2020版高中物理 第二章 能的转化与守恒检测试题 鲁科版必修2

2020版高中物理 第二章 能的转化与守恒检测试题 鲁科版必修2

1 《能的转化与守恒》检测试题 (时间:90 分钟　满分:100 分) 【二维选题表】 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度 与 责任 重力做功 及重力势 能 1(易) 功能关系 的 理解 2(易) 能的转移 与转化的 方向性 7(易) 机械能守 恒的判断 8(易),10(中) 机械能守 恒定律的 应用 3(易),5(中), 12(中),17(中) 动能定理 的 应用 4(中),6(中),9(中), 11(中),15(易), 17(中),18(难) 16(中) 18(难) 实验 13(中,)14(中) 一、选择题(第 1～6 题为单项选择题,第 7～12 题为多项选择题,每小题 4 分,共 48 分) 1.当物体克服重力做功时,物体的(　C　) A.重力势能一定减少,机械能可能不变 B.重力势能一定增加,机械能一定增加 C.重力势能一定增加,动能可能不变 D.重力势能一定减少,动能可能减少 解析:当物体克服重力做功时,重力势能一定增加,动能可能不变,可能增加也可能减少,机械 能可能不变,可能增加,可能减少.故选项 C 正确,A,B,D 错误. 2.下列关于功和机械能的说法,正确的是(　C　) A.在有阻力作用的情况下,物体重力势能的减少量不等于重力对物体所做的功 B.合力对物体所做的功等于物体机械能的改变量 C.物体的重力势能是物体与地球之间的相互作用能,其大小与零势能点的选取有关 D.运动物体动能的减少量一定等于其重力势能的增加量 解析:重力势能的减少量恒等于重力对物体所做的功,与有无阻力作用无关,选项 A 错;由动 能定理可知,合力对物体所做的功等于物体动能的变化量,选项 B 错;物体的重力势能是物体 与地球相互作用能,势能大小与零势能点的选取有关,选项 C 对;在只有重力做功的前提下才 可满足物体动能的减少量等于物体重力势能的增加量,选项 D 错. 3.一个质量为 m 的滑块,以初速度 v0 沿光滑斜面向上滑行,当滑块从斜面底端滑到高为 h 的 地方时,以斜面底端为参考平面,滑块的机械能为(　A　) 2 A. m B.mgh C. m +mgh D. m -mgh 解析:在整个过程中,只有重力做功,机械能守恒,总量都是 m ,选项 A 正确. 4.某运动员臂长为 L,将质量为 m 的铅球推出,铅球出手时的速度大小为 v0,方向与水平方向 成 30°角,则该运动员对铅球所做的功是(　A　) A. mgL+ m B.mgL+m C. m D.mgL+ m 解析:设运动员对铅球做功为 W,由动能定理得 W-mgLsin 30°= m ,所以 W= mgL+ m . 5. 质量为 m 的小球从高 H 处由静止开始自由下落,以地面作为零势能面.当小球的动能和重 力势能相等时,重力的瞬时功率为(　B　) A.2mg B.mg C. mg D. mg 解析:在小球的动能和重力势能相等时,设此时的高度为 h,物体的速度为 v,则根据机械能守 恒可得,mgH=mgh+ mv2,由于 mgh= mv2,所以 mgH=2× mv2, 所以此时的速度的大小为 v= , 3 此时重力的瞬时功率为 P=Fv=mgv=mg ,所以选项 B 正确. 6. 如图所示,光滑斜面的顶端固定一弹簧,一小球向右滑行,并冲上固定在地面上的斜面.设 小球在斜面最低点 A 的速度为 v,压缩弹簧至 C 点时弹簧最短,C 点距地面高度为 h,则从 A 到 C 的过程中弹簧弹力做功是(　A　) A.mgh- mv2 B. mv2-mgh C.-mgh D.-(mgh+ mv2) 解析:由 A 到 C 的过程运用动能定理可得 -mgh+W=0- mv2, 所以 W=mgh- mv2,故 A 正确. 7.下列说法中正确的有(　ACD　) A.热量只能自发地从高温物体传给低温物体,而不能自发地从低温物体传给高温物体 B.内能不能转化为动能 C.内能不能自发地转化为动能 D.自然界中涉及热现象的宏观过程都有方向性 解析:内能可以在一定条件下转化为动能,选项 B 错误,A,C,D 均正确. 8.下列运动物体,机械能守恒的有(　BD　) A.物体沿斜面匀速下滑 B.物体做自由落体运动 C.跳伞运动员在空中匀速下落 D.沿光滑曲面自由下滑的木块 解析:物体沿斜面匀速下滑,过程中受到重力、支持力、摩擦力,其中摩擦力做功,机械能不守 恒,A 错误;做自由落体运动过程中只受重力,并且只有重力做功,所以机械能守恒,B 正确;跳 伞运动员在空中匀速下落受到重力、向上的阻力作用,阻力做功,机械能不守恒,C 错误;沿光 滑曲面下滑的木块运动过程中,只有重力做功,机械能守恒,D 正确. 9.人站在 h 高处的平台上,水平抛出一个质量为 m 的小球,物体落地时的速度为 v,不计阻力, 则(　BC　) A.人对小球做的功是 mv2 B.人对小球做的功是 mv2-mgh 4 C.取地面为零势能面,小球落地时的机械能是 mv2 D.取地面为零势能面,小球落地时的机械能是 mv2-mgh 解析:对全过程运用动能定理得 mgh+W= mv2-0,解得 W= mv2-mgh,A 错误,B 正确;以地面为 重力势能的零点,小球落地时的重力势能为 0,动能为 mv2,物体的机械能为 E=0+ mv2= mv2,C 正确,D 错误. 10. 如图所示,一轻质弹簧固定于 O 点,另一端固定一小球,将小球从与悬点 O 在同一水平面 且弹簧保持原长的 A 点无初速度释放,让其自由摆下,不计空气阻力,在小球摆向最低点 B 的 过程中,下列说法正确的是(　BD　) A.小球的机械能守恒 B.小球的机械能减少 C.小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和不变 D.小球与弹簧组成的系统机械能守恒 解析:由 A 到 B 的过程中,只有重力和弹簧弹力做功,系统机械能守恒,即弹簧与小球的总机 械能守恒,根据能量守恒定律知,系统机械能不变,弹簧的弹性势能增加,则小球的机械能减 少,故选项 A 错误,B,D 正确;根据系统的机械能守恒知,小球的动能、重力势能与弹簧的弹性 势能之和不变,而小球的动能增大,则小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和变小,故选项 C 错误. 11. 如图所示,某段滑雪雪道倾角为 30°,总质量为 m(包括雪具在内)的滑雪运动员从距底端 高为 h 处的雪道上由静止开始匀加速下滑,加速度为 g.在他从上向下滑到底端的过程中, 下列说法正确的是(　AD　) A.运动员获得的动能为 mgh B.运动员减少的重力势能全部转化为动能 5 C.运动员克服摩擦力做功为 mgh D.下滑过程中系统减少的机械能为 mgh 解析:运动员的加速度为 g,沿斜面 mg-f=m· g,f= mg,Wf= mg·2h= mgh,所以 B,C 项错误,D 项正确;Ek=mgh- mgh= mgh,A 项正确. 12. 如图所示,在倾角θ=30°的光滑固定斜面上,放有两个质量分别为 1 kg 和 2 kg 的可视为 质 点 的 小 球 A 和 B , 两 球 之 间 用 一 根 长 L = 0 . 2 m 的 轻 杆 相 连 , 小 球 B 距 水 平 地 面 的 高 度 h = 0 . 1 m . 两 球 从 静 止 开 始 下 滑 到 光 滑 地 面 上 , 不 计 球 与 地 面 碰 撞 时 的 机 械 能 损 失 , g 取 10 m/s2,则下列说法中正确的是(　BD　) A.下滑的整个过程中 A 球机械能守恒 B.下滑的整个过程中两球组成的系统机械能守恒 C.两球在光滑水平面上运动时的速度大小为 2 m/s D.下滑的整个过程中 B 球机械能的增加量为 J 解析:当小球 A 在斜面上、小球 B 在水平地面上时,轻杆分别对 A,B 做功,因此下滑的整个过 程中 A 球机械能不守恒,而两球组成系统机械能守恒,A 错误,B 正确;从开始下滑到两球在光 滑水平面上运动,利用机械能守恒定律可得 mAg(Lsin 30°+h)+mBgh= (mA+mB)v2,解得 v= m/s,C 错误;下滑的整个过程中 B 球机械能的增加量为ΔE= mBv2- mBgh= J,D 正确. 二、非选择题(共 52 分) 13.(6 分)验证“机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法: (1)用公式 mv2=mgh 时对纸带上起点的要求是　　　　　　　　. 6 (2)若实验中所用重锤质量 m=1kg,理想纸带如图所示,打点时间间隔为 0.02s,则记录 B 点时, 重锤的速度 vB=　　 　　,重锤动能 EkB= 　　　　.从开始下落起至 B 点,重锤的重力势能减少量是　　　　,因此可得出的结论 是　 . 解析:(1)用公式 mv2=mgh 验证机械能守恒定律的前提是重物的初速度为零,这样在下落高 度 h 的过程中,动能变化才为 mv2. (2)vB= m/s=0.585 m/s. EkB= m = ×1×0.5852 J≈0.171 J. ΔEp=mgh=1×9.8×1.76×10-2 J≈0.172 J. ΔEp≈EkB. 答案:(1)初速度等于零(1 分) (2)0.585 m/s(1 分)　0.171 J(1 分)　0.172 J(1 分) 在误差允许范围内,重锤动能的增加量等于其重力势能的减少量,重锤下落过程中机械能守 恒(2 分) 14.(6 分)某实验小组利用拉力传感器和速度传感器“探究功与速度变化的关系”.如图(甲) 所示,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 两点各安装一个 速度传感器,记录小车通过 A,B 点时的速度大小,小车中可以放置砝码. (1)实验主要步骤如下: ①测量　　　 　和拉力传感器的总质量 M1;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. ②将小车移至 C 点后释放,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过 A,B 点时的速 度. ③在小车中增加砝码或　　　　,重复②的操作. 7 (2)下表是他们测得的实验数据,其中 M 是 M1 与小车中砝码质量之和,| - |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ΔE,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ΔE3=　　　　,W3=　　　　.(结果保留三位有效数字) 次数 M/kg | - |/(m2/s2) ΔE/J F/N W/J 1 0.500 0.76 0.190 0.400 0.200 2 0.500 1.65 0.413 0.840 0.420 3 0.500 2.40 ΔE3 1.220 W3 4 1.000 2.40 1.200 2.420 1.210 5 1.000 2.84 1.420 2.860 1.430 (3)根据表格,请在图(乙)中的方格纸上作出ΔE-W 图线. 解析:(1)①在实验过程中拉力对小车和拉力传感器做功使小车和拉力传感器的动能增加,所 以需要测量小车和拉力传感器的总质量;③通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力 大小得出不同的数据;(2)通过拉力传感器的示数和 A,B 间距用 W=FL 可计算拉力做的功;(3) 利用图像法处理数据,可知 W 与ΔE 成正比,作图可用描点法,图线如图所示. 答案:(1)小车(1 分)　减少砝码(1 分)　(2)0.600 J(1 分) 0.610 J (1 分)　(3)图见解析(2 分) 15.(6 分)小球自 h=2 m 的高度由静止释放,与地面碰撞后反弹的高度为 h.设碰撞时没有动 能的损失,且小球在运动过程中受到的空气阻力大小不变,求: (1)小球受到的空气阻力是重力的多少倍? (2)小球从开始到停止运动的过程中运动的总路程. 解析:设小球的质量为 m,所受阻力大小为 f. (1)小球从 h 处释放时速度为零,与地面碰撞反弹到 h 时, 8 由动能定理 mg(h- h)-f(h+ h)=0, (2 分) 得 f= mg. (1 分) (2)设小球运动的总路程为 s,且最后小球静止在地面上,对于整个过程,由动能定理 mgh-fs=0 (2 分) 得 s= h=7×2 m=14 m. (1 分) 答案:(1) 　(2)14 m 16.(11 分)某一品牌汽车发动机的额定功率为 60 kW,质量为 5×103 kg,汽车在水平长直路面 上行驶时,阻力是车的重力的 0.05 倍,若汽车始终保持额定的功率不变,取 g=10 m/s2,则从 静止起动后,求: (1)汽车所能达到的最大速度. (2)当汽车的加速度为 1 m/s2 时,速度的大小. (3)如果汽车由起动到速度变为最大值时,马上关闭发动机,测得汽车通过 624 m 的路程所经 历的时间. 解析:(1)汽车保持额定功率不变,那么随着速度 v 的增大,牵引力 F 牵变小,当牵引力大小减 至与阻力 f 大小相同时,物体速度 v 到达最大 值 vm. P 额=f·vm,则 vm= = =24 m/s. (2 分) (2)a= ,则 F 牵=ma+f=7.5×103 N, (2 分) v= = =8 m/s. (1 分) (3)设由起动到速度最大历时为 t1,关闭发动机到停止历时为 t2. m =P 额·t1-f·s1, (2 分) 将数值代入,得 t1=50 s. (1 分) 由 vm= ·t2,得 t2=48 s. (1 分) 故 t 总=t1+t2=98 s. (2 分) 答案:(1)24 m/s　(2)8 m/s　(3)98 s 9 17.(10 分) 如图所示,物体 A 的质量 M=2 kg 和物体 B 的质量 m=1 kg,通过轻绳跨过滑轮相连. 斜面光滑,不计绳子和滑轮之间的摩擦.开始时 A 物体离地的高度为 h=0.4 m,B 物体位于斜面 的底端,斜面倾角为θ=30°,刚开始时用手托住 A 物体,使 A,B 两物体均处于静止状态.重力 加速度 g=10 m/s2,撤去手后,求: (1)A 物体落地瞬间的速度大小; (2)A 物体落地后 B 物体还能够继续沿斜面向上滑多远? 解析:(1)法一　应用动能定理 A 下落过程中,A,B 两物体速度大小相等 在 A 下落过程中,由动能定理得 Mgh-Th= Mv2 (2 分) 同时 B 物体沿斜面上升,由动能定理得 Th-mghsin θ= mv2. (2 分) 联立解得 v=2 m/s. (2 分) 法二　应用机械能守恒定律 对系统由ΔEp 减=ΔEk 增得 Mgh-mghsin θ= (M+m)v2, (4 分) 解得 v=2 m/s. (2 分) (2)A 落地后 B 继续上升,只有重力做功,机械能守恒, 则有-mgh1=0- mv2, (2 分) s= ,解得 s=0.4 m. (2 分) 答案:(1)2 m/s　(2)0.4 m 18.(13 分)滑板运动是一项惊险刺激的运动,深受青少年的喜爱.如图所示是滑板运动的轨 道,AB 和 CD 是一段圆弧形轨道,BC 是一段长是 7 m 的水平轨道.一运动员从 AB 轨道上 P 点以 6 m/s 的速度下滑,经 BC 轨道后冲上 CD 轨道, 到 Q 点时速度减为零.已知运动员的质量为 50 kg,h=1.4 m,H=1.8 m,不计圆弧轨道上的摩擦.(g=10 m/s2)求: (1)运动员第一次经过 B 点、C 点时的速度各是多大; (2)运动员与 BC 轨道的动摩擦因数; (3)运动员最后停在 BC 轨道上何处. 10 解析:(1)运动员从 P 点到第一次经过 B 点过程, 由机械能守恒定律得 mgh+ m = m (2 分) 代入数据,得 vB=8 m/s, (1 分) 运动员从第一次经过 C 点到 Q 点过程, 由机械能守恒, 得 m =mgH, (2 分) 代入数据得 vC=6 m/s. (1 分) (2)运动员从 B 到 C 过程,由动能定理,得 -μmgs= m - m , (2 分) 代入数据得μ=0.2. (1 分) (3)设运动员在 BC 轨道上通过的路程为 L, 由动能定理得,mgh-μmgL=0- m , (2 分) 代入数据,得 L=16 m, (1 分) 所以运动员最后停在离 B 点 2 m 处. (1 分) 答案:(1)8 m/s　6 m/s　 (2)0.2 (3)停在离 B 点 2 m 处