高中物理粵教版第四章機械能和能源 全國公開課

章末綜合測評(四)(時間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分．在每小題給出的四個選項中，第1～5題只有一項符合題目要求，第6～8題有多項符合題目要求．全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)1．如圖1所示，在加速運動的車廂中，一個人用力沿車前進的方向推車廂，已知人與車廂始終保持相對靜止，那么人對車廂做功的情況是()圖1A．做正功 B．做負功C．不做功 D．無法確定【解析】人隨車一起向車前進的方向加速運動，表明車對人在水平方向上的合力向前，根據(jù)牛頓第三定律，人對車在水平方向的合力與車運動方向相反，故人對車做負功，B正確．【答案】B2．一輛汽車以功率P1在平直公路上勻速行駛，若駕駛員突然減小油門，使汽車的功率減小為P2并繼續(xù)行駛．若整個過程中阻力恒定不變，此后汽車發(fā)動機的牽引力將()A．保持不變B．不斷減小C．突然減小，再增大，后保持不變D．突然增大，再減小，后保持不變【解析】由P1＝Fv知，當(dāng)汽車以功率P1勻速行駛時，F(xiàn)＝f，加速度a＝0.若突然減小油門，汽車的功率由P1減小到P2，則F突然減小．整個過程中阻力f恒定不變，即F<f，此時加速度a<0，所以汽車將減速．由P2＝Fv知，此后保持功率P2不變繼續(xù)行駛，v減小，F(xiàn)增大．當(dāng)F＝f時，汽車不再減速，而以一較小速度勻速行駛，牽引力不再增大．【答案】C3．如圖2所示，固定的豎直光滑長桿上套有質(zhì)量為m的小圓環(huán)，圓環(huán)與水平狀態(tài)的輕質(zhì)彈簧一端連接，彈簧的另一端連接在墻上，且處于原長狀態(tài)．現(xiàn)讓圓環(huán)由靜止開始下滑，已知彈簧原長為L，圓環(huán)下滑到最大距離時彈簧的長度變?yōu)?L(未超過彈性限度)，則在圓環(huán)下滑到最大距離的過程中()圖2A．圓環(huán)的機械能守恒B．彈簧彈性勢能變化了eq\r(3)mgLC．圓環(huán)下滑到最大距離時，所受合力為零D．圓環(huán)重力勢能與彈簧彈性勢能之和保持不變【解析】圓環(huán)沿桿下滑的過程中，圓環(huán)與彈簧組成的系統(tǒng)動能、彈性勢能、重力勢能之和守恒，選項A、D錯誤；彈簧長度為2L時，圓環(huán)下落的高度h＝eq\r(3)L，根據(jù)機械能守恒定律，彈簧的彈性勢能增加了ΔEp＝mgh＝eq\r(3)mgL，選項B正確；圓環(huán)釋放后，圓環(huán)向下先做加速運動，后做減速運動，當(dāng)速度最大時，合力為零，下滑到最大距離時，具有向上的加速度，合力不為零，選項C錯誤．【答案】B4．如圖3所示，某段滑雪雪道傾角為30°，總質(zhì)量為m(包括雪具在內(nèi))的滑雪運動員從距底端高為h處的雪道上由靜止開始勻加速下滑，加速度為eq\f(1,3)g.在他從上向下滑到底端的過程中，下列說法正確的是()圖3A．運動員減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動能B．運動員獲得的動能為eq\f(1,3)mghC．運動員克服摩擦力做功為eq\f(2,3)mghD．下滑過程中系統(tǒng)減少的機械能為eq\f(1,3)mgh【解析】運動員的加速度為eq\f(1,3)g，沿斜面：eq\f(1,2)mg－f＝m·eq\f(1,3)g，f＝eq\f(1,6)mg，Wf＝eq\f(1,6)mg·2h＝eq\f(1,3)mgh，所以A、C項錯誤，D項正確；Ek＝mgh－eq\f(1,3)mgh＝eq\f(2,3)mgh，B項錯誤．【答案】D5．用圖4所示裝置可以研究動能和重力勢能轉(zhuǎn)化中所遵循的規(guī)律．在擺錘從A位置由靜止開始向下擺動到D位置的過程中()圖4A．重力做正功，重力勢能增加B．重力的瞬時功率一直增大C．?dāng)[線對擺錘的拉力做功D．若忽略阻力，系統(tǒng)的總機械能為一恒量【解析】擺錘向下運動，重力做正功，重力勢能減小，故A錯誤．由于開始靜止，所以開始重力功率為零，在D位置物體v的方向與重力垂直，PG＝Gvcosθ，可知PG＝0，而在從A位置擺動到D位置的過程中，重力功率不為零，所以所受重力瞬時功率先增大后減小，B錯誤．?dāng)[線拉力與v方向始終垂直，不做功，只有重力做功，故機械能守恒，故C錯誤、D正確．【答案】D6．一物體沿固定斜面從靜止開始向下運動，經(jīng)過時間t0滑至斜面底端．已知在物體運動過程中物體所受的摩擦力恒定．若用F、v、s和E分別表示該物體所受的合力、物體的速度、位移和機械能，則下列圖象中可能正確的是()【解析】物體沿斜面下滑時，受到的合外力F為恒力，故A正確．物體下滑的加速度a＝eq\f(F,m)也為恒定值，由v＝at可知B錯誤．由s＝eq\f(1,2)at2可知C錯誤．設(shè)初態(tài)時物體的機械能為E0，由功能關(guān)系可得末態(tài)的機械能E＝E0－f·s＝E0－f·(eq\f(1,2)at2)＝E0－eq\f(fat2,2)，又因為物體滑到底端時仍有動能，故在t＝t0時刻E≠0，故D正確．【答案】AD7．一輛汽車在平直公路上以速度v0開始加速行駛，經(jīng)時間t后，前進了距離s，此時恰好達到其最大速度vm.設(shè)此過程中發(fā)動機始終以額定功率P工作，汽車所受阻力為f，則在這段時間里，發(fā)動機所做的功為()A．fs B．Pt\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＋fs－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0) D．feq\f(v0＋vm,2)·t【解析】由功率定義有：W＝Pt.由動能定理有：W－fs＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，得W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＋fs－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0).故選項B、C正確．【答案】BC8．如圖5所示，固定的傾斜光滑桿上套有一個質(zhì)量為m的小球，小球與一輕質(zhì)彈簧一端相連，彈簧的另一端固定在地面上的A點，已知桿與水平面之間的夾角θ＜45°，當(dāng)小球位于B點時，彈簧與桿垂直，此時彈簧處于原長．現(xiàn)讓小球自C點由靜止釋放，在小球滑到桿底端的整個過程中，關(guān)于小球的動能、重力勢能和彈簧的彈性勢能，下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：35390082】圖5A．小球的動能與重力勢能之和保持不變B．小球的動能與重力勢能之和先增大后減小C．小球的動能與彈簧的彈性勢能之和增加D．小球的重力勢能與彈簧的彈性勢能之和保持不變【解析】在小球運動的過程中，小球的動能、重力勢能和彈簧的彈性勢能之間相互轉(zhuǎn)化，但三者之和不變．由C到B的過程中，彈簧的彈性勢能減小，重力勢能減小，但動能增加，根據(jù)機械能守恒定律，可判定A、D項均錯；由B到最低點的過程中，重力勢能減小，彈性勢能增加，所以B、C項正確．【答案】BC二、實驗題(共2小題，共18分)9．(8分)在利用打點計時器探究動能定理的實驗中，如果紙帶上前面幾點比較密集，不夠清晰，可舍去前面的比較密集的點，在后面取一段打點較為清晰的紙帶，同樣可以驗證，如圖6所示，取O點為起始點，各點間的間距已量出并標在紙帶上，所用交流電的頻率為50Hz，重物的質(zhì)量為mkg.圖6(1)打A點時，重物下落速度為vA＝______，重物動能EkA＝______.(2)打F點時，重物下落速度為vF＝______，重物動能EkF＝______.(3)打點計時器自打下A點開始到打出F點，重物重力做的功為______，動能的增加量為______．(4)根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重物從打點計時器打出A點到打出F點的過程中，得到的結(jié)論是________________________________．【解析】重物在各點的速度可由前后相鄰的兩段時間內(nèi)的平均速度計算，再由Ek＝eq\f(1,2)mv2計算出其動能；測出相對應(yīng)的物體下落的高度h，便可求出重力的功，然后比較，便可得出本實驗的結(jié)論．(1)vA＝eq\f(\x\to(OB),2T)＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝m/sEkA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝eq\f(1,2)m×J＝J.(2)vF＝eq\f(\x\to(EG),2T)＝eq\f(＋×10－2,2×m/s＝m/sEkF＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,F)＝eq\f(1,2)m×J＝J.(3)WG＝mghAF＝m××＋＋＋＋×10－2J≈J.ΔEk＝EkF－EkA＝J.(4)因為在實驗誤差范圍內(nèi)WG＝ΔEk，即重力做的功等于物體動能的變化(或動能定理成立)．【答案】(1)m/sJ(2)m/sJ(3)JJ(4)在實驗誤差允許范圍內(nèi)WG＝ΔEk，動能定理成立10．(10分)用如圖7實驗裝置驗證m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒．m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點，對紙帶上的點跡進行測量，即可驗證機械能守恒定律．圖8甲給出的是實驗中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個點，每相鄰兩計數(shù)點間還有4個點(圖中未標出)，計數(shù)點間的距離如圖所示．已知m1＝50g，m2＝150g，打點計時器工作頻率為50Hz，則(g取10m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖7(1)紙帶上打下計數(shù)點5時的速度v＝________m/s；(2)在打0～5的過程中系統(tǒng)動能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________J，由此得出的結(jié)論是_____________________________．(3)若某同學(xué)作出eq\f(1,2)v2-h圖象如圖8乙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭′＝________m/s2.甲乙圖8【解析】(1)在紙帶上打下計數(shù)點5時的速度大小為v＝eq\f(x46,t46)＝eq\f＋,2×5××10－2m/s＝m/s(2)在打點0～5過程中系統(tǒng)動能的增量為ΔEk＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2－0＝eq\f(1,2)×(50＋150)×10－3×－0≈J系統(tǒng)重力勢能的減少量為ΔEp＝(m2－m1)gh05＝(150－50)×10－3×10×＋×10－2J＝J實驗結(jié)果表明，在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系統(tǒng)重力勢能的減少量等于動能的增加量，即系統(tǒng)的機械能守恒．(3)m1、m2組成的系統(tǒng)機械能守恒，則m2g′h－m1g′h＝eq\f(1,2)m2v2＋eq\f(1,2)m1v2－0，整理得v2＝g′h可見，重力加速度g′大小等于eq\f(v2,2)-h圖象斜率的2倍，則g′＝2×eq\f,m/s2＝m/s2.【答案】(1)(2)系統(tǒng)的機械能守恒(3)三、計算題(共2小題，共34分)11.(16分)在世界錦標賽中，冰壺運動引起了人們的關(guān)注．冰壺在水平冰面上的一次滑行可簡化為如下過程：如圖9所示，運動員將靜止于O點的冰壺(視為質(zhì)點)沿直線OO′推到A點放手，此后冰壺沿AO′滑行，最后停于C點．已知冰面與各冰壺間的動摩擦因數(shù)為μ，冰壺質(zhì)量為m，AC＝L，CO′＝r，重力加速度為g.圖9(1)求冰壺在A點的速率；(2)若將BO′段冰面與冰壺間的動摩擦因數(shù)減小為μ，原只能滑到C點的冰壺能停于O′點，求A點與B點之間的距離．【解析】(1)從A到C，由動能定理有－μmgL＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)，得vA＝eq\r(2μgL).(2)從A到O′，由動能定理有－μmgs－μmg(L＋r－s)＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)得s＝L－4r.【答案】(1)eq\r(2μgL)(2)L－4r12．(18分)如圖10所示，質(zhì)量為m的長木塊A靜止于光滑水平面上，在其水平的上表面左端放一質(zhì)量為m的滑塊B，已知木塊長為L，它與滑塊之間的動摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)用水平向右的恒力F拉滑塊B.圖10(1)當(dāng)長木塊A的位移為多少時，B從A的右端滑出？(2)求上述過程中滑塊與木塊之間產(chǎn)生的內(nèi)能．【解析】(1)設(shè)B從A的右端滑出時，A的位移為l，A、B的速度分別為vA、vB，由動能定理得μmgl＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)(F－μ