人教版高一物理必修2第7章《机械能守恒定律》单元测试卷（word含答案）

第7章《机械能守恒定律》单元测试卷
一、单选题(共15小题)
1.利用如图所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度h.某班同学利用实验得到的纸带，设计了四种测量方案，正确的是 (　　)
A． 用刻度尺测出物体下落的高度h，并测出下落时间t，通过v＝gt计算出瞬时速度v
B． 用刻度尺测出物体下落的高度h，并通过v＝计算出瞬时速度v
C． 根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v，并通过h＝计算出高度h.
D． 用刻度尺测出物体下落的高度h，根据做匀变速直线运动时纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度，测算出瞬时速度v
2.如图所示，A、B两物体叠放在一起，A被不可伸长的细绳水平系于左墙上，B在拉力F作用下，向右匀速运动，在此过程中，A、B间的摩擦力做功情况是(　　)
A． 对A、B都做负功
B． 对A、B都不做功
C． 对A不做功，对B做负功
D． 对A做正功，对B做负功
3.奥运会比赛项目撑杆跳高如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A． 加速助跑过程中，运动员的动能增加
B． 起跳上升过程中，杆的弹性势能一直增加
C． 起跳上升过程中，运动员的重力势能增加
D． 越过横杆后下落过程中，运动员的重力势能减少，动能增加
4.如图所示，质量为m的小车在与竖直方向成α角的恒定拉力F作用下，沿水平地面向左运动一段距离L.在此过程中，小车受到的阻力大小恒为Ff，重力加速度为g，则(　　)
A． 拉力对小车做功为FLcosα
B． 支持力对小车做功为FLsinα
C． 阻力对小车做功为－FfL
D． 重力对小车做功为mgL
5.下列关于重力势能及其变化的说法中正确的是(　　)
A． 有A、B两个物体，A的高度是B高度的2倍，那么物体A的重力势能的数值一定是物体B的2倍
B． 从同一高度将某一物体以相同的速度竖直上抛或平抛，从抛出到落地的过程中，物体重力势能的变化量是相同的
C． 有一物体从楼顶落到地面，如果受到空气阻力，物体重力势能的减少量小于自由下落时重力势能的减少量
D． 重力势能的变化与物体运动的高度差有关，与物体运动的路径有关
6.某同学用频闪相机拍摄了运动员跳远比赛时助跑、起跳、最高点、落地四个位置的照片，简化图如图所示．则运动员起跳瞬间消耗的体能最接近(　　)
A． 4 J
B． 40 J
C． 400 J
D． 4000 J
7.篮球场上，运动员练习投篮，篮球划过一条漂亮的弧线落入篮筐，球的轨迹如图中虚线所示．从篮球出手到落入篮筐的过程中，篮球的重力势能(　　)
A． 一直增大
B． 一直减小
C． 先减小后增大
D． 先增大后减小
8.下列对图配图的相关说法中正确的是(　　)
A． 图甲中“蛟龙号”被吊车吊下水的过程中它的机械能守恒
B． 图乙中火车在匀速转弯时所受合外力为零，动能不变
C． 图丙中握力器在手的压力下弹性势能增加了
D． 图丁中撑杆跳高运动员在上升过程中机械能守恒
9.人以20 N的水平恒力推着小车在粗糙的水平面上前进了5.0 m，人放手后，小车又前进了2.0 m才停下来，则小车在运动过程中，人的推力所做的功为(　　)
A． 100 J
B． 140 J
C． 60 J
D． 无法确定
10.如图所示为“割绳子”游戏中的一幅截图，游戏中割断左侧绳子糖果就会通过正下方第一颗星星，糖果一定能经过星星处吗？现将其中的物理问题抽象出来进行研究：三根不可伸长的轻绳共同系住一颗质量为m的糖果(可视为质点)，设从左到右三根轻绳的长度分别为l1、l2和l3，其中最左侧的绳子处于竖直且张紧的状态，另两根绳均处于松弛状态，三根绳的上端分别固定在同一水平线上，且相邻两悬点间距离均为d，糖果正下方的第一颗星星与糖果距离为h.已知绳子由松弛到张紧时沿绳方向的速度分量即刻减为零，现将最左侧的绳子割断，以下选项正确的是(　　)
A． 只要满足l2≥，糖果就能经过正下方第一颗星星处
B． 只要满足l3≥，糖果就能经过正下方第一颗星星处
C． 糖果可能以()的初动能开始绕中间悬点做圆运动
D． 糖果到达最低点的动能可能等于mg[l2－－]
11.下列物体具有弹性势能的是(　　)
A． 下落的陨石
B． 海上行驶的轮船
C． 凹陷的橡皮泥
D． 钟表中上紧的发条
12.如图所示，质量为m的物体静止在水平光滑的平台上，系在物体上的绳子跨过光滑的定滑轮，由地面上的人以速度v0水平向右匀速拉动，设人从地面上平台的边缘开始向右行至绳与水平方向夹角为45°处，在此过程中人的拉力对物体所做的功为(　　)
A．
B．
C．
D．mv
13.用起重机将质量为m的物体匀速地吊起一段距离，关于作用在物体上的各力的做功情况下列说法中正确的 (　　)
A． 重力做正功，拉力做负功，合力做功为零
B． 重力做负功，拉力做正功，合力做正功
C． 重力做负功，拉力做正功，合力做功为零
D． 重力不做功，拉力做正功，合力做正功
14.在水平路面上匀速行驶的汽车，从某时刻起，汽车受到的牵引力F牵、阻力Ff随时间t的变化规律如图所示．汽车在t1到t2这段时间内运动时，其牵引力的功率P与时间t的变化关系图象如下图所示中的(　　)
A．
B．
C．
D．
15.质量为m的物体在空中由静止下落，由于空气阻力的影响，运动的加速度是，物体下落高度为h，重力加速度为g，以下说法正确的是(　　)
A． 重力势能减少了
B． 动能增加了mgh
C． 机械能损失了
D． 克服阻力做功为
二、填空题(共3小题)
16.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．
17.质量为1 kg的物体从离地面1.5 m高处以速度10 m/s抛出，不计空气阻力，若以地面为零势能面，物体的机械能是________J，落地时的机械能是________J；若以抛出点为零势能面，物体的机械能是________J，落地时的机械能是________J．(g取10 m/s2)
18.如图所示，质量为m、长度为L的匀质铁链的在倾角为30°的粗糙斜面上，其余部分竖直下垂，现在使铁链自由下滑，至整条铁链刚好全部离开斜面，在这一过程中铁链的重力势能变化了________.
三、实验题(共3小题)
19.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”．如图所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小，小车中可以放置砝码．
(1)实验主要步骤如下：
①测量____________和拉力传感器的总质量M1，把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连，正确连接实验装置；
②将小车停在C点，____________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度；
③在小车中增加砝码，或____________，重复②的操作．
(2)表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v－v|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功．表格中的ΔE3＝____________，W3＝____________.(结果保留三位有效数字)
表1数据记录表
(3)根据表1，请在图中的方格纸上作出ΔE－W图线．
20.某同学用图(a)所示的实验装置“验证机械能守恒定律”，图(b)是用6 V、50 Hz的打点计时器打出的一条连续点的纸带，O点为重锤下落的起点，选取的计数点A、B、C、D到O点的距离在图中已标出，重力加速度g取9.8 m/s2，重锤的质量为1 kg(计算结果均保留两位有效数字).
(a)
(b)
(1)打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB＝________ m/s，重锤的动能EkB＝________J.
(2)从起点O到打下B点过程中，重锤的重力势能的减小量为________J.
(3)根据(1)、(2)计算，在误差允许范围内，从起点O到打下B点过程中，你得到的结论是____________________.
(4)下图是根据某次实验数据绘出的－h图象，图线不过坐标原点的原因是__________________________.
21.小玲同学平时使用带弹簧的圆珠笔写字，她想估测里面小弹簧在圆珠笔尾端压紧情况下的弹性势能的增加量．请你帮助她完成这一想法.
(1)写出实验所用的器材：
________________________________________________________________________.
(2)写出实验的步骤和所要测量的物理量(用字母量表示)：(要求能符合实际并尽量减少误差)____________________．
(3)弹性势能的增加量的表达式ΔEp＝
________________________________________________________________________.
四、计算题(共3小题)
22.动车组列车由几节自带动力的车厢(动车)加几节不带动力的车厢(拖车)编成一组．某车次动车组由8节车厢连接而成，每节车厢平均质量为m＝20 t，其中只有第1节、第3节、第6节、第8节是带动力的，每节动车可以提供P＝750 kW的额定功率．设动车组在平直路面上行驶，每节动车在行驶中的输出功率相同，每节车厢受到的阻力恒为重力的0.025倍(g取10 m/s2)．求：
(1)动车组行驶所能达到的最大速度；
(2)当动车组以加速度a＝0.5 m/s2加速行驶时，第4节拖车对第3节动车的作用力大小；
(3)若动车组以额定功率启动，经400 s时间加速后以最大速度匀速行驶，则整个加速过程中所通过的路程为多少？
23.如图所示，绳的一端固定在天花板上，通过一动滑轮将质量m＝10 kg的物体由静止开始以2 m/s2的加速度提升3 s．求绳的另一端拉力F在3 s内所做的功．(g取10 m/s2，动滑轮和绳的质量及摩擦均不计)
24.如图所示，物体在恒力F的作用下向前运动了一段距离，速度由v1增加到v2.试推导出力F对物体做功的表达式.
答案解析
1.【答案】D
【解析】
2.【答案】C
【解析】
3.【答案】B
【解析】加速助跑过程中速度增大，动能增加，A正确；撑杆从开始形变到撑杆恢复形变时，先是运动员部分动能转化为杆的弹性势能，后弹性势能转化为运动员的动能与重力势能，杆的弹性势能不是一直增加，B错误；起跳上升过程中，运动员的高度在不断增大，所以运动员的重力势能增加，C正确；当运动员越过横杆后，下落的过程中，他的高度降低、速度增大，重力势能转化为动能，即重力势能减少，动能增加，D正确．
4.【答案】C
【解析】
5.【答案】B
【解析】
6.【答案】C
【解析】人做斜抛运动，设人质量为60 kg，高1.7 m；由图得到：水平分位移大约7 m，竖直分位移大约0.8 m；竖直方向运动时间t＝2×＝0.8 s
故竖直分速度：vy＝g＝10×0.4 m/s＝4 m/s；
水平分速度为：vx＝＝m/s＝8.75 m/s；
故初速度为：v＝＝m/s≈9.6 m/s；
助跑的末速度为8.75 m/s；
运动员起跳瞬间消耗的体能等于动能的增加量，为：
W＝mv2－mv＝×60×(9.62－8.752) J≈468 J
运动员起跳瞬间消耗的体能最接近400 J.
7.【答案】D
【解析】从篮球出手到落入篮筐的过程中，篮球的重力不变，高度先增大后减小，则其重力势能先增大后减小，故D正确．
8.【答案】C
【解析】题图甲中“蛟龙号”被吊车吊下水的过程中，钢绳对它做负功，所以机械能不守恒，故A错误；题图乙中火车在匀速转弯时做匀速圆周运动，所受的合外力指向圆心且不为零，故B错误；题图丙中握力器在手的压力下形变增大，所以弹性势能增大，故C正确；题图丁中撑杆跳高运动员在上升过程中撑杆的弹性势能转化为运动员的机械能，所以运动员的机械能不守恒，故D错误．
9.【答案】A
【解析】人的推力作用在小车上的过程中，小车发生的位移是5.0 m，故该力做功为W＝Flcosα＝20×5.0×cos 0° J＝100 J.
10.【答案】D
【解析】将最左侧的绳子割断，糖果在绳子拉直前做自由落体运动，绳2和绳3不能绷紧，后绕绳做圆周运动，则绕l2运动而l3未伸直，或绕l3运动而l2未伸直，要使糖果能经过正下方第一颗星星处，l2和l3需要同时满足的条件是：l2≥和l3≥，故A、B错误；、若l3足够长，将最左侧的绳子割断，糖果自由下落h＝(－l1)后l2刚刚伸直，糖果竖直下落h＝(－l1)后速度为v＝，，方向竖直向下，此时绳2绷紧后，沿绳方向的分速度即刻减为零，剩余垂直于绳子方向的速度，为v1＝v·，开始绕中间悬点做圆周运动的初动能Ek1＝mv，，联立解得Ek1＝(－l1)，故C错误；以C选项为初态，以糖果刚刚到达最低点为末态，由动能定理得mg(l2－)＝Ek－mv，解得：Ek＝mg[l2－－]，由于绳子绷紧过程可能有两次速度损失而产生能量损失，故绷紧后动能会少于Ek，故D正确．
11.【答案】D
【解析】钟表中上紧的发条发生了弹性形变，具有弹性势能，其他物体没有弹性形变，所以无弹性势能．选项D正确．
12.【答案】C
【解析】人行至绳与水平方向夹角为45°处时，物体的速度为v＝v0cosθ，由动能定理得人的拉力对物体所做的功为W＝ΔEk＝mv2＝mv，正确选项为C.
13.【答案】C
【解析】匀速吊起物体，物体受到的拉力与重力平衡．在吊起过程中，根据W＝Flcosα知，重力做负功，拉力做正功，合力做功为0.C正确．
14.【答案】C
【解析】在t1～t2的时间段内，Ff＞F牵，且大小不变都为恒力，由牛顿第二运动定律得，汽车在t1～t2这段时间内做匀减速直线运动，v＝v0－at，其牵引力的功率P＝F牵v＝F牵(v0－at)，C正确．
15.【答案】C
【解析】重力对物体所做的功等于物体重力势能的减少量，重力对物体做多少功，则物体的重力势能减少多少．由题知重力做功为mgh，则的重力势能减少mgh.故A错误；物体的合力做正功为mah＝0.9mgh，则物体的动能增加量为0.9mgh，故B错误；物体下落h高度，重力势能减小mgh，动能增加为0.9mgh，则机械能减小0.1mgh，故C正确；由于阻力做功导致机械能减小，因此克服阻力做功为0.1mgh，故D错误．
16.【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.
17.【答案】65　65　50　50
【解析】若以地面为零势能面，物体的机械能E1＝mv＋mgh＝×1×102J＋1×10×1.5 J＝65 J，由于只有重力做功，机械能守恒，故落地时的机械能也为65 J；若以抛出点为零势能面，物体的机械能E2＝mv＝×1×102J＝50 J，由于机械能守恒，落地时的机械能也是50 J.
18.【答案】mgL
【解析】
19.【答案】(1)①小车　②由静止释放　③改变钩码数量
(2)0.600 J　0.610 J
(3)如图
【解析】(1)①在实验过程中拉力对小车和传感器做功使小车和传感器的动能增加，所以需要测量小车和传感器的总质量；③通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力大小得出不同的数据；(2)通过拉力传感器的示数和AB的长，用W＝FL可计算拉力做的功；(3)利用图象法处理数据，由动能定理W＝M(v－v)可知W与ΔE成正比，作图可用描点法．
20.【答案】(1)1.2　0.72(0.68～0.76均可)　(2)0.73
(3)机械能守恒　(4)开始打点时重锤有一定的速度
【解析】(1)每两个点之间有一个计时点，则相邻两个计数点之间的时间间隔为T＝0.04 s，则
vB＝＝m/s≈1.2 m/s，
EkB＝mvB2＝0.72 J
(2)重锤的重力势能减小量：
ΔEp＝mgh＝1×9.8×0.074 0 J≈0.73 J
(3)在误差允许范围内，由于重锤重力势能减小量等于重锤动能的增加量，重锤下落的过程中机械能守恒；
(4)由机械能守恒可知mgh＝mv2－mv02，图线不过坐标原点的原因是开始打点时重锤有一定的速度.
21.【答案】(1)天平　直尺
(2)①将圆珠笔紧靠直尺竖直放在桌面上并将尾端压紧，记下笔尖处的读数x1；②突然放开圆珠笔，观察并记下笔尖到达最高处的读数x2；③多次测量笔尖到达最高处的读数x2并取平均值2；④用天平测出圆珠笔的质量m.(注：步骤①④可对调)．
(3)ΔEp＝mg(2－x1)
【解析】
22.【答案】(1)75 m/s　(2)1.5×104N　(3)18 750 m
【解析】(1)动车组达最大速度时牵引力F＝Ff阻
而Ff阻＝kmg
根据P＝Fv，
解得vm＝75 m/s；
(2)设各动车的牵引力为F牵，第3节动车对第4节拖车的作用力大小为F
以第1、2、3节车为研究对象，由牛顿第二定律得2F牵－3kmg－F＝3ma
以动车组整体为研究对象，由牛顿第二定律得4F牵－8kmg＝8ma
由上述两式得F＝kmg＋ma
代入数据解得F＝1.5×104N
由牛顿第三定律可知第4节拖车对第3节动车的作用力为1.5×104N
(3)根据动能定理4Pt－8kmgs＝·8mv
代入数据解得s＝18 750 m
23.【答案】1 080 J
【解析】解法一　物体受到两个力的作用：拉力F′和重力mg，
由牛顿第二定律得F′－mg＝ma
所以F′＝m(g＋a)＝10×(10＋2) N＝120 N
则力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
力F作用在绳的端点，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所做的功为W＝F·2l＝60×18 J＝1 080 J.
解法二　本题还可用等效法求力F所做的功．
由于动滑轮和绳的质量及摩擦均不计，所以拉力F所做的功和拉力F′对物体所做的功相等．即WF＝WF′＝F′l＝120×9 J＝1 080 J.
24.【答案】W＝Fl＝F·＝F·
＝mv－mv