4节拖车编成的
答案:C
解析:设每节车的质量为m,所受阻力为kmg,每节动车的功率为P,1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为v1=160
km/h;设最大速度为v2=480
km/h
的动车组由x节动车加y节拖车编成,则有xP=(x+y)kmgv2,联立解得x=3y,对照各个选项,只有选项C正确.
5.跳水运动是我国的一个体育强项,此项运动大体上可以简化为三个阶段:运动员从跳板上起跳做竖直上抛运动、再做自由落体运动、入水后做匀减速直线运动.某质量为m的运动员(可视为质点),入水后的加速度大小为a=1.5g,在水中下沉深度h时速度减为0.在运动员从入水到停止下沉的过程中,下列说法正确的是(　　)
A.运动员的动能减小了1.5mgh
B.运动员的机械能减小了1.5mgh
C.运动员克服阻力所做的功为1.5mgh
D.运动员的重力势能减小了1.5mgh
答案:A
解析:入水过程对运动员受力分析可知F合=f-mg=ma,由动能定理可知ΔEk=-F合h=-1.5mgh,运动员的动能减小了1.5mgh,选项A正确;由功能关系可知,ΔE=-fh=-2.5mgh,运动员克服阻力所做的功为2.5mgh,机械能减小了2.5mgh,选项B、C错误.由mgh=-ΔEp可知,运动员的重力势能减小了mgh,选项D错误.
6.放在水平地面上的物体受到水平拉力的作用,在0~6
s
内其速度与时间图象和拉力的功率与时间图象如图甲、乙所示,则物体的质量为(g取10
m/s2)(　　)(导学号51100110)
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.
kg
B.
kg
C.
kg
D.
kg
答案:B
解析:物体在前2
s做匀加速直线运动,由P=Fv,2
s末功率为30
W,速度为6
m/s,因此前2
s拉力F1=5
N,后4
s做匀速直线运动,F拉=F阻,拉力大小与阻力大小都是
N;再由前2
s内a=3
m/s2,且F1-F阻=ma,得m=
kg,故选项B正确.
7.如图所示,竖直轻弹簧下端固定在水平地面上,质量为m的小球,从轻弹簧的正上方某一高处自由落下,并将弹簧压缩,直到小球的速度变为零.对于小球、轻弹簧和地球组成的系统,在小球开始与弹簧接触时起到小球速度变为零的过程中,有(　　)(导学号51100111)
A.小球的动能不断减小,直至为零
B.弹簧的弹性势能不断增大
C.小球的动能与重力势能之和不变
D.小球的动能与重力势能之和不断变小
答案:BD
解析:小球与弹簧刚接触时,弹力小于重力,合力与速度方向都向下,小球做加速运动,当合力为零时,速度最大,动能最大,故小球的动能先增大后减小,选项A错误;弹簧压缩量越大,弹性势能越大,选项B正确;小球的动能、重力势能与弹簧的弹性势能的总和保持不变,故选项C错误,选项D正确.
8.如图甲所示,滑轮质量、摩擦均不计,质量为2
kg的物体在F作用下由静止开始向上做匀加速运动,其速度随时间的变化关系如图乙所示,由此可知(g取10
m/s2)(　　)
A.物体加速度大小为2
m/s2
B.4
s末F的功率大小为42
W
C.F的大小为21
N
D.4
s内F做功的平均功率为21
W
答案:BD
解析:由速度—时间图象可得加速度a=0.5
m/s2,由牛顿第二定律得,2F-mg=ma,F==10.5
N,P=F·2v=10.5×2×2
W=42
W,
W=21
W,选项B、D正确.
9.如图所示,M为固定在水平桌面上的有缺口的方形木块,abcd为半径是R的光滑圆弧形轨道,a为轨道的最高点,de面水平且有一定长度.今将质量为m的小球在d点的正上方高为h处由静止释放,让其自由下落到d处切入轨道内运动,不计空气阻力,则(　　)(导学号51100112)
A.只要h大于R,释放后小球就能通过a点
B.只要改变h的大小,就能使小球通过a点后,既可能落回轨道内,又可能落到de面上
C.无论怎样改变h的大小,都不可能使小球通过a点后落回轨道内
D.调节h的大小,可以使小球飞出de面之外(即e的右侧)
答案:CD
解析:要使小球到达最高点a,则在最高点小球速度最小时有mg=m,得最小速度v=,由机械能守恒定律得mg(h-R)=mv2,得h=R,即h必须大于或等于R,小球才能通过a点,选项A错误;小球若能到达a点,并从a点以最小速度平抛,有R=gt2,s=vt=R,所以,无论怎样改变h的大小,都不可能使小球通过a点后落回轨道内,选项B错误;选项C正确;如果h足够大,小球可能会飞出de面之外,选项D正确.
10.
如图所示,长为L的长木板水平放置,在木板的A端放置一个质量为m的小物块,现缓慢地抬高A端,使木板以左端为轴转动,当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动,此时停止转动木板,小物块滑到底端的速度为v,则在整个过程中(　　)
A.木板对小物块做功一定大于mv2
B.静摩擦力对小物块做功为mgLsin
α
C.支持力对小物块做功为mgLsin
α
D.滑动摩擦力对小物块做功为mv2-mgLsin
α
答案:CD
解析:整个过程中只有木板对小物块的支持力、摩擦力做功,故木板对小物块做功为mv2,选项A错误;上升过程中,静摩擦力不做功,选项B错误;支持力做功WN-mgLsin
α=0,故选项C正确;由动能定理得mgLsin
α+W滑=mv2-0,W滑=mv2-mgLsin
α,选项D正确.
二、非选择题(11题6分,12题10分,13题11分,14题11分,15题12分,共50分)
11.如图所示,光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切,轻弹簧的一端固定在轨道的左端,OP是可绕O点转动的轻杆,且摆到某处就能停在该处;另有一小钢球(可看作质点).现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能.
(1)还需要的器材是　　　　、　　　　.
(2)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对　　　　　的测量,进而转化为对　　　　和　　　　的直接测量.
答案:(1)天平　刻度尺　(2)重力势能　质量　高度差
解析:小球被弹簧弹开后,弹簧的弹性势能全部转化为小球的动能,小球沿光滑圆弧轨道上滑时,小球的动能全部转化为小球的重力势能,故只需测出小球的最大重力势能即可,即转化为测出小球的质量和高度差.
12.某实验小组采用如图甲所示的装置探究“功与速度变化的关系”,图中小车上可放置砝码.实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点计时器工作频率为50
Hz.
甲
(导学号51100113)
(1)实验的部分步骤如下:
①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码;
②将小车停在打点计时器附近,　　　　,　　　　,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一系列点,　　　　;
③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作.
(2)如图是钩码质量为0.03
kg,砝码质量为0.02
kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E五个计数点,可获得各计数点到O的距离s及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表中的相应位置.
纸带的测量结果
测量点
s/cm
v/(m·s-1)
O
0.00
0.35
A
1.51
0.40
B
3.20
0.45
C
D
7.15
0.54
E
9.41
0.60
答案:(1)接通电源　释放小车　关闭电源
(2)5.05~5.10(答案在此范围内都对)　0.49
解析:在探究“功与速度变化的关系”的实验中,我们首先要验证功W与速度v变化的关系,但不是正比的关系,而v2的变化即(v2-)与功是成正比的.
(1)将小车停在打点计时器附近后,需先接通电源,再释放小车,让其拖动纸带,待打点计时器在纸带上打下一系列点后,关闭打点计时器电源.
(2)在验证C点时,从纸带上可知C点的速度就是BD段的平均速度,vC=×10-2
m/s=0.49
m/s.
13.如图所示,右端连有光滑弧形槽的水平桌面AB长L=1.5
m,将一个质量为m=0.5
kg的木块在F=1.5
N的水平拉力作用下,从桌面上的A端由静止开始向右运动,木块到达B端时撤去拉力F,木块与水平桌面间的动摩擦因数μ=0.2,g取10
m/s2.求:
(1)木块沿弧形槽上升的最大高度;
(2)木块沿弧形槽滑回B端后,在水平桌面上滑动的最大距离.
答案:(1)0.15
m　(2)0.75
m
解析:(1)由动能定理得:FL-fL-mgh=0
其中f=μFN=μmg=0.2×0.5×10
N=1.0
N
所以h=
m=0.15
m.
(2)由动能定理得:
mgh-fs=0
所以s=
m=0.75
m.
14.(2015重庆理综)同学们参照伽利略时期演示平抛运动的方法制作了如图所示的实验装置.图中水平放置的底板上竖直地固定有M板和N板.M板上部有一半径为R的圆弧形的粗糙轨道,P为最高点,Q为最低点,Q点处的切线水平,距底板高为H.N板上固定有三个圆环.将质量为m的小球从P处静止释放,小球运动至Q点飞出后无阻碍地通过各圆环中心,落到底板上距Q点水平距离为L处.不考虑空气阻力,重力加速度为g.求:(导学号51100114)
(1)距Q点水平距离为的圆环中心到底板的高度;
(2)小球运动到Q点时速度的大小以及对轨道压力的大小和方向;
(3)摩擦力对小球做的功.
答案:(1)　(2)L　mg(1+),方向竖直向下　(3)mg(-R)
解析:(1)设距Q点水平距离为的环中心到底板的高度为h,小球经过Q点速度为v0,根据平抛运动规律可得,H=,L=v0t1,H-h==v0t2,解得h=,v0=L.
(2)小球运动到Q点的速度即为平抛的初速度,即为v0=L.
小球在Q点,根据牛顿第二定律得FN-mg=,得FN=mg(1+)
根据牛顿第三定律可知,小球对轨道的压力大小FN'=mg(1+),方向竖直向下.
(3)小球从P点到Q点,设摩擦力做功为W,由动能定理可得mgR+W=,
解得W=mg(-R).
15.如图为一种摆式动摩擦因数测量仪,可测量轮胎与地面间动摩擦因数,其主要部件有底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆.摆锤的质量为m,细杆可绕轴O在竖直平面内自由转动,摆锤重心到O点距离为L.测量时,测量仪固定于水平地面,将摆锤从与O等高的位置处静止释放.摆锤到最低点附近时,橡胶片紧压地面擦过一小段距离s(s L),之后继续摆至与竖直方向成θ角的最高位置.若摆锤对地面的压力可视为大小为F的恒力,重力加速度为g,求:(导学号51100115)
(1)摆锤在上述过程中损失的机械能;
(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功;
(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数.
答案:(1)损失的机械能ΔE=mgLcos
θ
(2)摩擦力做功Wf=-mgLcos
θ
(3)动摩擦因数μ=
解析:(1)选从右侧最高点到左侧最高点的过程研究.因为初、末状态动能为零,所以全程损失的机械能ΔE等于减少的重力势能,即
ΔE=mgLcos
θ.①
(2)对全程应用动能定理
WG+Wf=0②
WG=mgLcos
θ③
由②③得Wf=-WG=-mgLcos
θ.④
(3)由滑动摩擦力公式得f=μF⑤
摩擦力做的功Wf=-fs⑥
④⑤式代入⑥式得
μ=.