2022—2023学年高一教科版（2019）必修第二册 第四章 机械能及其守恒定律 单元检测卷12（含解析）

这是一份2022—2023学年高一教科版（2019）必修第二册 第四章 机械能及其守恒定律 单元检测卷12（含解析），共21页。
2022—2023学年高一教科版（2019）必修第二册 第四章 机械能及其守恒定律 单元检测卷12（含解析）一、单选题（共28分）1．如图甲所示，光滑水平面与光滑竖直半圆轨道平滑衔接，其中圆弧DE部分可以拆卸，弧CD（C点与圆心等高）部分对应的圆心角为30°，在D点安装有压力传感器并与计算机相连，在.A点固定弹簧枪，可以发射质量相同、速率不同的小球，通过计算机得到传感器读数与发射速率平方关系如图乙所示，重力加速度g取10m/s2，则下列说法正确的（　　）A．小球质量为0.2kgB．圆弧轨道半径为0.5mC．当传感器读数为3.5N时，小球在E点对轨道压力大小为3ND．若拆卸掉圆弧DE部分，小球发射速率平方v02=17.5时，小球上升到最高点时与水平面间距离为2．如图所示，一小电动机用轻绳通过动滑轮将一重物由静止开始以2m／s2的加速度匀加速向上提起。已知重物的质量为1kg，重力加速度g=10m／s2，不计滑轮的质量及绳与滑轮间的摩擦，运动过程中滑轮未碰到天花板，小电动机的最大输出功率P=60W，则重物匀加速运动持续的时间和重物能获得的最大速度分别为（　　）A．2 s，10m/s B．2.5 s，6m/s C．2 s，6m/s D．2.5 s，12m/s3．如图，一顾客用一平行于斜坡的100N恒力F将购物车从斜坡的底端匀速推上顶端，斜坡长10m，高5m，在这个过程中，恒力F做的功为（　　）A．0 B．500J C．750J D．1000J4．图（a）所示的我国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功实施第三次近火制动，进入火星停泊轨道，若探测器的停泊轨道可简化为图（b）所示的椭圆轨道，其中的P点为近火点，Q点为远火点，则可知（　　）A．探测器在P点的速度小于在Q点的速度B．探测器在P点的加速度小于在Q点的加速度C．探测器从P点运动到Q点的过程中，机械能逐渐减小D．探测器从P点运动到Q点的过程中，机械能保持不变5．春耕选种时，常用到图示农具。风轮扇动恒定风力使种谷和瘪谷都从洞口水平飞出。结果种谷和瘪谷落地自然分开成两堆。如图所示，若不计空气阻力。对这一现象，下列分析正确的是（　　） A．图中M处是种谷堆，N处为瘪谷堆B．种谷和瘪谷从飞出洞口到落地的时间不相同C．种谷和瘪谷飞出洞口后都做匀变速曲线运动D．种谷飞出口的速度比瘪谷飞出洞口的速度大些6．如图所示，内壁光滑、质量为m的管形圆轨道，竖直放置在光滑水平地面上，恰好处在左、右两固定光滑挡板M、Q之间，圆轨道半径为R，质量为m的小球能在管内运动，小球可视为质点，管的内径忽略不计．当小球运动到轨道最高点时，圆轨道对地面的压力刚好为零，下列判断正确的是（　　）A．圆轨道对地面的最大压力大小为8mgB．圆轨道对挡板M、Q的压力总为零C．小球运动的最小速度为D．小球运动到圆轨道最右端时，圆轨道对挡板Q的压力大小为5mg7．用如图所示实验装置验证机械能守恒定律，下列说法正确的是（　　） A．实验开始时，应先释放纸带，再接通电源B．应尽量选用密度较大、体积较小的重物C．该实验只能验证机械能守恒定律，不能研究自由落体运动D．验证机械能守恒定律时，重物减小的重力势能小于增加的动能二、多选题（共12分）8．如图所示，完全相同的两个弹性环A、B用不可伸长的，长为L的轻绳连接，分别套在水平细杆OM和竖直细杆ON上，OM与ON在O点用一小段圆弧杆平滑相连（圆弧长度可忽略），且ON足够长。初始时刻，将轻绳拉至水平位置伸直，然后静止释放两个环，此后某时刻，A环通过O点小段圆弧杆，速度大小保持不变，重力加速度为g，不计一切摩擦，则下列说法正确的是（　　）A．当B环下落至轻绳与竖直方向夹角时，A环的速度大小为B．A环到达O点时速度为C．A环经过O点开始，追上B环用时为D．A环追上B环时，B环的速度为9．如图所示，位于竖直平面内的固定光滑圆环轨道与水平面相切于M点，与竖直墙相切于A点，竖直墙上另一点B与M的连线和水平面的夹角为60°，C是圆环轨道的圆心，已知在同一时刻，甲、乙两球分别由A、B两点从静止开始沿光滑倾斜直轨道AM、BM运动到M点，丙球由C点自由下落到M点，有关下列说法正确的是（　　）A．甲球下滑的加速度大于乙球下滑的加速度B．丙球最先到达M点C．甲、乙、丙球同时到达M点D．甲、丙两球到达M点时的速率相等10．2022年1月，我国实践21号卫星靠近一颗失效的北斗二号导航卫星，将这颗卫星拖到了某轨道，之后实践21号卫星又回到自己的运行轨道。实践21号卫星（简称A卫星）的运行过程可简化为先在近地轨道上做匀速圆周运动，然后通过变轨与一颗处于地球同步轨道的失效的北斗二号导航卫星（简称B卫星）组成一个整体，将B卫星拖到高于同步轨道的某轨道（简称C轨道）后与B卫星分离，最后回到近地轨道，如图所示。下列说法正确的是（　　）A．A卫星在近地轨道的线速度小于B卫星在同步轨道上的B．B卫星在C轨道上的周期大于在同步轨道上的C．A卫星应先变轨到地球同步轨道，再加速与B卫星对接D．A卫星从C轨道返回近地轨道过程中，机械能一直减小三、实验题（共15分）11．如图甲所示是“探究做功与物体速度变化的关系”的实验装置，主要实验步骤如下：①用天平测出滑块（含滑轮）的质量M＝240g，并安装好实验装置；②适当垫高长木板不带滑轮的一端，滑块不挂轻绳，挂上纸带，轻推滑块使滑块沿长木板匀速运动；③轻绳通过长木板末端的滑轮和滑块上的滑轮，一端挂在拉力传感器上，另一端挂质量为m＝100g的钩码，两轻绳与木板平行；④接通打点计时器的电源，释放滑块，打出一条点迹清晰的纸带，如图乙所示，相邻计数点间时间间隔为0.1s，并记录拉力传感器示数F＝0.39N。回答下列问题：（1）滑块从B运动到D的过程中，合力对滑块所做的功W＝________J，滑块动能的增量ΔEk＝________J；（计算结果均保留2位有效数字）（2）多次实验发现合力对滑块所做的功W总略大于滑块动能的增量ΔEk，可能的原因是________。A．没有满足滑块质量远大于钩码质量B．平衡摩擦力过度C．滑轮摩擦影响（3）利用该实验装置还可以完成的物理实验有：________（写出一种即可）。12．某同学利用如图甲所示的装置测量弹簧弹力做功，在水平桌面上固定好弹簧和光电门、将光电门与数字计时器（图中未画出）连接。实验过程如下：（1）用游标卡尺测出固定于滑块上的遮光条的宽度d；（2）用滑块把弹簧压缩到遮光条距离光电门为的位置，并由静止释放，数字计时器记下遮光条通过光电门所用的时间t，则此时滑块的速度___________（用题中所给符号表示）；（3）多次改变滑块的质量m，重复（2）的操作，得到多组m与v的值。根据这些数据作出图像，如图乙。根据图像，可求出滑块每次运动的过程中弹簧对其所做的功为__________；（4）为了减少实验误差，请提出一条改进措施：_____________。四、解答题（共45分）13．如图所示，一半径的圆盘水平放置，在其边缘点固定一个小桶，在圆盘直径的正上方平行放置一水平滑道，滑道右端点与圆盘圆心在同一竖直线上，高度差。为一竖直面内的光滑圆弧轨道，半径，且与水平滑道相切于点。一质量的滑块（可视为质点）从点由静止释放，当滑块经过点时，对点压力为，恰在此时，圆盘从图示位置以一定的角速度绕通过圆心的竖直轴匀速转动，最终物块由点水平抛出，恰好落入圆盘边缘的小桶内。已知滑块与滑道间的动摩擦因数为,，求：（1）滑块到达点时的速度。（2）水平滑道的长度。（3）圆盘转动的角速度应满足的条件。14．2022年2月8日，我国选手谷爱凌在第24届冬季奥林匹克运动会女子自由式滑雪大跳台比赛中获得冠军。参赛滑道简图如图所示，为同一竖直平面内的滑雪比赛滑道，运动员从a点自静止出发，沿滑道滑至d点飞出，然后做出空翻､抓板等动作，在de段的水平区域上落地并滑到安全区域。其中ab段和cd段的倾角均为，ab段长L1=110m，水平段bc长，cd坡高h=9m，ce段足够长。设滑板与滑道之间的动摩擦因数为，不考虑转弯b和c处的能量损失，运动员连同滑板整体可视为质点，其总质量m=60kg。忽略空气阻力，g取，sin37°=0.6，cos37°=0.8。求：（1）从a到d运动员克服摩擦力所做的功；（2）运动员从d点飞出时的速度大小；（3）运动员从d点飞出至落地所需要的时间（保留2位有效数字）。15．某质量为的汽车从A点出发，沿平直公路行驶，先以恒定的加速度运动一段时间，达到额定功率后以恒定的加速度做加速运动，达到最大速度的后以该速度行驶，快到B点时，以加速度制动刚好到B点停下。已知汽车在水平公路上沿直线行驶时所受阻力f的大小为汽车所受重力的，A点到B点的距离为，汽车额定功率为，重力加速度。（1）求汽车达到额定功率所用的时间；（2）求汽车匀速运动的时间。16．人们有时用“打夯”的方式把松散的地面夯实，如图甲所示是打夯用的夯锤。某次打夯符合图乙模型：对夯锤施加一竖直向上变力F，F的大小与位移的大小成正比，满足，。夯锤从静止开始离开地面20cm后撤去F，夯锤最终把地面砸深2cm。已知夯锤的质量m为50kg，取。求本次打夯过程中：（1）夯锤刚落地时的速度大小v；（2）夯锤离地面的最大高度H；（3）夯锤对地面的平均冲击力f。
参考答案1．B【解析】【详解】AB．设小球在D点速度大小为vD，小球对传感器压力大小为F，由牛顿第二定律有由机械能守恒有整理得在图像中是一次函数，则解得选项A错误，B正确；C．由图像可知，当传感器读数为3.5N时，，设最高点速度为v，则有对E点压力N，有联立各式解得选项C错误；D．若圆弧DE部分拆卸掉，小球发射速率平方时，小球在D点做斜上抛运动，小球在D点速度大小则小球上升到最高点与水平面间距离选项D错误。故选B。2．B【解析】【详解】重物由静止开始以2m／s2的加速度匀加速向上提起，由牛顿第二定律可得2F−mg=ma代入数据解得F=6N绳获得的最大速度重物匀加速运动持续的时间，由速度时间公式可得此后重物做加速度减小的加速运动，直到2F＇=mg时，绳子的最大速度为重物运动的最大速度为ACD错误，B正确。故选B。3．D【解析】【详解】恒力F平行于斜坡，由题知坡长为10m，则购物车从斜坡的底端匀速运动至顶端的过程中，恒力F做的功为故D正确，ABC错误。故选D。4．D【解析】【详解】A．由开普勒第二定律可知探测器在近火点P的速度大于在远火点Q的速度，故A错误；B．根据牛顿第二定律和万有引力定律有可得由图可知，探测器在P点到火星中心的距离小于在点到火星中心的距离，则探测器在P点的加速度大于在Q点的加速度，故B错误；CD．探测器在同一轨道运行，只有万有引力做功，机械能不变，故C错误D正确。故选D。5．C【解析】【详解】B．平抛运动在竖直方向做自由落体运动，高度相同，故运动时间相同，故B正确；C．从洞口水平飞出，不计空气阻力，且离开洞口后不受风力影响，故谷种和瘪谷飞出洞口后都做平抛运动，则都做匀变速曲线运动，故C正确；AD．在大小相同的风力作用下运动相同的距离，风力做的功相同，由动能定理由于谷种的质量大，所以离开洞口时的速度小，谷种和瘪谷的运动的时间相同，根据可得谷种的水平位移较小，瘪谷的水平位移较大，所以M处是瘪谷堆，N处是谷种堆，故AD错误。故选C。6．A【解析】【详解】C．当小球运动到最高点时，圆轨道对地面的压力为零，可知小球对圆轨道的弹力等于圆轨道的重力，根据牛顿第二定律得又N＝mg解得小球在最高点的速度该速度为小球运动的最小速度，故C错误；A．根据动能定理得根据牛顿第二定律得解得轨道对小球的最大支持力N′＝7mg由平衡条件及牛顿第三定律可知，圆轨道对地面的最大压力为8mg，故A正确；B．在小球运动的过程中，圆轨道对挡板的一侧有力的作用，所以对挡板M、N的压力不为零，故B错误；D．小球运动到圆轨道最右端时，根据动能定理得根据牛顿第二定律得解得N″＝4mg由平衡条件及牛顿第三定律可知，此时圆轨道对挡板Q的压力大小为4mg，故D错误。故选A。7．B【解析】【详解】A．实验开始时，应先接通电源，待打点计时工作稳定后再释放纸带，故A错误；B．为减小阻力的影响，实验时应选用密度较大、体积较小的重物，故B正确；C．该实验可用于研究自由落体运动的规律，故C错误；D．验证机械能守恒定律时，由于阻力做负功，则重力势能的减小量大于动能的增加量，故D错误。故选B。8．BC【解析】【详解】A．B环下落至轻绳与竖直方向夹角，即B环下降，此时轻绳与水平方向之间的夹角满足，设A、B两环速度分别为，，则即设A、B两环质量为，B环下降的过程中，A与B组成的系统机械能守恒，有所以A环的速度故A错误；B．A环到达O点时速度为，此时B环的速度等于0，B环下降L过程中，由于A、B系统机械能守恒即故B正确；C．环A过O点后做初速度为、加速度为g的匀加速直线运动，环B做自由落体运动，从A环经O点开始，追上B环用时t，则有即故C正确；D．A环追上B环时，B环的速度为故D错误。故选BC。9．BD【解析】【详解】A．设光滑倾斜轨道与水平面的夹角为θ，根据牛顿第二定律可得加速度可知乙球的加速度大于甲球的加速度。故A错误。BC．对于AM段，位移加速度则根据得对于BM段，位移加速度对于CM段，位移加速度则知最小，故B正确，C错误。D．根据动能定理得甲，丙高度相同，则到达M的速率相等，故D正确。故选BD。10．BD【解析】【详解】A.由得根据题意可知近地轨道的高度小于地球同步轨道的高度，所以A卫星在近地轨道上的线速度大于B卫星在同步轨道上的，故A错误；B.根据开普勒第三定律有根据题意可知C轨道的高度大于同步轨道的高度，则B卫星在C轨道上的周期大于在同步轨道上的，故B正确；C.如果A卫星先变轨到地球同步轨道再加速，会做离心运动，不能与B卫星对接，故C错误；D.A卫星从C轨道返回近地轨道过程中，A卫星需要向前喷气进行减速，所以机械能一直减小，故D正确。故选BD。11．     0.14     0.13     C     研究匀变速直线运动的规律（探究加速度与力、质量的关系；测量滑块与长木板间的动摩擦因数等）【解析】【分析】【详解】(1)[1]由图乙可知，合外力对滑块做的功为W＝2FxBD≈0.14J[2]根据匀变速直线运动的规律可得vB＝＝0.6m/s，vD＝＝1.2m/s滑块动能的增量ΔEk＝MvD2－MvB2≈0.13J(2)[3]A．因有拉力传感器直接测量绳上的拉力，故不需要满足滑块质量远大于钩码质量，A错误；B．若平衡摩擦力过度，会有重力做正功，动能的增量应大于合力做的功，B错误；C．滑轮有摩擦，需克服摩擦力做功，有一部分能量转化为内能，动能的增量略小于合力做的功，C正确。故选C。(3)[4]有打点计时器、纸带，可研究匀变速直线运动的规律；加速度、质量、合外力均可测量，故也可以研究加速度与力、质量的关系；也可测量滑块与长木板间的动摩擦因数。12．               适当减小遮光条的宽度【解析】【详解】（2）[1]遮光条通过光电门的平均速度可近似认为是滑块通过光电门的瞬时速度，所以（3）[2]对滑块运动过程应用动能定理，有即绘制图像，则图像的斜率所以（4）[3]若遮光条的宽度过大，通过光电门的平均速度与滑块的瞬时速度相差较大，引起实验误差较大，可通过适当减小遮光条的宽度来减小实验误差。13．（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）根据题意，滑块到达B点时，由牛顿第二定律得解得（2）根据题意可知，小物块从C到E做平抛运动，在水平方向上有竖直方向上有联立解得小物块从B到C过程中，根据动能定理有解得BC间的距离（3）根据公式可得，从B到C的时间为根据可得，从C到E的时间根据题意可知，要使物块落入小桶内，需满足解得14．（1）；（2）；（3）【解析】【详解】（1）从a到d运动员克服摩擦力所做的功代入数值，解得（2）由动能定理，得代入数值，解得运动员从d点飞出时的速度大小（3）方法1：运动员从d点飞出至最高点历时，有解得运动员从最高点到落地历时，有解得运动员从d点飞出至落地所需要的时间方法2：运动员从d点飞出至落地历时t15．（1）；（2）。【解析】【详解】（1）设刚好达到额定功率时的速度为，由牛顿第二定律有汽车所受阻力为由匀变速直线运动规律有联立解得（2）汽车的最大速度为做匀减速直线运动的时间为以做匀加速运动的位移为以做匀加速运动的位移为做匀减速运动的位移为匀速运动的距离为匀速运动时间为联立解得16．（1）；（2）；（3）10500N，方向向下【解析】【详解】（1）F做的功为夯锤从开始运到刚着地的过程中，由动能定理得解得v=（2）夯锤从开始运到最高点的过程中，由动能定理得解得（3）夯锤开始运动到砸深地面2cm的过程中，由动能定理得解得f=10500N夯锤对地面的平均冲击力大小为10500N，方向向下。