学年高中物理 综合检测 沪科版必修2.docx
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学年高中物理综合检测沪科版必修2
2019-2020学年高中物理综合检测沪科版必修2
一、选择题(本题共12小题.每小题4分,共48分)
1.如图1所示,在皮带传送装置中,皮带把物体P匀速传送至高处,在此过程中,下述说法正确的是( )
图1
A.摩擦力对物体做正功B.支持力对物体做正功
C.重力对物体做正功D.合外力对物体做正功
答案 A
解析 摩擦力方向平行皮带向上,与物体运动方向相同,故摩擦力做正功,A对;支持力始终垂直于速度方向,不做功,B错;重力对物体做负功,C错;合外力为零,不做功,D错.
2.火星有两颗卫星,分别是火卫一和火卫二,它们的轨道近似为圆.已知火卫一的周期为7小时39分,火卫二的周期为30小时18分,则两颗卫星相比( )
A.火卫一距火星表面较近
B.火卫二的角速度较大
C.火卫一的运动速度较小
D.火卫二的向心加速度较大
答案 A
解析 由=ma==mr得:
a=,v=,r=,则T大时,r大,a小,v小,且由ω=知,T大,ω小,故正确选项为A.
3.如图2所示为质点做匀变速曲线运动轨迹的示意图,且质点运动到D点(D点是曲线的拐点)时速度方向与加速度方向恰好互相垂直,则质点从A点运动到E点的过程中,下列说法中正确的是( )
图2
A.质点经过C点的速率比D点的大
B.质点经过A点时的加速度方向与速度方向的夹角小于90°
C.质点经过D点时的加速度比B点的大
D.质点从B到E的过程中加速度方向与速度方向的夹角先增大后减小
答案 A
解析 因为质点做匀变速运动,所以加速度恒定,C项错误.在D点时加速度与速度垂直,故知加速度方向向上,合力方向也向上,所以质点从C到D的过程中,方向与速度方向夹角大于90°,合力做负功,动能减小,vC>vD,A项正确,B项错误.从B至E的过程中,加速度方向与速度方向夹角一直减小,D项错误.
4.把甲物体从2h高处以速度v0水平抛出,落地点与抛出点的水平距离为L,把乙物体从h高处以速度2v0水平抛出,落地点与抛出点的水平距离为s,不计空气阻力,则L与s的关系为( )
A.L=B.L=sC.L=sD.L=2s
答案 C
解析 根据2h=gt,得t1=2,
则L=v0t1=2v0.
由h=gt,
得t2=,则s=2v0t2=2v0,
所以L=s,故选项C正确.
5.明代出版的《天工开物》一书中就有牛力齿轮翻车的图画(如图3所示),记录了我们祖先的劳动智慧.若A、B、C三齿轮半径的大小关系为rA>rB>rC,则( )
图3
A.齿轮A的角速度比C的大
B.齿轮A、B的角速度大小相等
C.齿轮B与C边缘的线速度大小相等
D.齿轮A边缘的线速度比齿轮C边缘的线速度大
答案 D
解析 齿轮A边缘的线速度vA与齿轮B边缘的线速度vB相等,齿轮B、C的角速度ωB=ωC.由vA=ωArA,vB=ωBrB,vC=ωCrC,vA=vB,rA>rB>rC,ωB=ωC可得:
ωA<ωB,ωA<ωC,vB>vC,vA>vC,故选项D正确.
6.2015年9月23日,在江苏省苏州市进行的全国田径锦标赛上高兴龙获得男子跳远冠军,在一次试跳中,他(可看成质点)水平距离达8m,最高处高达1m.设他离开地面时的速度方向与水平面的夹角为α,若不计空气阻力,则tanα等于( )
A.B.C.D.1
答案 C
解析 从起点A到最高点B可看成平抛运动的逆过程,如图所示,运动员做平抛运动,初速度方向与水平方向夹角的正切值为tanα=2tanβ=2×=2×=,选项C正确.
7.引力波现在终于被人们用实验证实,爱因斯坦的预言成为科学真理.早在70年代就有科学家发现,高速转动的双星可能由于辐射引力波而使星体质量缓慢变小,观测到周期在缓慢减小,则该双星间的距离将( )
A.变大B.变小C.不变D.可能变大也可能变小
答案 B
8.如图4所示,一质量为m的小球固定于轻质弹簧的一端,弹簧的另一端固定于O点处.将小球拉至A处,弹簧恰好无形变,由静止释放小球,它运动到O点正下方B点速度为v,AB间的竖直高度差为h,则( )
图4
A.由A到B重力做的功等于mgh
B.由A到B重力势能减少mv2
C.由A到B小球克服弹力做功为mgh
D.小球到达位置B时弹簧的弹性势能为mgh-
答案 AD
解析 重力做功只和高度差有关,故由A到B重力做的功等于mgh,选项A正确;由A到B重力势能减少mgh,选项B错误;由A到B小球克服弹力做功为W=mgh-mv2,选项C错误,D正确.
9.如图5所示,斜面顶端A与另一点B在同一水平线上,甲、乙两小球质量相等.小球甲沿光滑斜面以初速度v0从顶端A滑到底端,小球乙以同样的初速度从B点抛出,不计空气阻力,则( )
图5
A.两小球落地速率相同
B.两小球落地时,重力的瞬时功率相同
C.从开始运动至落地过程中,重力对它们做功相同
D.从开始运动至落地过程中,重力的平均功率相同
答案 AC
解析 由于斜面光滑,且不计空气阻力,故两小球运动过程中只有重力做功,由机械能守恒定律可知两小球落地时速率相同,故选项A正确;由于A小球沿斜面做匀加速运动,B小球做斜抛运动,它们落地时的速度方向不同,故两小球落地时,重力的瞬时功率不相同,选项B错误;由于重力做功与路径无关,只与初、末位置的高度差有关,故从开始运动至落地过程中,重力对它们做功相同,选项C正确;由于两小球的运动方式不同,所以从开始运动至落地过程中所用时间不同,由P=可知重力的平均功率不同,选项D错误.
10.在圆轨道上运动的质量为m的人造地球卫星,它到地面的距离等于地球半径R,地面上的重力加速度为g,则( )
A.卫星的动能为
B.卫星运动的周期为4π
C.卫星运动的加速度为
D.卫星运动的速度为
答案 AB
解析 人造卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,设地球质量为M、卫星的轨道半径为r,则=,忽略地球自转的影响有=mg,联立得v=,卫星的动能Ek=mv2=mgR,选项A正确,D错误;卫星运动的周期T==4π,选项B正确;设卫星运动的加速度为a,则有=ma,联立得a=,选项C错误.
11.如图6所示,一质量为M的光滑大圆环,用一细轻杆固定在竖直平面内;套在大环上质量为m的小环,从大环的最高处由静止滑下,滑到大环的最低点的过程中(重力加速度为g)( )
图6
A.小环滑到大圆环的最低点时处于失重状态
B.小环滑到大圆环的最低点时处于超重状态
C.此过程中小环的机械能守恒
D.小环滑到大环最低点时,大圆环对杆的拉力大于(m+M)g
答案 BCD
解析 小环滑到大圆环的最低点时,有竖直向上的加速度,由牛顿运动定律可知小环处于超重状态,同时知杆对大圆环的拉力大于(M+m)g,由牛顿第三定律知,大圆环对杆的拉力大于(M+m)g,故选项A错误,选项B、D正确.由于大环固定不动,对小环的支持力不做功,只有重力对小环做功,所以小环的机械能守恒,故选项C正确.
12.图7甲为0.1kg的小球从最低点A冲入竖直放置在水平地面上、半径为0.4m的半圆轨道后,小球速度的平方与其高度的关系图像,如图乙所示.已知小球恰能到达最高点C,轨道粗糙程度处处相同,空气阻力不计.g取10m/s2,B为AC轨道中点.下列说法正确的是( )
图7
A.图乙中x=4
B.小球从B到C损失了0.125J的机械能
C.小球从A到C合外力对其做的功为-1.05J
D.小球从C抛出后,落地点到A的距离为0.8m
答案 ACD
解析 当h=0.8m时小球在C点,由于小球恰能到达最高点C,故mg=m,所以v=gr=10×0.4m2·s-2=4m2·s-2,故选项A正确;由已知条件无法计算出小球从B到C损失了0.125J的机械能,故选项B错误;小球从A到C,由动能定理可知W合=mv-mv=×0.1×4J-×0.1×25J=-1.05J,故选项C正确;小球离开C点后做平抛运动,故2r=gt2,落地点到A的距离x1=vCt,解得x1=0.8m,故选项D正确.
二、实验题(本题共2小题,共16分)
13.(8分)如图8甲所示是某同学探究做圆周运动的物体质量、向心力、轨道半径及线速度关系的实验装置,圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动.力传感器测量向心力F,速度传感器测量圆柱体的线速度v,该同学通过保持圆柱体质量和运动半径不变,来探究向心力F与线速度v的关系:
图8
(1)该同学采用的实验方法为________.
A.等效替代法 B.控制变量法 C.理想化模型法
(2)改变线速度v,多次测量,该同学测出了五组F、v数据,如下表所示:
v/(m·s-1)
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
F/N
0.88
2.00
3.50
5.50
7.90
该同学对数据分析后,在图乙坐标纸上描出了五个点.
①作出F-v2图线;
②若圆柱体运动半径r=0.2m,由作出的F-v2的图线可得圆柱体的质量m=_____kg.(结果保留两位有效数字)
答案
(1)B
(2)①
②0.18
14.(8分)某课外活动小组利用竖直上抛运动验证机械能守恒定律.
图9
(1)某同学用20分度游标卡尺测量出小球的直径为1.020cm.图9所示弹射装置将小球竖直向上抛出,先后通过光电门A、B,计时装置测出小球通过A、B的时间分别为2.55ms、5.15ms,由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB,其中vA=________m/s.
(2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h,已知当地的重力加速度为g,只需比较_____(用题目中涉及的物理量符号表示)是否相等,就可以验证机械能是否守恒.
(3)通过多次实验发现,小球通过光电门A的时间越短,
(2)中要验证的两数值差越大,试分析实验中产生误差的主要原因是________________________________________________.
答案
(1)4(4.0或4.00也对)
(2)gh和- (3)小球上升过程中受到空气阻力的作用,速度越大,所受阻力越大
解析
(1)小球通过光电门可近似认为做匀速直线运动,所以vA===4m/s;
(2)在验证机械能守恒定律时,要看动能的减少量是否等于势能的增加量,即gh=-;
(3)小球通过A的时间越短,意味着小球的速度越大,而速度越大受到的空气阻力就越大,损失的能量越多,动能的减少量和势能的增加量差值就越大.
三、计算题(本题共3小题,共36分,解答时应写出必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
15.(10分)如图10所示,假设某星球表面上有一倾角为θ=37°的固定斜面,一质量为m=2.0kg的小物块从斜面底端以速度9m/s沿斜面向上运动,小物块运动1.5s时速度恰好为零.已知小物块和斜面间的动摩擦因数为0.25,该星球半径为R=1.2×103km.试求:
(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
图10
(1)该星球表面上的重力加速度g的大小;
(2)该星球的第一宇宙速度的大小.
答案
(1)7.5m/s2
(2)3×103m/s
解析
(1)对物块受力分析,由牛顿第二定律可得
-mgsinθ-μmgcosθ=ma,①
a=,②
由①②代入数据求得g=7.5m/s2.
(2)设第一宇宙速度为v,由mg=m得:
v==3×103m/s.
16.(12分)如图11所示,摩托车做特技表演时,以v0=10.0m/s的初速度冲向高台,然后从高台水平飞出.若摩托车冲向高台的过程以P=4.0kW的额定功率行驶,冲到高台上所用时间t=3.0s,人和车的总质量m=1.8×102kg,台高h=5.0m,摩托车的落地点到高台的水平距离x=10.0m.不计空气阻力,g取10m/s2.求:
图11
(1)摩托车从高台飞出到落地所用的时间;
(2)摩托车落地时速度的大小;
(3)摩托车冲上高台过程中克服阻力所做的功.
答案
(1)1.0s
(2)10m/s (3)3.0×103J
解析
(1)摩托车在空中做平抛运动,
设摩托车飞行时间为t1.
则h=gt,t1==s=1.0s
(2)设摩托车到达高台顶端的速度为vx,即平抛运动的水平速度vx==m/s=10.0m/s,
竖直速度为vy=gt1=10.0m/s
摩托车落地时的速度v==10m/s.
(3)摩托车冲上高台的过程中,根据动能定理:
Pt-Wf-mgh=mv-mv,
代入数据解得Wf=3.0×103J
所以,摩托车冲上高台的过程中摩托车克服阻力所做的功为3.0×103J.
17.(14分)为了研究过山车的原理,某物理小组提出了下列设想:
取一个与水平方向夹角为θ=60°、长为L1=2m的倾斜轨道AB,通过微小圆弧与长为L2=m的水平轨道BC相连,然后在C处设计一个竖直完整的光滑圆轨道,出口为水平轨道上D处,如图12所示.现将一个小球从距A点高为h=0.9m的水平台面上以一定的初速度v0水平弹出,到A点时速度方向恰沿AB方向,并沿倾斜轨道滑下.已知小球与AB和BC间的动摩擦因数均为μ=,g取10m/s2.
图12
(1)求小球初速度v0的大小;
(2)求小球滑过C点时的速率vC;
(3)要使小球不离开轨道,则竖直圆弧轨道的半径R应该满足什么条件?
答案
(1)m/s
(2)3m/s (3)0 解析 (1)小球开始时做平抛运动: v=2gh, 代入数据解得vy==m/s=3m/s, A点: tan60°=, 得vx=v0==m/s=m/s. (2)从水平抛出到C点的过程中,由动能定理得 mg(h+L1sinθ)-μmgL1cosθ-μmgL2=mv-mv, 代入数据解得vC=3m/s. (3)小球刚好能过最高点时,重力提供向心力, 则mg=,mv=2mgR1+mv2, 代入数据解得R1=1.08m,当小球刚能到达与圆心等高时,有mv=mgR2,代入数据解得R2=2.7m, 当圆轨道与AB相切时R3=BC·tan60°=1.5m, 即圆轨道的半径不能超过1.5m, 综上所述,要使小球不离开轨道,R应该满足的条件是0
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