2022年高考物理新一轮总复习 阶段示范性测试5 机械能及其守恒定律（含解析）

2022年高考物理新一轮总复习 阶段示范性测试5 机械能及其守恒定律（含解析）本卷测试内容：机械能及其守恒定律本试卷分为第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分，共110分。测试时间90分钟。第卷(选择题，共50分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第2、4、5、8小题，只有一个选项正确；第1、3、6、7、9、10小题，有多个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)1. xx长春模拟如图所示，小球m用一条不可伸长的轻质细线拴住后悬于O点，小球置于一个斜面不光滑的斜劈M上，用水平力F向左推动斜劈M在光滑水平桌面上由位置甲向左缓慢移动到位置乙，在此过程中，正确的说法是()A. M、m间的摩擦力对m不做功B. M、m间的摩擦力对m做负功C. F对M所做的功与m对M所做的功的绝对值相等D. M、m间的弹力对m做正功解析：小球在向左摆动过程中，M对m的摩擦力方向与小球m的位移方向间夹角小于90，故摩擦力对m做正功，选项A、B均错误；因M缓慢向左运动，地面对M的支持力和M的重力不做功，一定有F对M所做的功与m对M所做的功的绝对值相等，选项C正确；M对m的弹力方向与m位移方向夹角小于90，故对m做正功，选项D正确。答案：CD2. xx聊城模拟质量为m的汽车，启动后发动机以额定功率P沿水平道路行驶，经过一段时间后以速度v匀速行驶。若行驶中受到的摩擦阻力大小不变，则在加速过程中车速为时，汽车的加速度为()A. B. C. D. 0解析：由题意可知汽车的最大速度为v，设阻力为Ff，则有PFfv，当车速为时，PF，再根据牛顿第二定律FFfma可得a，故本题选B。答案：B3. xx太原高三调研如图所示，一直角斜面固定在水平地面上，右边斜面倾角为60，左边斜面倾角为30，A、B两物体分别系于一根跨过定滑轮的轻绳两端，置于两斜面上，且位于同高度处于静止状态。将两物体看成质点，不计一切摩擦和滑轮质量，剪断轻绳，让两物体从静止开始沿斜面滑下，下列判断正确的是(以地面为参考平面)()A. 到达斜面底端时两物体速率相等B. 到达斜面底端时两物体机械能相等C. 到达斜面底端时两物体重力的功率相等D. 两物体沿斜面下滑的时间相等解析：根据机械能守恒定律，两物体减少的重力势能转化为动能mghmv2，到达斜面底端的速率v，只与高度有关，而两物体高度一样，到达斜面底端的速率相等，则A正确；两物体在光滑斜面上能够静止，轻绳张力处处相等，则有mAgsin60mBgsin30，得mAmB，两物体质量不相等，高度一样，那么两物体机械能不相等，则B错；两物体到达斜面底端时重力做功功率分别为PAmAgvsin60，PBmBgvsin30，则有PAPB，则C正确；两物体匀加速下滑，gsint2，两物体高度相同而斜面倾斜角不同，下滑的时间就不相等，则D错误。答案：AC4. xx大连模拟如图所示，一长为L的均匀铁链对称地挂在一轻质小滑轮上，由于某一微小的扰动使得铁链向一侧滑动，则铁链完全离开滑轮时的速度大小为()A. B. C. D. 解析：铁链向一侧滑动的过程受重力和滑轮弹力的作用，弹力始终与对应各节链条的运动方向垂直，故只有重力做功。设铁链刚好完全离开滑轮时的速度为v，由机械能守恒定律有：mv2Ep0其中铁链重力势能的变化量相当于滑离时下半部分的重力势能减去滑动前左半部分的重力势能，如图所示，即：Epmg，解得v，故C正确。答案：C5. xx池州模拟物体在恒定阻力作用下，以某初速度在水平面上沿直线滑行直到停止。以a、Ek、x和t分别表示物体运动的加速度大小、动能、位移的大小和运动的时间。则以下各图象中，能正确反映这一过程的是()解析：物体在恒定阻力作用下运动，其加速度随时间不变，随位移不变，选项A、B错误；由动能定理，FfxEkEk0，解得EkEk0Ffx，选项C正确，D错误。答案：C6. xx浙江五校高三联考如图所示，半径r0.5 m的光滑圆轨道被竖直固定在水平地面上，圆轨道最低处有一小球(小球的半径比r小很多)。现给小球一个水平向右的初速度v0，要使小球不脱离轨道运动，v0应满足 ()A. v00 B. v02 m/sC. v05 m/s D. v0 m/s解析：小球不脱离圆轨道的条件有以下两种情形：(1)能通过最高点：上升到最高点的临界条件是v，在从最低点运动到最高点的过程中，根据机械能守恒定律mvmv22mgr，由以上两式解得：v05 m/s；(2)上升的高度hr：从最低点到最高点的过程中，根据机械能守恒定律mvmgh，由以上两式得：v0 m/s。正确选项为C、D。答案：CD7. xx黄山模拟长木板A放在光滑的水平面上，质量为m2 kg的另一物体B以水平速度v02 m/s滑上原来静止的长木板A的表面，由于A、B间存在摩擦，之后A、B速度随时间变化情况如图所示，则下列说法正确的是()A. 木板获得的动能为2 JB. 系统损失的机械能为2 JC. 木板A的最小长度为1 mD. A、B间的动摩擦因数为0.1解析：由vt图可知，木板和物体共速前的加速度大小均为a1 m/s2，它们所受的合外力均为摩擦力，Ffmg，所以木板质量Mm2 kg，木板获得的动能Ek1Mv212 J1 J，故A错；系统机械能损失Emv(Mm)v2 J，故B对；木板的最小长度可由vt图面积求得，L21 m1 m，故C对；由ag1 m/s2得0.1, 故D对。答案：BCD8. xx苏州模拟在如图所示的物理过程示意图中，甲图中一端固定有小球的轻杆从右偏上30角释放后绕光滑支点摆动；乙图为末端固定有小球的轻质直角架，释放后绕通过直角顶点的固定轴O无摩擦转动；丙图为置于光滑水平面上的A、B两小车，B静止，A获得一向右的初速度后向右运动，某时刻连接两车的细绳绷紧，然后带动B车运动；丁图为置于光滑水平面上的带有竖直支架的小车，把用细绳悬挂的小球从图示位置释放，小球开始摆动。关于这几个物理过程(空气阻力忽略不计)，下列判断中正确的是()A. 甲图中小球机械能守恒B. 乙图中小球A的机械能守恒C. 丙图中两车组成的系统机械能守恒D. 丁图中小球的机械能守恒解析：(甲)图过程中轻杆对小球不做功，小球的机械能守恒；(乙)图过程中A、B两球通过杆相互影响(例如开始时A球带动B球转动)，轻杆对A的弹力不沿杆的方向，会对小球做功，所以每个小球的机械能不守恒，但把两个小球作为一个系统时机械能守恒；(丙)图中绳子绷紧的过程虽然只有弹力作为内力做功，但弹力突变有内能转化，机械能不守恒；(丁)图过程中细绳也会拉动小车运动，取地面为参考系，小球的轨迹不是圆弧，细绳会对小球做功，小球的机械能不守恒，把小球和小车当做一个系统，机械能才守恒。故选项A正确。答案：A9. xx郑州质检如图所示，表面粗糙的固定斜面顶端安装一个定滑轮，小物块A、B用轻绳连接并跨过定滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)。初始时刻，手扶物块B使A、B处于静止状态。松手后A下落、B沿斜面上滑，则从松手到物块A着地前的瞬间()A. 物块A减少的机械能等于物块B增加的机械能B. 轻绳对物块B做的功等于物块B的机械能增量C. 轻绳对物块A做的功等于物块A的机械能变化量D. 摩擦力对物块B做的功等于系统机械能的变化量解析：因为斜面的摩擦力对B做负功，所以物块A、B组成的系统的机械能不守恒，选项A错误；重力以外的力做的功等于机械能的增量，轻绳和斜面对物块做的功等于物块B机械能的增量，选项B错误；除重力以外，只有轻绳对物块A做功，所以轻绳对物块A做的功等于物块A机械能的变化量，选项C正确；以A、B作为一个系统，绳子的拉力(内力)和重力做的功不会影响系统的机械能，故斜面摩擦力对物块B做的功等于系统机械能的变化量，选项D正确。答案：CD10. 如图所示，水平传送带在电动机的带动下始终以速度v匀速运动。某时刻在传送带上A点处轻轻放上一个质量为m的小物体，经时间t小物体的速度与传送带相同，相对传送带的位移大小为x，A点未到右端，在这段时间内()A. 小物体相对地面的位移大小为xB. 传送带上的A点对地的位移大小为xC. 由于物体与传送带相互作用产生的热能为mv2D. 由于物体与传送带相互作用电动机要多做的功为mv2解析：在这段时间内，物体从静止做匀加速直线运动，其相对地面的位移为x1vt，传送带(或传送带上的A点)相对地面的位移为x2vt，物体相对传送带的位移大小xx2x1vt，显然x1x，x22x，所以选项A正确，B错误；物体与传送带间的滑动摩擦力做功，将系统的部分机械能转化为系统的内能，摩擦生热QFfx，对物体运用动能定理有Ffx1mv2，又x1x，所以QFfxmv2，选项C错误；在这段时间内，电动机要多做功以克服滑动摩擦力做功，WFfx22Ffxmv2，选项D正确。答案：AD第卷(非选择题，共60分)二、实验题(本题共2小题，共20分)11. (8分)如图所示，两个质量分别为m1和m2的物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端(m1m2)，1、2是两个光电门。用此装置验证机械能守恒定律。(1)实验中除了获取物块B通过两光电门时的速度v1、v2外，还需要测量物理量_。(2)用已知量和测量量写出验证机械能守恒的表达式_。解析：A、B运动过程中，若系统的机械能守恒，则有m1ghm2gh(m1m2)(vv)，所以除了知道物体B通过两光电门时的速度v1、v2外，还需要测的物理量有：m1和m2，两光电门之间的距离h。答案：(1)A、B两物块的质量m1和m2，两光电门之间的距离h(2)(m1m2)gh(m1m2)(vv)12. (12分)xx成都高新区月考某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图(甲)，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。(甲)(1)实验主要步骤如下： 测量出小车和拉力传感器的总质量M；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路。将小车停在C点，释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。在小车中增加砝码，或_，重复的操作。(2)下表是他们测得的一组数据，其中M是M与小车中砝码质量之和，|vv|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功。表格中的E3_J，W3_ J。(结果保留三位有效数字)次数M/kg|vv|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43(3)根据上表，我们在图(乙)中的方格纸上作出EW图线如图所示，它说明了_ _。(乙)解析：(1)改变对小车的拉力，就要改变钩码数量；(2)E3M|vv|0.600 J，W3FL1.2200.5 J0.610 J；(3)由图线可知，拉力(合力)所做的功近似等于物体动能的改变量。答案：(1)减少砝码 (2)0.600 0.610 (3)拉力(合力)所做的功近似等于物体动能的改变量三、计算题(本题共4小题，共40分)13. (8分)xx湖南常德高三阶段检测如图所示，质量m1 kg的滑块(可看成质点)，被压缩的弹簧弹出后在粗糙的水平桌面上滑行一段距离x0.4 m后从桌面抛出，落在水平地面上。落点到桌边的水平距离s1.2 m，桌面距地面的高度h0.8 m。滑块与桌面间的动摩擦因数0.2.(取g10 m/s2，空气阻力不计)求：(1)滑块落地时速度的大小；(2)弹簧弹力对滑块所做的功。解析：(1)滑块抛出后竖直方向自由落体hgt2解得t滑块落地时竖直方向速度vygt4 m/s滑块抛出后水平方向匀速运动v03 m/s所以落地速度v5 m/s(2)根据动能定理W弹mgxmv解得W弹mgxmv5.3 J答案：(1)5 m/s(2)5.3 J14. (8分)xx晋中模拟从地面上以初速度v010 m/s竖直向上抛出一质量为m0.2 kg的球，若运动过程中受到的空气阻力与其速率成正比关系，球运动的速度随时间变化规律如图所示，t1时刻到达最高点，再落回地面，落地时速率为v12 m/s，且落地前球已经做匀速运动。(g10 m/s2)求：(1)球从抛出到落地过程中克服空气阻力所做的功；(2)球抛出瞬间的加速度大小。解析：(1)全程应用动能定理：WFfmvmv代入数据，解得：WFf9.6 J。(2)设空气阻力大小与速率的关系为：Ffkv。则抛出时：mgkv0ma落地时匀速：kv1mg联立解得：ag(1)60 m/s2。答案：(1)9.6 J(2)60 m/s215. (12分)如图所示，由于街道上的圆形污水井盖破损，临时更换了一个稍大于井口的红色圆形平板塑料盖。为了测试因塑料盖意外移动致使盖上的物块滑落入污水井中的可能性，有人做了一个实验：将一个可视为质点、质量为m的硬橡胶块置于塑料盖的圆心处，给塑料盖一个沿径向的水平向右的初速度v0，实验的结果是硬橡胶块恰好与塑料盖分离。设硬橡胶块与塑料盖间的动摩擦因数为，塑料盖的质量为2m、半径为R，假设塑料盖与地面之间的摩擦可忽略，且不计塑料盖的厚度。(1)求硬橡胶块与塑料盖刚好分离时的速度大小；(2)通过计算说明实验中的硬橡胶块是落入井内还是落在地面上。解析：(1)设硬橡胶块与塑料盖恰好分离时，两者的共同速度为v，从开始滑动到分离经历时间为t，在此期间硬橡胶块与塑料盖的加速度大小分别为a1、a2，由牛顿第二定律得：mgma1mg2ma2va1tv0a2t由以上各式得vv0。(2)设硬橡胶块与塑料盖恰好分离时，硬橡胶块移动的位移为x，取硬橡胶块分析，应用动能定理得mgxmv2由系统能量关系可得mgR(2m)v(m2m)v2由式可得xR因xv0，所以存在满足条件的H值。答案：(1)0.1 kg0.2 m(2)存在