高中物理鲁科版必修二 训练题 第2章 能的转化与守恒Word版含解析

章末过关检测
一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1．如图所示，自动卸货车静止在水平地面上，车厢在液压机的作用下，θ角缓慢增大，在货物相对车厢仍然静止的过程中，下列说法正确
的是( )
A．货物受到的支持力变小
B．货物受到的摩擦力变小
C．货物受到的支持力对货物做负功
D．货物受到的摩擦力对货物做负功
解析：选A.货物处于平衡状态，受到重力mg、支持力FN和摩擦力Ff，则根据平衡条件有：mgsin θ＝Ff，FN＝mgcos θ，当θ增大时，Ff增大，FN减小，故A正确，B错误；货物受到的支持力的方向与瞬时速度方向相同，所以支持力对货物做正功，故C错误；摩擦力的方向与位移方向垂直，不做功，故D错误．
2．汽车的发动机的额定输出功率为P1，它在水平路面上行驶时受到的摩擦阻力大小恒定．汽车在水平路面上由静止开始运动，直到车速达到最大速度vm，汽车发动机的输出功率P随时间变化的图象如图所示．若在0～t1时间内，汽车发动机的牵引力是恒定的，则汽车受到的合力F合随时间变化的图象可能是下图中的( )
解析：选D.0～t1时间内牵引力是恒定的，故合力也是恒定的；输出功率在增大，当达到额定功率后，速度逐渐增大，牵引力逐渐减小，一直到等于摩擦力，故合力也一直减小直到等于零．
3．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速下滑，在这个过程中( )
A．汽车的机械能守恒
B．汽车的动能和势能相互转化
C．机械能转化为内能，总能量守恒
D．机械能和内能之间没有转化
解析：选C.汽车关闭发动机后，匀速下滑，重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡，摩擦力做功，汽车摩擦生热，温度升高，有部分机械能转化为内能，机械能减少，但总能量守恒．因此，选项C正确，其他选项都错误．
4．在空中某一位置，以大小为v0的速度水平抛出一质量为m的物体，经时间t物体下落一段距离后，其速度大小仍为v0，但方向与初速度方向相反，如图所示，则下列说法中正确的是( )
A．风力对物体做功为零 B．风力对物体做负功
C．物体的机械能减少 D．物体的动能变化为mv
解析：选B.由题意知物体的动能不变，选项D错误；由于物体在竖直方向上初、末速度为0，即物体不做自由落体运动，物体在竖直方向下落的高度h′5．如图所示，竖直平面内有一个半径为R的半圆形轨道OQP，其中Q是半圆形轨道的中点，半圆形轨道与水平轨道OE在O点相切，质量为m的小球沿水平轨道运动，通过O点进入半圆形轨道，恰好能够通过最高点P，然后落到水平轨道上，不计一切摩擦阻力，下列说法错误的是( )
A．小球落地时的动能为2．5mgR
B．小球落地点离O点的距离为2R
C．小球运动到半圆形轨道最高点P时，向心力恰好为零
D．小球到达Q点的速度大小为
解析：选C.小球恰好通过P点，mg＝m得v0＝.根据动能定理mg·2R＝mv2－mv得mv2＝2.5mgR，A正确；由平抛运动知识得t＝ ，落地点与O点距离x＝v0t＝2R，B正确；P处小球重力提供向心力，C错误；从Q到P，由动能定理得－mgR＝m·()2－mv，解得vQ＝，D正确．
6．如图所示，质量为m的滑块从斜面底端以平行于斜面的初速度v0冲上固定斜面，沿斜面上升的最大高度为H．已知斜面倾角为α，斜面与滑块间的动摩擦因数为μ，且μ解析：选D.势能先随高度增加而变大，后随高度减小而变小，上行与下行图线重合为一条第一象限内过原点的倾斜线段，A选项错误；机械能变化参考摩擦力做功，上行和下行过程中，摩擦力随高度变化均匀做功，机械能随高度均匀减小，B选项错误；动能变化参考合外力做功，上行过程中的合外力大于下行过程中的合外力，且合外力在运动过程中大小恒定，随高度变化均匀做功，C选项错误，D选项正确．
二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)
7．质量为m1、m2的两物体，静止在光滑的水平面上，质量为m的人站在m1上用恒力F拉绳子，经过一段时间后，两物体的速度大小分别为v1和v2，位移分别为x1和x2，如图所示．则这段时间内此人所做的功的大小等于( )
A．Fx2 B．F(x1＋x2)
C．m2v＋(m＋m1)v D．m2v
解析：选BC.人做的功等于绳子对人和m2做的功之和，即W＝Fx1＋Fx2＝F(x1＋x2)，A错误，B正确；根据动能定理知，人做的功等于人、m1和m2动能的增加量，所以W＝(m1＋m)v＋m2v，C正确，D错误．
8．如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态．小物块的质量为m，从A点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止．物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度．在上述过程中( )
A．弹簧的最大弹力为μmg
B．物块克服摩擦力做的功为2μmgs
C．弹簧的最大弹性势能为μmgs
D．物块在A点的初速度为
解析：选BC.小物块处于最左端时，弹簧的压缩量最大，然后小物块先向右加速运动再减速运动，可知弹簧的最大弹力大于滑动摩擦力μmg，选项A错误；物块从开始运动至最后回到A点过程，由功的定义可得物块克服摩擦力做功为2μmgs，选项B正确；自物块从最左侧运动至A点过程由能量守恒定律可知Ep＝μmgs，选项C正确；设物块在A点的初速度为v0，整个过程应用动能定理有－2μmgs＝0－mv，解得v0＝2，选项D错误．
9．如图所示，水平地面上有一木箱，木箱与地面之间的动摩擦因数为μ(0<μ<1)．现对木箱施加一拉力F，使木箱做匀速直线运动．设F的方向与水平面的夹角为θ．在θ从0°逐渐增大到90°的过程中，木箱的速度保持不变，则( )
A．F先减小后增大 B．F一直增大
C．F的功率减小 D．F的功率不变
解析：选AC.由于木箱的速度保持不变，因此木箱始终处于平衡状态，对木箱进行受力分析，设木箱的质量为m，则由平衡条件得mg＝FN＋Fsin θ，Fcos θ＝Ff＝μFN，联立解得F＝＝，所以在θ从0°逐渐增大到90°的过程中，F先减小后增大，选项A正确，B错误；F的功率为P＝Fvcos θ＝＝，在θ从0°逐渐增大到90°的过程中，tan θ逐渐增大，故功率P逐渐减小，选项C正确，D错误．
10．从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和．取地面为重力势能零点，该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图所示．重力加速度取10 m/s2．由图中数据可得( )
A．物体的质量为2 kg
B．h＝0时，物体的速率为20 m/s
C．h＝2 m时，物体的动能Ek＝40 J
D．从地面至h＝4 m，物体的动能减少100 J
解析：选AD.根据题给图象可知h＝4 m时物体的重力势能mgh＝80 J，解得物体质量m＝2 kg，抛出时物体的动能为Ek＝100 J，由动能公式Ek＝mv2，可知h＝0时物体的速率为v＝10 m/s，选项A正确，B错误；由功能关系可知fh＝|ΔE|＝20 J，解得物体上升过程中所受空气阻力f＝5 N，从物体开始抛出至上升到h＝2 m的过程中，由动能定理有－mgh－fh＝Ek－100 J，解得Ek＝50 J，选项C错误；由题给图象可知，物体上升到h＝4 m时，机械能为80 J，重力势能为80 J，动能为零，即物体从地面上升到h＝4 m，物体动能减少100 J，选项D正确．
三、非选择题(本题共3小题，共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
11．(12分)测量小物块Q与平板P之间动摩擦因数的实验装置如图所示．AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道，与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C′．重力加速度大小为g．实验步骤如下：
①用天平称出物块Q的质量m；
②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC′的高度h；
③将物块Q在A点由静止释放，在物块Q落地处标记其落地点D；
④重复步骤③，共做10次；
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C′的距离s．
(1)用实验中的测量量表示：
①物块Q到达B点时的动能EkB＝________；
②物块Q到达C点时的动能EkC＝________；
③在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功Wf＝________；
④物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ＝________．
(2)回答下列问题：
①实验步骤④⑤的目的是___________________________________；
②已知实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其他可能的原因是________________________________________________________________________
________(写出一个可能的原因即可)．
解析：(1)①从A到B，由动能定理得：mgR＝EkB－0，则物块到达B时的动能EkB＝mgR.
②离开C后，物块做平抛运动，
水平方向：s＝vCt，
竖直方向：h＝gt2，
物块在C点的动能EkC＝mv，
解得：EkC＝．
③由B到C过程中，由动能定理得：
－Wf＝mv－mv，
克服摩擦力做的功Wf＝mgR－．
④B到C过程中，克服摩擦力做的功：
Wf＝μmgL＝mgR－，则μ＝－．
(2)①实验步骤④⑤的目的，是通过多次实验减小实验结果的误差．
②实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量量的误差之外，其他的可能是圆弧轨道存在摩擦，接缝B处不平滑等．
答案：(1)①mgR　②　③mgR－
④－　(2)①通过多次实验减小实验结果的误差
②圆弧轨道存在摩擦
12． (14分)在游乐节目中，选手需要借助悬挂在高处的绳飞越到水面的浮台上，小明和小阳观看后对此进行了讨论．如图所示，他们将选手简化为质量m＝60 kg的质点，选手抓住长度为l的绳由静止开始摆动，此时绳与竖直方向的夹角α＝53°，绳的悬挂点O距水面的高度为H＝3 m．不考虑空气阻力和绳的质量，浮台露出水面的高度不计，水足够深．(取重力加速度g＝10 m/s2，sin 53°＝0．8，cos 53°＝0．6)
(1)求选手摆到最低点时对绳拉力F的大小．
(2)若绳长l＝2 m，选手摆到最高点时松手落入水中．设水对选手的平均浮力f1＝800 N，平均阻力f2＝700 N，求选手落入水中的深度d．
(3)若选手摆到最低点时松手，小明认为绳越长，在浮台上的落点距岸边越远；小阳却认为绳越短，落点距岸边越远．请通过推算说明你的观点．
解析：(1)选手摆到最低点的过程中机械能守恒，有
mgl(1－cos α)＝mv2 ①
在最低点时，绳对选手的拉力F′和选手的重力mg的合力提供向心力，有F′－mg＝m
解得F′＝(3－2cos α)mg
选手对绳的拉力F＝F′
代入数据，解得F＝1 080 N．
(2)对选手从最高点至落入水中的过程，应用动能定理得mg(H－lcos α＋d)－(f1＋f2)d＝0
解得d＝
代入数据，解得d＝1．2 m．
(3)选手摆到最低点时松手，松手后做平抛运动，则
水平方向：x＝vt，竖直方向：H－l＝gt2，且有①式成立
解得x＝2
当lm＝时，x有最大值，解得lm＝1．5 m
因此，两人的看法均不正确．当绳长越接近1．5 m时，落点距岸边越远．
答案：见解析
13．(14分)滑板运动是青少年喜爱的一项活动．如图所示，滑板运动员以某一初速度从A点水平离开高h＝0．8 m的平台，运动员(连同滑板)恰好能无碰撞地从B点沿圆弧切线进入竖直光滑圆弧轨道，然后经C点沿固定斜面向上运动至最高点D．圆弧轨道的半径为1 m，B、C为圆弧的两端点，其连线水平，圆弧所对圆心角θ＝106°，斜面与圆弧相切于C点．已知滑板与斜面间的动摩擦因数为μ＝，g＝10 m/s2，cos 53°＝0．6，sin 53°＝0．8，不计空气阻力，运动员(连同滑板)质量为50 kg，可视为质点．试求：
(1)运动员(连同滑板)离开平台时的初速度v0；
(2)运动员(连同滑板)通过圆弧轨道最低点时对轨道的压力N；
(3)运动员(连同滑板)在斜面上滑行的最大距离L．
解析：(1)运动员离开平台后做平抛运动，从A至B，在竖直方向上有v＝2gh
在B点有vy＝v0tan，解得v0＝3 m/s．
(2)运动员在圆弧轨道上做圆周运动，设运动员在最低点的速度为v，则在最低点时有N－mg＝m
根据机械能守恒定律有mv＋mg[h＋R(1－cos 53°)]＝mv2，解得N＝2 150 N．
(3)设运动员在C点的速度为vC，在运动员从A至C的过程中机械能守恒，有mgh＝mv－mv
在运动员从C至D过程中，根据动能定理有
mgLsin ＋μmgLcos ＝mv解得L＝1．25 m．
答案：(1)3 m/s　(2)2 150 N　(3)1.25 m