物理4 机械能守恒定律测试题

这是一份物理4 机械能守恒定律测试题，共12页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.背越式跳高是一项跳跃障碍的运动项目,包括助跑、起跳、过杆和落地四个阶段,下图为从起跳到落地的运动过程分解图,某同学身高1.80 m,体重60 kg,参加学校运动会成功地越过了1.90 m的横杆,该同学跳起时刻的动能可能是(g取10 m/s2)( )
A.400 JB.500 J
C.800 JD.2 000 J
答案:C
解析:运动员跳高过程可以看作竖直上抛运动,当重心达到足以越过横杆时速度恰好为零,运动员重心升高高度约为h=1.90 m-1.802 m=1.0 m
根据机械能守恒定律可知,跳起时的动能
Ek=mgh=60×10×1.0 J=600 J
因实际过程中存在阻力,则可知,只有动能大于600 J时才能成功越过,但2 000 J不符合实际,选项C正确,A、B、D错误。
2.某运动员在比赛时投掷铅球的分解动作如图所示,若铅球出手时速度大小约为10 m/s,铅球质量为5 kg,则在运动员掷铅球的过程中,合力对铅球做的功约为( )
A.25 JB.250 J
C.70 JD.270 J
答案:B
解析:对掷铅球的过程,由动能定理得合力对铅球做的功为W=12mv02-0=12×5×102 J=250 J。
3.如图所示,小物体A沿高为h、倾角为θ的光滑斜面以初速度v0从顶端滑到底端,而相同的物体B以同样大小的初速度从同等高度处竖直上抛,则( )
A.两物体落地时速度相同
B.从开始至落地,重力对它们做功相同
C.两物体落地时重力的瞬时功率相同
D.从开始运动至落地过程中,重力对它们做功的平均功率相同
答案:B
解析:整个过程重力对它们做的功均为mgh,根据机械能守恒知两物体落地时速度的大小相等,但方向不同,选项A、C错误,B正确;从开始至落地它们用时不等,选项D错误。
4.如图所示,某同学用绳子拉动木箱,使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度。木箱获得的动能一定( )
A.小于拉力所做的功
B.等于拉力所做的功
C.等于克服摩擦力所做的功
D.大于克服摩擦力所做的功
答案:A
解析:设拉力做的功、克服摩擦力做的功分别为WT、Wf,木箱获得的动能为Ek,根据动能定理可知,WT-Wf=Ek,则EkmA,又h相同,所以重力势能的变化量ΔEp=mgh不同,故选项C错误;对A根据运动学公式得,A运动时间为tA=2hg,重力做功的平均功率为PA=mAght=mAghg2h,设B运动时间为tB,则hsinθ=12gsin θ·tB2,解得tB=1sinθ2hg,重力做功的平均功率为PB=mBghtB=mBghsin θg2h,又mAg=mBgsin θ,所以重力做功的平均功率相同,故选项D正确。
7.(2021·河北卷)一半径为R的圆柱体水平固定,横截面如图所示。长度为πR、不可伸长的轻细绳,一端固定在圆柱体最高点P处,另一端系一个小球。小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时,绳刚好拉直。将小球从Q点由静止释放,当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时,小球的速度大小为(重力加速度为g,不计空气阻力)( )
A.(2+π)gRB.2πgR
C.2(1+π)gRD.2gR
答案:A
解析:方法一:根据动能定理有mgR+πR2=12mv2-0
解得v=(2+π)gR,选项A正确。
方法二:选PQ所在高度处为参考平面,初状态的机械能为E1=0,末状态的机械能为E2=-mgR+πR2+12mv2
由机械能守恒定律可得E1=E2,解得v=(2+π)gR,选项A正确。
二、多项选择题(本题共3小题,每小题4分,共12分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全得2分,有选错的得0分)
8.(2020·天津卷)复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车,初速度为v0,以恒定功率P在平直轨道上运动,经时间t达到该功率下的最大速度vm,设动车行驶过程所受到的阻力F保持不变。动车在时间t内( )
A.做匀加速直线运动
B.加速度逐渐减小
C.牵引力的功率P=Fvm
D.牵引力做功W=12mvm2-12mv02
答案:BC
解析:动车的功率恒定,根据P=F牵v可知动车的牵引力减小,根据牛顿第二定律得F牵-F=ma,可知动车的加速度减小,所以动车做加速度减小的加速运动,选项A错误,B正确;当加速度为0时,牵引力等于阻力,则额定功率为P=Fvm,选项C正确;动车功率恒定,在t时间内,牵引力做功为W=Pt,根据动能定理得Pt-Fs=12mvm2-12mv02,选项D错误。
9.如图所示,轻质弹簧的左端固定,并处于自然状态。质量为m的物块,从A点向左沿水平地面运动,压缩弹簧后被弹回,运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大距离为s,与地面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,弹簧未超出弹性限度。在上述过程中( )
A.弹簧的最大弹力为μmg
B.物块克服摩擦力做的功为2μmgs
C.弹簧的最大弹性势能为μmgs
D.物块在A点的初速度为2μgs
答案:BC
解析:物块压缩弹簧最短时有F弹>μmg,故选项A错误;全过程物块通过的路程为2s,所以全过程中物块克服摩擦力做的功为Wf=μmg·2s,故选项B正确;物块从弹簧压缩最短处到A点,由能量守恒得Epmax=μmgs,故选项C正确;物块从A点返回A点,由动能定理得-μmg·2s=0-12mv02,解得v0=2μgs,故选项D错误。
10.如图所示,三个小球A、B、C的质量均为m,A与B、C间通过铰链用轻杆连接,杆长为l,B、C置于水平地面上,用一轻质弹簧连接,弹簧处于原长。现A由静止释放下降到最低点,两轻杆间夹角α由60°变为120°,A、B、C在同一竖直平面内运动,弹簧在弹性限度内,忽略一切摩擦,重力加速度为g。则在此过程中( )
A.A的动能达到最大前,B受到地面的支持力小于32mg
B.A的动能最大时,B受到地面的支持力等于32mg
C.弹簧的弹性势能最大时,A的加速度方向竖直向下
D.弹簧的弹性势能最大值为32mgl
答案:AB
解析:A的动能最大时,设B和C受到地面的支持力大小均为F,此时A、B、C整体在竖直方向受力平衡,可得2F=3mg,所以F=32mg,A的动能达到最大前一直加速下降,处于失重状态,所以B受到地面的支持力小于32mg,故选项A、B正确;当A达到最低点时动能为零,此时弹簧的弹性势能最大,A的加速度方向向上,故选项C错误;A球达到最大动能后向下做减速运动,到达最低点时三个小球的动能均为零,由机械能守恒定律得,弹簧的弹性势能为Ep=mg(lcs 30°-lcs 60°)=3-12mgl,故选项D错误。
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
11.(8分)(2021·河北卷)某同学利用图甲中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50 g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为200 g,其上可放钩码)、刻度尺。当地重力加速度为9.80 m/s2。实验操作步骤如下:
甲
①安装器材,调整两个光电门距离为50.00 cm,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图甲所示;
②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光电门的速度;
③保持绳下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;
④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量m总、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量ΔEk及系统总机械能的减少量ΔE,结果如下表所示。
回答下列问题:
(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为 J(保留三位有效数字)。
(2)步骤④中的表格所缺数据为 。
(3)以m总为横轴、ΔE为纵轴,选择合适的标度,在图乙中绘出ΔE-m总图像。
乙
若忽略滑轮和绳子之间的摩擦力做功,求滑块与木板之间的动摩擦因数为 。(保留三位有效数字)
答案:(1)0.980 (2)0.588 (3)如图所示 0.400
解析:(1)ΔEp=4mgh=4×50×10-3×9.8×0.5 J=0.980 J。
(2)ΔE=ΔEp-ΔEk=0.980 J-0.392 J=0.588 J。
(3)根据表格数据描点作图即可;由题意可知,滑块和木板之间的摩擦力做功即为系统损失的机械能,则有μm总gl=ΔE,根据图像得μ=0.400。
12.(8分)气垫导轨上相隔一定距离的两处安装有两个光电传感器A、B,A、B间距为l,滑块P上固定一遮光条,P与遮光条的总质量为m0,若光线被遮光条遮挡,光电传感器会输出高电压,两光电传感器采集数据并与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动,遮光条经过光电传感器A、B时,通过计算机可以得到电压U随时间t变化的图像。
甲
乙
丙
(1)实验前,接通气源,将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨上,轻推滑块,当图乙中的t1 (选填“>”“=”或“