高中同步测试卷·人教物理必修2：高中同步测试卷（十一）专题四 动力学与能量观点的综合应用 word版含解析 10页

高中同步测试卷(十一) 专题四 动力学与能量观点的综合应用 (时间：90分钟，满分：100分) 一、单项选择题(本题共 7小题，每小题 4分，共 28分．在每小题给出的四个选项中， 只有一个选项正确．) 1．如图所示，在高 1.5 m的光滑平台上有一个质量为 2 kg的小球被一细线拴在墙上， 小球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧．当烧断细线时，小球被弹出，小球落地时的速度方 向与水平方向成 60°角，则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g取 10 m/s2)( ) A．10 J B．15 J C．20 J D．25 J 2．运动员从高山悬崖上跳伞，伞打开前可看做是自由落体运动，开伞后减速下降，最 后匀速下落．v、F、Ep和 E分别表示速度、合外力、重力势能和机械能．在整个过程中， 下列图象可能符合事实的是(其中 t、h分别表示下落的时间和高度) ( ) 3.如图所示，一块长木板 Q放在光滑的水平面上，在 Q上放一物体 P，系统静止．现 以恒定的外力向右拉 Q，由于 P、Q间摩擦力的作用，P将在 Q上滑动，P、Q分别向右移 动一段距离，在此过程中( ) A．外力 F做的功等于 P和 Q动能的增量 B．摩擦力对 P所做的功可能大于 P的动能的增加量 C．P、Q间的摩擦力对 Q所做的功等于对 P所做的功的负值 D．外力 F对 Q做的功一定大于 P和 Q的总动能的增量 4.如图所示，在倾角θ＝60°的光滑斜面上固定一个质量为 m＝3 kg 的小物体 P，P到地 面的竖直高度为 H＝1.5 m．给 P一个水平向左的恒定拉力 F＝40 N，之后某时刻解除对 P 的固定，不计空气阻力，g取 10 m/s2，则物体 P到地面时的动能为( ) A．(45＋20 3) J B．(45＋60 3) J C．90 J D．125 J 5.半径为 R的圆桶固定在小车上，有一光滑小球静止在圆桶的最低点，如图所示．小车 以速度 v 向右匀速运动，当小车遇到障碍物突然停止时，小球沿桶壁上升的高度不可能的是 ( ) A．等于 v2 2g B．大于 v2 2g C．小于 v2 2g D．等于 2R 6．一质量为 0.6 kg 的物体以 20 m/s的初速度竖直上抛，当物体上升到某一位置时，其 动能减少了 18 J，机械能减少了 3 J．整个运动过程中物体所受阻力大小不变，重力加速度 g ＝10 m/s2，则下列说法正确的是(已知物体的初动能 Ek0＝ 1 2 mv2＝120 J)( ) A．物体向上运动时加速度大小为 12 m/s2 B．物体向下运动时加速度大小为 9 m/s2 C．物体返回抛出点时的动能为 40 J D．物体返回抛出点时的动能为 114 J 7.如图，一半径为 R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道竖直固定放置，直径 POQ水平．一 质量为 m的质点自 P点上方高度 R处由静止开始下落，恰好从 P点进入轨道．质点滑到轨 道最低点 N时，对轨道的压力为 4mg，g为重力加速度的大小．用 W表示质点从 P点运动 到 N点的过程中克服摩擦力所做的功．则( ) A．W＝ 1 2 mgR，质点恰好可以到达 Q点 B．W>1 2 mgR，质点不能到达 Q点 C．W＝ 1 2 mgR，质点到达 Q点后，继续上升一段距离 D．W<1 2 mgR，质点到达 Q点后，继续上升一段距离 二、多项选择题(本题共 5小题，每小题 6分，共 30分．在每小题给出的四个选项中， 有多个选项符合题意．) 8.如图所示，汽车在拱形桥顶点 A匀速率运动到桥的 B点．下列说法正确的是 ( ) A．合外力对汽车做的功为零 B．阻力做的功与牵引力做的功相等 C．重力的瞬时功率随时间变化 D．汽车对坡顶 A的压力等于其重力 9．一物体做自由落体运动，以水平地面为零势能面，运动过程中重力的瞬时功率 P、 重力势能 Ep、动能 Ek随运动时间 t或下落的高度 h的变化图象可能正确的是 ( ) 10．如图所示，质量为 0.1 kg 的小物块在粗糙水平桌面上滑行 4 m后以 3.0 m/s的速度 飞离桌面，最终落在水平地面上，已知物块与桌面间的动摩擦因数为 0.5，桌面高 0.45 m， 若不计空气阻力，取 g＝10 m/s2，则( ) A．小物块的初速度是 5 m/s B．小物块的水平射程为 0.9 m C．小物块在桌面上克服摩擦力做 8 J的功 D．小物块落地时的动能为 0.9 J 11．一个人稳站在商店自动扶梯的水平踏板上，随扶梯向上加速运动，如图所示，则 ( ) A．人对踏板的压力大小等于人受到的重力大小 B．人受到重力、摩擦力和踏板的支持力作用 C．人受到的力的合力对人所做的功等于动能的增加量 D．踏板对人做的功等于人的机械能的增加量 12．如图所示，两个 3 4 竖直圆弧轨道固定在同一水平地面上，半径 R相同，左侧轨道由 金属凹槽制成，右侧轨道由金属圆管制成，均可视为光滑．在两轨道右侧的正上方分别将金 属小球 A和 B由静止释放，小球距离地面的高度分别为 hA和 hB，下列说法正确的是( ) A．适当调整 hA，可使 A球从轨道最高点飞出后，恰好落在轨道右端口处 B．适当调整 hB，可使 B球从轨道最高点飞出后，恰好落在轨道右端口处 C．若使小球 A沿轨道运动并且从最高点飞出，释放的最小高度为 5R 2 D．若使小球 B沿轨道运动并且从最高点飞出，释放的最小高度为 5R 2 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案 三、实验题(按题目要求作答．) 13．(10分)某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的 操作步骤是： ①按图甲摆好实验装置，其中小车质量 M＝0.20 kg，钩码总质量 m＝0.05 kg. ②释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为 f＝50 Hz)，打出一条纸带． 甲 (1)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图乙所示．把打下的第 一点记作 0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有 4个点未画出，用厘米刻度尺测 得各计数点到 0点距离分别为 d1＝0.041 m，d2＝0.055 m，d3＝0.167 m，d4＝0.256 m，d5＝ 0.360 m，d6＝0.480 m，他把钩码重力(当地重力加速度 g＝9.8 m/s2)作为小车所受合力，算 出打下 0 点到打下第 5 点合力做功 W＝_____J(结果保留三位有效数字)，用正确的公式 Ek ＝_____(用相关数据前字母列式)把打下第 5点时小车动能作为小车动能的改变量，算得 Ek ＝0.125 J. 乙 (2)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且 误差很大，通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是________．(填选项前的 字母) A．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 B．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 C．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小 D．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因 四、计算题(本题共 3小题，共 32分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的 演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．) 14.(10分)如图所示，质量 M＝2 kg 的滑块套在光滑的水平轨道上，质量 m＝1 kg 的小 球通过长 L＝0.5 m的轻质细杆与滑块上的光滑轴 O连接，小球和轻杆可在竖直平面内绕 O 轴自由转动，开始轻杆处于水平状态．现给小球一个竖直向上的初速度 v0＝4 m/s，g取 10 m/s2. 若锁定滑块，试求小球通过最高点 P时对轻杆的作用力的大小和方向． 15.(10分)如图所示，滑雪坡道由斜面 AB和圆弧面 BO组成，BO与斜面相切于 B、与 水平面相切于 O，以 O为原点在竖直面内建立直角坐标系 xOy.现有一质量 m＝60 kg 的运 动员从斜面顶点 A无初速滑下，运动员从 O点飞出后落到斜坡 CD上的 E点．已知 A点的 纵坐标为 yA＝6 m，E点的横、纵坐标分别为 xE＝10 m，yE＝－5 m，不计空气阻力，g＝10 m/s2. 求： (1)运动员在滑雪坡道 ABO段损失的机械能； (2)落到 E点前瞬间，运动员的重力功率大小． 16.(12分)如图所示，用内壁光滑的薄壁细管弯成的“S”形轨道固定于竖直平面内，弯曲 部分是由两个半径均为 R＝0.2 m的半圆平滑对接而成(圆的半径远大于细管内径)．轨道底端 A与水平地面相切，顶端与一个长为 l＝0.9 m的水平轨道相切于 B点．一倾角为θ＝37°的倾 斜轨道固定于右侧地面上，其顶点 D与水平轨道的高度差为 h＝0.45 m，并与其他两个轨道 处于同一竖直平面内．一质量为 m＝0.1 kg的小物体(可视为质点)在 A点被弹射入“S”形轨道 内，沿轨道 ABC运动，并恰好从 D点以平行于斜面的速度进入倾斜轨道．小物体与 BC段 间的动摩擦因数μ＝0.5.(不计空气阻力，g取 10 m/s2.sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8) (1)小物体从 B点运动到 D点所用的时间； (2)小物体运动到 B点时对“S”形轨道的作用力大小和方向； (3)小物体在 A点的动能． 参考答案与解析 1．[导学号 94770163] [解析]选 A.由 h＝1 2 gt2和 vy＝gt得：vy＝ 30 m/s， 落地时，tan 60°＝vy v0 可得：v0＝ vy tan 60° ＝ 10 m/s， 由机械能守恒定律得：Ep＝ 1 2 mv20，可求得：Ep＝10 J，故 A正确． 2．[导学号 94770164] [解析]选 B.运动员先做自由落体运动，受到的合力为重力，重 力势能随高度均匀减小，机械能守恒，选项 C、D错误；打开降落伞后，运动员受到重力和 空气阻力，因最终做匀速运动，故空气阻力随着速度的减小而减小，运动员受到的合力大小 随着阻力的减小而减小，直到阻力等于运动员的重力，运动员做加速度逐渐减小的减速运动， 最后做匀速运动，选项 A错误，选项 B正确． 3．[导学号 94770165] [解析]选 D.物体 P所受的合外力等于 Q对 P的摩擦力，则 Q对 P的摩擦力所做的功等于 P的动能的增量，B错误；P对 Q的摩擦力与 Q对 P的摩擦力是 一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，但由于 P在 Q上滑动，P、Q的位移不等， 则二者做功绝对值不等，C错误；由于 P、Q间有相对滑动，摩擦生热，力 F做的功大于物 体 P、Q的动能之和，D正确、A错误． 4．[导学号 94770166] [解析]选 D.P解除固定后受到重力 mg＝30 N和拉力 F＝40 N的 合力大小为 F 合＝50 N、方向与水平方向成夹角α＝37°，则 P不沿斜面向下滑动、沿 F 合方 向做匀加速直线运动．设 P到地面时的动能为 Ek，P的运动位移 x＝H/sin α＝2.5 m，对 P 应用动能定理有 F 合x＝Ek，解得 Ek＝125 J，D正确． 5．[导学号 94770167] [解析]选 B.小球沿圆桶上滑机械能守恒，由机械能守恒分析， 若小球不能通过与圆桶中心等高的位置，则 h＝v2 2g ；若小球能通过与圆桶中心等高的位置， 但不能通过圆桶最高点，则小球在圆心上方某位置脱离圆桶，斜上抛到抛物线的最高点，这 种情况小球沿桶壁上升的高度小于 v2 2g ；若小球能通过圆桶最高点，小球沿桶壁上升的高度等 于 2R，所以 A、C、D是可能的． 6．[导学号 94770168] [解析]选 A.根据机械能的变化量等于除了重力以外的其他力做 的功，所以阻力做功 Wf＝－3 J，在物体上升到某一位置的过程中根据动能定理有，－mgh ＋Wf＝ΔEk，解得 h＝2.5 m，又 Wf＝－fh，解得 f＝6 5 N，上升过程中有 mg＋f＝ma，解得 a ＝12 m/s2，下落过程中有 mg－f＝ma′，解得 a′＝8 m/s2，A项正确，B项错．初动能 Ek0＝ 1 2 mv2 ＝120 J，当上升到某一位置动能变化量为ΔEk＝－18 J，ΔEk＝Ek1－Ek0，解得：Ek1＝102 J， 再上升到最高点时机械能减少量为ΔE，则 18 3 ＝ 102 ΔE ，解得ΔE＝17 J，所以在上升、下落全过 程中机械能的减少量为 40 J, 这个过程中利用动能定理有－40＝Ek－Ek0，得返回抛出点时的 动能 Ek＝80 J，所以 C、D两项均错． 7．[导学号 94770169] [解析]选 C.设质点到达 N点的速度为 vN，在 N点质点受到轨道 的弹力为 FN，则 FN－mg＝mv2N R ，已知 FN＝F′N＝4mg，则质点到达 N点的动能为 EkN＝ 1 2 mv2N ＝ 3 2 mgR.质点由开始至 N点的过程，由动能定理得 mg·2R＋Wf＝EkN－0，解得摩擦力做的功 为 Wf＝－ 1 2 mgR，即克服摩擦力做的功为 W＝－Wf＝ 1 2 mgR. 设从 N到 Q的过程中克服摩擦力做功为 W′，则 W′