2022年高考物理新一輪總復(fù)習(xí) 階段示范性測試5 機(jī)械能及其守恒定律（含解析）

2022年高考物理新一輪總復(fù)習(xí) 階段示范性測試5 機(jī)械能及其守恒定律（含解析）本卷測試內(nèi)容：機(jī)械能及其守恒定律本試卷分為第卷(選擇題)和第卷(非選擇題)兩部分，共110分。測試時間90分鐘。第卷(選擇題，共50分)一、選擇題(本題共10小題，每小題5分，共50分。在每小題給出的四個選項中，第2、4、5、8小題，只有一個選項正確；第1、3、6、7、9、10小題，有多個選項正確，全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。)1. xx·長春模擬如圖所示，小球m用一條不可伸長的輕質(zhì)細(xì)線拴住后懸于O點，小球置于一個斜面不光滑的斜劈M上，用水平力F向左推動斜劈M在光滑水平桌面上由位置甲向左緩慢移動到位置乙，在此過程中，正確的說法是()A. M、m間的摩擦力對m不做功B. M、m間的摩擦力對m做負(fù)功C. F對M所做的功與m對M所做的功的絕對值相等D. M、m間的彈力對m做正功解析：小球在向左擺動過程中，M對m的摩擦力方向與小球m的位移方向間夾角小于90°，故摩擦力對m做正功，選項A、B均錯誤；因M緩慢向左運(yùn)動，地面對M的支持力和M的重力不做功，一定有F對M所做的功與m對M所做的功的絕對值相等，選項C正確；M對m的彈力方向與m位移方向夾角小于90°，故對m做正功，選項D正確。答案：CD2. xx·聊城模擬質(zhì)量為m的汽車，啟動后發(fā)動機(jī)以額定功率P沿水平道路行駛，經(jīng)過一段時間后以速度v勻速行駛。若行駛中受到的摩擦阻力大小不變，則在加速過程中車速為時，汽車的加速度為()A. B. C. D. 0解析：由題意可知汽車的最大速度為v，設(shè)阻力為Ff，則有PFfv，當(dāng)車速為時，PF·，再根據(jù)牛頓第二定律FFfma可得a，故本題選B。答案：B3. xx·太原高三調(diào)研如圖所示，一直角斜面固定在水平地面上，右邊斜面傾角為60°，左邊斜面傾角為30°，A、B兩物體分別系于一根跨過定滑輪的輕繩兩端，置于兩斜面上，且位于同高度處于靜止?fàn)顟B(tài)。將兩物體看成質(zhì)點，不計一切摩擦和滑輪質(zhì)量，剪斷輕繩，讓兩物體從靜止開始沿斜面滑下，下列判斷正確的是(以地面為參考平面)()A. 到達(dá)斜面底端時兩物體速率相等B. 到達(dá)斜面底端時兩物體機(jī)械能相等C. 到達(dá)斜面底端時兩物體重力的功率相等D. 兩物體沿斜面下滑的時間相等解析：根據(jù)機(jī)械能守恒定律，兩物體減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能mghmv2，到達(dá)斜面底端的速率v，只與高度有關(guān)，而兩物體高度一樣，到達(dá)斜面底端的速率相等，則A正確；兩物體在光滑斜面上能夠靜止，輕繩張力處處相等，則有mAgsin60°mBgsin30°，得mAmB，兩物體質(zhì)量不相等，高度一樣，那么兩物體機(jī)械能不相等，則B錯；兩物體到達(dá)斜面底端時重力做功功率分別為PAmAgvsin60°，PBmBgvsin30°，則有PAPB，則C正確；兩物體勻加速下滑，gsin·t2，兩物體高度相同而斜面傾斜角不同，下滑的時間就不相等，則D錯誤。答案：AC4. xx·大連模擬如圖所示，一長為L的均勻鐵鏈對稱地掛在一輕質(zhì)小滑輪上，由于某一微小的擾動使得鐵鏈向一側(cè)滑動，則鐵鏈完全離開滑輪時的速度大小為()A. B. C. D. 解析：鐵鏈向一側(cè)滑動的過程受重力和滑輪彈力的作用，彈力始終與對應(yīng)各節(jié)鏈條的運(yùn)動方向垂直，故只有重力做功。設(shè)鐵鏈剛好完全離開滑輪時的速度為v，由機(jī)械能守恒定律有：mv2Ep0其中鐵鏈重力勢能的變化量相當(dāng)于滑離時下半部分的重力勢能減去滑動前左半部分的重力勢能，如圖所示，即：Epmg·，解得v，故C正確。答案：C5. xx·池州模擬物體在恒定阻力作用下，以某初速度在水平面上沿直線滑行直到停止。以a、Ek、x和t分別表示物體運(yùn)動的加速度大小、動能、位移的大小和運(yùn)動的時間。則以下各圖象中，能正確反映這一過程的是()解析：物體在恒定阻力作用下運(yùn)動，其加速度隨時間不變，隨位移不變，選項A、B錯誤；由動能定理，F(xiàn)fxEkEk0，解得EkEk0Ffx，選項C正確，D錯誤。答案：C6. xx·浙江五校高三聯(lián)考如圖所示，半徑r0.5 m的光滑圓軌道被豎直固定在水平地面上，圓軌道最低處有一小球(小球的半徑比r小很多)。現(xiàn)給小球一個水平向右的初速度v0，要使小球不脫離軌道運(yùn)動，v0應(yīng)滿足 ()A. v00 B. v02 m/sC. v05 m/s D. v0 m/s解析：小球不脫離圓軌道的條件有以下兩種情形：(1)能通過最高點：上升到最高點的臨界條件是v，在從最低點運(yùn)動到最高點的過程中，根據(jù)機(jī)械能守恒定律mvmv22mgr，由以上兩式解得：v05 m/s；(2)上升的高度hr：從最低點到最高點的過程中，根據(jù)機(jī)械能守恒定律mvmgh，由以上兩式得：v0 m/s。正確選項為C、D。答案：CD7. xx·黃山模擬長木板A放在光滑的水平面上，質(zhì)量為m2 kg的另一物體B以水平速度v02 m/s滑上原來靜止的長木板A的表面，由于A、B間存在摩擦，之后A、B速度隨時間變化情況如圖所示，則下列說法正確的是()A. 木板獲得的動能為2 JB. 系統(tǒng)損失的機(jī)械能為2 JC. 木板A的最小長度為1 mD. A、B間的動摩擦因數(shù)為0.1解析：由vt圖可知，木板和物體共速前的加速度大小均為a1 m/s2，它們所受的合外力均為摩擦力，F(xiàn)fmg，所以木板質(zhì)量Mm2 kg，木板獲得的動能Ek1Mv×2×12 J1 J，故A錯；系統(tǒng)機(jī)械能損失Emv(Mm)v2 J，故B對；木板的最小長度可由vt圖面積求得，L×2×1 m1 m，故C對；由ag1 m/s2得0.1, 故D對。答案：BCD8. xx·蘇州模擬在如圖所示的物理過程示意圖中，甲圖中一端固定有小球的輕桿從右偏上30°角釋放后繞光滑支點擺動；乙圖為末端固定有小球的輕質(zhì)直角架，釋放后繞通過直角頂點的固定軸O無摩擦轉(zhuǎn)動；丙圖為置于光滑水平面上的A、B兩小車，B靜止，A獲得一向右的初速度后向右運(yùn)動，某時刻連接兩車的細(xì)繩繃緊，然后帶動B車運(yùn)動；丁圖為置于光滑水平面上的帶有豎直支架的小車，把用細(xì)繩懸掛的小球從圖示位置釋放，小球開始擺動。關(guān)于這幾個物理過程(空氣阻力忽略不計)，下列判斷中正確的是()A. 甲圖中小球機(jī)械能守恒B. 乙圖中小球A的機(jī)械能守恒C. 丙圖中兩車組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒D. 丁圖中小球的機(jī)械能守恒解析：(甲)圖過程中輕桿對小球不做功，小球的機(jī)械能守恒；(乙)圖過程中A、B兩球通過桿相互影響(例如開始時A球帶動B球轉(zhuǎn)動)，輕桿對A的彈力不沿桿的方向，會對小球做功，所以每個小球的機(jī)械能不守恒，但把兩個小球作為一個系統(tǒng)時機(jī)械能守恒；(丙)圖中繩子繃緊的過程雖然只有彈力作為內(nèi)力做功，但彈力突變有內(nèi)能轉(zhuǎn)化，機(jī)械能不守恒；(丁)圖過程中細(xì)繩也會拉動小車運(yùn)動，取地面為參考系，小球的軌跡不是圓弧，細(xì)繩會對小球做功，小球的機(jī)械能不守恒，把小球和小車當(dāng)做一個系統(tǒng)，機(jī)械能才守恒。故選項A正確。答案：A9. xx·鄭州質(zhì)檢如圖所示，表面粗糙的固定斜面頂端安裝一個定滑輪，小物塊A、B用輕繩連接并跨過定滑輪(不計滑輪的質(zhì)量和摩擦)。初始時刻，手扶物塊B使A、B處于靜止?fàn)顟B(tài)。松手后A下落、B沿斜面上滑，則從松手到物塊A著地前的瞬間()A. 物塊A減少的機(jī)械能等于物塊B增加的機(jī)械能B. 輕繩對物塊B做的功等于物塊B的機(jī)械能增量C. 輕繩對物塊A做的功等于物塊A的機(jī)械能變化量D. 摩擦力對物塊B做的功等于系統(tǒng)機(jī)械能的變化量解析：因為斜面的摩擦力對B做負(fù)功，所以物塊A、B組成的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒，選項A錯誤；重力以外的力做的功等于機(jī)械能的增量，輕繩和斜面對物塊做的功等于物塊B機(jī)械能的增量，選項B錯誤；除重力以外，只有輕繩對物塊A做功，所以輕繩對物塊A做的功等于物塊A機(jī)械能的變化量，選項C正確；以A、B作為一個系統(tǒng)，繩子的拉力(內(nèi)力)和重力做的功不會影響系統(tǒng)的機(jī)械能，故斜面摩擦力對物塊B做的功等于系統(tǒng)機(jī)械能的變化量，選項D正確。答案：CD10. 如圖所示，水平傳送帶在電動機(jī)的帶動下始終以速度v勻速運(yùn)動。某時刻在傳送帶上A點處輕輕放上一個質(zhì)量為m的小物體，經(jīng)時間t小物體的速度與傳送帶相同，相對傳送帶的位移大小為x，A點未到右端，在這段時間內(nèi)()A. 小物體相對地面的位移大小為xB. 傳送帶上的A點對地的位移大小為xC. 由于物體與傳送帶相互作用產(chǎn)生的熱能為mv2D. 由于物體與傳送帶相互作用電動機(jī)要多做的功為mv2解析：在這段時間內(nèi)，物體從靜止做勻加速直線運(yùn)動，其相對地面的位移為x1vt，傳送帶(或傳送帶上的A點)相對地面的位移為x2vt，物體相對傳送帶的位移大小xx2x1vt，顯然x1x，x22x，所以選項A正確，B錯誤；物體與傳送帶間的滑動摩擦力做功，將系統(tǒng)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，摩擦生熱QFfx，對物體運(yùn)用動能定理有Ffx1mv2，又x1x，所以QFfxmv2，選項C錯誤；在這段時間內(nèi)，電動機(jī)要多做功以克服滑動摩擦力做功，WFfx22Ffxmv2，選項D正確。答案：AD第卷(非選擇題，共60分)二、實驗題(本題共2小題，共20分)11. (8分)如圖所示，兩個質(zhì)量分別為m1和m2的物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端(m1>m2)，1、2是兩個光電門。用此裝置驗證機(jī)械能守恒定律。(1)實驗中除了獲取物塊B通過兩光電門時的速度v1、v2外，還需要測量物理量_。(2)用已知量和測量量寫出驗證機(jī)械能守恒的表達(dá)式_。解析：A、B運(yùn)動過程中，若系統(tǒng)的機(jī)械能守恒，則有m1ghm2gh(m1m2)(vv)，所以除了知道物體B通過兩光電門時的速度v1、v2外，還需要測的物理量有：m1和m2，兩光電門之間的距離h。答案：(1)A、B兩物塊的質(zhì)量m1和m2，兩光電門之間的距離h(2)(m1m2)gh(m1m2)(vv)12. (12分)xx·成都高新區(qū)月考某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理”。如圖(甲)，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點各安裝個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度大小。小車中可以放置砝碼。(甲)(1)實驗主要步驟如下： 測量出小車和拉力傳感器的總質(zhì)量M；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路。將小車停在C點，釋放小車，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時的速度。在小車中增加砝碼，或_，重復(fù)的操作。(2)下表是他們測得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M與小車中砝碼質(zhì)量之和，|vv|是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量E，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功。表格中的E3_J，W3_ J。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)次數(shù)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)根據(jù)上表，我們在圖(乙)中的方格紙上作出EW圖線如圖所示，它說明了_ _。(乙)解析：(1)改變對小車的拉力，就要改變鉤碼數(shù)量；(2)E3M|vv|0.600 J，W3FL1.220×0.5 J0.610 J；(3)由圖線可知，拉力(合力)所做的功近似等于物體動能的改變量。答案：(1)減少砝碼 (2)0.600 0.610 (3)拉力(合力)所做的功近似等于物體動能的改變量三、計算題(本題共4小題，共40分)13. (8分)xx·湖南常德高三階段檢測如圖所示，質(zhì)量m1 kg的滑塊(可看成質(zhì)點)，被壓縮的彈簧彈出后在粗糙的水平桌面上滑行一段距離x0.4 m后從桌面拋出，落在水平地面上。落點到桌邊的水平距離s1.2 m，桌面距地面的高度h0.8 m。滑塊與桌面間的動摩擦因數(shù)0.2.(取g10 m/s2，空氣阻力不計)求：(1)滑塊落地時速度的大小；(2)彈簧彈力對滑塊所做的功。解析：(1)滑塊拋出后豎直方向自由落體hgt2解得t滑塊落地時豎直方向速度vygt4 m/s滑塊拋出后水平方向勻速運(yùn)動v03 m/s所以落地速度v5 m/s(2)根據(jù)動能定理W彈mg·xmv解得W彈mg·xmv5.3 J答案：(1)5 m/s(2)5.3 J14. (8分)xx·晉中模擬從地面上以初速度v010 m/s豎直向上拋出一質(zhì)量為m0.2 kg的球，若運(yùn)動過程中受到的空氣阻力與其速率成正比關(guān)系，球運(yùn)動的速度隨時間變化規(guī)律如圖所示，t1時刻到達(dá)最高點，再落回地面，落地時速率為v12 m/s，且落地前球已經(jīng)做勻速運(yùn)動。(g10 m/s2)求：(1)球從拋出到落地過程中克服空氣阻力所做的功；(2)球拋出瞬間的加速度大小。解析：(1)全程應(yīng)用動能定理：WFfmvmv代入數(shù)據(jù)，解得：WFf9.6 J。(2)設(shè)空氣阻力大小與速率的關(guān)系為：Ffkv。則拋出時：mgkv0ma落地時勻速：kv1mg聯(lián)立解得：ag(1)60 m/s2。答案：(1)9.6 J(2)60 m/s215. (12分)如圖所示，由于街道上的圓形污水井蓋破損，臨時更換了一個稍大于井口的紅色圓形平板塑料蓋。為了測試因塑料蓋意外移動致使蓋上的物塊滑落入污水井中的可能性，有人做了一個實驗：將一個可視為質(zhì)點、質(zhì)量為m的硬橡膠塊置于塑料蓋的圓心處，給塑料蓋一個沿徑向的水平向右的初速度v0，實驗的結(jié)果是硬橡膠塊恰好與塑料蓋分離。設(shè)硬橡膠塊與塑料蓋間的動摩擦因數(shù)為，塑料蓋的質(zhì)量為2m、半徑為R，假設(shè)塑料蓋與地面之間的摩擦可忽略，且不計塑料蓋的厚度。(1)求硬橡膠塊與塑料蓋剛好分離時的速度大??；(2)通過計算說明實驗中的硬橡膠塊是落入井內(nèi)還是落在地面上。解析：(1)設(shè)硬橡膠塊與塑料蓋恰好分離時，兩者的共同速度為v，從開始滑動到分離經(jīng)歷時間為t，在此期間硬橡膠塊與塑料蓋的加速度大小分別為a1、a2，由牛頓第二定律得：mgma1mg2ma2va1tv0a2t由以上各式得vv0。(2)設(shè)硬橡膠塊與塑料蓋恰好分離時，硬橡膠塊移動的位移為x，取硬橡膠塊分析，應(yīng)用動能定理得mgxmv2由系統(tǒng)能量關(guān)系可得mgR(2m)v(m2m)v2由式可得xR因x<R，故硬橡膠塊將落入污水井內(nèi)。答案：(1)v0(2)落入污水井內(nèi)16. (12分)xx·浙江嘉興基礎(chǔ)測試如圖甲所示，豎直平面內(nèi)的光滑軌道由傾斜直軌道AB和圓軌道BCD組成，AB和BCD相切于B點，CD連線是圓軌道豎直方向的直徑(C、D為圓軌道的最低點和最高點)，且BOC37°。可視為質(zhì)點的小滑塊從軌道AB上高H處的某點由靜止滑下，用力傳感器測出滑塊經(jīng)過圓軌道最高點D時對軌道的壓力為F，并得到如圖乙所示的壓力F與高度H的關(guān)系圖象。求：(取sin37°0.6，cos37°0.8)(1)滑塊的質(zhì)量和圓軌道的半徑；(2)通過計算判斷是否存在某個H值，使得滑塊經(jīng)過最高點D后能直接落到直軌道AB上與圓心等高的點。解析：(1)滑塊由A到D的過程中mg(H2R)mv(或mghmv)由牛頓第三定律得滑塊在D點所受軌道支持力與滑塊對軌道的壓力等大反向，記為F，則Fmgm解得FH5mg結(jié)合圖象可得m0.1 kgR0.2 m(注：若選取特殊點求得半徑的給2分，再求得質(zhì)量的給2分)(2)存在滿足條件的H值。設(shè)滑塊在D點的速度為v時，恰能落到直軌道上與圓心等高處豎直方向Rgt2水平方向xvt由幾何關(guān)系得xR解得v m/s物體恰好能過D點的速度大小v0 m/s因為v>v0，所以存在滿足條件的H值。答案：(1)0.1 kg0.2 m(2)存在