必修2物理第四章机械能和能源章末检测教科版附答案和解释.docx
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必修2物理第四章机械能和能源章末检测教科版附答案和解释
必修2物理第四章机械能和能源章末检测(教科版附答案和解释)
(时间:
60分钟,满分:
100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分.在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得6分,选不全的得3分,有选错或不答的得0分)
1.小明同学骑电动自行车沿平直公路行驶,因电瓶“没电”,故改用脚蹬车匀速前行.设小明与车的总质量为100g,骑行过程中所受阻力恒为车和人总重的002倍,g取10/s2通过估算可知,小明骑此电动车做功的平均功率最接近( )
A.10B.100
.300D.00
解析:
选B.由P=Fv可知,要求骑车人的功率,一要知道骑车人的动力,二要知道骑车人的速度,前者由于自行车匀速行驶,由二力平衡可知F=f=20N,后者对于骑车人的速度我们应该有一个定性估测,约为/s,所以P=Fv=20×=100
2如图所示,现有两个完全相同的可视为质点的物块a、b从静止开始运动,a自由下落,b沿光滑的固定斜面下滑,最终它们都到达同一水平面上,空气阻力忽略不计,则( )
A.a与b两物块运动位移和时间均相等
B.重力对a与b两物块所做的功相等
.重力对a与b两物块所做功的平均功率相等
D.a与b两物块运动到水平面时,重力做功的瞬时功率相同
解析:
选B.设a、b运动的竖直高度为H,由题意知,a的运动时间ta=2Hg,位移xa=H
到达水平面时的速度va=2gH,而b沿斜面运动的加速度ab=gsinθ,位移xb=Hsinθ>xA.
运动时间tb=2sbab=2Hgsin2θ=1sinθ2Hg>ta,故A选项错;到达水平面时的速度大小vb=at=gsinθ•2Hgsin2θ=2gH,方向平行斜面向下,由功的公式=Fxsθ知a=b,故B选项正确;由平均功率公式P=t得Pa>Pb,故选项错误;由瞬时功率公式P=Fv•sθ得Pa=g2gH,Pb=g2gH•s(90°-θ)=g•2gHsinθ<Pa,故D选项错.
3.质量为的汽车,启动后沿平直路面行驶,如果发动机的功率恒为P,汽车行驶过程中受到的摩擦阻力大小一定,汽车速度能够达到的最大值为v,那么当汽车的车速为v4时,汽车的瞬时加速度的大小为( )
A.PvB.2Pv
.3PvD.4Pv
解析:
选.汽车在平直路面行驶,当牵引力F等于阻力f时,汽车速度达到最大值,即F=f,P=F•v,故f=Pv
当汽车的速度v1=v4时的牵引力F1=Pv1=4Pv
由牛顿第二定律得F1-f=a,所以a=F1-f=4Pv-Pv=3Pv故选项正确.
4.一辆汽车在平直的公路上以速度v0开始加速行驶,经过一段时间t,前进了距离l,此时恰好达到其最大速度v,设此过程中汽车发动机始终以额定功率P工作,汽车所受的阻力恒为f,则在这段时间里,发动机所做的功为( )
A.fvtB.Pt
.12v2-12v20+flD.ftv0+v2
解析:
选AB.因为发动机以额定功率工作,所以发动机的功=Pt,故B对.达到最大速度v时,牵引力与阻力相等,所以=P•t=f•v•t,故A对.由动能定理-f•l=12v2-12v20,所以=12v2-12v20+fl,故对.故选AB.
.如图所示,一个滑雪运动员从左侧斜坡距离坡底8处由静止滑下.以坡底为零势能参考面,当下滑到距离坡底l1处时,运动员的动能和势能恰好相等;到坡底后运动员又靠惯性冲上右侧斜坡.若不计经过坡底时的机械能损失,当上滑到距离坡底l2处时,运动员的动能和势能再次相等,上滑的最大距离为4.在此全过程中,下列说法正确的是( )A.摩擦力对运动员所做的功等于运动员动能的变化
B.重力和摩擦力对运动员所做的总功等于运动员机械能的变化
.l1<4,l2>2
D.l1>4,l2<2
解析:
选.在整个过程中,只有重力和摩擦力做功,由动能定理可知重力和摩擦力所做的总功等于运动员动能的变化,选项B错误;由功能关系可知摩擦力所做的功等于运动员机械能的变化,选项A错误;在下滑过程中,若不考虑空气阻力,l1=4;若考虑空气阻力,l1处的机械能应小于初始状态的机械能,即l1<4;在上滑过程中,若不考虑空气阻力,l2应在2处,若考虑空气阻力,l2处机械能应大于4处机械能,即l2>2,选项正确,D错误.
6如图所示,斜面AB、DB动摩擦因数相同.可视为质点的物体分别沿AB、DB从斜面顶端由静止下滑到底端,下列说法正确的是( )A.物体沿斜面DB滑动到底端时动能较大
B.物体沿斜面AB滑动到底端时动能较大
.物体沿斜面DB滑动过程中克服摩擦力做的功较多
D.物体沿斜面AB滑动过程中克服摩擦力做的功较多
解析:
选B.已知斜面AB、DB动摩擦因数相同,设斜面倾角为θ,底边为x,则斜面高度为h=xtanθ,斜面长度L=xsθ,物体分别沿AB、DB从斜面顶端由静止下滑到底端,由动能定理有:
gh-μgLsθ=12v2,可知物体沿斜面AB滑动到底端时动能较大,故A错误,B正确;物体沿斜面滑动过程中克服摩擦力做的功f=μgLsθ=μgx相同,故、D错误.
7一小物体冲上一个固定的粗糙斜面,经过斜面上A、B两点到达斜面的最高点后返回时,又通过了A、B两点,如图所示,对于物体上滑时由A到B和下滑时由B到A的过程中,其动能的增量的大小分别为ΔE1和ΔE2,机械能的增量的大小分别是ΔE1和ΔE2,则以下大小关系正确的是( )A.ΔE1>ΔE2 ΔE1>ΔE2
B.ΔE1>ΔE2 ΔE1<ΔE2
.ΔE1>ΔE2 ΔE1=ΔE2
D.ΔE1<ΔE2 ΔE1=ΔE2
解析:
选.设物体在A、B间滑动时克服阻力做功为f,则物体由A到B,有gh+f=ΔE1,由B到A,有gh-f=ΔE2,所以ΔE1>ΔE2;再根据功能关系,物体克服阻力做的功等于物体机械能改变量的大小,有:
f=ΔE1=ΔE2,故选项正确.
8如图,在一直立的光滑管内放置一轻质弹簧,上端点与管口A的距离为2x0,一质量为的小球从管口由静止下落,将弹簧压至最低点B,压缩量为x0,不计空气阻力,则( )A.小球从接触弹簧开始速度一直减小
B.小球运动过程中最大速度等于2gx0
.弹簧的最大弹性势能为3gx0
D.弹簧劲度系数等于gx0
解析:
选.小球由A到B的过程中,小球和弹簧组成的系统只有重力和弹力做功,机械能守恒,B点时弹性势能最大为Ep,则Ep=g(2x0+x0)=3gx0,故选项正确;由于弹力与压缩量成正比,且克服弹力做功等于弹性势能的增加量,即x02•x0=Ep=3gx0,得=6gx0,故D选项错;小球从到B的过程中由于弹力越越大,所以小球先做加速度减小的加速运动,后做加速度增大的减速运动,当g=x′时速度最大,动能最大,即x′=g=16x0,最大速度为v,即•16x02•16x0+12v2=g(2x0+16x0)得v=6gx06,故A、B均错.
二、填空题(本题共1小题,共10分,按题目要求作答)
9.在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中,使质量为=100g的重物自由下落,打点计时器在纸带上打出一系列的点,选取一条符合实验要求的纸带如图所示.为第一个点,A、B、为从合适位置开始选取的三个连续点(其他点未画出).已知打点计时器每隔002s打一个点,当地的重力加速度为98/s2,那么
(1)纸带的________端(填“左”或“右”)与重物相连;
(2)根据图上所得的数据,应取图中点到________点验证机械能守恒定律;
(3)从点到
(2)问中所取的点,重物重力势能的减少量ΔEp=________,动能增加量ΔE=________.(结果取三位有效数字)
解析:
由题意知,点为第一个点,所以纸带的左端与重物相连,为了减小误差和便于求重物动能的增加量,可取题图中点到B点验证机械能守恒定律,此过程中重力势能的减少量ΔEp=ghB=100×98×192×10-2≈189
打B点时重物的瞬时速度
vB=-A2T=2293-1×10-22×002/s
=184/s
所以动能增量
ΔE=12v2B=12×100×1842≈170
答案:
(1)左
(2)B (3)189 170
三、计算题(本题共4小题,共42分,解答时应写出必要的字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
10.(8分)质量为2000g,额定功率为80的汽车,在平直公路上行驶的最大速度为20/s若汽车从静止开始做匀加速直线运动,加速度大小为2/s2,运动中的阻力不变,求:
(1)汽车所受阻力的大小;
(2)3s末汽车的瞬时功率.
解析:
(1)设汽车所受阻力为f,当汽车达到最大速度时有P=Fv=fv(1分)
所以f=Pv=80×10320N=4×103N.(1分)
(2)由牛顿第二定律得F-f=a
则F=f+a(1分)
汽车达到匀加速运动的最大速度为v=PF(1分)
又据运动学公式v=at(1分)
匀加速运动的时间为t=s.(1分)
所以3s末汽车的瞬时功率
P=Fv3=(f+a)at3
=(4×103+2000×2)×2×3=48×104.(2分)
答案:
(1)4×103N
(2)48×104
11(10分)如图所示,质量为=02g的木块放在水平台面上,台面比水平地面高出h=020,木块距水平台的右端L=17.质量为=010的子弹以v0=180/s的速度水平射向木块,当子弹以v=90/s的速度水平射出时,木块的速度为v1=9/s(此过程作用时间极短,可认为木块的位移为零).若木块落到水平地面时的落地点到台面右端的水平距离为l=16,求:
(g取10/s2)
(1)木块对子弹所做的功1和子弹对木块所做的功2;
(2)木块与台面间的动摩擦因数μ
解析:
(1)由动能定理得,木块对子弹所做的功为
1=12v2-12v20=-243(2分)
同理,子弹对木块所做的功为
2=12v21=81.(2分)
(2)设木块离开台面时的速度为v2,木块在台面上滑行阶段对木块由动能定理,有
-μgL=12v22-12v21(3分)
木块离开台面后的平抛阶段l=v22hg(2分)
解得μ=00(1分)
答案:
(1)-243 81
(2)00
12.(10分)如图所示为一种摆式摩擦因数测量仪,可测量轮胎与地面间动摩擦因数,其主要部有:
底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆.摆锤的质量为,细杆可绕轴在竖直平面内自由转动,摆锤重心到点距离为L测量时,测量仪固定于水平地面,将摆锤从与等高的位置处静止释放.摆锤到最低点附近时,橡胶片紧压地面擦过一小段距离s(s≪L),之后继续摆至与竖直方向成θ角的最高位置.若摆锤对地面的压力可视为大小为F的恒力,重力加速度为g,求
(1)摆锤在上述过程中损失的机械能;
(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功;
(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数.
解析:
(1)选从右侧最高点到左侧最高点的过程研究.因为初、末状态动能为零,所以全程损失的机械能ΔE等于减少的重力势能,即:
ΔE=gLsθ①(2分)
(2)对全程应用动能定理:
G+f=0②(1分)
G=gLsθ③(1分)
由②③得f=-G=-gLsθ④(2分)
(3)由滑动摩擦力公式得f=μF⑤(1分)
摩擦力做的功f=-fs⑥(1分)
④⑤式代入⑥式得:
μ=gLsθFs(2分)
答案:
(1)gLsθ
(2)-gLsθ
(3)gLsθFs
13.(14分)(2013•高考浙江卷)谷中有三块石头和一根不可伸长的轻质青藤,其示意图如下.图中A、B、、D均为石头的边缘点,为青藤的固定点,h1=18,h2=40,x1=48,x2=80.开始时,质量分别为=10g和=2g的大、小两只滇金丝猴分别位于左边和中间的石头上,当大猴发现小猴将受到伤害时,迅速从左边石头的A点水平跳至中间石头.大猴抱起小猴跑到点,抓住青藤下端,荡到右边石头上的D点,此时速度恰好为零.运动过程中猴子均可看成质点,空气阻力不计,重力加速度g=10/s2,求:
(1)大猴从A点水平跳离时速度的最小值;
(2)猴子抓住青藤荡起时的速度大小;
(3)猴子荡起时,青藤对猴子的拉力大小.
解析:
(1)设猴子从A点水平跳离时速度的最小值为vin,根据平抛运动规律,有
h1=12gt2①(1分)
x1=vint②(1分)
联立①、②式,得
vin=8/s③(2分)
(2)猴子抓住青藤后的运动过程中机械能守恒,设荡起时速度为v,有
(+)gh2=12(+)v2④(2分)
v=2gh2=80/s≈9/s⑤(2分)
(3)设拉力为T,青藤的长度为L对最低点,由牛顿第二定律得
T-(+)g=(+)v2L⑥(2分)
由几何关系
(L-h2)2+x22=L2⑦(1分)
得:
L=10⑧(2分)
综合⑤、⑥、⑧式并代入数据解得:
T=(+)g+(+)v2L=216N.(1分)
答案:
(1)8/s
(2)约9/s (3)216N
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- 必修 物理 第四 机械能 能源 检测 教科版附 答案 解释