2022-2023學(xué)年高中物理 第3章 動(dòng)能的變化與機(jī)械功章末檢測(cè)試卷 滬科版必修2
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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第3章 動(dòng)能的變化與機(jī)械功章末檢測(cè)試卷 滬科版必修2 一、選擇題(本題共12小題,每小題4分,共48分) 1.下面列舉的情況中所做的功不為零的是( ) A.舉重運(yùn)動(dòng)員,舉著杠鈴在頭上方停留3 s,運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴做的功 B.木塊在粗糙的水平面上滑動(dòng),支持力對(duì)木塊做的功 C.一個(gè)人用力推一個(gè)笨重的物體,但沒(méi)推動(dòng),人的推力對(duì)物體做的功 D.自由落體運(yùn)動(dòng)中,重力對(duì)物體做的功 答案 D 解析 舉重運(yùn)動(dòng)員舉著杠鈴在頭上方停留3 s的時(shí)間內(nèi),運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴施加了豎直向上的支持力,但杠鈴在支持力方向上沒(méi)有位移,所以運(yùn)動(dòng)員對(duì)杠鈴沒(méi)有做功;木塊滑動(dòng)過(guò)程中,在支持力方向
2、上沒(méi)有位移,故支持力對(duì)木塊沒(méi)有做功;人推物體但沒(méi)推動(dòng),只有力而沒(méi)有位移,做的功等于零;自由落體運(yùn)動(dòng)中,重力豎直向下,物體的位移也豎直向下,故重力對(duì)物體做了功,D選項(xiàng)正確. 2.某運(yùn)動(dòng)員臂長(zhǎng)為L(zhǎng),將質(zhì)量為m的鉛球推出,鉛球出手時(shí)的速度大小為v0,方向與水平方向成30°角,則該運(yùn)動(dòng)員對(duì)鉛球所做的功是( ) A. B.mgL+mv02 C.mv02 D.mgL+mv02 答案 A 解析 設(shè)運(yùn)動(dòng)員對(duì)鉛球做功為W,由動(dòng)能定理得W-mgLsin 30°=mv02,所以W=mgL+mv02. 3.假設(shè)摩托艇受到的阻力的大小正比于它的速率.如果摩托艇發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,則摩托
3、艇的最大速率變?yōu)樵瓉?lái)的( ) A.4倍 B.2倍 C.倍 D.倍 答案 D 解析 設(shè)f=kv,當(dāng)阻力等于牽引力時(shí),速度最大,輸出功率變化前,有P=Fv=fv=kv·v=kv2,變化后有2P=F′v′=kv′·v′=kv′2,聯(lián)立解得,v′=v,D正確. 4.如圖1,水平放置的光滑板中心開(kāi)一光滑小孔O,穿過(guò)一細(xì)繩,繩的一端系一小球,另一端用力F拉著使球在平板上做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中逐漸增大拉力,當(dāng)拉力增大為8F時(shí),球的運(yùn)動(dòng)半徑減小為,在此過(guò)程中拉力做的功為( ) 圖1 A.0 B.1.5Fr C.3.5Fr D.4Fr 答案 B 解析 開(kāi)始:F
4、=m 后來(lái):8F=m 解得W=mv22-mv12=1.5Fr,B正確. 5.汽車在平直公路上以速度v0勻速行駛,發(fā)動(dòng)機(jī)功率為P.快進(jìn)入鬧市區(qū)時(shí),司機(jī)減小了油門,使汽車的功率立即減小一半并保持該功率繼續(xù)行駛.下面四個(gè)圖像中,哪個(gè)圖像正確表示了從司機(jī)減小油門開(kāi)始,汽車的速度與時(shí)間的關(guān)系( ) 答案 C 解析 功率減小一半后,汽車做加速度越來(lái)越小的減速運(yùn)動(dòng),最終勻速運(yùn)動(dòng).故C正確. 6.如圖2所示,滑雪者由靜止開(kāi)始沿斜坡從A點(diǎn)自由滑下,然后在水平面上前進(jìn)至B點(diǎn)停下,已知斜坡、水平面與滑雪板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)皆為μ,滑雪者(包括滑雪板)的質(zhì)量為m,A、B兩點(diǎn)間的水平距離為l.在滑雪
5、者經(jīng)過(guò)AB段的過(guò)程中,摩擦力所做功的大小為(已知滑雪者從斜坡滑上水平面時(shí)沒(méi)有動(dòng)能損失)( ) 圖2 A.大于μmgl B.小于μmgl C.等于μmgl D.以上三種情況都有可能 答案 C 解析 設(shè)在斜面上滑動(dòng)的距離為x,斜面傾角為θ,由A到B的過(guò)程中摩擦力所做的功為Wf=-μmgcos θ·x-μmg(l-xcos θ)=-μmgl,故C正確. 7.某人通過(guò)光滑輕質(zhì)定滑輪將一物體提升,第一次此人豎直向下拉繩,如圖3甲所示,使物體勻速上升高度h,該過(guò)程人對(duì)物體做功為W1;第二次此人以速度v勻速向左拉著繩運(yùn)動(dòng),如圖乙所示,使物體上升相同的高度,此時(shí)繩子與水平面夾角為θ,已知
6、重力加速度為g,人對(duì)物體做功為W2,關(guān)于兩次人對(duì)物體做的功的關(guān)系正確的是( )
圖3
A.W1=W2 B.W1>W2
C.W1 7、時(shí)間內(nèi)的速度變化相同
B.小球落地時(shí),重力的瞬時(shí)功率均相同
C.從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至落地,重力對(duì)小球做功相同
D.從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至落地,重力對(duì)小球做功的平均功率相同
答案 AC
解析 因?yàn)閽侒w運(yùn)動(dòng)的加速度恒為g,所以選項(xiàng)A正確;小球落地時(shí)豎直方向速度大小不同,B錯(cuò)誤;WG=mgh,選項(xiàng)C正確;從拋出到落地所用時(shí)間不等,所以D錯(cuò)誤.
9.(多選)質(zhì)量不等,但有相同動(dòng)能的兩個(gè)物體,在動(dòng)摩擦因數(shù)相同的水平地面上滑行,直至停止,則( )
A.質(zhì)量小的物體滑行的距離大
B.質(zhì)量大的物體滑行的距離大
C.它們滑行的距離一樣大
D.它們克服摩擦力所做的功一樣多
答案 AD
解析 由動(dòng)能定理可得 8、-fx=0-Ek,又f=μmg,則μmgx=Ek,由于兩者動(dòng)能相同,故質(zhì)量小的滑行距離大,它們克服摩擦力所做的功都等于Ek.
10.(多選)質(zhì)量為2 kg的物體置于水平面上,在運(yùn)動(dòng)方向上受到水平拉力F的作用,沿水平方向做勻變速運(yùn)動(dòng),拉力F作用2 s后撤去,物體運(yùn)動(dòng)的速度-時(shí)間圖像如圖5所示,則下列說(shuō)法正確的是(取g=10 m/s2)( )
圖5
A.拉力F做功150 J
B.拉力F做功350 J
C.物體克服摩擦力做功100 J
D.物體克服摩擦力做功175 J
答案 AD
解析 由題圖可知撤去拉力后,物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小a2=2.5 m/s2,所以滑動(dòng)摩擦力 9、f=ma2=5 N;加速過(guò)程加速度大小a1=2.5 m/s2,由F-f=ma1得,拉力F=ma1+f=10 N.由題圖可知F作用2 s時(shí)間內(nèi)的位移s1=15 m,撤去F后運(yùn)動(dòng)的位移s2=20 m,全程位移s=35 m,所以拉力F做功W1=Fs1=10×15 J=150 J,A正確,B錯(cuò)誤;物體克服摩擦力做功W2=fs=5×35 J=175 J,C錯(cuò)誤,D正確.
11.(多選)如圖6,一固定容器的內(nèi)壁是半徑為R的半球面;在半球面水平直徑的一端有一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)P.它在容器內(nèi)壁由靜止下滑到最低點(diǎn)的過(guò)程中,克服摩擦力做的功為W.重力加速度大小為g.設(shè)質(zhì)點(diǎn)P在最低點(diǎn)時(shí),向心加速度的大小為a,容器對(duì)它 10、的支持力大小為N,則( )
圖6
A.a(chǎn)=
B.a(chǎn)=
C.N=
D.N=
答案 AC
解析 質(zhì)點(diǎn)P下滑過(guò)程中,重力和摩擦力做功,根據(jù)動(dòng)能定理可得mgR-W=mv2,根據(jù)公式a=,聯(lián)立可得a=,A正確,B錯(cuò)誤;在最低點(diǎn)重力和支持力的合力充當(dāng)向心力,根據(jù)牛頓第二定律可得,N-mg=ma,代入可得,N=,C正確,D錯(cuò)誤.
12.(多選)如圖7所示為一滑草場(chǎng).某條滑道由上、下兩段高均為h,與水平面傾角分別為45°和37°的滑道組成,滑草車與草地之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.質(zhì)量為m的載人滑草車從坡頂由靜止開(kāi)始自由下滑,經(jīng)過(guò)上、下兩段滑道后,最后恰好靜止于滑道的底端(不計(jì)滑草車在兩段滑道交 11、接處的能量損失,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).重力加速度為g,則( )
圖7
A.動(dòng)摩擦因數(shù)μ=
B.載人滑草車的最大速度為
C.載人滑草車克服摩擦力做功為mgh
D.載人滑草車在下段滑道上的加速度大小為g
答案 AB
解析 對(duì)滑草車從坡頂由靜止滑下,到底端靜止的全過(guò)程分析,得mg·2h-μmgcos 45°·-μmgcos 37°·=0,解得μ=,選項(xiàng)A正確;對(duì)經(jīng)過(guò)上段滑道的過(guò)程,根據(jù)動(dòng)能定理得,mgh-μmgcos 45°·=mv2,解得v=,選項(xiàng)B正確;載人滑草車克服摩擦力做功為2mgh,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;載人滑草車在下段滑道上的加速度大小為a==-g, 12、選項(xiàng)D錯(cuò)誤.
二、實(shí)驗(yàn)題(本題共2小題,共10分)
13.(4分)在“探究恒力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中(裝置如圖8甲):
甲
乙
圖8
(1)下列說(shuō)法哪一項(xiàng)是正確的( )
A.平衡摩擦力時(shí)必須將鉤碼通過(guò)細(xì)線掛在小車上
B.為減小系統(tǒng)誤差,應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量
C.實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器由靜止釋放
(2)圖乙是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶的一部分,選取O、A、B、C計(jì)數(shù)點(diǎn),已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz,則打B點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為_(kāi)___ m/s(保留三位有效數(shù)字).
答案 (1)C (2)0.653
解析 (1)平衡摩擦力的原理就是在 13、沒(méi)有拉力的情況下調(diào)整木板傾角,使μ=tan θ,A錯(cuò);為減小系統(tǒng)誤差應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,B錯(cuò);實(shí)驗(yàn)時(shí)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能充分利用紙帶,由靜止釋放則后面點(diǎn)測(cè)出的動(dòng)能即等于該過(guò)程的動(dòng)能變化量,便于利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行探究,故選C.(2)vB==0.653 m/s.
14.(6分)在“探究恒力做功和物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中:
(1)某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖9甲所示,該實(shí)驗(yàn)用鉤碼的重力表示小車受到的合外力,為此,實(shí)驗(yàn)時(shí)在安裝正確、操作規(guī)范的前提下(已平衡摩擦力),還需要滿足的條件是________.
圖9
(2)如圖乙所示是某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,其中A、B、C、D、E、F是 14、該同學(xué)確定的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T,距離如圖所示.則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度為_(kāi)_______;要驗(yàn)證合外力的功與速度變化的關(guān)系,除位移、速度外,還要測(cè)出的物理量有________.
答案 (1)鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的重力
(2) 鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量
解析 (1)只有當(dāng)鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的重力時(shí),才能近似地認(rèn)為小車受到的拉力等于鉤碼的重力.
(2)C點(diǎn)的速度等于BD段的平均速度,故vC==.
三、計(jì)算題(本題共4小題,共42分,解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)
15.(10分)質(zhì)量為m=5×103 kg的汽車在水平公路上行駛,阻力是車重的0 15、.1倍.讓車保持額定功率P0=60 kW,從靜止開(kāi)始行駛.(g取10 m/s2)
(1)若以額定功率啟動(dòng),求汽車達(dá)到的最大速度vm及汽車車速v1=2 m/s時(shí)的加速度大小.
(2)若汽車以v=6 m/s的速度勻速行駛,求汽車的實(shí)際功率.
答案 (1)12 m/s 5 m/s2 (2)30 kW
解析 (1)由P0=Fvm=fvm得vm== m/s=12 m/s
由P=Fv得F=,當(dāng)v1=2 m/s時(shí),
F1== N=3×104 N
由牛頓第二定律得F1-f=ma,所以a== m/s2=5 m/s2
(2)汽車以6 m/s的速度勻速行駛,則牽引力F=f=0.1×5×103×10 16、N=5×103 N
實(shí)際功率為P=Fv=5×103×6 W=30 kW.
16.(10分)如圖10所示,質(zhì)量為m的小球用長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線懸于O點(diǎn),與O點(diǎn)處于同一水平線上的P點(diǎn)處有一顆光滑的細(xì)釘,已知OP=,在A點(diǎn)給小球一個(gè)水平向左的初速度v0,發(fā)現(xiàn)小球恰能到達(dá)跟P點(diǎn)在同一豎直線上的最高點(diǎn)B.求:
圖10
(1)小球到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速率.
(2)若不計(jì)空氣阻力,則初速度v0為多少?
(3)若初速度變?yōu)関0′=3,其他條件均不變,則小球從A到B的過(guò)程中克服空氣阻力做了多少功?
答案 (1) (2) (3)mgL
解析 (1)小球恰能到達(dá)最高點(diǎn)B,則在最高點(diǎn)有mg=,小球到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的 17、速率v=.
(2)從A點(diǎn)到B點(diǎn),由動(dòng)能定理得
-mg(L+)=mv2-mv02,則v0=
(3)空氣阻力是變力,設(shè)小球從A到B克服空氣阻力做功為Wf,由動(dòng)能定理得-mg(L+)-Wf=mv2-mv0′2,解得Wf=mgL.
17.(10分)如圖11甲所示,質(zhì)量m=1 kg的物體靜止在光滑的水平面上,t=0時(shí)刻,物體受到一個(gè)變力F作用,t=1 s時(shí),撤去力F,某時(shí)刻物體滑上傾角為37°的粗糙斜面;已知物體從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到斜面最高點(diǎn)的v-t圖像如圖乙所示,不計(jì)其他阻力,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:
圖11
(1)變力F做的功;
(2)物體從 18、斜面底端滑到最高點(diǎn)過(guò)程中克服摩擦力做功的平均功率;
(3)物體回到出發(fā)點(diǎn)的速度大?。?
答案 (1)50 J (2)20 W (3)2 m/s
解析 (1)由題圖乙知物體1 s末的速度v1=10 m/s,
根據(jù)動(dòng)能定理得:WF=mv12=50 J.
(2)物體在斜面上升的最大距離:
x=×1×10 m=5 m
物體到達(dá)斜面時(shí)的速度v2=10 m/s,到達(dá)斜面最高點(diǎn)的速度為零,根據(jù)動(dòng)能定理:
-mgxsin 37°-Wf=0-mv22
解得:Wf=20 J,==20 W.
(3)設(shè)物體重新到達(dá)斜面底端時(shí)的速度為v3,則根據(jù)動(dòng)能定理:
-2Wf=mv32-mv22
解得:v3 19、=2 m/s
此后物體做勻速直線運(yùn)動(dòng),到達(dá)原出發(fā)點(diǎn)的速度為2 m/s.
18.(12分)如圖12所示,質(zhì)量m=0.2 kg的小物塊,放在半徑R1=2 m的水平圓盤邊緣A處,小物塊與圓盤間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=0.8.圓心角為θ=37°、半徑R2=2.5 m的光滑圓弧軌道BC與水平軌道光滑連接于C點(diǎn),小物塊與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2=0.5.開(kāi)始圓盤靜止,在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下繞過(guò)圓心O1的豎直軸緩慢加速轉(zhuǎn)動(dòng),某時(shí)刻小物塊沿紙面水平方向飛出(此時(shí)O1與A連線垂直紙面),恰好沿切線進(jìn)入圓弧軌道B處,經(jīng)過(guò)圓弧BC進(jìn)入水平軌道CD,在D處進(jìn)入圓心為O2、半徑R3=0.5 m的光滑豎直圓軌道,繞過(guò)圓軌道后 20、沿水平軌道DF向右運(yùn)動(dòng).設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,不計(jì)空氣阻力,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2,求:
圖12
(1)圓盤對(duì)小物塊m做的功;
(2)小物塊剛離開(kāi)圓盤時(shí)A、B兩點(diǎn)間的水平距離;
(3)假設(shè)豎直圓軌道可以左右移動(dòng),要使小物塊能夠通過(guò)豎直圓軌道,求豎直圓軌道底端D與圓弧軌道底端C之間的距離范圍和小物塊的最終位置.
答案 (1)1.6 J (2)1.2 m (3)lDC≤1 m 最后停在離C位置右側(cè)3.5 m處
解析 (1)小物塊剛滑出圓盤時(shí):μ1mg=
得:vA=4 m/s
由動(dòng)能定理可得:W=mvA2
得:W=1.6 J
(2)物塊正好切入圓弧軌道BC,由平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)可得:
在B處物塊的豎直分速度為vBy=vAtan 37°
運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=
A、B間的水平距離x=vAt
聯(lián)立解得:x=1.2 m
(3)物塊剛好通過(guò)豎直完整圓軌道最高點(diǎn)E處:mg=
由B到E點(diǎn)由動(dòng)能定理得:
mgR2(1-cos 37°)-μ2mgL-2mgR3=mvE2-mvB2
又vB=
可得:L=1 m
即DC之間距離不大于1 m時(shí)物塊可通過(guò)豎直圓軌道.
最后物塊必定停止,由動(dòng)能定理可得:
mgR2(1-cos 37°)-μ2mgx=0-mvB2
解得x=3.5 m
即最后物塊停在離C位置右側(cè)3.5 m處.
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