第七章《机械能守恒定律》测试卷
一、单选题(共12小题)
1.一人乘电梯从1楼到20楼,在此过程中经历了先加速,后匀速,再减速的运动过程,则电梯对人的支持力的做功情况是( )
A. 加速时做正功,匀速时不做功,减速时做负功
B. 加速时做正功,匀速和减速时做负功
C. 加速和匀速时做正功,减速时做负功
D. 始终做正功
2.一物体做匀速直线运动,某时刻起受到两个互相垂直、大小分别为F1和F2的恒力作用,经一段时间后,在这两个力的方向上发生的位移大小分别为s1和s2,则在这段时间内这两个力对物体做的总功为( )
A. (F1+F2)(s1+s2)
B.F1s1+F2s2
C.
D.
3.如图所示,物体A的质量为m,A的上端连接一个轻弹簧,弹簧原长为L0,劲度系数为k,整个系统置于水平地面上,现将弹簧上端B缓慢地竖直向上提起,B点上移距离为L,此时物体A也已经离开地面,则下列说法中正确的是( )
A. 提弹簧的力对系统做功为mgL
B. 物体A的重力势能增加mgL
C. 物体A的重力势能增加mg(L-L0)
D. 物体A的重力势能增加mg
4.如图所示为低空跳伞表演,假设质量为m的跳伞运动员,由静止开始下落,在打开伞之前受恒定阻力作用,下落的加速度为g,在运动员下落h的过程中,下列说法正确的是( )
A. 运动员的重力势能减少了mgh
B. 运动员的动能增加了mgh
C. 运动员克服阻力所做的功为mgh
D. 运动员的机械能减少了mgh
5.质量为2 t的汽车,发动机的功率为30 kW,在水平公路上能以54 km/h的最大速度行驶,如果保持功率不变,则汽车的速度为36 km/h时,汽车的加速度为( )
A. 0.5 m/s2
B. 1 m/s2
C. 1.5 m/s2
D. 2 m/s2
6.关于弹簧的弹性势能,下列说法中正确的是( )
A. 当弹簧变长时,它的弹性势能一定增大
B. 当弹簧变短时,它的弹性势能一定变小
C. 在拉伸长度相同时,k越大的弹簧,它的弹性势能越大
D. 弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能
7.如图所示,一轻绳的一端系在固定粗糙斜面上的O点,另一端系一小球.给小球一足够大的初速度,使小球在斜面上做圆周运动.在此过程中( )
A. 小球的机械能守恒
B. 重力对小球不做功
C. 轻绳的张力对小球不做功
D. 在任何一段时间内,小球克服摩擦力所做的功总是等于小球动能的减少量
8.如图所示,倾斜的传送带保持静止,一木块从顶端以一定的初速度匀加速下滑到底端,如果让传送带沿图中虚线箭头所示的方向匀速运动,同样的木块从顶端以同样的初速度下滑到底端的过程中,与传送带保持静止时相比( )
A. 木块在滑到底端的过程中,运动时间将变长
B. 木块在滑到底端的过程中,木块克服摩擦力所做的功不变
C. 木块在滑到底端的过程中,动能的增加量减小
D. 木块在滑到底端的过程中,系统产生的内能减小
9.某人把质量为0.1 kg的一块小石头,从距地面为5 m的高处以60°角斜向上抛出,抛出时的初速度大小为10 m/s,则当石头着地时,其速度大小约为(g取10 m/s2,不计空气阻力)( )
A. 14 m/s
B. 12 m/s
C. 28 m/s
D. 20 m/s
10.在验证机械能守恒定律的实验中,对于自由下落的重物,下列说法正确的是( )
A. 只要足够重就可以
B. 只要体积足够小就可以
C. 既要足够重,又要体积非常小
D. 应该密度大些,还应便于夹紧纸带,使纸带随同重物运动时不致被扭曲
11.一个100 g的球从1.8 m的高处落到一个水平板上又弹回到1.25 m的高度,则整个过程中重力对球所做的功及球的重力势能的变化是(g=10 m/s2)( )
A. 重力做功为1.8 J
B. 重力做了0.55 J的负功
C. 物体的重力势能一定减少0.55 J
D. 物体的重力势能一定增加1.25 J
12.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
二、填空题(共3小题)
13.在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中需要用工具测量的有( );通过计算得到的有 ( )
A.重锤的质量
B.重力加速度
C.重锤下落的高度
D.与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度
14.质量为0.4 kg的皮球,从离地面高0.5 m处自由落下,与地面碰撞后以2 m/s的速度反弹,不计空气阻力,g取10 m/s2,碰撞时损失的机械能为______,损失的机械能转化为______能.
15.如图所示是弹簧门的一角,依靠弹簧形变后储存的弹性势能自动将打开的门关闭,当弹簧门打开时,弹簧的弹力对外做________功,弹性势能________(填“增加”或“减小”);当弹簧门关闭时,弹簧的弹力对外做________功,弹性势能________(填“增加”或“减小”).
弹簧门
三、实验题(共1小题)
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________.
四、计算题(共4小题)
17.如图所示,摆球质量为m,悬线的长为l,把悬线拉到水平位置后放手.设在摆球运动过程中空气阻力Ff的大小不变,求摆球从A运动到竖直位置B时,重力mg、绳的拉力FT、空气阻力Ff各做了多少功?
18.电动机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ,如图所示.传送带足够长,当小木块与传送带相对静止时.求:
(1)小木块的位移;
(2)传送带转过的路程;
(3)小木块获得的动能;
(4)摩擦过程中产生的内能;
(5)因传动小木块电动机多消耗的电能.
19.质量为2 kg的物体置于水平面上,物体与水平面间的摩擦因数为0.4,现用16 N的水平力拉物体作用2 s后,撤去外力.则(g=10 m/s2)
(1)物体沿水平方向的总位移是多少?
(2)在整个过程中,各个力所做的总功为多少?
20.如图所示,质量m=70 kg的运动员以10 m/s的速度从高h=10 m的滑雪场A点沿斜坡自由滑下,以最低点B为零势能面,一切阻力可忽略不计.求运动员:(g=10 m/s2)
(1)在A点时的机械能;
(2)到达最低点B时的速度大小;
(3)相对于B点能到达的最大高度.
答案解析
1.【答案】D
【解析】在加速、匀速、减速的过程中,支持力与人的位移方向始终相同,所以支持力始终对人做正功,故D正确.
2.【答案】B
【解析】功是标量,求总功为各个力做功的代数和.根据W=Fs得:W1=F1s,W2=F2s所以W1+W2=F1s+F2s,故B正确.
3.【答案】D
【解析】将弹簧上端B缓慢地竖直向上提起,由于开始时有支持力,故拉力先小于mg,物体离地后等于mg,拉力的位移为L,故提弹簧的力对系统做功小于mgL,故A错误;B点上移距离为L,弹簧伸长量为ΔL=,故A上升的高度为L-ΔL,所以物体A的重力势能增加mg,故B、C错误,D正确.
4.【答案】B
5.【答案】A
【解析】由P=Ffvm得Ff==2×103N,当v=36 km/h时,由P=Fv得F=3×103N,a=,所以a=0.5 m/s2,选项A正确.
6.【答案】C
【解析】
7.【答案】C
【解析】斜面粗糙,小球受到重力、支持力、摩擦力、轻绳张力的作用,由于除重力做功外,支持力和轻绳张力总是与运动方向垂直,不做功,摩擦力做负功,机械能减少,A、B错,C对;小球动能的变化等于合外力对其做的功,即重力与摩擦力做功的和,D错.
8.【答案】B
【解析】滑动摩擦力的大小为Ff=μFN,与相对速度的大小无关,所以,当传送带运动时,木块所受的摩擦力未变,空间位移未变,则滑到底端的时间、速度以及摩擦力所做的功均不变,故A错误,B正确,C错误;但由于相对滑动的距离变长,所以木块和传送带由于摩擦产生的内能变大,故D错误.
9.【答案】A
10.【答案】D
【解析】
11.【答案】C
【解析】整个过程中重力做功WG=mgΔh=0.1×10×0.55 J=0.55 J,故重力势能减少0.55 J,所以选项C正确.
12.【答案】A
【解析】
13.【答案】C D
【解析】在“验证机械能守恒定律”的实验中,直接测量的有:用刻度尺测量重锤下落的高度,重锤的质量可以测量也可以不测量.重力加速度与实验无关.通过计算得到的有与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度.
14.【答案】1.2 J 内
【解析】
15.【答案】负 增加 正 减少
【解析】弹簧门打开时,弹簧弹力方向与门的移动方向相反,弹力做负功、随着形变量增加,弹性势能增大.弹簧门关闭时,弹簧弹力方向与门的移动方向相同,弹力做正功,随着形变量减小,弹性势能减少.
16.【答案】(1)甲 (2)T2=
17.【答案】WG=mgl WT=0 Wf=-Ffπl
【解析】因为拉力FT在运动过程中始终与运动方向垂直,故不做功,即WT=0.
重力在整个运动过程中始终不变,小球在重力方向上的位移为AB在竖直方向上的投影OB,且OB=l,所以重力做功WG=mgl.空气阻力虽然大小不变,但方向不断改变,且任何时刻都与运动方向相反,即沿圆弧的切线方向,因此属于变力做功问题.如果将分成许多小段弧,使每一小段弧小到可以看成直线,在每一小段弧上Ff的大小、方向可以认为是不变的(即为恒力),这样就把变力做功的问题转化为了恒力做功的问题,如图所示.因此Ff所做的总功等于每一小段弧上Ff所做功的代数和.即Wf=-(FfΔl1+FfΔl2+…)=-Ffπl,故重力mg做的功为mgl,绳子拉力FT做的功为零,空气阻力Ff做的功为-Ffπl.
18.【答案】(1) (2) (3) mv2 (4) mv2 (5)mv2
【解析】(1)由牛顿第二定律:μmg=ma,得a=μg
由公式v=at得t=,小木块的位移x1=t=
(2)传送带始终匀速运动,路程x2=vt=
(3)小木块获得的动能Ek=mv2
(4)小木块在和传送带达到共同速度的过程中,相对传送带移动的距离
x相对=x2-x1=,产生的内能Q=μmg·x相对=mv2
(5)根据能量守恒定律电动机多消耗电能
ΔE=Q+mv2=mv2
19.【答案】(1)16 m (2)0
【解析】(1)由牛顿第二定律得F-μmg=ma1
解得a1=-μg=4 m/s2
前2 s内的位移x1=a1t2=×4×22m=8 m
2 s时的速度v=a1t=4×2 m/s=8 m/s
撤力后,加速度a2=-=-4 m/s2
由0-v2=2a2x2得x2=m=8 m
故总位移x=x1+x2=16 m
(2)拉力F的功W1=Fx1=16×8 J=128 J
摩擦力Ff做的功W2=-μmgx=-0.4×2×10×16 J
=-128 J
W总=W1+W2=0
20.【答案】(1)10 500 J (2)10m/s (3)15 m
【解析】(1)运动员在A点时的机械能E=Ek+Ep=mv2+mgh=×70×102J+70×10×10 J=10 500 J.
(2)运动员从A运动到B,根据机械能守恒定律得E=mv,
解得vB==m/s=10m/s
(3)运动员从A运动到斜坡上最高点过程中,由机械能守恒得E=mgH,解得H=m=15 m.