《2020年新教材高中物理 課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)十八 習(xí)題課三（含解析）新人教版必修2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020年新教材高中物理 課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)十八 習(xí)題課三（含解析）新人教版必修2（10頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用 (25分鐘　60分) 一、選擇題(本題共6小題,每題5分,共30分) 1.一個(gè)質(zhì)量為1 kg的彈性小球,在光滑水平面上以5 m/s的速度垂直撞到墻上,碰撞后小球速度大小不變,向反方向運(yùn)動(dòng)。則碰撞前后小球速度變化量的大小Δv和碰撞過(guò)程中墻對(duì)小球做功的大小W分別為 (　　) A.Δv=10 m/s,W=0　　 B.Δv=10 m/s,W=25 J C.Δv=0,W=25 J D.Δv=0,W=0 【解析】選A。規(guī)定初速度方向?yàn)檎较?初速度v1=5 m/s,碰撞后速度v2=-5 m/s,Δv=v2-v1=-10 m/s,負(fù)號(hào)表示速度變化量的方向

2、與初速度方向相反,所以碰撞前后小球速度變化量的大小為10 m/s。運(yùn)用動(dòng)能定理研究碰撞過(guò)程,由于初、末動(dòng)能相等,所以W=ΔEk=0,碰撞過(guò)程中墻對(duì)小球做功的大小W為0。故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 【補(bǔ)償訓(xùn)練】 喜歡從高處往下跳是學(xué)齡前兒童的天性。如圖所示,一質(zhì)量為20 kg的小朋友從0.5 m高的臺(tái)階上跳下,雙腳著地瞬間的速率約為4 m/s,則小朋友這次跳躍消耗體內(nèi)的化學(xué)能約為 (　　) A.0　　　　　　 　B.60 J C.160 J D.100 J 【解析】選B。設(shè)起跳階段人做功為W,整個(gè)過(guò)程中根據(jù)動(dòng)能定理可知mgh+W=mv2,解得W=mv2-mgh=×20×42

3、J-20×10×0.5 J=60 J,起跳所做的功為消耗體內(nèi)的化學(xué)能,故消耗的化學(xué)能為60 J,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 2.如圖,半徑為R的大圓環(huán)通過(guò)細(xì)輕桿固定在豎直平面內(nèi),質(zhì)量為m的小環(huán)(可視為質(zhì)點(diǎn))套在大環(huán)上,從大環(huán)的最高處由靜止滑下。不計(jì)一切摩擦,以大環(huán)底所在的水平面為參考平面,重力加速度為g。則小環(huán) (　　) A.在任何位置的機(jī)械能均為mgR B.在任一直徑兩端的機(jī)械能之和為5mgR C.在任一直徑兩端的勢(shì)能之和為3mgR D.在任一直徑兩端的動(dòng)能之和為2mgR 【解析】選D。小環(huán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受重力和大環(huán)的彈力,彈力不對(duì)小環(huán)做功,只有重力做功,所以小環(huán)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)

4、械能守恒;小環(huán)初始位置的機(jī)械能為E=2mgR,故任意位置小環(huán)的機(jī)械能都為2mgR,故A錯(cuò)誤;因?yàn)槿我馕恢玫臋C(jī)械能為2mgR,所以任意兩個(gè)位置的機(jī)械能之和為4mgR,故B錯(cuò)誤;令任意直徑和豎直方向的夾角為θ,則小球在該直徑兩端的重力勢(shì)能之和為Ep=mg(R-Rcosθ)+mg(R+Rcosθ)=2mgR,故C錯(cuò)誤;因?yàn)槿我庵睆絻啥说目倷C(jī)械能之和為4mgR,而重力勢(shì)能之和為2mgR,所以任意直徑兩端的動(dòng)能之和為2mgR,故D正確。 3.質(zhì)量相同的小球A和B分別懸掛在長(zhǎng)為L(zhǎng)和2L的不伸長(zhǎng)繩上。先將小球拉至同一水平位置(如圖示)從靜止釋放,當(dāng)二繩豎直時(shí),則 (　　) A.兩球速度一樣大 B.

5、兩球的動(dòng)能一樣大 C.兩球的機(jī)械能一樣大 D.B球所受的拉力較大 【解析】選C。根據(jù)動(dòng)能定理mgL=mv2-0,得v=,知當(dāng)二繩豎直時(shí),速度不等,動(dòng)能不等,故A、B錯(cuò)誤;小球在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中只有重力做功,機(jī)械能守恒,初始位置兩球重力勢(shì)能相等,動(dòng)能都為0,所以初始位置的機(jī)械能相等,則在最低點(diǎn)機(jī)械能相等,故C正確;根據(jù)動(dòng)能定理mgL=mv2-0,得v=。根據(jù)T-mg=m,得T=mg+m=3mg,與繩長(zhǎng)無(wú)關(guān),所以兩繩子的拉力一樣大,故D錯(cuò)誤。 4.一個(gè)質(zhì)量為m的物體以a=2g的加速度豎直向下加速運(yùn)動(dòng),則在物體下落h高度的過(guò)程中,物體的 (　　) A.重力勢(shì)能減少了2mgh B.動(dòng)能增加了

6、2mgh C.機(jī)械能保持不變 D.機(jī)械能增加了2mgh 【解析】選B。物體下降h高度的過(guò)程中,重力做功mgh,則重力勢(shì)能減小mgh,故A錯(cuò)誤;根據(jù)牛頓第二定律知,合力為2mg,根據(jù)動(dòng)能定理知,合力做功為2mgh,則動(dòng)能增加2mgh,故B正確;重力勢(shì)能減小mgh,動(dòng)能增加2mgh,則機(jī)械能增加了mgh,故C、D錯(cuò)誤。 5.如圖所示,質(zhì)量為m的鐵球從空中位置A處由靜止釋放后,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間下落至位置B,A、B間高度差為H,重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力,取A位置為零勢(shì)能點(diǎn)。則 (　　) A.在位置B處,鐵球的重力勢(shì)能為mgH B.如果存在空氣阻力,在位置B處鐵球的重力勢(shì)能大于-m

7、gH C.無(wú)論是否存在空氣阻力,經(jīng)過(guò)位置B處時(shí),重力勢(shì)能一定減小mgH D.選擇B為零勢(shì)能點(diǎn),由于零勢(shì)能點(diǎn)下降,重力做功會(huì)大于mgH 【解析】選C。在位置B處,鐵球的重力勢(shì)能為-mgH,與是否存在空氣阻力無(wú)關(guān),則A、B錯(cuò)誤;無(wú)論是否存在空氣阻力,經(jīng)過(guò)位置B處時(shí),重力勢(shì)能都為-mgH,一定減小mgH,故C正確;重力做功的多少與路徑無(wú)關(guān)、與零勢(shì)能點(diǎn)的選取無(wú)關(guān),所以選擇B為零勢(shì)能點(diǎn),鐵球從A到B重力做功一定等于mgH,故D錯(cuò)誤。 6.質(zhì)量相等的A、B兩物體放在同一水平面上,分別受到水平拉力F1、F2的作用而從靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)時(shí)間t0和4t0速度分別達(dá)到2v0和v0時(shí),分別撤去F

8、1和F2,以后物體繼續(xù)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)直至停止。兩物體速度隨時(shí)間變化的圖線如圖所示。F1和F2對(duì)A、B做的功分別為W1和W2,則下列結(jié)論正確的是 (　　) A.W1∶W2=4∶5 B.W1∶W2=6∶5 C.W1∶W2=5∶6 D.W1∶W2=12∶5 【解析】選B。從圖像可知,兩物體勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度大小都為:a= 根據(jù)牛頓第二定律,勻減速運(yùn)動(dòng)中有:f=ma, 則摩擦力大小相等; 圖線與時(shí)間軸所圍成的面積表示運(yùn)動(dòng)的位移,則位移之比為6∶5;對(duì)全過(guò)程運(yùn)用動(dòng)能定理得: W1-fs1=0,W2-fs2=0 得:W1=fs1,W2=fs2 由上可知,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中F1和F2做

9、功之比為W1∶W2=6∶5;故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 二、計(jì)算題(本題共2小題,共30分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位) 7.(14分)質(zhì)量m=1 kg的物體,在水平拉力F(拉力大小恒定,方向與物體初速度方向相同)的作用下,沿粗糙水平面運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)位移4 m時(shí),拉力F停止作用,運(yùn)動(dòng)到位移是8 m時(shí)物體停止,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中Ek-x的圖線如圖所示。g取10 m/s2。求: (1)物體的初速度多大? (2)物體和平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為多大? (3)拉力F的大小? 【解析】(1)從圖線可知初動(dòng)能為2 J Ek0=mv2=2 J v=2 m/s (2)在位移4 m

10、處物體的動(dòng)能為10 J,在位移8 m處物體的動(dòng)能為零,這段過(guò)程中物體克服摩擦力做功。 設(shè)摩擦力為Ff,則:-μmgx2=0-Ekm; 則有:-Ffx2=0-10 J=-10 J 解得:Ff=2.5 N 因Ff=μmg 故μ=0.25。 (3)物體從開(kāi)始到移動(dòng)4 m這段過(guò)程中,受拉力F和摩擦力Ff的作用,合力為F-Ff, 根據(jù)動(dòng)能定理有: (F-Ff)·x1=ΔEk 故得F=4.5 N 答案:(1)2 m/s　(2)0.25　(3)4.5 N 8.(16分)如圖所示,質(zhì)量為m=0.1 kg的小球從半徑為R=0.8 m的圓弧頂端無(wú)初速釋放,下滑到最低點(diǎn)P后,做平拋運(yùn)動(dòng),平拋的豎

11、直位移h=0.2 m,水平位移d=0.4 m,g取10 m/s2。求: (1)小球運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的瞬時(shí)速度v0。 (2)小球在P點(diǎn)瞬時(shí)對(duì)圓弧軌道的壓力為多大? (3)小球在圓弧軌道上克服摩擦力做了多少功? 【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行: (1)小球離開(kāi)P點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的基本公式即可求解v0。 (2)小球到達(dá)P點(diǎn)時(shí),受重力和軌道對(duì)它的彈力,其合力充當(dāng)向心力,根據(jù)牛頓第二定律即可求得軌道對(duì)小球的支持力,即可求出小球?qū)壍赖膲毫Υ笮　? (3)小球在圓弧軌道上下滑過(guò)程,重力做正功,摩擦力做負(fù)功,根據(jù)動(dòng)能定理求克服摩擦力做功。 【解析】(1)小球從P點(diǎn)開(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng)

12、,則 豎直方向:h=gt2 水平方向:d=v0t 解得:v0=2 m/s (2)小球運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)受支持力N和重力mg, 有:N-mg=m 解得 N=1.5 N 由牛頓第三定律,小球?qū)壍赖膲毫?N′=N=1.5 N (3)小球在圓弧軌道上運(yùn)動(dòng)過(guò)程,由動(dòng)能定理得 mgR-Wf=m-0 解得 Wf=0.6 J 答案:(1)2 m/s　(2)1.5 N　(3)0.6 J (15分鐘　40分) 9.(6分)(多選)如圖所示,固定在豎直面內(nèi)的光滑圓環(huán)半徑為R,圓環(huán)上套有質(zhì)量分別為m和2m的小球A、B(均可看作質(zhì)點(diǎn)),且小球A、B用一長(zhǎng)為2R的輕質(zhì)細(xì)桿相連,在小球B從最高點(diǎn)由靜止

13、開(kāi)始沿圓環(huán)下滑至最低點(diǎn)的過(guò)程中(已知重力加速度為g),下列說(shuō)法正確的是 (　　) A.B球減少的機(jī)械能等于A球增加的機(jī)械能 B.B球減少的重力勢(shì)能等于A球增加的重力勢(shì)能 C.B球的最大速度為 D.B球克服細(xì)桿所做的功為mgR 【解析】選A、C、D。A、B球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn),A球運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn),兩個(gè)球系統(tǒng)機(jī)械能守恒,故A球增加的機(jī)械能等于B球減少的機(jī)械能,故A正確;A球重力勢(shì)能增加mg·2R,B球重力勢(shì)能減小2mg·2R,故B錯(cuò)誤;兩個(gè)球系統(tǒng)機(jī)械能守恒,當(dāng)B球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí),速度最大,有2mg·2R-mg·2R=(m+2m)v2,解得v=,故C正確;對(duì)B球由動(dòng)能定理得W+2mg·2R=×

14、2mv2-0,W=-mgR,故D正確。 10.(6分)由光滑細(xì)管組成的軌道如圖所示,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,從距離水平地面為H的管口D處?kù)o止釋放,最后能夠從A端水平拋出落到地面上。下列說(shuō)法正確的是 (　　) A.小球落到地面時(shí)相對(duì)于A點(diǎn)的水平位移值為2 B.小球落到地面時(shí)相對(duì)于A點(diǎn)的水平位移值為 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 【解題指南】解答本題需明確以下三點(diǎn): (1)小球從D到A運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只有重力做功,機(jī)械能守恒。 (2)根據(jù)機(jī)械能守恒定律求

15、出A點(diǎn)速度,從A點(diǎn)拋出后做平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求出水平位移。 (3)細(xì)管可以提供支持力,所以從A點(diǎn)水平拋出的速度大于零即可。 【解析】選C。從D到A運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,只有重力做功,機(jī)械能守恒,根據(jù)機(jī)械能守恒定律得: m+mg·2R=mgH 解得:vA= 從A點(diǎn)拋出后做平拋運(yùn)動(dòng),所用時(shí)間 t==2, 則水平位移 x=vAt=2,故A、B錯(cuò)誤;細(xì)管可以提供支持力,所以從A點(diǎn)拋出時(shí)的速度大于零即可,即vA=>0,解得:H>2R,故C正確,D錯(cuò)誤。 11.(6分)質(zhì)量為m的物體,在距地面h高處以中的加速度由靜止豎直下落到地面。下列說(shuō)法正確的是 (　　) A.物體的動(dòng)能增加 B.重力

16、做功 C.物體的重力勢(shì)能減少了 D.物體的機(jī)械能減少 【解析】選A。物體的合力為mg,則合力做功為mgh,所以物體的動(dòng)能增加為mgh,故A正確;物體在下落過(guò)程中,重力做正功為mgh,故B錯(cuò)誤;物體在下落過(guò)程中,重力做正功為mgh,則重力勢(shì)能減小量為mgh,故C錯(cuò)誤;物體除重力做功,阻力做負(fù)功,導(dǎo)致機(jī)械能減少,根據(jù)牛頓第二定律得:F合=ma=mg-f=mg,解得:f=mg,所以阻力做功為Wf=-fh=-mgh,所以機(jī)械能減少mgh,故D錯(cuò)誤。 12.(22分)如圖所示,豎直面內(nèi)有半徑為2R的四分之一光滑圓弧形細(xì)桿BC和半徑為R的二分之一光滑圓弧形細(xì)桿CD在最低點(diǎn)C平滑連接,光滑豎直細(xì)桿AB與圓弧形細(xì)桿BC在B點(diǎn)平滑連接。一質(zhì)量為m的小球穿在直桿上,從距B點(diǎn)的P點(diǎn)由靜止釋放,重力加速度為g,求: (1)小球經(jīng)過(guò)C點(diǎn)時(shí)的速度大小; (2)小球經(jīng)過(guò)D點(diǎn)時(shí)細(xì)桿對(duì)小球的作用力。 【解析】(1)小球由P到C由機(jī)械能守恒, m=mg(2R+R),解得:vC=; (2)小球由C到D由動(dòng)能定理得 -2mgR=m-m 小球在D點(diǎn)受向下的重力和向上的彈力,由牛頓定律得mg-FN=m, 解得細(xì)桿對(duì)小球的作用力大小為: FN=mg,方向豎直向上。 答案:(1)　(2)mg,方向豎直向上 - 10 -