教科版高中物理必修2第四章《 机械能和能源》单元检测题（word版含解析）

《机械能和能源》单元检测题
一、单选题
1.两块完全相同的木块A、B，其中A固定在水平桌面上，B放在光滑水平桌面上．两颗同样的子弹以相同的水平速度射入两木块，穿透后子弹的速度分别为vA、vB，在子弹穿透木块过程中因克服摩擦力产生的热分别为QA、QB，设木块对子弹的摩擦力大小一定，则(　　)
A．vA＞vB，QA＞QB B．vA＜vB，QA＝QB C．vA＝vB，QA＜QB D．vA＞vB，QA＝QB
2.下列各种运动过程中，物体(弓、过山车、石头、圆珠笔)机械能守恒的是(忽略空气阻力)(　　)
A．将箭搭在弦上，拉弓的整个过程
B．过山车在动力作用下从轨道上缓慢上行的过程
C．在一根细线的中央悬挂着一石头，双手拉着细线缓慢分开的过程
D．手握内有弹簧的圆珠笔，笔帽抵在桌面，放手后圆珠笔弹起的过程
3.物体在下落过程中，则(　　)
A． 重力做负功，重力势能减小
B． 重力做负功，重力势能增加
C． 重力做正功，重力势能减小
D． 重力做正功，重力势能增加
4.如图所示，ACP和BDP是竖直平面内两个半径不同的半圆形光滑轨道，A、P、B三点位于同一水平面上，C和D分别为两轨道的最低点，将两个质量相同的小球分别从A和B两处同时无初速释放，则(　　)
A． 沿BDP光滑轨道运动的小球的重力势能永远为正值
B． 两小球到达C点和D点的过程中，重力做功相等
C． 两小球到达C点和D点时，重力势能相等
D． 两小球刚开始从A和B两处无初速释放时，重力势能相等
5.如图所示，一根跨越一固定水平光滑细杆的轻绳，两端各系一个小球，球Q置于地面，球P被拉到与细杆同一水平的位置且距杆l处．在绳刚被拉直时，球P从静止状态向下摆动，当球P摆到竖直位置时，球Q刚要离开地面，则两球质量之比为(　　)　

A． 4 B． 3 C． 2 D． 1
6.健身运动员在跑步机上不停地跑，但是他的动能并没有变化，关于这个过程中运动员消耗的能量，下列说法正确的是(　　)
A． 绝大部分是通过与空气的摩擦转化成了内能
B． 绝大部分是通过与跑步机间静摩擦力做功，克服跑步机内部各部件之间的摩擦转化成了内能
C． 绝大部分是通过鞋底与皮带的摩擦转化成了内能
D． 绝大部分转化成了皮带的动能
7.关于能量和能源，下列说法正确的是(　　)
A． 能量在转化和转移过程中，其总量有可能增加
B． 能量在转化和转移过程中，其总量会不断减少
C． 能量在转化和转移过程中，其总量保持不变，故节约能源没有必要
D． 能量的转化和转移具有方向性，且现有可利用的能源有限，故必须节约能源
8.在“利用重锤自由下落验证机械能守恒定律”的实验中，产生误差的主要原因是(　　)
A． 重锤下落的实际高度大于测量值
B． 重锤下落的实际高度小于测量值
C． 重锤实际末速度v大于gt(g为重力加速度，t为下落时间)
D． 重锤实际末速度v小于gt
9.如图所示为商场安装的智能化台阶式自动扶梯，为了节约能源，在没有乘客乘行时，自动扶梯以较小的速度匀速运行，当有乘客乘行时自动扶梯经过先加速再匀速两个阶段运行，全过程中乘客与扶梯始终相对静止，则电梯在向上运送乘客的过程中，下列判断正确的是(　　)

A． 加速阶段支持力对乘客做正功
B． 加速阶段摩擦力对乘客做负功
C． 匀速阶段合外力对乘客做正功
D． 匀速阶段乘客的机械能守恒
10.如图所示，光滑的斜劈放在水平面上，斜面上用固定的竖直板挡住一个光滑球，当整个装置沿水平面以速度v匀速运动时， 以下说法中正确的是 (　　　)

A． 小球的重力不做功 B． 斜面对球的弹力不做功
C． 挡板对球的弹力不做功 D． 以上三种说法都正确
11.利用超导材料和现代科技可以实现磁悬浮．若磁悬浮列车的质量为20 t，因磁场间的相互作用，列车浮起的高度为100 mm，则该过程中磁悬浮列车克服重力做功是(　　)
A． 20 J B． 200 J C． 2.0×107J D． 2.0×104J
二、多选题
12. 如图所示，A、B两小球用轻杆连接，A球只能沿内壁光滑的竖直滑槽运动，B球处于光滑水平面内，不计球的体积．开始时，在外力作用下A、B两球均静止且杆竖直．现撤去外力，B开始沿水平面向右运动．已知A、B两球质量均为m，杆长为L，则下列说法中正确的是(以水平面为零势能面)(　　)

A．A球下滑到地面过程中两球和杆组成的系统机械能守恒
B．A球下滑到地面过程中轻杆一直对B球做正功
C．A球着地时速度与B球速度大小相同
D．A球着地时的速度为
13. 如图所示，竖直光滑杆固定不动，套在杆上的弹簧下端固定，将套在杆上的滑块向下压缩弹簧至离地高度h＝0.1 m处，滑块与弹簧不拴接．现由静止释放滑块，通过传感器测量到滑块的速度和离地高度h并作出滑块的Ek－h图象，其中高度从0.2 m上升到0.35 m范围内图象为直线，其余部分为曲线，以地面为零势能面，忽略一切阻力，取g＝10 m/s2，由图象可知(　　)

A． 滑块的质量为0.2 kg
B． 轻弹簧原长为0.2 m
C． 弹簧最大弹性势能为0.32 J
D． 滑块的重力势能与弹簧的弹性势能总和最小为0.18 J
14. 如图所示，水平传送带正以v＝2 m/s的速度运行，两端的距离为l＝8 m．把一质量为m＝1 kg的物体轻轻放到传送带上，物体在传送带的带动下向右运动．物体与传送带间的动摩擦因数μ＝0.1，则把这个物体从传送带左端传送到右端的过程中，摩擦力对其做的功及摩擦力做功的平均功率分别为(　　)

A． 2 J B． 8 J C． 1 W D． 0.4 W
15. 在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列说法中正确的是(　　)
A． 要用天平称量重物质量
B． 选用重物时，同样大小、形状的重物应选重一点的比较好
C． 要选用第1、2两点距离接近2 mm的纸带
D． 实验时，当松开纸带让重物下落的同时，立即接通电源E．实验结果总是动能增加量略小于重力势能的减少量

三、实验题
16.在利用落体运动验证机械能守恒定律的实验中：
(1)打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，甲、乙两条实验纸带如图所示，应选________纸带好．(填“甲”或“乙”)


(2)若通过测量纸带上某两点间距离来计算某时刻的瞬时速度，进而验证机械能守恒定律．现已测得2、4两点间距离为s1,0、3两点间距离为s2，打点周期为T，为了验证0、3两点间机械能守恒，则s1、s2和T应满足的关系为________．
17.在用落体法验证机械能守恒的实验中，用如图所示的装置打出一条纸带．在纸带上选取两点，测量并计算出两点间动能的增量ΔEk和重力势能的减小量ΔEp.一般实验的结果总是ΔEk________ΔEp(填“>”“＝”或“<”)，产生这一结果的原因是______________．

四、计算题
18.如图所示，质量m＝0.1 kg的金属小球从距水平面h＝2.0 m的光滑斜面上由静止开始释放，运动到A点时无能量损耗，水平面AB是长2.0 m的粗糙平面，与半径为R＝0.4 m的光滑的半圆形轨道BCD相切于B点，其中圆轨道在竖直平面内，D为轨道的最高点，小球恰能通过最高点D，求：(g＝10 m/s2)

(1)小球运动到A点时的速度大小；
(2)小球从A运动到B时摩擦阻力所做的功；
(3)小球从B点飞出后落点E与A的距离．
19.如图所示，滑轮和绳的质量及摩擦不计，用力F提升原来静止的质量为m＝10 kg的物体，使其以大小为a＝2 m/s2的加速度匀加速上升，求前3 s内力F做的功．(取g＝10 m/s2)

20.一个劲度系数为k的轻弹簧，它的弹力大小与其伸长量的关系如图所示．弹簧一端固定在墙壁上，在另一端沿弹簧的轴线施一水平力将弹簧拉长，求在弹簧由原长开始到伸长量为x1过程中拉力所做的功．如果继续拉弹簧，在弹簧的伸长量由x1增大到x2的过程中，拉力又做了多少功？






































答案解析
1.【答案】D
【解析】设子弹的初速度为v0，质量为m，木块的厚度为d，穿透过程中子弹所受阻力大小为Ff，未固定的木块前进了x，根据动能定理；Ffd＝mv－mv，Ff(d＋x)＝mv－mv，比较以上两式得vA＞vB，两种情况下产生的热量相等，QA＝QB＝Ffd，故D正确．
2.【答案】D
【解析】将箭搭在弦上，拉弓的整个过程中，拉力对弓做功，故机械能不守恒，A错误；过山车在动力作用下从轨道上缓慢上行的过程，动能不变，重力势能变大，故机械能不守恒，B错误；在一根细线的中央悬挂着一石头，双手拉着细线慢慢分开的过程，动能不变，重力势能变化，故机械能不守恒，C错误；笔帽抵在桌面，放手后圆珠笔弹起的过程中，只有重力做功，故机械能守恒，D正确．
3.【答案】C
【解析】
4.【答案】D
【解析】不管选哪一点为零势能点，A点和B点相对零势能面的竖直高度均相等，所以重力势能相等．两小球到C点和D点时，重力势能不相等．重力势能Ep＝mgh，具有相对性，如果选A、P、B三点在零势能参考面上，则两球在运动过程中的重力势能恒为负值；如果选C点在零势能参考面上，则两球在运动过程中的重力势能恒为正值．另外，重力做功跟路径无关，只取决于物体在初始和终末两点在竖直方向的高度，两球从开始运动到达C点和D点时竖直高度不等，所以，重力做功不相等．
5.【答案】B
【解析】球P从静止摆到最低位置的过程中，做圆周运动，绳的拉力始终与速度垂直不做功，仅有重力做功，机械能守恒，设球P摆到竖直位置时的速度为v，根据机械能守恒定律得：mPgl＝mPv2－0，解得：v＝
球P摆到竖直位置时受有竖直向上的拉力和竖直向下的重力，合力提供向心力，由牛顿第二定律得：FT－mPg＝mP，解得：FT＝3mPg
因当球P摆到竖直位置时，球Q刚要离开地面，则有：FT＝mQg，即3mPg＝mQg，
所以两球质量之比＝3，故选B.
6.【答案】C
【解析】皮带在人的作用下移动了距离，人对皮带做功，皮带对人也做功，由于运动员克服静摩擦力做功，从而消耗能量，使跑步机皮带的内能增加．故A、B、D错误，C正确．
7.【答案】D
【解析】根据能量转化和守恒定律可知能量在转化和转移过程中总量既不会增加，也不会减少．故A正确，B错误．能量在转化和转移过程中，其总量保持不变，但品质越来越差，即可利用率越来越低，故必需节约能源．故C错误，D正确．
8.【答案】D
【解析】本实验最主要的误差来自于摩擦力做功，当摩擦力做功时重锤下落到终点时机械能有一部分损失，速度小于自由落体应该具有的速度．故正确答案为D.
9.【答案】A
【解析】加速运动阶段，扶梯对乘客有水平向右的摩擦力和竖直向上的支持力；支持力和摩擦力对乘客做正功，A正确，B错误；匀速运动阶段，乘客的动能不变，根据动能定理可知，合外力不做功，C错误；匀速阶段，乘客的动能不变，而重力势能增大，故机械能不守恒，D错误．
10.【答案】A
【解析】
11.【答案】D
【解析】重力做功的大小等于物重跟起点高度的乘积mgh1与物重跟终点高度的乘积mgh2两者之差WG＝mgh1－mgh2＝－20 000×10×0.1 J＝－2.0×104J，所以克服重力做功2.0×104J，故D正确．
12.【答案】AD
【解析】A球下滑到地面过程中两球和杆组成的系统只有重力做功，系统机械能守恒，故A正确；开始时，B球静止，B的速度为零，当A落地时，B的速度也为零，因此在A下滑到地面的整个过程中，B先做加速运动，后做减速运动，因此，轻杆先对B做正功，后做负功，故B错误；A球落地时速度竖直向下，不为零，而B球速度为零，因此A球落地时两球速度不相等，故C错误；A球落地时，B的速度为零，在整个过程中，系统机械能守恒，由机械能守恒定律得：mAgL＝mAv2，解得：v＝，故D正确．
13.【答案】AB
【解析】在从0.2 m上升到0.35 m范围内，ΔEk＝ΔEp＝mgΔh，图线的斜率绝对值为：k＝＝N＝2 N＝mg，所以m＝0.2 kg，故A正确；在Ek－h图象中，图线的斜率表示滑块所受的合外力，由于高度从0.2 m上升到0.35 m范围内图象为直线，其余部分为曲线，说明滑块从0.2 m上升到0.35 m范围内所受作用力为恒力，h＝0.2 m时，滑块与弹簧分离，弹簧的原长为0.2 m．故B正确；根据能的转化与守恒可知，当滑块上升至最大高度时，增加的重力势能即为弹簧最大弹性势能，所以Epm＝mgΔh＝0.2×10×(0.35－0.1) J＝0.5 J，故C错误；由图可知，当h＝0.18 m时的动能最大，在滑块整个运动过程中，系统的动能、重力势能和弹性势能之间相互转化，因此动能最大时，滑块的重力势能与弹簧的弹性势能总和最小，根据能的转化和守恒可知，Epmin＝E－Ekm＝Epm＋mgh－Ekm＝(0.5＋0.2×10×0.1－0.32) J＝0.38 J，故D错误．
14.【答案】AD
【解析】物体在传送带摩擦力作用下做匀加速运动，根据牛顿第二定律知，物体加速运动的加速度为：
a＝μg＝1 m/s2
所以物体匀加速运动的时间为：t1＝＝s＝2 s
物体做匀加速运动的位移为：x1＝at＝×1×22m＝2 m
所以物体匀速运动的位移为：x2＝l－x1＝8－2 m＝6 m
物体匀速运动的时间为：t2＝＝s＝3 s
则摩擦力对物体做的功为：Wf＝Ffx1＝μmgx1＝0.1×1×10×2 J＝2 J
运动过程中摩擦力做功的平均功率＝＝W＝0.4 W.
故A、D正确，B、C错误．
15.【答案】BCE
【解析】该实验不需要测重物的质量，A错．为了减小由于空气阻力带来的实验误差，应选用密度较大的重物，B对．为使打第1个点时的速度为零，实验时应先接通电源，让打点计时器打点后再释放重物，选取第1、2点间的距离约为2 mm的纸带，C对，D错．由于实验中不可避免地受到阻力作用，重物的机械能总有损失，动能的增加总是略小于重力势能的减少量，E对．
16.【答案】(1)甲　(2)T2＝
【解析】(1)由于甲图中1、2两点间的距离(1.9 mm)接近于2 mm，故选甲图．
(2)由mgs2＝mv2　v＝得T2＝
17.【答案】<　有阻力或有摩擦
【解析】纸带通过时受到较大的阻力和重锤受到的空气阻力，重力势能有相当一部分转化为内能，所以重力势能的减小量明显大于动能的增加量．
18.【答案】(1)2m/s　(2)－1 J　(3)1.2 m
【解析】(1)小球下落到A点时由动能定理得：W＝mgh＝mv，
得vA＝＝m/s＝2m/s
(2)小球运动到D点时：Fn＝mg＝
vD＝＝2 m/s
当小球由B运动到D点时由动能定理得：
－mg×2R＝mv－mv
解得vB＝＝2m/s
所以A到B时：Wf＝mv－mv＝×0.1×(20－40) J＝－1 J
(3)小球从D点飞出后做平抛运动，故有
2R＝gt2，t＝＝0.4 s
水平位移xBE＝vDt＝0.8 m
所以xAE＝xAB－xBE＝1.2 m.
19.【答案】1 080 J
【解析】物体受到两个力的作用：拉力F′和重力mg，其中F′＝2F，由牛顿第二定律得
F′－mg＝ma所以F′＝m(g＋a)＝10×(10＋2) N＝120 N.
则F＝F′＝60 N.
物体从静止开始运动，3 s内的位移为l＝at2＝×2×32m＝9 m.
方法一　力F的作用点为绳的端点，而在物体发生9 m位移的过程中，绳的端点的位移为2l＝18 m，所以，力F做的功W＝F·2l＝60×18 J＝1 080J.
方法二　本题还可用等效法求力F做的功．
由于滑轮和绳的质量及摩擦均不计，所以拉力F做的功和拉力F′对物体做的功相等，
即WF＝WF′＝F′l＝120×9 J＝1 080 J.
20.【答案】kx12　k(x22－x12)
【解析】在拉弹簧的过程中，拉力的大小始终等于弹簧弹力的大小，根据胡克定律可知，拉力与拉力的作用点的位移x(等于弹簧的伸长量)成正比，即F＝kx.
F－x关系图象如图所示：

由图可知△AOx1的面积在数值上等于把弹簧拉伸x1的过程中拉力所做的功，
即W1＝F1×x1＝kx1×x1＝kx12.
梯形Ax1x2B的面积在数值上等于弹簧伸长量由x1增大到x2过程中拉力所做的功，
即W2＝(F1＋F2)×(x2－x1)＝k(x22－x12)．