2024春高中物理第八章机械能守恒定律达标检测卷（人教版必修第二册）

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第八章达标检测卷(考试时间：60分钟　满分：100分)一、选择题：本题共20小题，每小题3分，共60分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．1．下列说法正确的是(　　)A．如果合外力对物体所做的功为零，则合外力一定为零B．一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化；但速度变化时，动能不一定变化C．处于平衡状态的运动物体，其机械能一定不变D．动能不变的物体，其机械能一定不变【答案】B　【解析】合外力做功为零，有多种情况，比如合外力为零，做功位移为零，或合外力不为零、位移不为零，但合外力和位移垂直，A错误；动能是标量，当其大小发生变化时，根据Ek＝ eq \f(1,2)mv2，速度大小必然发生变化；而速度变化时，很可能只是速度方向的变化，大小不变，根据Ek＝ eq \f(1,2)mv2，动能不变，B正确；处于平衡状态的物体，机械能可能是变化的，例如匀速上升或下降的电梯，动能不变，重力势能变化，机械能变化，C错误；动能不变的物体，当其势能发生变化时，机械能就改变，D错误．2．如图，小亮用力拉着木箱水平向右匀速前进，关于木箱所受各力做功的情况，下列说法正确的是(　　)A．重力做正功 B．拉力做正功C．支持力做负功 D．摩擦力不做功【答案】B　【解析】重力的方向与位移方向垂直，重力不做功，A错误；拉力的方向与位移方向成锐角，拉力做正功，B正确；支持力的方向与位移方向垂直，支持力不做功，C错误；摩擦力的方向与位移的方向相反，摩擦力做负功，D错误．3．如图，“天问一号”火星探测器在发射的初始阶段加速上升，此过程中探测器的(　　)A．重力势能减小 B．重力势能增加C．动能逐渐减小 D．动能保持不变【答案】B　【解析】“天问一号”火星探测器在发射的初始阶段加速上升，“天问一号”火星探测器的位置升高，重力势能增加，速度增大，则动能增加，B正确，A、C、D错误．4．(2023年广铁一中期末) 如图所示，质量为0.5 kg的小球，从空中A点下落到地面上的B点，A点到桌面的高度h1为1.2 m，桌面高h2为0.8 m，以桌面为零势能面，g取10 m/s2.则小球在B点的重力势能为(　　)A．－4 J B．－10 J C．4 J D．10 J【答案】A5．如图，足球运动员将足球从静止开始踢出，足球沿水平草地做直线运动，整个过程中对足球做正功的力是(　　)A．踢球的力 B．草地的阻力C．足球的重力 D．草地的支持力【答案】A6．机器人将货物从地面搬起，沿水平方向匀速移动一段距离后放至货架上，在此过程中，机器人对货物的做功情况，下列说法正确的是(　　)A．将货物向上搬起的过程中，机器人对货物做正功B．将货物向上搬起的过程中，机器人对货物不做功C．将货物水平匀速移动的过程中，机器人对货物做正功D．将货物水平匀速移动的过程中，机器人对货物做负功【答案】A7．宋代诗人苏轼的名句“会挽雕弓如满月，西北望，射天狼”中蕴含了一些物理知识．如图所示，在人将弓拉开的过程中，下列说法正确的是(　　)A．人对弓的拉力做正功，弓的弹性势能变大B．人对弓的拉力做正功，弓的弹性势能变小C．人对弓的拉力做负功，弓的弹性势能变大D．人对弓的拉力做负功，弓的弹性势能变小【答案】A　【解析】由于人的拉力与弓的形变方向相同，故人对弓做正功；在拉开过程中由于弓的形变量增大，弹性势能增大，故选A．8．运输物资的汽车以额定功率上坡时，为增大牵引力，司机应使汽车的速度(　　)A．减小 B．增大C．保持不变 D．先增大后保持不变【答案】A　【解析】根据公式P＝Fv，由于以额定功率上坡时，为增大牵引力，则司机应使汽车的速度减小，B、C、D错误，A正确．9．如图所示，木箱在与水平方向成α角斜向上的恒力F作用下，沿水平地面向右运动，发生了一段位移x，在这个过程中，力F所做的功为(　　)A．W＝Fx B．W＝Fx sin αC．W＝Fx cos α D．W＝Fx tan α【答案】C　【解析】F为恒力，x为位移，α为力与位移的夹角，故F做的功为W＝Fx cos α，C正确，A、B、D错误．10．如图所示为一辆新能源电动汽车，发动机的额定功率为9.0×104 W．当汽车以10 m/s的速度沿水平路面匀速行驶时，牵引力大小为3.0×103 N，此时汽车发动机输出的实际功率为(　　)A．1.0×104 W B．1.5×104 WC．3.0×104 W D．9.0×104 W【答案】C　【解析】汽车发动机输出的实际功率为P＝Fv＝3.0×103×10 W＝3.0×104 W，C正确，A、B、D错误．11．把一个物体竖直向上抛出去，该物体上升的最大高度是h，若物体的质量为m，所受的空气阻力大小恒为Ff，则在从物体被抛出到落回抛出点的全过程中(　　)A．重力所做的功为mgh B．空气阻力所做的功为零C．空气阻力做的功为2Ffh D．物体克服空气阻力做的功为2Ffh【答案】D　【解析】物体被抛出到落回抛出点的全过程中，初、末位置相同，高度差为零，所以重力做功为零，A错误；在上升的过程中，空气阻力做功为－Ffh，在下降的过程中，空气阻力做功为－Ffh，则整个过程中空气阻力做功为－2Ffh，即物体克服空气阻力做的功为2Ffh，B、C错误，D正确．12．如图是用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置．关于这一实验，下列说法正确的是(　　)A．打点计时器两个限位孔可以不在同一竖直线上B．应先释放纸带，后接通电源打点C．需使用秒表测出重物下落的时间D．测出纸带上两点之间的距离，可知重物相应的下落高度【答案】D　【解析】打点计时器的两个限位孔必须在同一竖直线上，A错误；实验时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，B错误；可以通过打点计时器计算时间，不需要秒表，C错误；测出纸带上两点间的距离，可以知道重物相应的下落高度，D正确．13．如图所示，一轻弹簧一端固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度释放，让它自由摆下．不计空气阻力，则在重物由A点摆向最低点B的过程中(　　)A．弹簧与重物的总机械能不守恒 B．弹簧的弹性势能增加C．重物的机械能不变 D．重物的机械能增加【答案】B　【解析】由A到B的过程中，只有重力和弹簧弹力做功，系统机械能守恒，即弹簧与重物系统的总机械能守恒，A错误；在运动的过程中，弹簧的形变量增大，则弹簧的弹性势能增加，B正确；根据能量守恒定律知，系统机械能不变，弹簧的弹性势能增加，则重物的机械能减小，C、D错误．14．(2023年中山期中)如图所示的足球比赛中，一足球以5 m/s的速度从地面迎面滚来后，运动员一脚将足球以10 m/s的速度用力踢向空中，已知足球质量为0.4 kg，则运动员对足球所做的功为(　　)A．5 J B．20 JC．15 J D．25 J【答案】C　【解析】由动能定理可知运动员对足球所做的功为W＝ eq \f(1,2)mv2－ eq \f(1,2)mv eq \o\al(2,0)＝ eq \f(1,2)×0.4×102－ eq \f(1,2)×0.4×52＝15 J，故C正确．15．(2023年广州五中月考)一半径为R的圆柱体水平固定，横截面如图所示，长度为πR、不可伸长的轻细绳，一端固定在圆柱体最高点P处，另一端系一个小球．小球位于P点右侧同一水平高度的Q点时，绳刚好拉直．将小球从Q点由静止释放，当与圆柱体未接触部分的细绳竖直时，小球的速度大小为(重力加速度为g，不计空气阻力)(　　)A． eq \r((2＋π)gR) B． eq \r(2πgR)C． eq \r(2(1＋π)gR) D．2 eq \r(gR)【答案】A　【解析】小球从Q点下落过程中，机械能守恒，mg(R＋ eq \f(πR,2))＝ eq \f(1,2)mv2，解得v＝ eq \r((2＋π)gR)，A正确．16．(2023年佛山月考)如图所示，机械臂主要结构包括上臂、支柱和电机，上臂、支柱由同种材料制作．已知上臂长2 m，重10 kg，支柱高2.5 m，重20 kg，机械臂将15 kg的A物体从如图所示位置缓慢提高2 m，g取10 m/s2，则电机消耗电能约为(　　)A．300 J B．400 J C．500 J D．600 J【答案】B　【解析】机械臂将A物体从如图所示位置缓慢提高2 m，需要克服物体的重力和机械臂的重力做功，机械臂的重心上升高度约为1 m，则消耗的电能为E电＝m1g· eq \f(h,2)＋m2gh＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(10×10×\f(2,2)＋15×10×2)) J＝400 J，故B正确．17．质量相等的 A、B两物体(当作质点).从同一高度h同时开始运动，A做平抛运动，B做自由落体运动．已知两物体质量均为m，重力加速度为g.则(　　)A．两球在空中运动的时间不同B．两球落地时动能相等C．从开始到刚落地的过程中，两球的动能增量相同D．若落地后速度均变为零，则落地过程中两球机械能的减少量均为mgh【答案】C　【解析】平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，分运动与合运动具有等时性，所以两个物体同时落地，所需时间相同，故A错误；两物体落地时在竖直方向的分速度相等，但平抛运动有水平分速度，根据速度的合成，知两个物体落地时的速度、速率都不同，故动能不同，故B错误；动能的增量等于物体重力做的功，而重力做功相等，故动能增量相等，故C正确；机械能的减少量等于初态的机械能，故A球为mgh＋ eq \f(1,2)mv2，B球为mgh，故D错误．18．如图是农田自动灌溉喷射装置截面示意图，喷嘴的横截面积为3.0 cm2，离地的高度为0.8 m．水泵启动后，水从喷嘴沿水平方向喷出，水平射程可达4.0 m．忽略水池中水泵与地面的高度差、水进入水泵时的速度以及空气阻力，水的密度为1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg.下列说法正确的是(　　)A．水从喷嘴喷出时的速度为5 m/s B．每秒喷嘴喷出水的质量为2.4 kgC．每秒水泵对水做的功为150 J D．每秒水泵对水做的功为174 J【答案】D　【解析】由平抛运动知识可知，水从喷嘴喷出时的速度为v＝x eq \r(\f(g,2h))＝4× eq \r(\f(10,2×0.8)) m/s＝10 m/s，A错误；每秒喷嘴喷出水的质量为m＝ρSv＝103×3.0×10-4×10 kg＝3.0 kg，B错误；每秒水泵对水做的功为W＝mgh＋ eq \f(1,2)mv2＝(3×10×0.8＋ eq \f(1,2)×3×102) J＝174 J，C错误，D正确．19．如图所示，小李站上缓慢运行的扶梯后，随扶梯先加速运动再匀速运动至顶端平台，整个过程中扶梯对小李做功为3.3×103 J，小李克服重力做功为3.2×103 J，则小李的动能增加了(　　)A．6.5×103 J B．3.2×103 JC．3.3×103 J D．1.0×102 J【答案】D　【解析】根据动能定理得ΔEk＝W－WG＝1×102 J，D正确，A、B、C错误．20．有一辆质量为170 kg、输出功率为1 440 W的太阳能试验汽车，安装有约6 m2的太阳能电池板和蓄能电池，该电池板在有效光照条件下单位面积输出的电功率为30 W/m2.驾驶员的质量为70 kg，汽车最大行驶速度为90 km/h.假设汽车行驶时受到的阻力与其速度成正比，则汽车(　　)A．以最大速度行驶时牵引力大小为60 NB．以额定功率启动时的加速度大小为0.24 m/s2C．保持最大速度行驶1 h至少需要有效光照8 hD．直接用太阳能电池板输出的功率可获得6 m/s的最大行驶速度【答案】C　【解析】根据P额＝Fvmax，可得F＝ eq \f(P额,vmax)＝ eq \f(1 440,\f(90,3.6)) N＝57.6 N，A错误；以额定功率启动时，由牛顿第二定律有 eq \f(P,v)－f＝ma，而刚启动时速度v为零，则阻力f也为零，故刚启动时加速度趋近于无穷大，B错误；由能量守恒得W＝Pt＝1 440 W×1 h＝30×6 W×t，解得t＝8 h，即保持最大速度行驶1 h至少需要有效光照8 h，C正确；由题意，汽车行驶时受到的阻力与其速度成正比，设f＝kv，达到最大速度时有57.6＝k× eq \f(90,3.6)，解得k＝2.304.当直接用太阳能电池板输出的功率行驶且有最大速度时，则有 eq \f(30×6,v′)＝kv′，解得v′≈8.84 m/s，D错误．二、非选择题：本题共3小题，共40分．21．(12分)在验证机械能守恒定律的实验中，小红同学利用图甲实验装置进行实验，正确完成操作后，得到一条点迹清晰的纸带，如图乙所示，其中O点为纸带起始点，两相邻计数点时间间隔为T.　　　　(1)实验装置中，电火花计时器应选用______(填“直流”或“交流”)电源；观察纸带，可知连接重物的夹子应夹在纸带的______(填“左”或“右”)端．(2)若重物质量为m，重力加速度为g，利用纸带所测数据，计算出C点的速度vC＝________，在误差允许范围内，根据 eq \f(1,2)mv eq \o\al(2,C)＝________来验证机械能守恒定律．(用字母表示)(3)在实验中，小红同学发现小球重力势能的减少量总是略大于小球动能的增加量，分析原因可能是________________________________．(只需说明一种即可)【答案】(1)交流　左　(2) eq \f(h1＋h2,2T)　mgh　(3)受空气阻力影响或纸带与限位孔摩擦影响(其他合理答案均给分)【解析】(1)实验所用打点计时器接交流电源上；重物应该靠近打点计时器，可知连接重物的夹子应夹在纸带的左端．(2)利用匀变速直线运动的推论，可知打C点时纸带的速度为vC＝ eq \f(h1＋h2,2T).根据机械能守恒定律知重力势能转换为动能，则有 eq \f(1,2)mv eq \o\al(2,C)＝mgh.(3)小球重力势能的减少量总是略大于小球动能的增加量，分析原因可能是受空气阻力影响或纸带与限位孔摩擦影响，有能量损失．22．(14分)(2023年惠州期末)红军长征途中，为了突破敌方关隘，战士爬上陡峭的山头，居高临下向敌方工事内投掷手榴弹，如图所示．若战士某次将质量为m的手榴弹水平抛出，手榴弹从投出的位置到落地点的高度差为h，水平位移大小为L，忽略空气阻力，重力加速度为g，求：(1)手榴弹在空中运动的时间t；(2)抛出手榴弹过程中，战士至少要做多少功；(3)手榴弹落地前瞬间，手榴弹重力的功率．解：(1)手榴弹在竖直方向上做自由落体运动，可得h＝ eq \f(1,2)gt2，解得t＝ eq \r(\f(2h,g)).(2)手榴弹在水平方向上做匀速直线运动，有v0＝ eq \f(L,t)，手榴弹刚被抛出时的初动能Ek＝ eq \f(1,2)mv eq \o\al(2,0).由功能关系得，战士至少做功为W＝ eq \f(1,2)mv eq \o\al(2,0)＝ eq \f(mgL2,4h).(3)落地前瞬间，手榴弹竖直方向的速度大小vy＝gt＝ eq \r(2gh)，落地前瞬间，手榴弹重力的功率为PG＝mgvy，解得PG＝mg eq \r(2gh).23．(14分)如图所示，质量为m的小球用长为L的轻质细线悬于O点，与O点处于同一水平线上的P点处有一根光滑的细钉，已知OP＝ eq \f(1,2)L，在A点给小球一个水平向左的初速度v0，发现小球恰能到达跟P点在同一竖直线上的最高点B，则：(1)若不计空气阻力，则初速度v0多大？(2)若初速度v0＝4 eq \r(gL)，则在小球从A到B的过程中克服空气阻力做了多少功？解：(1)小球恰能到达最高点，重力完全提供向心力mg＝m eq \f(v2,\f(L,2))，解得v＝ eq \r(\f(gL,2)).小球从A点运动到B点的过程中只有重力做功，根据机械能守恒定律，得 eq \f(1,2)mv eq \o\al(2,0)＝ eq \f(1,2)mv2＋mg· eq \f(3,2)L，解得v0＝ eq \r(\f(7gL,2)).(2)考虑空气阻力，小球从A到B的过程运用动能定理－mg· eq \f(3,2)L－Wf＝ eq \f(1,2)mv2－ eq \f(1,2)mv eq \o\al(2,0)，解得Wf＝ eq \f(25mgL,4)，所以小球克服空气阻力做的功为 eq \f(25mgL,4).