【物理】機械能守恒定律（章節(jié)達標檢測考試試卷） 2023-2024學年高中物理 人教版2019必修第二冊

第八章機械能守恒定律章節(jié)達標檢測考試試卷注意事項：1.全卷滿分100分?？荚囉脮r90分鐘。2.無特殊說明，本試卷中重力加速度g取10m/s2。一、單項選擇題(本大題共12小題，每小題3分，共36分。在每小題給出的四個選項中只有一個符合題目要求)1.圖中漢墓壁畫拓片描繪了漢代人駕車的場景。當馬拉車沿水平路面前進時，下列各力中對車做正功的是()A.馬對車的拉力B.車所受的支持力C.車所受的重力D.地面對車的摩擦力2.蹦極是一種比較流行的極限運動，彈性繩一端固定在高空跳臺，另一端系住運動員，運動員從高空自由下落，則自開始下落至最低點的過程中()A.運動員的速度先增大再減小B.運動員的速度先減小再增大C.繩子的彈性勢能先增大再減小D.運動員的重力勢能先增大再減小3.如圖，某同學在參加引體向上體測，該同學耗時1分鐘完成了16次引體向上。已知該同學的質(zhì)量為60kg，完成一次引體向上重心上移約0.6m，下列說法正確的是()A.該同學引體向上過程機械能守恒B.向上運動過程，該同學對杠的作用力大于杠對他的作用力C.完成一次引體向上克服重力做功約36JD.該同學克服重力做功的平均功率約為96W4.2022年我國成功舉辦第24屆冬季奧林匹克運動會，其中的雪車也稱“有舵雪橇”是一項非常刺激的運動項目。如圖所示，在一段賽道上，運動員操控雪車無助力滑行，沿斜坡賽道由靜止從A點滑行過B點，再沿水平賽道滑行至C點停下來。已知運動員和雪車的總質(zhì)量為m，A、B兩點間的豎直高度為h，雪車與賽道間的動摩擦因數(shù)處處相同，重力加速度為g，忽略空氣阻力的影響。運動員及雪車從A點滑行到C點的整個過程中，下列說法不正確的是()A.重力做功為mghB.重力勢能的減小量為mghC.軌道對雪車的支持力做功為0D.合外力做功為mgh5.如圖所示，一質(zhì)量為m的質(zhì)點在半徑為R的半球形容器中(容器固定)由靜止開始自邊緣上的A點滑下，到達最低點B時，它對容器的壓力為FN。重力加速度為g，則質(zhì)點自A滑到B的過程中，摩擦力所做的功為()A.12R(FN-mg)B.12R(2mg-FC.12R(FN-3mg)D.12R(FN-26.小孩站在岸邊向湖面依次拋出三個石子，三個石子的軌跡如圖所示，最高點在同一水平線上。假設三個石子質(zhì)量相同，忽略空氣阻力的影響，下列說法中正確的是()A.沿軌跡3運動的石子落水時速度最小B.三個石子在最高點時速度相同C.小孩拋出石子時，對三個石子做的功相等D.沿軌跡3運動的石子在落水時重力的功率最大7.某同學將手中的彈簧筆豎直向下按壓在水平桌面上，突然松手后彈簧筆將豎直向上彈起，其上升過程中的Ek-h圖像如圖所示，不計空氣阻力，則下列判斷正確的是()A.彈簧原長為h1B.彈簧的最大彈性勢能大小為EkmC.O到h3之間彈簧的彈力先增加再減小D.h1到h2之間彈簧筆的彈性勢能和動能之和減小8.某款兒童電動車如圖甲所示，某小朋友在水平的水泥地面上駕駛電動車以額定功率P沿直線行駛，某時刻駛入水平草地，對應的v-t圖像如圖乙所示。小朋友和車的總質(zhì)量為m，下列關于電動車的說法正確的是()A.在草地上行駛時受到的阻力為PB.在草地上行駛時受到的牽引力不斷減小C.t2時刻加速度為PmvD.t1~t2時間行駛的距離為v2(t2-t1)-m9.如圖所示，在光滑豎直滑桿上套著一質(zhì)量為m的圓環(huán)，圓環(huán)跨過水平轉(zhuǎn)軸用細線吊著一質(zhì)量為M的重物，轉(zhuǎn)軸到滑桿的距離為d，剛開始用手按住圓環(huán)，使之處于圖中θ=30°的位置。松手后，圓環(huán)上升，當其上升到與轉(zhuǎn)軸等高的P處時速度大小為v0。不計細線與轉(zhuǎn)軸間的摩擦，重力加速度為g。若在圓環(huán)運動到P點的過程中重物未落地，則下列說法不正確的是()A.在P處時，細線對圓環(huán)的拉力功率為0B.細線拉力對重物做功為-MgdC.細線的拉力始終大于重物的重力D.重物的動能先增大后減小10.從地面豎直向上拋出一物體，其機械能E總等于動能Ek與重力勢能Ep之和。取地面為重力勢能零點，該物體的E總和Ep隨它離開地面的高度h的變化如圖所示。由圖中數(shù)據(jù)可知，下列說法錯誤的是()A.物體的質(zhì)量為2kgB.h=0時，物體的速率為20m/sC.h=2m時，物體的動能Ek=50JD.從地面至h=4m處過程中，物體的動能減少100J11.如圖所示，輕質(zhì)彈簧下端與光滑固定斜面底端的擋板拴接，上端連接物塊B，物塊A通過細線跨過光滑定滑輪與物塊B連接，已知斜面傾角為30°，物塊B的質(zhì)量為mB=m0不變，物塊A的質(zhì)量可以改變，彈簧的原長為2L，物塊A、B以及滑輪大小忽略不計。初始時在外力作用下，彈簧處于原長，細線剛好繃緊，物塊A、B處于等高位置。改變物塊A的質(zhì)量，撤去外力，讓物塊A、B自由運動；當mA=m1時，物塊A能夠上升的最大高度為0.5L；當mA=m2時，物塊A能夠下降的最大高度為0.5L。已知重力加速度為g，當mA=m2+m1時，物塊A下降0.5L時速度可能為()A.gL4B.gL2C.3gL12.如圖所示，足夠長、粗糙程度均勻的斜面固定于水平面上，一物體從斜面底端沿斜面向上沖，沖到最高處后折返回到斜面底端。已知斜面傾角為θ=37°，物體質(zhì)量為2kg，物體在斜面底端的初動能為100J，回斜面底端時的動能為80J。規(guī)定物體在斜面底端時重力勢能為零，忽略空氣阻力，A點為上沖最大距離的一半處。以下說法不正確的是()A.物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為1B.上滑時動能和勢能相等的位置在A點處C.下滑時動能和勢能相等的位置在A點以下D.物體上滑時機械能損失10J二、非選擇題(本大題共6小題，共64分)13.(8分)某同學利用氣墊導軌來驗證機械能守恒定律，實驗主要步驟如下：①將氣墊導軌放到水平桌面上，將導軌調(diào)至水平，光電門安裝在長木板的B點處；②將細線一端連接在質(zhì)量為M的滑塊上，另一端繞過定滑輪懸掛總質(zhì)量為m的托盤和砝碼；③測得A、B兩點間的距離為L，遮光條的寬度為d，將滑塊從A點由靜止釋放，滑塊通過光電門記錄遮光條的遮光時間為t，保障托盤和砝碼不落地；④保持滑塊質(zhì)量M不變，多次改變托盤和砝碼總質(zhì)量m，每次都將滑塊從A點由靜止釋放，測得多組t與m值。將遮光片通過光電門的平均速度看作小車經(jīng)過該點時的瞬時速度，回答下列問題：(1)滑塊通過光電門時的速度可表示為。

(2)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，為得到線性關系圖線，應作出(選填“t2-1M+m”“t2-1m”或“t2-1(3)根據(jù)第(2)問得到的圖線，若圖線在縱軸上的截距為b，則當?shù)氐闹亓铀俣葹間=。(用題給的已知量表示)

14.(8分)某研究小組利用如圖所示裝置測定動摩擦因數(shù)，A是可固定于水平桌面上任意位置的滑槽(滑槽末端與桌面相切)，B是質(zhì)量為m的滑塊(可視為質(zhì)點)。第一次實驗：如圖甲所示，將滑槽末端與桌面右端M點對齊并固定，讓滑塊從滑槽最高點由靜止滑下，最終落在水平地面上的P點，測出M點距離地面的高度H、M點與P點間的水平距離x1。第二次實驗：如圖乙所示，將滑槽沿桌面向左移動一段距離并固定，讓滑塊B從位置由靜止滑下，最終落在水平地面上的P'點，測出滑槽末端與桌面右端M點的距離L、M與P'點間的水平距離x2。

(1)第二次實驗中，橫線處應填。

(2)第一次實驗中，滑塊運動到M點時的速度大小為。(用實驗中所測物理量的符號表示，已知重力加速度為g)

(3)通過上述測量和進一步的計算，可求出滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)，下列能引起實驗誤差的是。

A.H的測量B.L的測量C.g值的準確程度(4)若實驗中測得H=25cm、x1=30cm、L=10cm、x2=20cm，則滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)μ=。

15.(9分)“海洋和諧號”游輪如圖甲所示，它是目前世界上最大的游輪，假設其總質(zhì)量M=2.5×108kg，發(fā)動機額定輸出功率P=6×107W。某次航行過程中，“海洋和諧號”游輪從靜止開始在海面上做直線運動，其加速度-時間圖像如圖乙所示，在t=20s時，發(fā)動機輸出功率達到額定輸出功率，此后保持不變。假設航行過程中所受阻力恒定不變，求：(1)游輪航行過程中所受的阻力大小；(2)游輪行駛的最大速度。16.(12分)如圖所示，固定的光滑半圓柱面ABCD與粗糙矩形水平桌面OABP相切于AB邊，半圓柱面的圓弧半徑R=0.4m，OA的長為L=2m。小物塊從O點開始以某一大小不變的初速度v0沿水平面運動，初速度方向與OA之間的夾角為θ。若θ=0°，小物塊恰好經(jīng)過半圓弧軌道的最高點。已知小物塊與水平桌面間的動摩擦因數(shù)μ=0.1。求：(1)初速度v0的大?。?2)若小物塊沿半圓弧運動的最大高度為h=0.4m，求夾角θ的余弦值。17.(13分)如圖所示，M、N為兩根相同的輕彈簧，M豎直放置，上端與小物塊A相連，下端固定在地面上，N套在光滑水平輕桿上，左端固定在豎直細管上，右端與物塊B相連，一根不可伸長的輕繩穿過細管及管上的小孔連接物塊A和B。桿可繞細管在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。初始時系統(tǒng)靜止，M處于壓縮狀態(tài)，兩彈簧的形變量均為Δx=0.1m，物塊B與彈簧左端距離L=0.8m。已知物塊A、B的質(zhì)量分別為mA=2.0kg、mB=0.4kg，A距管下端口及桿都足夠長，不計一切摩擦，彈簧始終在彈性限度內(nèi)。(1)系統(tǒng)靜止時，求輕繩中的張力F；(2)桿繞細管以角速度ω穩(wěn)定轉(zhuǎn)動時，A靜止，M的形變量仍為Δx，求角速度ω；(3)系統(tǒng)從靜止到(2)中情境的過程中，外界對系統(tǒng)做的功W。18.(14分)過山車是游樂場一項富有挑戰(zhàn)性的娛樂項目，小車從高處開始運動，沖進圓形軌道，到達圓形軌道最高點時，乘客在座椅里頭朝下，人體顛倒，非常驚險刺激?，F(xiàn)將過山車簡化成模型如圖所示，質(zhì)量m=1kg的小球從光滑傾斜軌道距地面高h的A點由靜止釋放，傾斜軌道AB和水平軌道BC用一小段平滑圓弧連接，小球經(jīng)過時速度大小不變，水平軌道BC長L=1m，小球從C點向右進入半徑R=1m的光滑圓形軌道，圓形軌道底部C處前后錯開，小球可以從C點向右離開圓形軌道，在水平軌道上繼續(xù)前進，小球與水平軌道間的動摩擦因數(shù)μ=0.4(不計其他阻力)。(1)若釋放點A高度h1=3m，則小球經(jīng)過圓形軌道最高點E時對軌道的壓力是多大?(2)要使小球完成圓周運動，則釋放點A的高度h需要滿足什么條件?(3)若小球恰好不脫離軌道，求小球最后靜止的位置到圓軌道最低點C的距離。

答案全解全析1.A2.A3.D4.D5.C6.A7.D8.C9.C10.B11.A12.B1.A馬對車的拉力與車的運動方向一致，故馬的拉力對車做正功，A正確；車所受的支持力方向和重力方向均與車的運動方向垂直，故支持力、重力對車不做功，B、C錯誤；地面對車的摩擦力與車的運動方向相反，故摩擦力對車做負功，D錯誤。2.A彈性繩繃緊之前，運動員自由下落，速度不斷增大；彈性繩繃緊后，運動員受到彈性繩向上的彈力和重力，彈力先小于重力后大于重力，合力先向下后向上，則運動員先加速后減速，速度先增大后減小，A正確，B錯誤。彈性繩繃緊后，繩子不斷伸長，彈性勢能不斷增大，C錯誤。運動員的高度不斷下降，重力勢能一直減小，D錯誤。3.D該同學引體向上過程中，重力勢能和動能均增大，即機械能增大，故機械能不守恒，A錯誤；向上運動過程，該同學對杠的作用力與杠對他的作用力是一對作用力與反作用力，大小相等，B錯誤；完成一次引體向上克服重力做功等于重力勢能的增量，故WG=ΔEp=mgΔh=60×10×0.6J=360J，C錯誤；該同學克服重力做功的平均功率P=WT，T為完成一次引體向上動作的周期，T=6016s=154s，代入可得P=96W4.D運動員及雪車從A點滑行到C點的整個過程中，重力做功為WG=mgh，重力勢能的變化只與重力做功有關，重力做多少正功重力勢能就減小多少，所以重力勢能的減小量為mgh，故A、B說法正確；軌道對雪車的支持力始終與速度方向垂直，所以不做功，故C說法正確；根據(jù)動能定理可知合外力做功為零，故D說法錯誤。5.C設質(zhì)點在B點的速度為v，由牛頓第二定律有FN-mg=mv2R，則質(zhì)點在B點的動能為EkB=12mv2=12(FN-mg)R；質(zhì)點從A滑到B的過程中，由動能定理有mgR+Wf=EkB-0，解得摩擦力所做的功為Wf=12R(FN-36.A設任一石子初速度大小為v0，初速度的豎直分量為vy，水平分量為vx，初速度與水平方向的夾角為α，上升的高度為h，向上運動時間為t，落水時速度為v。取豎直向上為正方向，從拋出至到達最高點，由0-vy2=-2gh，得vy=2gh，由題可知h相同，所以三個石子初速度的豎直分量vy相同，由vy=v0sinα可知，由于角α不同，所以v0不同，沿軌跡1拋出的石子的初速度最大，沿軌跡3拋出的石子的初速度最小。石子從拋出到落水過程，根據(jù)動能定理有WG=12mv2-12mv02，得12mv2=WG+12mv02，重力做功WG相同，沿軌跡3拋出的石子的初速度最小，所以沿軌跡3運動的石子落水時速度最小，A正確；三個石子在最高點的速度等于拋出時的水平分速度vx，由vx=vytanα可知，由于vy相同，初速度與水平方向的夾角α不同，所以vx不同，所以三個石子在最高點的速度不同，B錯誤；在小孩拋出石子過程中，由動能定理得W=12mv02-0，由于沿軌跡1拋出的石子的初速度7.D彈簧筆豎直向上彈起過程，所受重力保持不變，彈簧彈力減小，當二力平衡時，加速度為零，速度達到最大，動能最大，此時彈簧還有一定的形變量，不是處于原長，所以彈簧的最大彈性勢能大于Ekm，故A、B、C錯誤；運動過程中，對系統(tǒng)來說，只有重力和彈簧彈力做功，所以系統(tǒng)機械能守恒，h1到h2之間彈簧筆的重力勢能增加，故彈性勢能和動能之和減小，D正確。8.C電動車在草地上勻速行駛時，牽引力等于阻力大小，則受到的阻力為f=Pv3，A錯誤；根據(jù)F=Pv，可知電動車以額定功率P沿直線在草地上行駛時，速度先減小后不變，受到的牽引力先增大后不變，故B錯誤；t2時刻的牽引力為F2=Pv2，受到的阻力為f=Pv3，故t2時刻的加速度為a=F2-fm=Pmv2-Pmv3，故C正確；t1~t2時間內(nèi)，根據(jù)動能定理有P(t2-t1)-fx=m(v29.C圓環(huán)在P處時，細線對圓環(huán)的拉力沿水平方向，圓環(huán)只具有豎直向上的速度，兩者垂直，則細線對圓環(huán)的拉力功率為0，A正確。圓環(huán)運動到P點時，圓環(huán)的水平速度為零，則重物的速度也為零，所以此過程中，重物是先向下加速后向下減速，故細線的拉力先小于重物的重力后大于重物的重力，重物的動能先增大后減小，故C錯誤，D正確。圓環(huán)運動到P點時，重物的速度為零，則根據(jù)動能定理有Mgdsinθ-d+W=0，則細線拉力對重物做的功為W=-Mgdsin10.B地面為重力勢能零點，根據(jù)Ep=mgh，結合圖像有mg=603N，解得m=2kg，A正確；由于取地面為重力勢能零點，h=0時，重力勢能為0，機械能等于動能，有12mv02=100J，解得v0=10m/s，B錯誤；根據(jù)圖像可知，機械能E總與高度h的函數(shù)關系式為E總=(100-5h)J，h=2m時，有E總1=90J，則h=2m時，物體的動能為Ek=90J-40J=50J，C正確；根據(jù)圖像可知h=4m時，物體的動能為Ek1=80J-80J=0，結合上述可知，從地面至h=4m，物體的動能減少11.A以A、B初始所在的等高位置為零勢能參考平面，當mA=m1時，根據(jù)能量守恒有m0gL4=Ep+m1gL2；當mA=m2時，由能量守恒有m0gL4+Ep=m2gL2，解得m2+m1=m0；當mA=m2+m1時，由能量守恒有m0gL4+Ep+12(m1+m2+m0)v2=(m1+m2)gL2，解得v2=m12m0gL，根據(jù)題意有m1<1212.B設物體沿斜面上沖的最大距離為x0，對于上沖過程，由動能定理有-mgx0sinθ-μmgcosθ·x0=0-Ek0，對于下滑過程有mgx0sinθ-μmgcosθ·x0=Ek1-0，解得x0=7.5m，μ=112，A正確；設上滑時動能和勢能相等的位置到出發(fā)點間距為x1，有-mgx1sinθ-μmgcosθ·x1=Ek上-Ek0，其中mgx1sinθ=Ek上，解得x1=7519m≈3.95m>x02=3.75m，可知上滑時動能和勢能相等的位置在A點上方，B錯誤；設下滑時動能和勢能相等的位置到出發(fā)點間距為x2，有mg(x0-x2)sinθ-μmgcosθ·(x0-x2)=Ek下-0，其中mgx2sinθ=Ek下，結合上述解得x2=6017m≈3.53m<x02=3.75m，可知下滑時動能和勢能相等的位置在A點下方，C正確；根據(jù)功能關系，物體上滑過程損失的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則機械能損失為μmgcosθ13.答案(1)dt(2分)(2)t2-1m(3分)(3)d2解析(1)滑塊通過光電門時的速度v=dt(2)根據(jù)機械能守恒定律，有mgL=12(M+m)v2，又v=dt，解得t2=(M+m)d22mgL=M(3)根據(jù)第(2)問得到的圖線，圖線在縱軸上的截距b=d22gL，則當?shù)氐闹亓铀俣葹間14.答案(1)滑槽最高點(2分)(2)x1g2H(2分)(3)AB(2分)(4)0.5(2解析(1)第二次實驗中，應讓滑塊B仍從滑槽最高點由靜止滑下。(2)第一次實驗中，滑塊離開M點后將做平拋運動，有x1=vt，H=12gt2，解得v=x1g(3)第二次實驗中，滑塊依然在M點做平拋運動，其此時的速度為v'，有x2=v't，H=12gt2，解得v'=x2g2H；滑塊在水平桌面上運動，由動能定理有-μmgL=12mv'2-12mv2，解得μ=x12-x224HL，由表達式可知，會引起誤差的可能是H(4)將題中的數(shù)據(jù)代入解得μ=x12-x15.答案(1)5×106N(2)12m/s解析(1)游輪從靜止開始在海面上做直線運動，由圖像可知，在0~20s內(nèi)，游輪的加速度a=0.1m/s2，在t=20s時，游輪的速度v=at=2m/s(2分)由牛頓第二定律有F-f=Ma(2分)又P=Fv(1分)解得f=5×106N(1分)(2)當游輪達到最大速度時，有F1=f(1分)又P=F1vm(1分)解得游輪行駛的最大速度vm=12m/s(1分)16.答案(1)26m/s(2)2解析(1)小物塊沿OA運動恰好經(jīng)過半圓弧軌道的最高點，則mv12R=mg從O點到最高點，由動能定理有12mv12-12mv02=-2mgR解得v0=26m/s(1分)(2)小物塊沿半圓弧運動的最大高度為h=0.4m=R此時小物塊僅有沿AB方向的水平速度vx，豎直方向速度為零，設小物塊在圓弧軌道最低端時的速度為v2，則vx=v2sinθ(2分)從圓弧軌道最低端到最大高度過程由動能定理有12mvx2-12mv22從O點到圓弧軌道最低端過程，由動能定理有12mv22-12mv02=-μmg解得cosθ=23(1分)17.答案(1)10N(2)10rad/s(3)24J解析(1)系統(tǒng)靜止時設彈簧中彈力為F1，A物塊受力平衡，有mAg=F1+F(1分)易判斷此時彈