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 版权申诉  doc 2019-2020年高中物理阶段验收评估三机械能守恒定律新人教版 一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分,第1~5小题只有一个选项符合题意,第6~8小题有多个选项符合题意,全选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 1.如图1所示,在光滑水平面上有一物体,它的左端连一弹簧,弹簧的另一端固定在墙上,在力F的作用下物体处于静止状态,当撤去F后,物体将向右运动。在物体向右运动的过程中,下列说法正确的是(  ) 图1 A.弹簧的弹性势能逐渐减小 B.弹簧的弹性势能逐渐增大 C.弹簧的弹性势能先增大后减小 D.弹簧的弹性势能先减小后增大 解析:选D 由物体处于静止状态可知,弹簧处于压缩状态,撤去F后物体在向右运动的过程中,弹簧的弹力对物体先做正功后做负功,故弹簧的弹性势能应先减小后增大。 2.升降机中有一质量为m的物体,当升降机以加速度a匀加速上升h高度时,物体增加的重力势能为(  ) A.mgh          B.mgh+mah C.mah D.mgh-mah 解析:选A 要分析重力势能的变化,只需要分析重力做功。物体随升降机上升了h,物体克服重力做功W=mgh,故物体的重力势能增加了mgh,A正确。 3.水平路面上行驶的汽车所受到的阻力大小与汽车行驶的速率成正比。若汽车从静止出发,先做匀加速直线运动,达到额定功率后保持额定功率行驶,则在整个行驶过程中,汽车受到的牵引力大小与阻力大小关系图像正确的是(  ) 解析:选A 若汽车从静止出发,先做匀加速直线运动,在匀加速运动阶段,由F-Ff=ma可得,F=Ff+ma。牵引力随阻力的增大而均匀增大,图像C、D错误。达到额定功率后保持额定功率行驶,由F=,Ff=kv可知,牵引力与阻力成反比,图像A正确,B错误。 4.如图2所示是半径为r的竖直光滑圆形轨道,将一玩具小车放到与轨道圆心O处于同一水平面的A点,并给小车一竖直向下的初速度,使小车沿轨道内侧做圆周运动。要使小车不脱离轨道,则在A处使小车获得竖直向下的最小初速度应为(  ) 图2 A. B. C. D. 解析:选C 小车恰好不脱离轨道的条件是在最高点满足mg=m。小车沿轨道内侧做圆周运动的过程中,只有重力做功,机械能守恒。设小车在A处获得的最小初速度为vA,由机械能守恒定律得mvA2=mgr+mv2,解得vA=。故选项C正确。 5.在下列几个实例中,机械能守恒的是(  ) 图3 A.所受的合外力为零的物体 B.在光滑水平面上被细线拉住做匀速圆周运动的小球 C.在粗糙斜面上下滑的物体 D.如图3所示,在光滑水平面上压缩弹簧的小球 解析:选B 所受的合外力为零的物体的运动是匀速直线运动,动能保持不变,但如果物体的高度发生变化,则机械能变化,例如降落伞匀速下降时机械能减少,A错;在光滑水平面上做匀速圆周运动的小球,其动能不变,势能也不变,球的机械能守恒,B对;在粗糙斜面上下滑的物体,在下滑过程中有滑动摩擦力做功,所以物体的机械能不守恒,C错;在题图中,在压缩弹簧的过程中,弹簧的弹性势能在增加,所以小球的机械能在减少(但小球和弹簧组成的系统的机械能守恒),D错。 6.(全国甲卷)两实心小球甲和乙由同一种材料制成,甲球质量大于乙球质量。两球在空气中由静止下落,假设它们运动时受到的阻力与球的半径成正比,与球的速率无关。若它们下落相同的距离,则(  ) A.甲球用的时间比乙球长 B.甲球末速度的大小大于乙球末速度的大小 C.甲球加速度的大小小于乙球加速度的大小 D.甲球克服阻力做的功大于乙球克服阻力做的功 解析:选BD 设小球在下落过程中所受阻力F阻=kR,k为常数,R为小球半径,由牛顿第二定律可知:mg-F阻=ma,由m=ρV=ρπR3知:ρπR3g-kR=ρπR3a,即a=g-·,故知:R越大,a越大,即下落过程中a甲>a乙,选项C错误;下落相同的距离,由h=at2知,a越大,t越小,选项A错误;由2ah=v2-v02知,v0=0,a越大,v越大,选项B正确;由W阻=-F阻h知,甲球克服阻力做的功更大一些,选项D正确。 7.如图4甲所示,斜面AB与水平面BC是由同种材料制成的。质量相等的可视为质点的a、b两物块,从斜面上的同一位置A由静止开始下滑,经B点在水平面上滑行一段时间后停止。不计经过B点时的能量损失,用传感器采集到它们的速度—时间图像如图乙所示,则由上述信息判断下列说法正确的是(  ) 图4 A.在斜面上滑行的加速度物块a比物块b的小 B.在水平面上滑行的距离物块a比物块b的大 C.与斜面间的动摩擦因数物块a比物块b的小 D.在整个运动过程中克服摩擦力做的功物块a比物块b多 解析:选BC 由图像可以看出在斜面上滑行时aa>ab,选项A错误;根据图像与时间轴所夹面积可知在水平面滑行时,xa>xb,选项B正确;在斜面上运动,受力分析有mgsin θ-μmgcos θ=ma解得:μ=,因aa>ab,所以μa<μb,选项C正确;整个过程由动能定理可得:mgh-Wf=0,解得Wf=mgh,选项D错误。 8.如图5所示,轻质弹簧一端固定,另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连,弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑,经过B处的速度最大,到达C处的速度为零,AC=h。圆环在C处获得一竖直向上的速度v,恰好能回到A。弹簧始终在弹性限度内,重力加速度为g。则圆环(  ) 图5 A.下滑过程中,加速度一直减小 B.下滑过程中,克服摩擦力做的功为mv2 C.在C处,弹簧的弹性势能为mv2-mgh D.上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度 解析:选BD 圆环下落时,先加速,在B位置时速度最大,加速度减小至0。从B到C圆环减速,加速度增大,方向向上,选项A错误。圆环下滑时,设克服摩擦力做功为Wf,弹簧的最大弹性势能为ΔEp,由A到C的过程中,根据能量关系有mgh=ΔEp+Wf。由C到A的过程中,有mv2+ΔEp=Wf+mgh。联立解得Wf=mv2,ΔEp=mgh-mv2。选项B正确,选项C错误。设圆环在B位置时,弹簧的弹性势能为ΔEp′,根据能量守恒,A到B的过程有mvB2+ΔEp′+Wf′=mgh′,B到A的过程有mvB′2+ΔEp′=mgh′+Wf′,比较两式得vB′>vB,选项D正确。 二、非选择题(本题共4小题,共52分) 9.(8分)某同学用图6甲所示的实验装置验证机械能守恒定律。已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz,当地重力加速度为g=9.80 m/s2。实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示。纸带上的第一个点记为O,另选连续的三个点A、B、C进行测量,图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值。回答下列问题(计算结果保留三位有效数字) 图6 (1)打点计时器打B点时,重物速度的大小vB=______ m/s; (2)通过分析该同学测量的实验数据,他的实验结果是否验证了机械能守恒定律?简要说明分析的依据。 解析:(1)由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度可知vB=,由电源频率为50 Hz可知T=0.02 s,代入其他数据可解得vB=3.90 m/s。 (2)本实验是利用自由落体运动验证机械能守恒定律,只要在误差允许范围内,重物重力势能的减少等于其动能的增加,即可验证机械能守恒定律。选B点分析,由于mvB2≈7.61m,mghB≈7.70 m,故该同学的实验结果近似验证了机械能守恒定律。 答案:(1)3.90 (2)≈7.61(m/s)2,ghB≈7.70(m/s)2,因为mvB2≈mghB,近似验证了机械能守恒定律。 10.(10分)某同学用如图7所示的实验装置探究外力做功与小车动能变化的关系。 图7 (1)实验中,该同学让小车从静止开始运动一段位移,利用打点计时器测得了小车的速度v和位移x,读取了弹簧测力计的示数T,还测得了小车的质量M,沙桶的质量m,则细线对车做的功可以用W=________来计算。 (2)实验中,该同学改变拉力,仍让小车从静止开始运动,保持位移一定,测得W与v对应的多组数据,得到如图8所示的W­v2关系图像,但与预期的过原点直线不符,经检查测量、计算与作图均无误。你认为主要原因是__________________;实验操作中改进的具体措施是________________________________。 图8 解析:(1)细线的拉力等于弹簧测力计的示数T,则细线对车所做的功W=Tx。 (2)因没有平衡小车的摩擦力,故细线拉力对小车所做的功W=mv2+Wf。(其中Wf为小车克服阻力所做的功)。 答案:(1)Tx (2)小车受到了阻力 将平板适当垫高平衡小车受到的摩擦力 11.(16分)如图9所示,倾角为α的斜面A被固定在水平面上,细线的一端固定于墙面,另一端跨过斜面顶端的小滑轮与物块B相连,B静止在斜面上。滑轮左侧的细线水平,右侧的细线与斜面平行。A、B的质量均为m。撤去固定A的装置后,A、B均做直线运动。不计一切摩擦,重力加速度为g。求: 图9 (1)A固定不动时,A对B支持力的大小N; (2)A滑动的位移为x时,B的位移大小s; (3)A滑动的位移为x时的速度大小vA。 解析:(1)支持力的大小N=mgcos α。 (2)根据几何关系 sx=x·(1-cos α),sy=x·sin α 且s= 解得s=·x。 (3)B的下降高度sy=x·sin α 根据机械能守恒定律mgsy=mvA2+mvB2 根据速度的定义得vA=,vB= 则vB=·vA 解得vA=。 答案:(1)mgcos α (2)·x (3) 12.(18分)风洞是研究空气动力学的实验设备。如图10所示,将刚性杆水平固定在风洞内距地面高度H=3.2 m处,杆上套一质量m=3 kg,可沿杆滑动的小球。将小球所受的风力调节为F=15 N,方向水平向左。小球以初速度v0=8 m/s向右离开杆端,假设小球所受风力不变,取g=10 m/s2。求: 图10 (1)小球落地所需时间和离开杆端的水平距离。 (2)小球落地时的动能。 (3)小球离开杆端后经过多少时间动能为78 J? 解析:(1)小球在竖直方向做自由落体运动, 运动时间为t= =0.8 s 小球在水平方向做匀减速运动, 加速度a==5 m/s2 水平位移s=v0t-at2=4.8 m。 (2)由动能定理mgH-Fs=Ek-Ek0 解得Ek=120 J。 (3)小球离开杆后经过时间t′的水平位移 s′=v0t′-at′2 由动能定理mg·gt′2-Fs′=Ek′-mv02 将Ek′=78 J和v0=8 m/s代入得 125t′2-80t′+12=0 解得t1′=0.4 s,t2′=0.24 s。 答案:(1)0.8 s 4.8 m (2)120 J (3)0.24 s或0.4 s














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