教科版高中物理必修2第四单元《机械能和能源》单元测试题（解析版）

第四单元《机械能和能源》单元测试题

一、单选题(共12小题)
1.关于摩擦力对物体做功，以下说法中正确的是(　　)
A． 滑动摩擦力总是做负功
B． 滑动摩擦力可以做负功，也可以做正功
C． 静摩擦力对物体一定做负功
D． 静摩擦力对物体总是做正功
2.一滑块从如图所示的弧形轨道上的A点，由静止开始滑下，由于轨道不光滑，它仅能滑到B点，而返回后又仅能滑到C点，若A、B两点的高度差为h1，B、C两点的高度差为h2，必有(　　)

A．h1＝h2
B．h1C．h1>h2
D． 条件不足，无法判断
3.物体在合外力作用下做直线运动的v－t图象如图2所示．下列表述正确的是(　　)

A． 在0～1 s内，合外力做正功
B． 在0～2 s内，合外力总是做负功
C． 在1～2 s内，合外力不做功
D． 在0～3 s内，合外力总是做正功
4.在水平冰面上，一辆质量为1×103kg的电动雪橇做匀速直线运动，关闭发动机后，雪橇滑行一段距离后停下来，其运动的v—t图象如图所示，那么关于雪橇运动情况以下判断正确的是(g取10 m/s2)(　　)

A． 关闭发动机后，雪橇的加速度为－2 m/s2
B． 雪橇停止前30 s内通过的位移是150 m
C． 雪橇与水平冰面间的动摩擦因数约为0.03
D． 雪橇匀速运动过程中发动机的功率为5×103W
5.如图所示，物块第一次沿轨道1从A点由静止下滑至底端B点，第二次沿轨道2从A点由静止下滑经C点至底端B点，AC＝CB.物块与两轨道的动摩擦因数相同，不考虑物块在C点处撞击的因素，则在物块两次整个下滑过程中(　　)

A． 物块沿1轨道滑至B点时的速率大
B． 物块沿2轨道滑至B点时的速率大
C． 物块两次滑至B点时速度大小相同
D． 物块沿2轨道滑至B点产生的热量多
6.汽车在减速上坡过程中(　　)
A． 重力做正功，重力势能增大
B． 重力做负功，重力势能减小
C． 合力做正功，动能增大
D． 合力做负功，动能减小
7.关于动能定理，下列说法中正确的是(　　)
A． 在某过程中，外力做的总功等于各个力单独做功的绝对值之和
B． 只要有力对物体做功，物体的动能就一定改变
C． 动能定理只适用于直线运动，不适用于曲线运动
D． 动能定理既适用于恒力做功的情况，又适用于变力做功的情况
8.如图所示，小物块位于光滑的斜面上，斜面位于光滑的水平面上，从地面上看，在小物块沿斜面下滑的过程中，斜面对小物块的作用力(　　)

A． 垂直于接触面，做功为零
B． 垂直于接触面，做功不为零
C． 不垂直于接触面，做功为零
D． 不垂直于接触面，做功不为零
9.如图所示，洒水车沿平直粗糙路面匀速行驶，设车所受阻力与车重成正比，洒水车行驶到某一路段时开始洒水，且牵引力保持恒定，则开始洒水后的一段时间内(　　)

A． 车仍保持原有速度做匀速直线运动
B． 车开始做匀加速直线运动
C． 车的发动机的输出功率不断增大
D． 车的发动机的输出功率保持不变
10.利用能源的过程实质上是(　　)
A． 能量的消失过程
B． 能量的创造过程
C． 能量不守恒的过程
D． 能量转化或转移并且耗散的过程
11.如图所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环，圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，并且处于原长状态．现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L(未超过弹性限度)，则在圆环下滑到最大距离的过程中(　　)

A． 圆环的机械能守恒
B． 弹簧弹性势能变化了2mgL
C． 圆环下滑到最大距离时，所受合力为零
D． 圆环重力势能与弹簧弹性势能之和先变小后变大
12.甲、乙两个物体的位置如图所示，质量关系m甲
A．Ep1>Ep2
B．Ep1C．Ep1＝Ep2
D． 无法判断
二、实验题(共3小题)
13.某实验小组利用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律．已知当地的重力加速度g＝9.80 m/s2.实验小组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，在计数点A和B，B和C之间还各有一个点，测得h1＝12.01 cm，h2＝19.15 cm，h3＝27.86 cm.打点计时器通以50 Hz的交流电．根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了________ J；此时重锤的动能比开始下落时增加了________ J，根据计算结果可以知道该实验小组在做实验时出现的问题是________．(重锤质量m已知)


14.如图甲所示，“验证变力做功的动能定理”的实验装置放置在水平桌面上，两块磁铁分别安装于力传感器和小车对应位置，且同性磁极相对，两挡光片宽度均为1 cm.

甲
(1)让小车向力传感器方向运动，挡光片a经过光电门传感器时测得此时小车速度v0，同时触发力传感器以及位移传感器工作，磁力对小车做____功(选填“正”或“负”)，挡光片b(a，b间距为5 cm)经过光电门时再次测得此时小车的速度vt，同时(实际有一定延时)触发传感器停止工作．

乙
(2)计算机上显示出F－s图象，图象中的________即为此过程变力做功W.
(3)某同学测得小车及车上传感器、磁铁等总质量m＝0.180 kg，v0＝0.341 m/s，vt＝0.301 m/s，则小车动能的变化量ΔEk＝________ J(保留两位有效数字)，他选取如图乙所示的选择区域后，计算机自动计算出变力做功W，发现W与ΔEk相差较大，其主要原因是________．
15.在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲)：

甲
(1)下列说法哪一项是正确的(　　)
A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上
B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量
C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放

乙
(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为______ m/s(保留三位有效数字)．
三、计算题(共3小题)
16.人身体在最佳状态下，只能把人体化学能的25%转化为有用的机械能．假如一位质量为60 kg的登山运动员恰好具有这样的转化效率，若他平均每小时登高500 m，那么，他在5 h内共消耗的化学能为多少？(g取10 m/s2)
17.有一个竖直放置的圆形轨道，半径为R，由左右两部分组成．如图所示，右半部分AEB是光滑的，左半部分BFA是粗糙的．现在最低点A给质量为m的小球一个水平向右的初速度v0，使小球沿轨道恰好运动到最高点B，小球在B点又能沿BFA轨道回到点A，到达A点时对轨道的压力为4mg.求：

(1)小球到达B点的速度；
(2)小球在A点的速度v0；
(3)在轨道BFA上克服摩擦力所做的功.
18.如图所示为一正在施工的塔式起重机．在起重机将质量m＝5×103kg的重物竖直吊起的过程中，重物由静止开始向上做匀加速直线运动，加速度a＝0.2 m/s2，当起重机输出功率达到其允许的最大值时，保持该功率直到重物做vm＝1.02 m/s的匀速运动．取g＝10 m/s2，不计额外功．求：

(1)起重机允许输出的最大功率；
(2)重物做匀加速运动所经历的时间和起重机在第2 s末的输出功率．
四、填空题(共3小题)
19.质量为2 kg的物体，放在动摩擦因数μ＝0.1的水平面上，在水平拉力的作用下由静止开始运动，水平拉力做的功W和物体发生的位移l之间的关系如图所示，重力加速度g取10 m/s2，则此物体在OA段运动的加速度是________，在位移为l＝9 m时的速度是________

20.下面是“探究功与速度变化的关系”实验的步骤，其合理顺序是________．

①将小车拉至图中C处，使A，B和B，C间距离大致相等，接通打点计时器电源，放开小车，小车带动纸带运动，打下一系列的小点，由纸带分析求出小车通过B位置时的速度v，设第1次橡皮筋对小车做的功为W.
②作出W－v、W－v2的图象，分析图象的特点，得出结论．
③如图所示，先固定打点计时器，在长木板的两侧A处钉两个小钉，小车放在B处挂上一根橡皮筋(即图示情况)，使橡皮筋处于自由长度．
④用2条、3条…同样的橡皮筋进行第2次、第3次…实验，每次实验保持橡皮筋拉伸的长度不变，用同样的方法测出v2、v3…记下W、3W…记入表格．
21.质量为5 kg的钢球，从离地面100 m高处自由下落1 s,1 s内钢球重力势能减少了________ J(g取10 m/s2，选取地面为参考平面)，1 s末钢球的重力势能为________ J；如果选取地面上方1 m处的平面为参考平面，1 s末它的重力势能为________ J；如果选取自由下落的出发点所在水平面为参考平面，1 s末它的重力势能为________ J.
五、简答题(共3小题)
22.如图所示，幼儿园小朋友们正在兴高采烈地玩滑梯．

(1)小朋友在滑梯最高点时的重力势能一定为正值吗？在地面上时的重力势能一定为零吗？
(2)小朋友沿滑梯下滑时，重力势能怎么变化？小朋友从最高点滑落到地面过程中重力势能的变化与参考平面的选取有关吗？
23.全自动手表不用人工上发条，分析它是如何获得能量而不停地走动的．如果让它长时间静止不动它还能走动吗？为什么？
24.如图所示，在光滑水平面上用物块向左压缩弹簧一定距离后处于静止，然后把物块释放，会看到什么现象？说明了什么？(物块与弹簧不连接)



答案解析
1.【答案】B
【解析】静摩擦力和滑动摩擦力都可以对物体做正功，也都可以对物体做负功．
2.【答案】C
【解析】由A→B根据动能定理得：
mgh1－Wf1＝0
由B→C根据动能定理得：
mgh2－Wf2＝0
即mgh1－Wf1＝mgh2－Wf2
由于Wf1>Wf2，所以h1>h2.
3.【答案】A
【解析】根据物体的v－t图象可知，在0～1 s内，物体做匀加速运动，速度增加，合外力(加速度)方向与运动方向相同，合外力做正功，故选项A对，B错；在1～3 s内，速度减小，合外力(加速度)方向与运动方向相反，合外力做负功，故选项C，D错．
4.【答案】D
【解析】关闭发动机后，雪橇的加速度为a＝m/s2＝－0.5 m/s2，故A错误．雪橇停止前30 s内通过的位移是s＝×(30＋10)×10＝200 m，故B错误．关闭发动机后，a＝＝0.5 m/s2，得：μ＝0.05，故C错误；雪橇匀速运动过程中发动机的功率为P＝Fv＝μmgv＝5×103W，故D正确．
5.【答案】C
【解析】由于物块从轨道上下滑时，受到重力与摩擦力的作用，从不同轨道滑下时，重力做的功是相等的，摩擦力做的功又只与重力、动摩擦因数、斜面的底边长有关，因为Wf＝mgcosθ×μ×斜边＝mgμ×底边，和轨道与底边的夹角无关，故摩擦力做的功也是相等的，也就是说，合外力做的功相等，则物块两次滑至B点时的动能的增量相等，故两次滑至B点时速度大小相同，C正确，A、B错误；物块克服摩擦做的功用来产生热量，故二者产生的热量也是相等的，D错误
6.【答案】D
【解析】汽车向上运动的过程中重力做负功，所以重力势能增大，故A、B错误；车的速度减小，则动能减小，根据动能定理可知，合力一定对汽车做负功，故C错误，D正确．
7.【答案】D
【解析】外力做的总功等于各个力单独做功的代数和，A错；根据动能定理，决定动能是否改变的是总功，而不是某一个力做的功，B错；动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动；既适用于恒力做功的情况，又适用于变力做功的情况，C错，D对．
8.【答案】B
【解析】斜面光滑，所以斜面对A只有支持力作用，支持力在性质上是弹力，总是垂直于支持面．A在下滑到斜面底端的过程中，斜面在A的压力作用下向右移动一段距离，如图所示，则支持力与小物块的位移并不垂直，其夹角α>90°，所以支持力对小物块做功不为零，故选项B正确．

9.【答案】C
【解析】随着质量的减少，洒水车受到的阻力减小，牵引力恒定，根据F－Ff＝ma可知汽车做变加速运动，选项A、B错误；根据P＝Fv可知随着速度的增大，发动机的输出功率不断增大，选项C正确，D错误．
10.【答案】D
【解析】利用能源的过程实质上是能量转化或转移的过程，在能源的利用过程中能量是耗散的，A、B、C错误，D正确．
11.【答案】D
【解析】圆环沿杆下滑过程中，弹簧的拉力对圆环做负功，圆环的机械能减少，故A错误；弹簧水平时恰好处于原长状态，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L，可得物体下降的高度为h＝L，根据系统的机械能守恒知，弹簧的弹性势能增大量为ΔEp＝mgh＝mgL，故B错误；圆环所受合力为零，速度最大，此后圆环继续向下运动，则弹簧的弹力增大，圆环下滑到最大距离时，所受合力不为零，故C错误；圆环与弹簧组成的系统机械能守恒，知圆环的动能先增大后减小，则圆环重力势能与弹簧弹性势能之和先减小后增大，故D正确．
12.【答案】A
【解析】取桌面为零势能面，则Ep1＝0，物体乙在桌面以下，Ep2<0，故Ep1>Ep2，A项正确．
13.【答案】1.88m　1.96m　该实验小组做实验时先释放了纸带，然后再合上打点计时器的开关或者释放纸带时手抖动了(其他答案只要合理均可)
【解析】当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了ΔEp＝mgh2＝m×9.80×0.191 5 J≈1.88mJ.
计数点之间的时间间隔为：T＝0.04 s；
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的瞬时速度为：
vB＝＝×10－2m/s≈1.98 m/s
因此重锤动能的增加量为：
ΔEk＝mv＝×m×(1.98)2＝1.96mJ；
动能的增加量大于重力势能的减小量原因可能是做实验时先释放了纸带然后再合上打点计时器的电键(或“接通打点计时器是重锤已经具有初速度”、“重锤下落初速度不为零”、“释放纸带时手抖动了”等等)．
14.【答案】(1)负　(2)图线与坐标轴包围的面积　(3)－0.0023　选择区域过大
【解析】(1)同性磁极相对，互相排斥，磁场力对小车做负功．
(2)F－s图线与坐标轴包围的面积大小表示变力做功的大小，小车动能的增加量ΔEk＝－＝－0.002 3 J，计算变力做功大小时应选择图线与坐标轴包围的面积．
15.【答案】(1)C　(2)0.653
【解析】(1)平衡摩擦力的原理就是在没有拉力的情况下调整斜面倾角，使μ＝tanθ，A错；为减小系统误差应使钩码质量远小于小车质量，B错；实验时使小车靠近打点计时器能充分利用纸带，由静止释放则后面点测出的动能即等于该过程的动能变化量，便于利用实验数据进行探究，故选C.(2)由vB＝＝0.653 m/s，可得打B点时小车的瞬时速度为0.653 m/s.
16.【答案】6×106J
【解析】运动员每小时增加的机械能Ep＝mgh＝3×105J，运动员每小时消耗的化学能E1＝＝1.2×106J,5 h内运动员消耗的化学能E＝5×E1＝6×106J.
17.【答案】(1)　(2)　(3)mgR
【解析】(1)小球沿轨道恰好运动到最高点B，
在B点，重力提供向心力，由牛顿第二定律得：
m＝mg，
解得：vB＝；
(2)从A到B过程，由机械能守恒定律得：mv＝2mgR＋mv，
解得：v0＝；
(3)设小球再次返回A点时速度为vA，在A点，
由牛顿第二定律得：m＝4mg－mg，
解得：vA＝，
对整个过程，由动能定理得：－Wf＝mv－mv，
解得：Wf＝mgR
18.【答案】(1)5.1×104W　(2)5 s　2.04×104W
【解析】(1)设起重机允许输出的最大功率为P0，重物达到最大速度时，拉力F0等于重力，有P0＝F0vm
F0＝mg
代入数据得：P0＝5.1×104W
(2)匀加速运动结束时，起重机达到允许输出的最大功率，设此时重物受到的拉力为F，速度为v1，匀加速运动经历时间为t1，有：P0＝Fv1
F－mg＝ma
v1＝at1
代入数据得：t1＝5 s
t＝2 s时，重物处于匀加速运动阶段，设此时速度为v2，输出功率为P，有v2＝at
P＝Fv2
代入数据得：P＝2.04×104W
19.【答案】1.5 m/s2　3 m/s
【解析】对于前3 m，即在OA段过程，根据动能定理，有：
W1－μmgs＝mv，
代入数据解得：vA＝3 m/s，
根据速度位移公式，有：2a1s＝v，
代入数据解得：a1＝1.5 m/s2；
对于前9 m过程，根据动能定理，有：
W2－μmgs′＝mv，
代入数据解得：vB＝3 m/s.
20.【答案】③①④②
【解析】实验步骤应包括仪器安装、进行实验、数据处理几个环节，所以正确顺序应该是③①④②.
21.【答案】250　4 750　4 700　－250
【解析】1 s内钢球下落的高度为
h＝gt2＝
×10×12m＝5 m
减少的重力势能ΔEp＝mgh＝5×10×5 J＝250 J
1 s末钢球离地面的高度为
h1＝(100－5) m＝95 m
1 s末钢球的重力势能为
Ep1＝mgh1＝5×10×95 J＝4 750 J
1 s末钢球离地面上方1 m处的平面的高度为
h2＝(95－1) m＝94 m
此时钢球的重力势能为
Ep2＝mgh2＝5×10×94 J＝4 700 J
1 s末钢球离出发点的竖直距离为5 m
此时钢球的重力势能为Ep3＝5×10×(－5) J＝－250 J.
22.【答案】(1)不一定，若选最高点为参考平面，则小朋友在最高点的重力势能为0，在地面上的重力势能为负．
(2)沿滑梯下滑，小朋友的重力势能减小，重力势能的变化与参考平面的选取无关．
【解析】
23.【答案】全自动手表靠手臂摆动上发条，产生弹性形变，然后由机械装置，控制其弹性形变的恢复量，即秒针的走动．齿轮间的相互咬合，构成了时针和分针及秒针的相对位置，就可以显示时间．也就是说发条通过上链动作，聚集能量，然后通过传动系统把能量输送到指针上显示时间．
不能，如果长时间静止，发条上储存的能量消耗完毕后，它就会停止走动．
【解析】
24.【答案】弹簧会恢复原长，在弹簧恢复原长的过程中，弹力推着物块前进，即弹力对物块做功，物块具有了速度．弹簧能对物块做功，说明弹簧具有弹性势能．
【解析】