高中物理 第4章 能量守恒與可持續(xù)發(fā)展章末綜合測評 滬科版必修2

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章末綜合測評(四) (時(shí)間：60分鐘　滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1～5題只有一項(xiàng)符合題目要求，第6～8題有多項(xiàng)符合題目要求．全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分) 1．如圖所示實(shí)例中均不考慮空氣阻力，系統(tǒng)機(jī)械能守恒的是(　　) 【解析】　人上樓、跳繩過程中機(jī)械能不守恒，從能量轉(zhuǎn)化角度看都是消耗人體的化學(xué)能；水滴石穿，水滴的機(jī)械能減少的部分轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能；弓箭射出過程中是彈性勢能與動(dòng)能、重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，只有重力和彈力做功，機(jī)械能守恒． 【答案】　D 2．如圖1所示，某段滑雪雪道傾角為30，總質(zhì)量為m(包括雪具在內(nèi))的滑雪運(yùn)動(dòng)員從距底端高為h處的雪道上由靜止開始勻加速下滑，加速度為g.在他從上向下滑到底端的過程中，下列說法正確的是(　　) 圖1 A．運(yùn)動(dòng)員減少的重力勢能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 B．運(yùn)動(dòng)員獲得的動(dòng)能為mgh C．運(yùn)動(dòng)員克服摩擦力做功為mgh D．下滑過程中系統(tǒng)減少的機(jī)械能為mgh 【解析】　運(yùn)動(dòng)員的加速度為g，沿斜面：mg－f＝mg，f＝mg，Wf＝mg2h＝mgh，所以A、C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確；Ek＝mgh－mgh＝mgh，B項(xiàng)錯(cuò)誤． 【答案】　D 3．如圖2所示，一質(zhì)量為M的光滑大圓環(huán)，用一細(xì)輕桿固定在豎直平面內(nèi)；套在大環(huán)上質(zhì)量為m的小環(huán)(可視為質(zhì)點(diǎn))，從大環(huán)的最高處由靜止滑下．重力加速度大小為g，當(dāng)小環(huán)滑到大環(huán)的最低點(diǎn)時(shí)，大環(huán)對輕桿拉力的大小為(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：02690053】 圖2 A．Mg－5mg　　　　　　 B．Mg＋mg C．Mg＋5mg D．Mg＋10mg 【解析】　設(shè)小環(huán)到大環(huán)最低點(diǎn)的速度為v，由能量守恒定律，得mv2＝mg2R① 小環(huán)在大環(huán)上做圓周運(yùn)動(dòng)，在最低點(diǎn)時(shí)，大環(huán)對它的支持力方向豎直向上，設(shè)為FN，由牛頓第二定律，得FN－mg＝m② 由①②得FN＝5mg，由牛頓第三定律可知，小環(huán)對大環(huán)豎直向下的壓力FN′＝FN＝5mg.大環(huán)平衡，輕桿對大環(huán)的拉力為F＝FN′＋Mg＝Mg＋5mg，選項(xiàng)C正確． 【答案】　C 4．一小石子從高為10 m處自由下落，不計(jì)空氣阻力，經(jīng)一段時(shí)間后小石子的動(dòng)能恰等于它的重力勢能(以地面為參考平面)，g取10 m/s2，則該時(shí)刻小石子的速度大小為(　　) A．5 m/s B．10 m/s C．15 m/s D．20 m/s 【解析】　設(shè)小石子的動(dòng)能等于它的重力勢能時(shí)速度為v，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mgh＝mgh′＋mv2 由題意知mgh′＝mv2，所以mgh＝mv2 故v＝＝10 m/s，B正確． 【答案】　B 5.如圖3所示，物體A靜止在光滑的水平面上，A的左邊固定有輕質(zhì)彈簧，與A質(zhì)量相等的物體B以速度v向A運(yùn)動(dòng)并與彈簧發(fā)生碰撞，A與B始終沿同一直線運(yùn)動(dòng)，則A與B組成的系統(tǒng)動(dòng)能損失最大的時(shí)刻是(　　) 圖3 A．A開始運(yùn)動(dòng)時(shí)　　　 B．A的速度等于v時(shí) C．B的速度等于零時(shí) D．A和B的速度相等時(shí) 【解析】　因系統(tǒng)只有彈力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故A與B組成的系統(tǒng)動(dòng)能損失最大時(shí)，彈簧彈性勢能最大．又因當(dāng)兩物體速度相等時(shí)，A與B間彈簧形變量最大，彈性勢能最大，故D項(xiàng)正確． 【答案】　D 6.如圖4所示，一小球自A點(diǎn)由靜止自由下落到B點(diǎn)時(shí)與彈簧接觸，到C點(diǎn)時(shí)彈簧被壓縮到最短．若不計(jì)彈簧質(zhì)量和空氣阻力，在小球由A→B→C的運(yùn)動(dòng)過程中(　　) 圖4 A．小球和彈簧總機(jī)械能守恒 B．小球的重力勢能減少 C．小球在B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大 D．到C點(diǎn)時(shí)小球重力勢能的減少量等于彈簧彈性勢能的增加量 【解析】　小球由A→B→C的運(yùn)動(dòng)過程中，小球和彈簧組成的系統(tǒng)只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，機(jī)械能守恒，A正確；到C點(diǎn)時(shí)小球重力勢能減少量等于彈簧彈性勢能的增加量，B、D正確；小球下落過程中動(dòng)能先增大后減小，重力和彈力相等時(shí)小球動(dòng)能最大，故C錯(cuò)誤． 【答案】　ABD 7．下列過程中，可能發(fā)生的是(　　) A．某工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次?0 kJ的熱量，全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而沒有引起其他變化 B．打開一高壓密閉容器，其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)進(jìn)去，恢復(fù)原狀 C．利用其他手段，使低溫物體的溫度更低，高溫物體的溫度更高 D．將兩瓶不同液體混合，不會(huì)自發(fā)地各自分開 【解析】　根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的方向性可知，機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能夠完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而不引起其他變化，內(nèi)能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能需要借助其他條件，引起其他變化，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；高壓密閉容器內(nèi)氣體可以自由地溢出變?yōu)榈蛪簹怏w，但低壓氣體要變?yōu)楦邏簹怏w，再返回到容器內(nèi)需要外力作用才能完成，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；利用空調(diào)和冰箱，通過消耗電能可以使物體的溫度變得更低，利用電爐可以使物體的溫度變得更高，選項(xiàng)C正確；兩瓶不同液體混合，分子間擴(kuò)散，但擴(kuò)散過程不可逆，選項(xiàng)D正確． 【答案】　CD 8．由光滑細(xì)管組成的軌道如圖5所示，其中AB段和BC段是半徑為R的四分之一圓弧，軌道固定在豎直平面內(nèi)．一質(zhì)量為m的小球，從距離水平地面高為H的管口D處靜止釋放，最后能夠從A端水平拋出落到地面上．下列說法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：02690054】 圖5 A．小球落到地面時(shí)相對于A點(diǎn)的水平位移值為2 B．小球落到地面時(shí)相對于A點(diǎn)的水平位移值為2 C．小球能從細(xì)管A端水平拋出的條件是H＞2R D．小球能從細(xì)管A端水平拋出的最小高度Hmin＝R 【解析】　要使小球從A點(diǎn)水平拋出，則小球到達(dá)A點(diǎn)時(shí)的速度v＞0，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，有mgH－mg2R＝mv2，所以H＞2R，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；小球從A點(diǎn)水平拋出時(shí)的速度v＝，小球離開A點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng)，則有2R＝gt2，水平位移x＝vt，聯(lián)立以上各式可得水平位移x＝2，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確． 【答案】　BC 二、非選擇題(共4小題，共52分) 9．(10分)(2016全國甲卷)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接．向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能． 圖6 (1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟： ①把紙帶向左拉直 ②松手釋放物塊 ③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 ④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量 上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號)． (2)圖7中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50 Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為__________________ m/s.比較兩紙帶可知，____________(填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能大． 圖7 【解析】　(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)首先向左推物塊使彈簧壓縮，測量出彈簧壓縮量，然后把紙帶向左拉直，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，再松手釋放物塊，故正確的操作順序是④①③②. (2)物塊脫離彈簧后將在光滑水平桌面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由M紙帶可知物塊脫離彈簧時(shí)的速度v＝＝m/s≈1.29 m/s.比較M、L兩紙帶，物塊脫離彈簧后在相同時(shí)間內(nèi)的位移M的比L的大，則M紙帶對應(yīng)的那次實(shí)驗(yàn)中物塊在脫離彈簧后的速度大，即M紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能大． 【答案】　(1)④①③②　(2)1.29　M 10．(10分)用如圖8實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．圖9甲給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示．已知m1＝50 g，m2＝150 g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz，則(g取10 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 圖8 (1)紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v＝________m/s； (2)在打0～5的過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢能的減少量ΔEp＝________J，由此得出的結(jié)論是__________________________． (3)若某同學(xué)作出v2h圖象圖9乙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭′＝____ m/s2. 甲 乙 圖9 【解析】　(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度大小為 v＝＝10－2m/s＝2.4 m/s. (2)在打點(diǎn)0～5過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量為 ΔEk＝(m1＋m2)v2－0＝(50＋150)10－32.42 J－0≈0.58 J 系統(tǒng)重力勢能的減少量為 ΔEp＝(m2－m1)gh05＝(150－50)10－310(38.40＋21.60)10－2J＝0.60 J 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系統(tǒng)重力勢能的減少量等于動(dòng)能的增加量，即系統(tǒng)的機(jī)械能守恒． (3)m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則 m2g′h－m1g′h＝m2v2＋m1v2－0，整理得v2＝g′h 可見，重力加速度g′大小等于h圖象斜率的2倍，則g′＝2 m/s2＝9.7 m/s2. 【答案】　(1)2.4　(2)0.58　0.60　系統(tǒng)的機(jī)械能守恒　(3)9.7 11．(14分)如圖10所示，質(zhì)量為m的長木塊A靜止于光滑水平面上，在其水平的上表面左端放一質(zhì)量為m的滑塊B，已知木塊長為L，它與滑塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)用水平向右的恒力F拉滑塊B. 圖10 (1)當(dāng)長木塊A的位移為多少時(shí)，B從A的右端滑出？ (2)求上述過程中滑塊與木塊之間產(chǎn)生的內(nèi)能． 【解析】　(1)設(shè)B從A的右端滑出時(shí)，A的位移為l，A、B的速度分別為vA、vB，由動(dòng)能定理得 μmgl＝mv (F－μmg)(l＋L)＝mv 又由等時(shí)性可得 ＝(其中aA＝μg，aB＝) 解得l＝. (2)由功能關(guān)系知，拉力F做的功等于A、B動(dòng)能的增加量和A、B間產(chǎn)生的內(nèi)能，即有 F(l＋L)＝mv＋mv＋Q 解得Q＝μmgL. 【答案】　(1)　(2)μmgL 12．(18分)如圖11所示，一小球從A點(diǎn)以某一水平向右的初速度出發(fā)，沿水平直線軌道運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)后，進(jìn)入半徑R＝10 cm的光滑豎直圓形軌道，圓形軌道間不相互重疊，即小球離開圓形軌道后可繼續(xù)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，C點(diǎn)右側(cè)有一壕溝，C、D兩點(diǎn)的豎直高度h＝0.8 m，水平距離s＝1.2 m，水平軌道AB長為L1＝1 m，BC長為L2＝3 m，小球與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，重力加速度g取10 m/s2. 圖11 (1)若小球恰能通過圓形軌道的最高點(diǎn)，求小球在A點(diǎn)的初速度； (2)若小球既能通過圓形軌道的最高點(diǎn)，又不掉進(jìn)壕溝，求小球在A點(diǎn)初速度的范圍是多少？ 【導(dǎo)學(xué)號：02690055】 【解析】　(1)小球恰能通過最高點(diǎn)，有mg＝m， 由B到最高點(diǎn)有mv＝mv2＋mg2R. 由A→B有－μmgL1＝mv－mv. 解得在A點(diǎn)的初速度vA＝3 m/s. (2)若小球恰好停在C處，則有 －μmg(L1＋L2)＝0－mv， 解得在A點(diǎn)的初速度vA＝4 m/s. 若小球停在BC段，則有3 m/s≤vA≤4 m/s. 若小球能通過C點(diǎn)，并恰好越過壕溝，則有 h＝gt2，s＝vCt， －μmg(L1＋L2)＝mv－mv， 則有vA＝5 m/s. 若小球能過D點(diǎn)，則vA≥5 m/s. 綜上，初速度范圍是： 3 m/s≤vA≤4 m/s或vA≥5 m/s. 【答案】　(1)3 m/s　(2) 3m/s≤vA≤4 m/s或vA≥5 m/s