2022年高考物理新一輪總復(fù)習(xí) 階段示范性測(cè)試5 機(jī)械能及其守恒定律(含解析)

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1、2022年高考物理新一輪總復(fù)習(xí) 階段示范性測(cè)試5 機(jī)械能及其守恒定律(含解析) 本卷測(cè)試內(nèi)容:機(jī)械能及其守恒定律 本試卷分為第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分,共110分。測(cè)試時(shí)間90分鐘。 第Ⅰ卷 (選擇題,共50分) 一、選擇題(本題共10小題,每小題5分,共50分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第2、4、5、8小題,只有一個(gè)選項(xiàng)正確;第1、3、6、7、9、10小題,有多個(gè)選項(xiàng)正確,全部選對(duì)的得5分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分。) 1. [xx·長(zhǎng)春模擬]如圖所示,小球m用一條不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線拴住后懸于O點(diǎn),小球置于一個(gè)斜面不光滑的斜劈M上,用水平力F向左推動(dòng)斜

2、劈M在光滑水平桌面上由位置甲向左緩慢移動(dòng)到位置乙,在此過(guò)程中,正確的說(shuō)法是(  ) A. M、m間的摩擦力對(duì)m不做功 B. M、m間的摩擦力對(duì)m做負(fù)功 C. F對(duì)M所做的功與m對(duì)M所做的功的絕對(duì)值相等 D. M、m間的彈力對(duì)m做正功 解析:小球在向左擺動(dòng)過(guò)程中,M對(duì)m的摩擦力方向與小球m的位移方向間夾角小于90°,故摩擦力對(duì)m做正功,選項(xiàng)A、B均錯(cuò)誤;因M緩慢向左運(yùn)動(dòng),地面對(duì)M的支持力和M的重力不做功,一定有F對(duì)M所做的功與m對(duì)M所做的功的絕對(duì)值相等,選項(xiàng)C正確;M對(duì)m的彈力方向與m位移方向夾角小于90°,故對(duì)m做正功,選項(xiàng)D正確。 答案:CD 2. [xx·聊城模擬]質(zhì)量為m的

3、汽車(chē),啟動(dòng)后發(fā)動(dòng)機(jī)以額定功率P沿水平道路行駛,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后以速度v勻速行駛。若行駛中受到的摩擦阻力大小不變,則在加速過(guò)程中車(chē)速為時(shí),汽車(chē)的加速度為(  ) A.         B. C. D. 0 解析:由題意可知汽車(chē)的最大速度為v,設(shè)阻力為Ff,則有P=Ffv,當(dāng)車(chē)速為時(shí),P=F·,再根據(jù)牛頓第二定律F-Ff=ma可得a==,故本題選B。 答案:B 3. [xx·太原高三調(diào)研]如圖所示,一直角斜面固定在水平地面上,右邊斜面傾角為60°,左邊斜面傾角為30°,A、B兩物體分別系于一根跨過(guò)定滑輪的輕繩兩端,置于兩斜面上,且位于同高度處于靜止?fàn)顟B(tài)。將兩物體看成質(zhì)點(diǎn),不計(jì)一

4、切摩擦和滑輪質(zhì)量,剪斷輕繩,讓兩物體從靜止開(kāi)始沿斜面滑下,下列判斷正確的是(以地面為參考平面)(  ) A. 到達(dá)斜面底端時(shí)兩物體速率相等 B. 到達(dá)斜面底端時(shí)兩物體機(jī)械能相等 C. 到達(dá)斜面底端時(shí)兩物體重力的功率相等 D. 兩物體沿斜面下滑的時(shí)間相等 解析:根據(jù)機(jī)械能守恒定律,兩物體減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能mgh=mv2,到達(dá)斜面底端的速率v=,只與高度有關(guān),而兩物體高度一樣,到達(dá)斜面底端的速率相等,則A正確;兩物體在光滑斜面上能夠靜止,輕繩張力處處相等,則有mAgsin60°=mBgsin30°,得mA=mB,兩物體質(zhì)量不相等,高度一樣,那么兩物體機(jī)械能不相等,則B錯(cuò);兩物體到達(dá)

5、斜面底端時(shí)重力做功功率分別為PA=mAgvsin60°,PB=mBgvsin30°,則有PA=PB,則C正確;兩物體勻加速下滑,=gsinθ·t2,兩物體高度相同而斜面傾斜角不同,下滑的時(shí)間就不相等,則D錯(cuò)誤。 答案:AC 4. [xx·大連模擬]如圖所示,一長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻鐵鏈對(duì)稱(chēng)地掛在一輕質(zhì)小滑輪上,由于某一微小的擾動(dòng)使得鐵鏈向一側(cè)滑動(dòng),則鐵鏈完全離開(kāi)滑輪時(shí)的速度大小為(  ) A. B. C. D. 解析: 鐵鏈向一側(cè)滑動(dòng)的過(guò)程受重力和滑輪彈力的作用,彈力始終與對(duì)應(yīng)各節(jié)鏈條的運(yùn)動(dòng)方向垂直,故只有重力做功。設(shè)鐵鏈剛好完全離開(kāi)滑輪時(shí)的速度為v,由機(jī)械能守恒定律有:

6、mv2+ΔEp=0 其中鐵鏈重力勢(shì)能的變化量相當(dāng)于滑離時(shí)下半部分的重力勢(shì)能減去滑動(dòng)前左半部分的重力勢(shì)能,如圖所示,即:ΔEp=-mg·,解得v=,故C正確。 答案:C 5. [xx·池州模擬]物體在恒定阻力作用下,以某初速度在水平面上沿直線滑行直到停止。以a、Ek、x和t分別表示物體運(yùn)動(dòng)的加速度大小、動(dòng)能、位移的大小和運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。則以下各圖象中,能正確反映這一過(guò)程的是(  ) 解析:物體在恒定阻力作用下運(yùn)動(dòng),其加速度隨時(shí)間不變,隨位移不變,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理,-Ffx=Ek-Ek0,解得Ek=Ek0-Ffx,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。 答案:C 6. [xx·浙江五校高三

7、聯(lián)考]如圖所示,半徑r=0.5 m的光滑圓軌道被豎直固定在水平地面上,圓軌道最低處有一小球(小球的半徑比r小很多)?,F(xiàn)給小球一個(gè)水平向右的初速度v0,要使小球不脫離軌道運(yùn)動(dòng),v0應(yīng)滿足 (  ) A. v0≥0 B. v0≥2 m/s C. v0≥5 m/s D. v0≤ m/s 解析:小球不脫離圓軌道的條件有以下兩種情形:(1)能通過(guò)最高點(diǎn):上升到最高點(diǎn)的臨界條件是v≥,在從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過(guò)程中,根據(jù)機(jī)械能守恒定律mv=mv2+2mgr,由以上兩式解得:v0≥=5 m/s;(2)上升的高度h≤r:從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的過(guò)程中,根據(jù)機(jī)械能守恒定律mv=mgh,由以上兩式得:v0

8、≤= m/s。正確選項(xiàng)為C、D。 答案:CD 7. [xx·黃山模擬]長(zhǎng)木板A放在光滑的水平面上,質(zhì)量為m=2 kg的另一物體B以水平速度v0=2 m/s滑上原來(lái)靜止的長(zhǎng)木板A的表面,由于A、B間存在摩擦,之后A、B速度隨時(shí)間變化情況如圖所示,則下列說(shuō)法正確的是(  ) A. 木板獲得的動(dòng)能為2 J B. 系統(tǒng)損失的機(jī)械能為2 J C. 木板A的最小長(zhǎng)度為1 m D. A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1 解析:由v-t圖可知,木板和物體共速前的加速度大小均為a=1 m/s2,它們所受的合外力均為摩擦力,F(xiàn)f=μmg,所以木板質(zhì)量M=m=2 kg,木板獲得的動(dòng)能Ek1=Mv=×2×1

9、2 J=1 J,故A錯(cuò);系統(tǒng)機(jī)械能損失ΔE=mv-(M+m)v=2 J,故B對(duì);木板的最小長(zhǎng)度可由v-t圖面積求得,L=×2×1 m=1 m,故C對(duì);由a=μg=1 m/s2得μ=0.1, 故D對(duì)。 答案:BCD 8. [xx·蘇州模擬]在如圖所示的物理過(guò)程示意圖中,甲圖中一端固定有小球的輕桿從右偏上30°角釋放后繞光滑支點(diǎn)擺動(dòng);乙圖為末端固定有小球的輕質(zhì)直角架,釋放后繞通過(guò)直角頂點(diǎn)的固定軸O無(wú)摩擦轉(zhuǎn)動(dòng);丙圖為置于光滑水平面上的A、B兩小車(chē),B靜止,A獲得一向右的初速度后向右運(yùn)動(dòng),某時(shí)刻連接兩車(chē)的細(xì)繩繃緊,然后帶動(dòng)B車(chē)運(yùn)動(dòng);丁圖為置于光滑水平面上的帶有豎直支架的小車(chē),把用細(xì)繩懸掛的小球從圖

10、示位置釋放,小球開(kāi)始擺動(dòng)。關(guān)于這幾個(gè)物理過(guò)程(空氣阻力忽略不計(jì)),下列判斷中正確的是(  ) A. 甲圖中小球機(jī)械能守恒 B. 乙圖中小球A的機(jī)械能守恒 C. 丙圖中兩車(chē)組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 D. 丁圖中小球的機(jī)械能守恒 解析:(甲)圖過(guò)程中輕桿對(duì)小球不做功,小球的機(jī)械能守恒;(乙)圖過(guò)程中A、B兩球通過(guò)桿相互影響(例如開(kāi)始時(shí)A球帶動(dòng)B球轉(zhuǎn)動(dòng)),輕桿對(duì)A的彈力不沿桿的方向,會(huì)對(duì)小球做功,所以每個(gè)小球的機(jī)械能不守恒,但把兩個(gè)小球作為一個(gè)系統(tǒng)時(shí)機(jī)械能守恒;(丙)圖中繩子繃緊的過(guò)程雖然只有彈力作為內(nèi)力做功,但彈力突變有內(nèi)能轉(zhuǎn)化,機(jī)械能不守恒;(丁)圖過(guò)程中細(xì)繩也會(huì)拉動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng),取地面為

11、參考系,小球的軌跡不是圓弧,細(xì)繩會(huì)對(duì)小球做功,小球的機(jī)械能不守恒,把小球和小車(chē)當(dāng)做一個(gè)系統(tǒng),機(jī)械能才守恒。故選項(xiàng)A正確。 答案:A 9. [xx·鄭州質(zhì)檢]如圖所示,表面粗糙的固定斜面頂端安裝一個(gè)定滑輪,小物塊A、B用輕繩連接并跨過(guò)定滑輪(不計(jì)滑輪的質(zhì)量和摩擦)。初始時(shí)刻,手扶物塊B使A、B處于靜止?fàn)顟B(tài)。松手后A下落、B沿斜面上滑,則從松手到物塊A著地前的瞬間(  ) A. 物塊A減少的機(jī)械能等于物塊B增加的機(jī)械能 B. 輕繩對(duì)物塊B做的功等于物塊B的機(jī)械能增量 C. 輕繩對(duì)物塊A做的功等于物塊A的機(jī)械能變化量 D. 摩擦力對(duì)物塊B做的功等于系統(tǒng)機(jī)械能的變化量 解析:因?yàn)樾泵?/p>

12、的摩擦力對(duì)B做負(fù)功,所以物塊A、B組成的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;重力以外的力做的功等于機(jī)械能的增量,輕繩和斜面對(duì)物塊做的功等于物塊B機(jī)械能的增量,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;除重力以外,只有輕繩對(duì)物塊A做功,所以輕繩對(duì)物塊A做的功等于物塊A機(jī)械能的變化量,選項(xiàng)C正確;以A、B作為一個(gè)系統(tǒng),繩子的拉力(內(nèi)力)和重力做的功不會(huì)影響系統(tǒng)的機(jī)械能,故斜面摩擦力對(duì)物塊B做的功等于系統(tǒng)機(jī)械能的變化量,選項(xiàng)D正確。 答案:CD 10. 如圖所示,水平傳送帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下始終以速度v勻速運(yùn)動(dòng)。某時(shí)刻在傳送帶上A點(diǎn)處輕輕放上一個(gè)質(zhì)量為m的小物體,經(jīng)時(shí)間t小物體的速度與傳送帶相同,相對(duì)傳送帶的位移大小為x,A點(diǎn)未到

13、右端,在這段時(shí)間內(nèi)(  ) A. 小物體相對(duì)地面的位移大小為x B. 傳送帶上的A點(diǎn)對(duì)地的位移大小為x C. 由于物體與傳送帶相互作用產(chǎn)生的熱能為mv2 D. 由于物體與傳送帶相互作用電動(dòng)機(jī)要多做的功為mv2 解析:在這段時(shí)間內(nèi),物體從靜止做勻加速直線運(yùn)動(dòng),其相對(duì)地面的位移為x1=vt,傳送帶(或傳送帶上的A點(diǎn))相對(duì)地面的位移為x2=vt,物體相對(duì)傳送帶的位移大小x=x2-x1=vt,顯然x1=x,x2=2x,所以選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;物體與傳送帶間的滑動(dòng)摩擦力做功,將系統(tǒng)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能,摩擦生熱Q=Ffx,對(duì)物體運(yùn)用動(dòng)能定理有Ffx1=mv2,又x1=x,所以Q=F

14、fx=mv2,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在這段時(shí)間內(nèi),電動(dòng)機(jī)要多做功以克服滑動(dòng)摩擦力做功,W=Ffx2=2Ffx=mv2,選項(xiàng)D正確。 答案:AD 第Ⅱ卷 (非選擇題,共60分) 二、實(shí)驗(yàn)題(本題共2小題,共20分) 11. (8分)如圖所示,兩個(gè)質(zhì)量分別為m1和m2的物塊A和B,分別系在一條跨過(guò)定滑輪的軟繩兩端(m1>m2),1、2是兩個(gè)光電門(mén)。用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 (1)實(shí)驗(yàn)中除了獲取物塊B通過(guò)兩光電門(mén)時(shí)的速度v1、v2外,還需要測(cè)量物理量________。 (2)用已知量和測(cè)量量寫(xiě)出驗(yàn)證機(jī)械能守恒的表達(dá)式________。 解析:A、B運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,若系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,則有m1

15、gh-m2gh=(m1+m2)(v-v),所以除了知道物體B通過(guò)兩光電門(mén)時(shí)的速度v1、v2外,還需要測(cè)的物理量有:m1和m2,兩光電門(mén)之間的距離h。 答案:(1)A、B兩物塊的質(zhì)量m1和m2,兩光電門(mén)之間的距離h (2)(m1-m2)gh=(m1+m2)(v-v) 12. (12分)[xx·成都高新區(qū)月考]某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)能定理”。如圖(甲),他們將拉力傳感器固定在小車(chē)上,用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連,用拉力傳感器記錄小車(chē)受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點(diǎn)各安裝—個(gè)速度傳感器,記錄小車(chē)通過(guò)A、B時(shí)的速度大小。小車(chē)中可以放

16、置砝碼。 (甲) (1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下: ①測(cè)量出小車(chē)和拉力傳感器的總質(zhì)量M′;把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上,另一端通過(guò)定滑輪與鉤碼相連;正確連接所需電路。 ②將小車(chē)停在C點(diǎn),釋放小車(chē),小車(chē)在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng),記錄細(xì)線拉力及小車(chē)通過(guò)A、B時(shí)的速度。 ③在小車(chē)中增加砝碼,或________,重復(fù)②的操作。 (2)下表是他們測(cè)得的一組數(shù)據(jù),其中M是M′與小車(chē)中砝碼質(zhì)量之和,|v-v|是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差,可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量ΔE,F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力,W是F在A、B間所做的功。表格中的ΔE3=________J,W3=________ J。(結(jié)果保留三位有

17、效數(shù)字) 次數(shù) M/kg |v-v|/ (m/s)2 ΔE/J F/N W/J 1 0.500 0.760 0.190 0.400 0.200 2 0.500 1.65 0.413 0.840 0.420 3 0.500 2.40 ΔE3 1.220 W3 4 1.000 2.40 1.20 2.420 1.21 5 1.000 2.84 1.42 2.860 1.43 (3)根據(jù)上表,我們?cè)趫D(乙)中的方格紙上作出ΔE-W圖線如圖所示,它說(shuō)明了_____________________________________

18、______ _____________________________________________________________________________________________________。 (乙) 解析:(1)改變對(duì)小車(chē)的拉力,就要改變鉤碼數(shù)量; (2)ΔE3=M|v-v|=0.600 J, W3=FL=1.220×0.5 J=0.610 J; (3)由圖線可知,拉力(合力)所做的功近似等于物體動(dòng)能的改變量。 答案:(1)減少砝碼 (2)0.600 0.610 (3)拉力(合力)所做的功近似等于物體動(dòng)能的改變量 三、計(jì)算題(本題共4小題,

19、共40分) 13. (8分)[xx·湖南常德高三階段檢測(cè)]如圖所示,質(zhì)量m=1 kg的滑塊(可看成質(zhì)點(diǎn)),被壓縮的彈簧彈出后在粗糙的水平桌面上滑行一段距離x=0.4 m后從桌面拋出,落在水平地面上。落點(diǎn)到桌邊的水平距離s=1.2 m,桌面距地面的高度h=0.8 m?;瑝K與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2.(取g=10 m/s2,空氣阻力不計(jì))求: (1)滑塊落地時(shí)速度的大??; (2)彈簧彈力對(duì)滑塊所做的功。 解析:(1)滑塊拋出后豎直方向自由落體h=gt2 解得t= 滑塊落地時(shí)豎直方向速度vy=gt=4 m/s 滑塊拋出后水平方向勻速運(yùn)動(dòng)v0==3 m/s 所以落地速度v==5

20、 m/s (2)根據(jù)動(dòng)能定理W彈-μmg·x=mv 解得W彈=μmg·x+mv=5.3 J 答案:(1)5 m/s (2)5.3 J 14. (8分) [xx·晉中模擬]從地面上以初速度v0=10 m/s豎直向上拋出一質(zhì)量為m=0.2 kg的球,若運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的空氣阻力與其速率成正比關(guān)系,球運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖所示,t1時(shí)刻到達(dá)最高點(diǎn),再落回地面,落地時(shí)速率為v1=2 m/s,且落地前球已經(jīng)做勻速運(yùn)動(dòng)。(g=10 m/s2)求: (1)球從拋出到落地過(guò)程中克服空氣阻力所做的功; (2)球拋出瞬間的加速度大小。 解析:(1)全程應(yīng)用動(dòng)能定理: -WFf=mv-mv

21、 代入數(shù)據(jù),解得:WFf=9.6 J。 (2)設(shè)空氣阻力大小與速率的關(guān)系為:Ff=kv。 則拋出時(shí):mg+kv0=ma 落地時(shí)勻速:kv1=mg 聯(lián)立解得:a=g(1+)=60 m/s2。 答案:(1)9.6 J (2)60 m/s2 15. (12分)如圖所示,由于街道上的圓形污水井蓋破損,臨時(shí)更換了一個(gè)稍大于井口的紅色圓形平板塑料蓋。為了測(cè)試因塑料蓋意外移動(dòng)致使蓋上的物塊滑落入污水井中的可能性,有人做了一個(gè)實(shí)驗(yàn):將一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)量為m的硬橡膠塊置于塑料蓋的圓心處,給塑料蓋一個(gè)沿徑向的水平向右的初速度v0,實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是硬橡膠塊恰好與塑料蓋分離。設(shè)硬橡膠塊與塑料蓋間的動(dòng)摩擦

22、因數(shù)為μ,塑料蓋的質(zhì)量為2m、半徑為R,假設(shè)塑料蓋與地面之間的摩擦可忽略,且不計(jì)塑料蓋的厚度。 (1)求硬橡膠塊與塑料蓋剛好分離時(shí)的速度大小; (2)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中的硬橡膠塊是落入井內(nèi)還是落在地面上。 解析:(1)設(shè)硬橡膠塊與塑料蓋恰好分離時(shí),兩者的共同速度為v,從開(kāi)始滑動(dòng)到分離經(jīng)歷時(shí)間為t,在此期間硬橡膠塊與塑料蓋的加速度大小分別為a1、a2,由牛頓第二定律得: μmg=ma1① μmg=2ma2② v=a1t=v0-a2t③ 由以上各式得v=v0。④ (2)設(shè)硬橡膠塊與塑料蓋恰好分離時(shí),硬橡膠塊移動(dòng)的位移為x,取硬橡膠塊分析,應(yīng)用動(dòng)能定理得μmgx=mv2⑤ 由系統(tǒng)能

23、量關(guān)系可得μmgR=(2m)v-(m+2m)v2⑥ 由④⑤⑥式可得x=R⑦ 因x

24、)滑塊的質(zhì)量和圓軌道的半徑; (2)通過(guò)計(jì)算判斷是否存在某個(gè)H值,使得滑塊經(jīng)過(guò)最高點(diǎn)D后能直接落到直軌道AB上與圓心等高的點(diǎn)。 解析:(1)滑塊由A到D的過(guò)程中 mg(H-2R)=mv(或mgh=mv) 由牛頓第三定律得滑塊在D點(diǎn)所受軌道支持力與滑塊對(duì)軌道的壓力等大反向,記為F,則F+mg=m 解得F=H-5mg 結(jié)合圖象可得m=0.1 kg R=0.2 m (注:若選取特殊點(diǎn)求得半徑的給2分,再求得質(zhì)量的給2分) (2)存在滿足條件的H值。 設(shè)滑塊在D點(diǎn)的速度為v時(shí),恰能落到直軌道上與圓心等高處 豎直方向R=gt2 水平方向x=vt 由幾何關(guān)系得x==R 解得v== m/s 物體恰好能過(guò)D點(diǎn)的速度大小v0== m/s 因?yàn)関>v0,所以存在滿足條件的H值。 答案:(1)0.1 kg 0.2 m (2)存在

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