高中物理滬科版第六章經(jīng)典力學與現(xiàn)代物理章末綜合測評4

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．如圖所示實例中均不考慮空氣阻力，系統(tǒng)機械能守恒的是()eq\a\vs4\al(A.上樓B.跳繩,人與地球組成的系統(tǒng)人與繩組成的系統(tǒng))eq\a\vs4\al(C.水滴石穿D.箭射出后,水滴與石頭組成的系統(tǒng)箭、弓、地球組成的系統(tǒng))【解析】人上樓、跳繩過程中機械能不守恒，從能量轉(zhuǎn)化角度看都是消耗人體的化學能；水滴石穿，水滴的機械能減少的部分轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能；弓箭射出過程中是彈性勢能與動能、重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，只有重力和彈力做功，機械能守恒．【答案】D2．如圖1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1A．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】D3．如圖2所示，一質(zhì)量為M的光滑大圓環(huán)，用一細輕桿固定在豎直平面內(nèi)；套在大環(huán)上質(zhì)量為m的小環(huán)(可視為質(zhì)點)，從大環(huán)的最高處由靜止滑下．重力加速度大小為g，當小環(huán)滑到大環(huán)的最低點時，大環(huán)對輕桿拉力的大小為()【導學號：02690053】圖2A．Mg－5mg B．Mg＋mgC．Mg＋5mg D．Mg＋10mg【解析】設(shè)小環(huán)到大環(huán)最低點的速度為v，由能量守恒定律，得eq\f(1,2)mv2＝mg2R①小環(huán)在大環(huán)上做圓周運動，在最低點時，大環(huán)對它的支持力方向豎直向上，設(shè)為FN，由牛頓第二定律，得FN－mg＝meq\f(v2,R)②由①②得FN＝5mg，由牛頓第三定律可知，小環(huán)對大環(huán)豎直向下的壓力FN′＝FN＝5mg.大環(huán)平衡，輕桿對大環(huán)的拉力為F＝FN′＋Mg＝Mg＋5mg，選項C正確．【答案】C4．一小石子從高為10m處自由下落，不計空氣阻力，經(jīng)一段時間后小石子的動能恰等于它的重力勢能(以地面為參考平面)，g取10m/s2，則該時刻小石子的速度大小為()A．5m/s B．10m/sC．15m/s D．20m/s【解析】設(shè)小石子的動能等于它的重力勢能時速度為v，根據(jù)機械能守恒定律得mgh＝mgh′＋eq\f(1,2)mv2由題意知mgh′＝eq\f(1,2)mv2，所以mgh＝mv2故v＝eq\r(gh)＝10m/s，B正確．【答案】B5.如圖3所示，物體A靜止在光滑的水平面上，A的左邊固定有輕質(zhì)彈簧，與A質(zhì)量相等的物體B以速度v向A運動并與彈簧發(fā)生碰撞，A與B始終沿同一直線運動，則A與B組成的系統(tǒng)動能損失最大的時刻是()圖3A．A開始運動時 B．A的速度等于v時C．B的速度等于零時 D．A和B的速度相等時【解析】因系統(tǒng)只有彈力做功，系統(tǒng)機械能守恒，故A與B組成的系統(tǒng)動能損失最大時，彈簧彈性勢能最大．又因當兩物體速度相等時，A與B間彈簧形變量最大，彈性勢能最大，故D項正確．【答案】D6.如圖4所示，一小球自A點由靜止自由下落到B點時與彈簧接觸，到C點時彈簧被壓縮到最短．若不計彈簧質(zhì)量和空氣阻力，在小球由A→B→C的運動過程中()圖4A．小球和彈簧總機械能守恒B．小球的重力勢能減少C．小球在B點時動能最大D．到C點時小球重力勢能的減少量等于彈簧彈性勢能的增加量【解析】小球由A→B→C的運動過程中，小球和彈簧組成的系統(tǒng)只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，機械能守恒，A正確；到C點時小球重力勢能減少量等于彈簧彈性勢能的增加量，B、D正確；小球下落過程中動能先增大后減小，重力和彈力相等時小球動能最大，故C錯誤．【答案】ABD7．下列過程中，可能發(fā)生的是()A．某工作物質(zhì)從高溫熱源吸收20kJ的熱量，全部轉(zhuǎn)化為機械能，而沒有引起其他變化B．打開一高壓密閉容器，其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)進去，恢復原狀C．利用其他手段，使低溫物體的溫度更低，高溫物體的溫度更高D．將兩瓶不同液體混合，不會自發(fā)地各自分開【解析】根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的方向性可知，機械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能夠完全轉(zhuǎn)化成機械能而不引起其他變化，內(nèi)能完全轉(zhuǎn)化為機械能需要借助其他條件，引起其他變化，選項A錯誤；高壓密閉容器內(nèi)氣體可以自由地溢出變?yōu)榈蛪簹怏w，但低壓氣體要變?yōu)楦邏簹怏w，再返回到容器內(nèi)需要外力作用才能完成，選項B錯誤；利用空調(diào)和冰箱，通過消耗電能可以使物體的溫度變得更低，利用電爐可以使物體的溫度變得更高，選項C正確；兩瓶不同液體混合，分子間擴散，但擴散過程不可逆，選項D正確．【答案】CD8．由光滑細管組成的軌道如圖5所示，其中AB段和BC段是半徑為R的四分之一圓弧，軌道固定在豎直平面內(nèi)．一質(zhì)量為m的小球，從距離水平地面高為H的管口D處靜止釋放，最后能夠從A端水平拋出落到地面上．下列說法正確的是()【導學號：02690054】圖5A．小球落到地面時相對于A點的水平位移值為2eq\r(RH－2R2)B．小球落到地面時相對于A點的水平位移值為2eq\r(2RH－4R2)C．小球能從細管A端水平拋出的條件是H＞2RD．小球能從細管A端水平拋出的最小高度Hmin＝eq\f(5,2)R【解析】要使小球從A點水平拋出，則小球到達A點時的速度v＞0，根據(jù)機械能守恒定律，有mgH－mg·2R＝eq\f(1,2)mv2，所以H＞2R，故選項C正確，選項D錯誤；小球從A點水平拋出時的速度v＝eq\r(2gH－4gR)，小球離開A點后做平拋運動，則有2R＝eq\f(1,2)gt2，水平位移x＝vt，聯(lián)立以上各式可得水平位移x＝2eq\r(2RH－4R2)，選項A錯誤，選項B正確．【答案】BC二、非選擇題(共4小題，共52分)9．(10分)(2023·全國甲卷)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖6所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接．向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能．圖6(1)實驗中涉及下列操作步驟：①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點計時器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號)．(2)圖7中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果．打點計時器所用交流電的頻率為50Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為__________________m/s.比較兩紙帶可知，____________(填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大．圖7【解析】(1)實驗時首先向左推物塊使彈簧壓縮，測量出彈簧壓縮量，然后把紙帶向左拉直，先接通打點計時器電源，待打點穩(wěn)定后，再松手釋放物塊，故正確的操作順序是④①③②.(2)物塊脫離彈簧后將在光滑水平桌面上做勻速直線運動，由M紙帶可知物塊脫離彈簧時的速度v＝eq\f(x,t)＝eq\f(＋×10－2,2×m/s≈m/s.比較M、L兩紙帶，物塊脫離彈簧后在相同時間內(nèi)的位移M的比L的大，則M紙帶對應(yīng)的那次實驗中物塊在脫離彈簧后的速度大，即M紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大．【答案】(1)④①③②(2)M10．(10分)用如圖8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9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8(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)若某同學作出eq\f(1,2)v2-h圖象圖9乙所示，則當?shù)氐闹亓铀俣萭′＝____m/s2.甲乙圖9【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×J－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)11．(14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－μmg)·(l＋L)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)又由等時性可得eq\f(vA,aA)＝eq\f(vB,aB)(其中aA＝μg，aB＝eq\f(F－μmg,m))解得l＝eq\f(μmgL,F－2μmg).(2)由功能關(guān)系知，拉力F做的功等于A、B動能的增加量和A、B間產(chǎn)生的內(nèi)能，即有F(l＋L)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＋Q解得Q＝μmgL.【答案】(1)eq\f(μmgL,F－2μmg)(2)μmgL12．(18分)如圖11所示，一小球從A點以某一水平向右的初速度出發(fā)，沿水平直線軌道運動到B點后，進入半徑R＝10cm的光滑豎直圓形軌道，圓形軌道間不相互重疊，即小球離開圓形軌道后可繼續(xù)向C點運動，C點右側(cè)有一壕溝，C、D兩點的豎直高度h＝m，水平距離s＝m，水平軌道AB長為L1＝1m，BC長為L2＝3m，小球與水平軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝，重力加速度g取10m/s2.圖11(1)若小球恰能通過圓形軌道的最高點，求小球在A點的初速度；(2)若小球既能通過圓形軌道的最高點，又不掉進壕溝，求小球在A點初速度的范圍是多少？【導學號：02690055】【解析】(1)小球恰能通過最高點，有mg＝meq\f(v2,R)，由B到最高點有eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)mv2＋mg·2R.由A→B有－μmgL1＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A).解得在A點的初速度vA＝3m/s.(2)若小球恰好停在C處，則有－μmg(L1＋L2)＝0－eq\f(1,