人教版 (2019)必修 第二册机械能守恒定律精品单元测试课后作业题

这是一份人教版 (2019)必修 第二册机械能守恒定律精品单元测试课后作业题，文件包含高中物理必修第二册综合测试卷原卷版docx、高中物理必修第二册综合测试卷解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共27页， 欢迎下载使用。
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上写在本试卷上无效。
3．考试结束后、将本试卷和答题卡一并交回。
一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1．滑雪运动员沿倾角为30°的滑雪道匀速下滑，则（ ）
A．运动员的重力势能逐渐增加B．运动员的机械能逐渐增加
C．运动员的机械能保持不变D．运动员的合力不做功
【答案】D
【详解】A．滑雪运动员沿倾角为30°的滑雪道匀速下滑，运动员的高度降低，运动员的重力势能逐渐减小，故A错误；
BC．滑雪运动员沿倾角为30°的滑雪道匀速下滑，动能不变，重力势能减小，机械能逐渐减小，故BC错误；
D．滑雪运动员沿倾角为30°的滑雪道匀速下滑，动能不变，根据动能定理可知运动员的合力不做功，故D正确。
故选D。
2．质量为的小球，从离桌面高的处由静止下落，桌面离地面处高度为，如图所示。若以地面为参考平面，重力加速度，下列说法正确的是（ ）
A．小球在点的重力势能为
B．小球在点的重力势能为
C．由处下落至处过程中重力势能变化量为
D．若以桌面为参考平面，由处下落至处过程中重力势能减小量为
【答案】B
【详解】A．若以地面为参考平面，小球在A点的重力势能为
故A错误；
B．B点在以地面为参考平面位置，则该点为0势能点，小球在B点的重力势能为0，故B正确；
C．由A处下落至B处过程中重力势能变化量
故C错误；
D．重力势能减少量与下落高度差有关，与参考平面的选取无关，若以桌面为参考平面，由A处下落至B处过程中重力势能减少量仍为，D错误；
故选B。
3．如图所示，物体由静止天始分别沿不同斜面由顶端至底端的Ⅰ和Ⅱ，两次物体与斜面间两次下滑的路径分别为图中的动摩擦因数相同，且不计路径Ⅱ中转折处的能量损失，则物体到达点的过程中摩擦力做功（ ）
A．第一次小B．第二次小
C．两次一样大D．无法确定
【答案】C
【详解】设斜面倾角为，物体沿斜面下滑时，克服摩擦力所做的功为
L是斜面在水平面上的投影长度，Ⅰ和Ⅱ的路径虽然不同，当它们的水平面上投影长度L相同，因此它们克服摩擦力所做的功相同。
故选C。
4．如图所示，质量为m的金属小球，从离水面H高处自由下落后进入水中。已知水深为h，若以水面为参考平面，小球运动至水底时的重力势能为（ ）
A．mgHB．-mghC．mg（H-h）D．-mg（H+h）
【答案】B
【详解】以水面为参考平面，小球运动至水底时的重力势能为
故选B。
5．一台额定功率为P的起重机从静止开始提升质量为m的重物，重物运动的v-t图像如图所示，图中线段除AB段是曲线外，其余线段都是直线，已知在t1时刻拉力的功率达到额定功率，之后功率保持不变。下列说法正确的是（ ）
A．图像中曲线AB段起重机的加速度越来越大
B．图像中直线OA段起重机的功率保持不变
C．在t1时刻，起重机的拉力最大且为
D．在t2时刻，起重机的拉力最大且为
【答案】C
【详解】A．v-t图像斜率表示速度，图像中曲线AB段，加速度越来越小，故A错误；
B．图像中直线OA段重物匀加速上升，起重机的牵引力不变，速度增大，功率增大，故B错误；
CD．0～t1时间内，起重机做匀加速直线运动，拉力为定值，t1时刻达到额定功率P=Fv1，此后速度增加，功率不变，拉力减小，故在t1时刻，起重机的拉力最大且为，故C正确，D错误。
故选C。
6．如图所示，竖直放置的轻弹簧一端固定于水平地面，质量的小球在轻弹簧正上方某处由静止下落，同时受到一个竖直向上的恒定阻力。以小球开始下落的位置为原点，竖直向下为x轴正方向，取地面为重力势能零势能参考面，在小球下落至最低点的过程中，小球重力势能EP、弹簧的弹性势能E弹随小球位移变化的关系图线分别如图甲、乙所示，弹簧始终在弹性限度范围内，取重力加速度g=10m/s2，则（ ）
A．根据甲图可知小球下落的初始位置距地面的高度为0.6m
B．根据乙图可知弹簧的最大压缩量为0.6m
C．根据甲图和乙图可知，小球在最低点时的重力势能为5.2J
D．小球下落到最低点过程受到的阻力大小为2N
【答案】D
【详解】A．根据甲图可知，开始下落时
解得
h0=1m
即小球下落的初始位置距地面的高度为1m，故A错误；
B．根据乙图可知弹簧的最大压缩量为0.6m-0.5m=0.1m，故B错误；
C．根据甲图和乙图可知，由能量关系可知
初始状态小球的重力势能为EP0=10J，小球在最低点时的重力势能为
Ep1=10J-6J=4J
故C错误；
D．小球在最低点时的弹力势能为E弹=4.8J，由能量关系
解得小球下落到最低点过程受到的阻力大小为
f=2N
故D正确。
故选D。
7．如图所示，一个可视为质点的小木块从固定斜面的顶端由静止滑下，滑到水平面上的a点停下。斜面与水平面粗糙程度相同，且平滑连接。现将斜面向右移动到虚线所示的位置，并固定在地面上，再让小木块从斜面的某处由静止下滑，仍滑到a点停下。则小木块释放的位置可能是（ ）
A．甲B．乙C．丙D．丁
【答案】C
【详解】由动能定理有
联立可得
丙位置到地面高度为8个小格的高度。
故选C。
8．2023年11月10日，我国首条超高速低真空管道磁浮交通系统——高速飞车大同（阳高）试验线工程完工，其特点是全封闭真空管道和磁悬浮运输。如图所示，高速飞车的质量为m，额定功率为P，高速飞车在平直轨道上从静止开始运动，先以加速度a做匀加速直线运动，加速过程中达到额定功率P。后又经过一段时间达到该功率下的最大速度，若高速飞车行驶过程中所受到的阻力为且保持不变，则下列说法正确的是（ ）
A．高速飞车匀加速直线运动过程中达到的最大速度为
B．高速飞车匀加速直线运动的时间为
C．高速飞车匀加速直线运动的位移为
D．高速飞车在整个加速过程中牵引力做功等于
【答案】C
【详解】ABC．匀加速阶段，根据牛顿第二定律可得
又
联立可得高速飞车匀加速直线运动过程中达到的最大速度为
高速飞车匀加速直线运动的时间为
高速飞车匀加速直线运动的位移为
故AB错误，C正确；
D．当牵引力等于阻力时，高速飞车的速度达到最大，则有
高速飞车在整个加速过程，根据动能定理可得
可得
故D错误。
故选C。
多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求，全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9．图甲是玩蹦极游戏的示意图，将弹性绳子的一端系在人身上，另一端固定在高处，然后人从高处跳下。图乙是人到达最低点时的情况，其中AB为弹性绳子的原长，C点是弹力等于重力的位置，D点是人所到达的最低点，对于人离开跳台至最低点的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．重力对人一直做正功
B．人的重力势能一直减小
C．人通过B点之后，弹性绳子具有弹性势能
D．从A点到D点，弹性绳子的弹性势能一直增加
【答案】ABC
【详解】AB．整个过程中，人向下运动，重力与运动方向相同，重力一直做正功，重力势能一直减小，故AB正确；
CD．人从高空落下到弹性绳子达到原长的过程中，弹性绳子不做功，此后弹力与运动方向相反，弹性绳子一直做负功，弹性势能一直增加，故C正确，D错误。
故选ABC。
10．一质量为1kg的物体置于升降机的水平地板上，t=0时刻升降机由静止沿竖直方向运动。取竖直向下的方向为正，其加速度a随时间t变化的图像如图，，则（ ）
A．在0～2s内，升降机对物体做功48J
B．在2～6s内，升降机对物体做功－160J
C．第7s末，重力对物体做功的瞬时功率为20W
D．在0～8s内，重力对物体做功平均功率为20W
【答案】BC
【详解】A．由题图可知，在0~2s内，物体竖直向下做匀加速运动，且升降机对物体的作用力方向竖直向上，与物体的运动方向相反，故升降机对物体做负功，故A错误；
B．2s末，物体速度为
在2～6s内物体加速度为0，做匀速直线运动，位移为
升降机对物体做功
故B正确；
C．第7s末，物体速度为
重力对物体做功的瞬时功率为
故C正确；
D．0-2s物体位移为
6-8s物体位移为
在0～8s内，重力对物体做功平均功率为
故D错误。
故选BC。
11．某物理实验兴趣小组探究竖直面内小球做圆周运动对轨道压力的变化规律。如图所示，在竖直面内固定一个圆周轨道，轨道半径R=0.3m，分别在距离最低点A高度为0、0.1m、0.2m、0.3m、0.4m、0.5m、0.6m处安置压力传感器，一质量为m的小球从A点以速度v0开始沿内轨道向右运动，已知小球在最低点A点和最高点B点压力传感器示数差为6N，在C点（与O点等高的位置）压力传感器示数为10N。小球可视为质点，小球与圆轨道的摩擦力可忽略不计，g取10m/s2。由此可判定（ ）
A．m=0.2kg
B．v0=6m/s
C．小球在0.2m处时压力传感器示数为12N
D．小球在各位置压力传感器示数F与高度h的关系
【答案】BD
【详解】AB．小球从A点到B点，根据动能定理有
在B点，根据牛顿第二定律有
在A点，根据牛顿第二定律有
根据题意可知
联立解得
m=0.1kg，v0=6m/s
故A错误，B正确；
C．设小球在0. 2m处时与圆心的连线与竖直方向的夹角为，根据几何关系有
小球从A点到0. 2m处，根据动能定理有
在0. 2m处，根据牛顿第二定律有
解得
所以压力传感器示数为11N，故C错误；
D．设在任意高度h处小球的速度为v，由动能定理有
在右侧轨道上，设小球在h处和圆心的连线与竖直方向的夹角为，当h≤R时，由牛顿运动定律有
在最低点有
可得
当R＜h≤2R时该式仍成立，故D正确。
故选BD。
12．在大型物流货场，广泛应用着传送带搬运货物。如图甲所示，与水平面成角倾斜的传送带以恒定速率运动，皮带始终是绷紧的，将的货物放在传送带上的A处，经过到达传送带的B端。用速度传感器测得货物与传送带的速度v随时间t变化图像如图乙所示。已知重力加速度，由图像可知（ ）
A．货物从A运动到B过程中，摩擦力恒定不变
B．货物从A运动到B过程中，传送带对货物摩擦力做功为
C．货物从A运动到B过程中，货物与传送带摩擦产生的热量为
D．货物从A运动到B过程中，货物与传送带摩擦产生的热量为
【答案】BC
【详解】A．由图像可知，传送带的速度为，在物体到达与传送带共速之前，即内，货物受沿斜面向下的摩擦力；在此之后，货物受沿斜面向上的摩擦力，故A错误；
B．由图像可以看出货物做两段匀加速直线运动，根据牛顿第二定律有
由图像得到
解得
，
第一个加速阶段货物的位移
第一个加速阶段货物的位移
故摩擦力做功
故B正确；
C D．两个加速阶段，货物与传送带的相对位移分别为、，货物与传送带摩擦产生的热量分两段来求，有
故C正确，故D错误。
故选BC。
非选择题：本题共6小题，共60分。
13．（6分）利用图1装置做“验证机械能守恒定律”的实验。
(1)除打点计时器（含纸带、复写纸）、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有 。（填序号）
A．大小合适的铁质重锤 B．秒表
C．体积较大的木质重锤 D．刻度尺
(2)图2是实验中得到的一条纸带。在纸带上选取三个连续打出的点、、，测得它们到起始点的距离分别为、、。重锤质量用表示，已知当地重力加速度为，打点计时器打点的周期为，从打下点到打下点的过程中，重锤重力势能的减少量 ，动能的增加量 。（均用已知和测量物理量符号表示）；代入数据计算发现动能的增加量会略小于重力势能的减少量，出现这一结果是因为 。
(3)某同学在纸带上选取计数点后，通过描绘图像（如图）去研究机械能是否守恒。若图像中的斜率近似等于 时，可认为在误差允许范围内机械能守恒。
【答案】(1)AD/DA
(2) 重物下落过程中存在阻力作用
(3)
【详解】（1）[1]除打点计时器（含纸带、复写纸）、交流电源、铁架台、导线及开关外，在下面的器材中，必须使用的还有大小合适的铁质重锤和刻度尺。
故选AD。
（2）[2][3]从打下点到打下点的过程中，重锤重力势能的减少量
打下点的速度
动能的增加量
[4]代入数据计算发现动能的增加量会略小于重力势能的减少量，出现这一结果是因为重物下落过程中存在阻力作用。
（3）[5]若机械能守恒，则
可得
则若图像中的斜率近似等于2g时，可认为在误差允许范围内机械能守恒。
14．（8分）实验小组的同学用以下器材验证平抛运动过程中机械能守恒：二维运动传感器、平抛轨道、计算机、数据线、铁架台、重锤线。
如图甲所示，二维运动传感器是由小球和接收器组成。接收器每隔0.02s采集一次小球发射出的定位信号，并将数据发送给计算机进行处理。
（1）调节平抛轨道，使轨道末端 ；
（2）将小球从轨道的某高度处由静止释放。计算机接收到的数据如下表所示，并根据数据自动绘出了小球运动的点迹如图乙所示。
（3）分析实验数据可知，小球水平方向的分运动是 运动，选取图中B点到F点为研究过程，小球运动到这两点时竖直方向分速度的大小分别为和，其中 （结果保留2位有效数字），将数据带入等式 （用、、B和F间高度差、重力加速度g表示）。在误差允许范围内等式成立，即可验证平抛运动过程中机械能守恒。
【答案】 水平 匀速直线 0.71
【详解】（1）[1]为使小球初速度水平，调节平抛轨道，使轨道末端水平。
（3）[2]分析实验数据可知，相邻两小球间的水平距离相等，小球水平方向的分运动是匀速直线运动。
[3]根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程平均速度，则
[4]若平抛运动过程中机械能守恒，则有
整理得
15．（10分）机械臂广泛应用于机械装配。如图所示，某质量为的工件（视为质点）被机械臂抓取后，在竖直平面内由静止开始斜向上做匀加速直线运动，加速度大小为，运动方向与竖直方向夹角为，提升高度为。g取。求：
（1）提升高度为h时，工件的速度大小；
（2）在此过程中，工件运动的时间及合力对工件做的功。
【答案】（1）；（2），
【详解】（1）根据题意可知，工件被提升过程中，运动的位移为
根据匀变速直线运动位移与速度关系有
解得
（2）根据速度公式有
解得
根据动能定理有
解得合力对工件做的功
16．（16分）如图所示的装置放在水平地面上，该装置由弧形轨道、竖直圆轨道、水平直轨道AB和倾角θ＝37°的斜轨道BC平滑连接而成。质量m＝0.1kg的小滑块从弧形轨道离地高H＝1.0m处静止释放。已知R＝0.2m，LAB＝LBC＝1.0m，滑块与轨道AB间的动摩擦因数为μ1＝0.25，与轨道BC间的动摩擦因数均为μ2＝0.5，弧形轨道和圆轨道均可视为光滑，忽略空气阻力。（sin37°＝0.6，cs37°＝0.8，g＝10m/s2）
（1）求滑块运动到圆的最高点D对轨道的压力大小；
（2）求滑块到达B点时的动能；
（3）求物体最终停在何处，离B点有多远。
【答案】（1）5N；（2）0.75J；（3）0.6m
【详解】（1）滑块从开始下滑到到达轨道D点时由机械能守恒定律
在D点时
解得
FND=5N
（2）滑块从开始下滑到到达B点时由动能定理
解得
EkB=0.75J
（3）滑块滑上斜面后到达最高点时满足
解得
x=0.75m
然后下滑到水平面时
解得
物体最终停在离B点0.6m远的位置。
17．（20分）如图所示，半径m的圆弧轨道固定在竖直平面内，轨道的一个端点B和圆心O的连线与水平方向的夹角，另一端点C为轨道的最低点，C点右侧的水平面上紧挨C点静止放置一木板，木板质量kg，上表面与C点等高。质量kg可视为质点的物块在A点以3m/s的速度水平抛出，恰好从轨道的B端沿切线方向进入轨道且沿着轨道下滑，物块以12m/s的速度滑上木板的左端。已知物块与木板间的动摩擦因数，木板与地面之间的动摩擦因数，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，m/s2求：
（1）物块在B点时的速度大小；
（2）物块从轨道的B点运动至C点的过程中克服摩擦力所做的功；
（3）若木板足够长，从物块滑上木板开始至木板停下的整个过程中，木板和地面之间由于摩擦所产生的热量Q。
【答案】（1）6m/s；（2）10.5J；（3）4J
【详解】（1）物体从A到B做平抛运动，在B点有
解得物块在B点的速度
（2）物体从B点运动到C点过程中，由动能定理有
解得物块克服摩擦力做功
（3）物块滑上木板后做匀减速直线运动，加速度大小为，由牛顿第二定律有
物块与木板达的共同速度为，由运动学公式有
木板做匀加速直线运动，加速度大小为a2，由牛顿第二定律有
由运动学规律有
解得
木板匀加速直线运动的位移
当二者达到共速后，假设物块和木板一起运动，由牛顿第二定律有
解得物块和木板一起运动加速度大小
对物块由牛顿第二定律有
假设成立，即二者达共速后一起做匀减速直线运动至停下。
木板匀减速直线运动的位移为
木板和地面之间由于摩擦所产生的热量
点迹
A
B
C
D
E
F
G
x（cm）
6.60
9.00
11.40
13.80
16.20
18.60
21.00
y（cm）
0.67
1.89
3.50
5.50
7.89
10.67
13.84