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- 2021-06-16 发布
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高中同步测试卷(十五)
高考水平测试卷
(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.关于机械能守恒定律的适用条件,下列说法中正确的是( )
A.只有重力和弹力作用时,机械能才守恒
B.当有其他外力作用时,只要合外力为零,机械能守恒
C.当有其他外力作用时,只要其他外力不做功,机械能守恒
D.炮弹在空中飞行,不计阻力时,仅受重力作用,所以爆炸前后机械能守恒
2.如图所示,水平抛出的物体,抵达斜面上端 P 处,其速度方向恰好沿斜面方向,然
后沿斜面无摩擦滑下,下列选项中的图象是描述物体沿 x 方向和 y 方向运动的速度-时间图
象,其中正确的是( )
3.如图所示,螺旋形光滑轨道竖直放置,P、Q 为对应的轨道最高点,
一个小球以一定速度沿轨道切线方向进入轨道,且能过轨道最高点 P,则
下列说法中正确的是( )
A.轨道对小球做正功,小球的线速度 vP>vQ
B.轨道对小球不做功,小球的角速度ωP<ωQ
C.小球的向心加速度 aP>aQ
D.轨道对小球的压力 FP>FQ
4.一滑块在水平地面上沿直线滑行,t=0 时其速度为 1 m/s.从此刻开始在滑块运动方
向上再施加一水平作用力 F,力 F 和滑块的速度 v 随时间 t 的变化规律分别如图甲和乙所
示.设在第 1 s 内、第 2 s 内、第 3 s 内力 F 对滑块做的功分别为 W1、W2、W3.则以下关系式
正确的是( )
A.W1=W2=W3 B.W1m2),挂在圆弧轨道边缘 c 的两边,开始时,m1 位于 c 点,然后从静止释
放,设轻绳足够长,不计一切摩擦.则 ( )
A.在 m1 由 c 下滑到 a 的过程中,两球速度大小始终相等
B.在 m1 由 c 下滑到 a 的过程中,m1 所受重力的功率始终增大
C.若 m1 恰好能沿圆弧下滑到 a 点,则 m1=2m2
D.若 m1 恰好能沿圆弧下滑到 a 点,则 m1=3m2
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.)
8.一物体受到两个外力的作用,沿某方向做匀速直线运动.若将其中一个力的方向旋
转 90°,保持这个力的大小和另一个力不变,则物体可能做( )
A.匀速直线运动 B.匀加速直线运动
C.匀减速直线运动 D.轨迹为曲线的运动
9.(2016·高考全国卷丙)如图,一固定容器的内壁是半径为 R 的半球面;在半球面水平
直径的一端有一质量为 m 的质点 P.它在容器内壁由静止下滑到最低点的过程中,克服摩擦
力做的功为 W.重力加速度大小为 g.设质点 P 在最低点时,向心加速度的大小为 a,容器对
它的支持力大小为 N,则( )
A.a=2(mgR-W)
mR
B.a=2mgR-W
mR
C.N=3mgR-2W
R
D.N=2(mgR-W)
R
10.如图所示,半径为 R 的半圆形光滑凹槽 A 静止在光滑水平面上,其质量为 m.现有
一质量也为 m 的小物块 B,由静止开始从槽左端的最高点沿凹槽滑下,当小物块 B 刚要到
达槽最低点时,凹槽 A 恰好被一表面涂有粘性物的固定挡板粘住,在极短的时间内速度减
为零;小物块 B 继续向右运动,运动到距槽最低点的最大高度是R
2.则小物块从释放到第一次
到达最低点的过程中,下列说法正确的是( )
A.凹槽 A 对小物块 B 做的功 W=-1
2mgR
B.凹槽 A 对小物块 B 做的功 W=mgR
C.凹槽 A 被粘住的瞬间,小物块 B 对凹槽 A 的压力大小为 mg
D.凹槽 A 被粘住的瞬间,小物块 B 对凹槽 A 的压力大小为 2mg
11.如图所示,小滑块从一个固定的光滑斜槽轨道顶端无初速开始下滑,用 v、t 和 h
分别表示小滑块沿轨道下滑的速率、时间和距轨道顶端的高度.如图所示的 v-t 图象和 v2
-h 图象中可能正确的是( )
12.如图所示,重 10 N 的滑块在倾角为 30°的斜面上,从 a 点由静止下滑,到 b 点接触
到一个轻弹簧.滑块压缩弹簧到 c 点开始弹回,返回 b 点离开弹簧,最后又回到 a 点,已知
ab=0.8 m,bc=0.4 m,那么在整个过程中下列说法正确的是( )
A.滑块动能的最大值是 6 J
B.弹簧弹性势能的最大值是 6 J
C.从 c 到 b 弹簧的弹力对滑块做的功是 6 J
D.滑块和弹簧组成的系统整个过程机械能守恒
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)某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律.频闪仪每隔 0.05
s 闪光一次,图中所标数据为实际距离,该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重
力加速度取 9.8 m/s2,小球质量 m=0.2 kg,计算结果保留三位有效数字):
时刻 t2 t3 t4 t5
速度(m·s-1) 4.99 4.48 3.98
(1)由频闪照片上的数据计算 t5 时刻小球的速度 v5=________ m/s;
(2)从 t2 到 t5 时间内,重力势能增量ΔEp=________ J,动能减少量ΔEk=________ J;
(3)在误差允许的范围内,若ΔEp 与ΔEk 近似相等,从而验证了机械能守恒定律.由上述
计算得ΔEp________ΔEk(选填“>”“<”或“=”),造成这种结果的主要原因是__________.
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)在用高级沥青铺设的高速公路上,汽车的设计速度是 108 km/h.汽车在这种
水平路面上行驶时,它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的3
5
,试求:
(1)如果汽车在这种高速路的水平路面弯道上转弯,其弯道的最小半径是多少?
(2)如果弯道的路面设计为倾斜,弯道半径为 360 m,要使汽车通过此弯道时不产生侧向
摩擦力,则弯道路面的倾斜角度的正切值 tan θ是多少?
15.(10 分)如图所示,ABCD 为一竖直平面内的轨道,其中 BC 水平,A 点比 BC 高出 10
m,BC 长 1 m,AB 和 CD 轨道光滑.一质量为 1 kg 的物体,从 A 点以 4 m/s 的速度开始运
动,经过 BC 后滑到高出 C 点 10.3 m 的 D 点速度为零.(g 取 10 m/s2)求:
(1)物体与 BC 轨道间的动摩擦因数;
(2)物体第 5 次经过 B 点时的速度;
(3)物体最后停止的位置(距 B 点多少米).
16.(12 分)现代化的生产流水线大大提高了劳动效率,如图为某工厂生产流水线上的水
平传输装置的俯视图,它由传送带和转盘组成.物品从 A 处无初速、等时间间隔地放到传
送带上,运动到 B 处后进入匀速转动的转盘随其一起运动(无相对滑动),到 C 处被取走装
箱.已知 A、B 间的距离 L=9.0 m,物品在转盘上与转轴 O 的距离 R=3.0 m,与传送带间
的动摩擦因数μ1=0.25,传送带的传输速度和转盘上与 O 相距为 R 处的线速度均为 v=3.0
m/s,取 g=10 m/s2.问:
(1)物品从 A 处运动到 B 处的时间 t;
(2)若物品在转盘上的最大静摩擦力可视为与滑动摩擦力大小相等,则物品与转盘间的
动摩擦因数μ2 至少为多大?
(3)若物品的质量为 0.5 kg,每输送一个物品从 A 到 C,该流水线为此至少多做多少功?
参考答案与解析
1.[导学号 94770227] [解析]选 C.机械能守恒的条件是只有重力和系统内的弹力做功,
如果这里的弹力是外力,且做功不为零,机械能不守恒,A 错误.当有其他外力作用且合外
力为零时,机械能可以不守恒,如拉一物体匀速上升,合外力为零但机械能不守恒,B 错误.C
选项中,“其他外力”不含重力,满足机械能守恒的条件.对于 D 选项,在炮弹爆炸过程
中,爆炸时产生的化学能转化为机械能,机械能不守恒.
2.[导学号 94770228] [解析]选 C.O~tP 段,水平方向:vx=v0,恒定不变;竖直方向:
vy=gt;tP~tQ 段,水平方向:vx=v0+a 水平 t,竖直方向:vy=gtP+a 竖直 t(a 竖直<g),因此选项
A、B、D 均错误,选项 C 正确.
3.[导学号 94770229] [解析]选 B.轨道光滑,小球在运动的过程中只受重力和支持力,
支持力时刻与运动方向垂直,所以不做功,A 错;那么在整个过程中只有重力做功,满足机
械能守恒,根据机械能守恒有 vPrQ,根据ω=v
r
,a=
v2
r
,得小球在 P 点的角速度小于在 Q 点的角速度,B 正确;在 P 点的向心加速度小于在 Q
点的向心加速度,C 错;小球在 P、Q 两点的向心力由重力和支持力提供,即 mg+FN=ma
向,可得 P 点对小球的支持力小于 Q 点对小球的支持力,D 错.
4.[导学号 94770230] [解析]选 B.各秒内的位移等于速度图线与横轴所围的面积,由
题图乙可知:x1=1
2
×1×1 m=0.5 m,x2=1
2
×1×1 m=0.5 m,x3=1×1 m=1 m,结合题图
甲力的大小,可以求得:W1=1×0.5 J=0.5 J,W2=3×0.5 J=1.5 J,W3=2×1 J=2 J,所以
选 B.
5.[导学号 94770231] [解析]选 C.质点经过 Q 点时,由重力和轨道的支持力提供向心
力,由牛顿第二定律得:
N-mg=mv2Q
R
由题有:N=2mg 可得:vQ= gR
质点自 P 滑到 Q 的过程中,由动能定理得:
mgR-Wf=1
2mv2Q
得克服摩擦力所做的功为 Wf=1
2mgR.
6.[导学号 94770232] [解析]选 D.7.9 km/s 是发射卫星的最小速度,不同的卫星发射速
度不同,故 A 错误;北斗导航系统包含 5 颗地球同步卫星,而 GPS 导航系统由运行周期为
12 小时的圆轨道卫星群组成,所以卫星向地面上同一物体拍照时 GPS 卫星拍摄视角大于北
斗同步卫星拍摄视角,故 B 错误;由于卫星的质量关系不清楚,所以无法比较机械能的大
小关系,故 C 错误; GPS 由运行周期为 12 小时的卫星群组成,同步卫星的周期是 24 小时,
所以北斗导航系统中的同步卫星和 GPS 导航卫星的周期之比 T1∶T2=2∶1.根据万有引力提
供向心力得 r=3 GMT2
4π2
,所以北斗同步卫星的轨道半径与 GPS 卫星的轨道半径之比是
3 4∶1,根据 v= GM
r
得北斗同步卫星的线速度与 GPS 卫星的线速度之比为3 1
2
,故 D 正
确.
7.[导学号 94770233] [解析]选 C.小球 m1 沿绳的方向的分速度与 m2 的速度大小相等,
A 错误;重力 m1g 的功率 P1=m1g·v1 竖,小球 m1 在竖直方向的分速度 v1 竖先增大后减小,故
P1 也先增大后减小,B 错误;由 m1 和 m2 组成的系统机械能守恒可得:m1gR(1-cos 60°)=
m2gR,故 m1=2m2,C 正确,D 错误.
8.[导学号 94770234] [解析]选 BCD.旋转后两个力的合力与物体原来的运动方向相同
时,物体做匀加速直线运动;旋转后两个力的合力与物体原来的运动方向相反时,物体做匀
减速直线运动;旋转后两个力的合力与物体原来的运动方向不共线时,则物体的轨迹为曲
线.因此正确答案为 BCD.
9.[导学号 94770235] [解析]选 AC.质点由半球面最高点到最低点的过程中,由动能定
理有:mgR-W=1
2mv2,又在最低点时,向心加速度大小 a=v2
R
,两式联立可得 a=
2(mgR-W)
mR
,A 项正确,B 项错误;在最低点时有 N-mg=mv2
R
,解得 N=3mgR-2W
R
,C
项正确,D 项错误.
10.[导学号 94770236] [解析]选 AD.设小物块 B 第一次到达最低点的速度为 v,小物
块 B 从最低点继续向右运动到最高点,根据动能定理有 mgR
2
=1
2mv2,得 v= gR,小物块 B
从左端最高点到最低点的过程中,对 B 由动能定理有 mgR+W=1
2mv2-0,得 W=-1
2mgR,
A 项正确,B 项错误.在最低点小物块所受的向心力 F 向=FN-mg=mv2
R
,得 FN=2mg,则
由牛顿第三定律可知小物块对凹槽的压力大小 FN′=FN=2mg,所以 D 项正确,C 项错误.
11.[导学号 94770237] [解析]选 BD.小滑块下滑过程中,小滑块的重力沿斜槽轨道切
向的分力逐渐变小,故小滑块的加速度逐渐变小,故 A 错误,B 正确;由机械能守恒得:
mgh=1
2mv2,故 v2=2gh,所以 v2 与 h 成正比,C 错误,D 正确.
12.[导学号 94770238] [解析]选 BCD.滑块能回到原出发点,所以机械能守恒,D 正
确;以 c 点为参考点,则 a 点的机械能为 6 J,c 点时的速度为 0,重力势能也为 0,所以弹
性势能的最大值为 6 J,从 c 到 b 弹簧的弹力对滑块做的功等于弹性势能的减少量,故为 6 J,
所以 B、C 正确;由 a→c 时,因重力势能不能全部转变为动能,故 A 错.
13.[导学号 94770239] [解析](1)t5 时刻小球的速度
v5=16.14+18.66
2×0.05
×10-2 m/s=3.48 m/s.
(2)从 t2 到 t5 时间内,重力势能增量ΔEp=mgh25=0.2×9.8×(23.68+21.16+18.66)×10-
2 J=1.24 J,动能减少量ΔEk=1
2mv22-1
2mv25=1.28 J.
(3)ΔEp<ΔEk,造成这种结果的主要原因是存在空气阻力.
[答案](1)3.48 (2)1.24 1.28 (3)< 存在空气阻力
14.[导学号 94770240] [解析](1)汽车在水平路面上转弯时,可视为匀速圆周运动,其
向心力由汽车与路面间的静摩擦力提供,当静摩擦力达到最大值时,对应的半径最小,有
fm=3
5mg,fm=mv2
r (3 分)
又 v=108 km/h=30 m/s (1 分)
解得:r=150 m (1 分)
故弯道的最小半径为 150 m. (1 分)
(2)设弯道倾斜角度为θ,汽车通过此弯道时向心力由重力及支持力的合力提供,有 mgtan
θ=mv2
R (3 分)
解得弯道路面倾斜角度的正切值 tan θ=0.25. (1 分)
[答案](1)150 m (2)0.25
15.[导学号 94770241] [解析](1)由动能定理得
-mg(h-H)-μmgsBC=0-1
2mv21, (2 分)
解得μ=0.5. (1 分)
(2)物体第 5 次经过 B 点时,物体在 BC 上滑动了 4 次,由动能定理得
mgH-μmg·4sBC=1
2mv22-1
2mv21, (2 分)
解得 v2=4 11 m/s≈13.3 m/s. (1 分)
(3)分析整个过程,由动能定理得
mgH-μmgs=0-1
2mv21, (2 分)
解得 s=21.6 m. (1 分)
所以物体在轨道上来回运动了 10 次后,还有 1.6 m,故距 B 点的距离为 2 m-1.6 m=
0.4 m. (1 分)
[答案](1)0.5 (2)13.3 m/s (3)距 B 点 0.4 m
16.[导学号 94770242] [解析](1)设物品质量为 m,物品先在传送带上做初速度为零的
匀加速直线运动,其位移大小为 s.
由 μ1mg=ma
v2=2as
得 s=1.8 m<L (2 分)
之后,物品和传送带一起以速度 v 做匀速直线运动
匀加速运动的时间 t1=2s
v
=1.2 s
t2=L-s
v
=2.4 s
所以 t=t1+t2=3.6 s. (2 分)
(2)物品在转盘上所受静摩擦力提供向心力,μ2 最小时达最大静摩擦力,有:
μ2mg=mv2
R (3 分)
得 μ2=0.3. (2 分)
(3)在传送带上因为传送物品需要做的功为:
W=1
2mv2+μ1mg(vt1-s)=4.5 J. (3 分)
[答案](1)3.6 s (2)0.3 (3)4.5 J
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