高三物理复习《机械能》典型练习(较难)含答案18130.pdf

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1、 1 高三物理复习机械能典型练习（较难）(时间:45 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,第15 题只有一项符合题目要求,第 68 题有多项符合题目要求。全部选对的得 6分,选对但不全的得 3 分,有选错的得 0 分)1.如图所示,汽车在拱形桥上由A 匀速率地运动到B,以下说法正确的是()A.牵引力与摩擦力做的功相等 B.牵引力和重力做的功大于摩擦力做的功 C.合外力对汽车不做功 D.重力做功的功率保持不变 2.A、B 两物体的质量之比mAmB=21,它们以相同的初速度v0在水平面上做匀减速直线运动,直到停止,其速度时间

2、图象如图所示。那么,A、B 两物体所受摩擦力之比FAFB与 A、B两物体克服摩擦阻力做功之比WAWB分别为()A.21,41 B.41,21 C.14,12 D.12,14 3.如图所示,质量相同的可视为质点的甲、乙两小球,甲从竖直固定的光滑圆弧轨道顶端由静止滑下,轨道半径为R,圆弧底端切线水平,乙从高为R的光滑斜面顶端由静止滑下。下列判断正确的是()A.两小球到达底端时速度相同 B.两小球由静止运动到底端的过程中重力做功不相同 C.两小球到达底端时动能相同 D.两小球到达底端时,甲小球重力做功瞬时功率大于乙小球重力做功的瞬时功率 2 4.如图所示,将质量为m 的小球以速度v0由地面竖直向上抛

3、出。小球落回地面时,其速度大小为v0。设小球在运动过程中所受空气阻力的大小不变,则空气阻力的大小等于()A.mg B.mg C.mg D.mg 5.小球P 和Q 用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上,P 球的质量大于Q 球的质量,悬挂P 球的绳比悬挂Q 球的绳短。将两球拉起,使两绳均被水平拉直,如图所示。将两球由静止释放。在各自轨迹的最低点,()A.P 球的速度一定大于Q 球的速度 B.P 球的动能一定小于Q 球的动能 C.P 球所受绳的拉力一定大于Q 球所受绳的拉力 D.P 球的向心加速度一定小于Q 球的向心加速度 6.在离水平地面h 高处将一质量为m 的小球水平抛出,在空中运动的过程中所受空气阻

4、力大小恒为Ff,落地时小球距抛出点的水平距离为x,速率为v,那么,在小球运动的过程中()A.重力做功为mgh B.克服空气阻力做的功为Ff C.落地时,重力的瞬时功率为mgv D.重力势能和机械能都逐渐减少 7.如图所示,半径为R 的竖直光滑圆弧轨道与光滑水平面相切,质量均为m 的小球A、B 与轻杆连接,置于圆弧轨道上,A 位于圆心O 的正下方,B 与 O 等高。它们由静止释放,最终在水平面上运动。下列说法正确的是()A.下滑过程中重力对B 做功的功率先增大后减小 B.当 B 滑到圆弧轨道最低点时,轨道对B 的支持力大小为3mg C.下滑过程中B 的机械能增加 D.整个过程中轻杆对A 做的功为

5、mgR 3 8.如图所示,轻质弹簧上端固定,下端系一物体。物体在A处时,弹簧处于原长状态。现用手托住物体使它从A 处缓慢下降,到达B 处时,手和物体自然分开。此过程中,物体克服手的支持力所做的功为W。不考虑空气阻力。关于此过程,下列说法正确的有()A.物体重力势能减少量一定大于W B.弹簧弹性势能增加量一定小于W C.物体与弹簧组成的系统机械能增加量为W D.若将物体从A 处由静止释放,则物体到达B 处时的动能为W 二、实验题(本题共 2 小题,共 20 分)9.(10 分)某同学利用图示装置来研究机械能守恒问题,设计了如下实验。A、B 是质量均为m 的小物块,C 是质量为M 的重物,A、B

6、间由轻弹簧相连,A、C 间由轻绳相连。在物块B 下放置一压力传感器,重物C 下放置一速度传感器,压力传感器与速度传感器相连。当压力传感器示数为零时,就触发速度传感器测定此时重物C 的速度。整个实验中弹簧均处于弹性限度内,重力加速度为g。实验操作如下:(1)开始时,系统在外力作用下保持静止,细绳拉直但张力为零。现释放C,使其向下运动,当压力传感器示数为零时,触发速度传感器测出C 的速度为v。(2)在实验中保持A、B 质量不变,改变C 的质量M,多次重复第(1)步。该实验中,M 和m 大小关系必需满足M (选填“小于”“等于”或“大于”)m。为便于研究速度v 与质量M 的关系,每次测重物的速度时,

7、其已下降的高度应 (选填“相同”或“不同”)。根据所测数据,为得到线性关系图线,应作出 (选填“v2-M”“v2-”或“v2-”)图线。根据问的图线知,图线在纵轴上截距为b,则弹簧的劲度系数为 (用题 4 给的已知量表示)。10.(10 分)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。(1)若要完成该实验,必需的实验器材还有 。(2)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的

8、细绳与木板平行。他这样做的目的是 (填字母代号)。A.避免小车在运动过程中发生抖动 B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发现小车运动过快,致使打出的纸带上点数较少,难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决方法:。(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能的原因是 (填字母代号)。A.在接通电源的同时释放了小车 B.小车释放时离打点计时器太近

9、 C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D.钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力 三、计算题(本题共 2 小题,共 32 分)11.(16 分)如图所示,将质量为m=1 kg 的小物块放在长为l=1.5 m 的小车左端,车的上表面粗糙,物块与车上表面间动摩擦因数=0.5,直径d=1.8 m 的光滑半圆形轨道固定在水平面上且直径MON 竖直,车的上表面和轨道最低点高度相同,距地面高度h=0.65 m,开始车和物块一起以10 m/s 的初速度在光滑水平面上向右运动,车碰到轨道后立即停止运动,g 取 10 m/s2,求:(1)小物块刚进入半圆轨道时对轨道的压力;5(2)小物块落地点至车左

10、端的水平距离。12.(16 分)(2017四川乐山模拟)如图甲所示,在倾角为37足够长的粗糙斜面底端,一质量m=1 kg 的滑块压缩着一轻弹簧且锁定,但它们并不相连,滑块可视为质点。t=0时解除锁定,计算机通过传感器描绘出滑块的v-t图象如图乙所示,其中Oab段为曲线,bc 段为直线,在t1=0.1 s 时滑块已上滑s=0.2 m 的距离(g 取10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8)。求:(1)滑块离开弹簧后在图中bc 段对应的加速度a 及动摩擦因数 的大小;(2)t2=0.3 s 和 t3=0.4 s 时滑块的速度v1、v2的大小;(3)弹簧锁定时具有的弹性势能Ep。6

11、 高三物理复习机械能典型练习（较难）参考答案(时间:45 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,第15 题只有一项符合题目要求,第 68 题有多项符合题目要求。全部选对的得 6分,选对但不全的得 3 分,有选错的得 0 分)1.如图所示,汽车在拱形桥上由A 匀速率地运动到B,以下说法正确的是()A.牵引力与摩擦力做的功相等 B.牵引力和重力做的功大于摩擦力做的功 C.合外力对汽车不做功 D.重力做功的功率保持不变 答案 C 解析汽车运动过程中,牵引力做正功设为 WF,摩擦力做负功,其大小设为 Wf,重力做负功,其大小设为

12、WG,支持力不做功,根据动能定理得 WF-Wf-WG=0,故 A 错误;牵引力、重力和摩擦力三个力所做总功为0,牵引力和重力做的总功等于克服摩擦力做的功,故 B 错误;根据动能定理得:汽车由 A 匀速率运动到 B 的过程中动能变化为 0,所以合外力对汽车不做功,故 C 正确;重力的大小、方向不变,但是汽车的速度方向时刻变化,因此根据P=Fv=mgv,可知速度在重力方向上的分量越来越小,所以重力的功率是变化的,故 D 错误。2.(2017安徽期中测试)A、B 两物体的质量之比mAmB=21,它们以相同的初速度v0在水平面上做匀减速直线运动,直到停止,其速度时间图象如图所示。那么,A、B 两物体所

13、受摩擦力之比FAFB与A、B 两物体克服摩擦阻力做功之比WAWB分别为()7 A.21,41 B.41,21 C.14,12 D.12,14 答案 B 解析由 v-t 图象可知,aAaB=21,又由 F=ma,mAmB=21,可得 FAFB=41;又由题图中面积关系可知 A、B 位移之比 xAxB=12,由做功公式 W=Fx,可得WAWB=21,故选 B。3.(2017黑龙江双鸭山一中测试)如图所示,质量相同的可视为质点的甲、乙两小球,甲从竖直固定的光滑圆弧轨道顶端由静止滑下,轨道半径为R,圆弧底端切线水平,乙从高为R 的光滑斜面顶端由静止滑下。下列判断正确的是()A.两小球到达底端时速度相同

14、 B.两小球由静止运动到底端的过程中重力做功不相同 C.两小球到达底端时动能相同 D.两小球到达底端时,甲小球重力做功的瞬时功率大于乙小球重力做功的瞬时功率 答案 C 解析根据机械能守恒定律可得两小球到达底端时速度大小 v=,但方向不同,所以选项A错误;两小球由静止运动到底端的过程中重力做功相同,则两小球到达底端时动能相同,所以选项 C 正确,B 错误;两小球到达底端时,甲小球重力做功的瞬时功率为零,乙小球重力做功的瞬时功率大于零,所以选项 D 错误。4.(2017吉林摸底)如图所示,将质量为m 的小球以速度v0由地面竖直向上抛出。小球落回地面时,其速度大小为v0。设小球在运动过程中所受空气阻

15、力的大小不变,则空气阻力的大小等于()8 A.mg B.mg C.mg D.mg 答案 D 解析对小球向上运动,由动能定理有-(mg+Ff)H=0-,对小球向下运动,由动能定理有(mg-Ff)H=,联立解得 Ff=mg,故 D 正确。5.(2016全国卷)小球P 和Q 用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上,P 球的质量大于 Q 球的质量,悬挂P 球的绳比悬挂Q 球的绳短。将两球拉起,使两绳均被水平拉直,如图所示。将两球由静止释放。在各自轨迹的最低点,()A.P 球的速度一定大于Q 球的速度 B.P 球的动能一定小于Q 球的动能 C.P 球所受绳的拉力一定大于Q 球所受绳的拉力 D.P 球的向心加速度

16、一定小于Q 球的向心加速度 答案 C 解析设绳长为 l,从水平位置到最低点,根据动能定理 mgl=mv2,可得 v=。已知lPlQ,所以vPmQ,又vPmQ,所以 FTPFTQ,C 选项正确;向心加速度a=2g,与质量和绳长均无关系,D 选项错误。6.(2017湖北联考)在离水平地面h 高处将一质量为m 的小球水平抛出,在空中运动的过程中所受空气阻力大小恒为Ff,落地时小球距抛出点的水平距离为x,速率为 v,那么,在小球运动的过程中()9 A.重力做功为mgh B.克服空气阻力做的功为Ff C.落地时,重力的瞬时功率为mgv D.重力势能和机械能都逐渐减少 答案 AD 解析重力做功为WG=mg

17、h,A正确;空气阻力做功与经过的路程有关,而小球经过的路程大于,故克服空气阻力做的功大于 Ff,B 错误;落地时,重力的瞬时功率为重力与沿重力方向的分速度的乘积,故落地时重力的瞬时功率小于mgv,C错误;重力做正功,重力势能减少,空气阻力做负功,机械能减少,D正确。7.(2017江苏苏北四市一模)如图所示,半径为R 的竖直光滑圆弧轨道与光滑水平面相切,质量均为m 的小球A、B 与轻杆连接,置于圆弧轨道上,A 位于圆心O 的正下方,B 与O 等高。它们由静止释放,最终在水平面上运动。下列说法正确的是()A.下滑过程中重力对B 做功的功率先增大后减小 B.当 B 滑到圆弧轨道最低点时,轨道对B 的

18、支持力大小为3mg C.下滑过程中B 的机械能增加 D.整个过程中轻杆对A 做的功为mgR 答案 AD 解析因为初位置速度为零,则重力的功率为零,最低点速度方向与重力的方向垂直,重力的功率为零,可知重力的功率先增大后减小,故 A 正确;A、B 小球组成的系统在运动过程中机械能守恒,设 B 到达轨道最低点时速度为 v,根据机械能守恒定律得(m+m)v2=mgR,解得 v=,在最低点,根据牛顿第二定律得 FN-mg=m,解得FN=2mg,故 B 错误;下滑过程中,B 的重力势能减小 Ep=mgR,动能增加量 10 Ek=mv2=mgR,所以 B 的机械能减小 mgR,故 C 错误;整个过程中,对

19、A 根据动能定理得 W=mv2=mgR,故 D 正确。8.(2017江西上饶调研)如图所示,轻质弹簧上端固定,下端系一物体。物体在A 处时,弹簧处于原长状态。现用手托住物体使它从A 处缓慢下降,到达B 处时,手和物体自然分开。此过程中,物体克服手的支持力所做的功为W。不考虑空气阻力。关于此过程,下列说法正确的有()A.物体重力势能减少量一定大于W B.弹簧弹性势能增加量一定小于W C.物体与弹簧组成的系统机械能增加量为W D.若将物体从A 处由静止释放,则物体到达B 处时的动能为W 答案 AD 解析根据能量守恒定律可知,在此过程中减少的重力势能 mgh=Ep+W,所以物体重力势能减小量一定大于

20、W,不能确定弹簧弹性势能增加量与W的大小关系,故A正确,B 错误;支持力对物体做负功,所以物体与弹簧组成的系统机械能减少 W,所以C 错误;若将物体从A处由静止释放,从 A 到 B的过程,根据动能定理 Ek=mgh-W弹=mgh-Ep=W,所以 D 正确。二、实验题(本题共 2 小题,共 20 分)9.(10 分)(2018江苏扬州中学月考)某同学利用图示装置来研究机械能守恒问题,设计了如下实验。A、B 是质量均为m 的小物块,C 是质量为M 的重物,A、B 间由轻弹簧相连,A、C 间由轻绳相连。在物块B 下放置一压力传感器,重物C 下放置一速度传感器,压力传感器与速度传感器相连。当压力传感器

21、示数为零时,就触发速度传感器测定此时重物C 的速度。整个实验中弹簧均处于弹性限度内,重力加速度为g。实验操作如下:11(1)开始时,系统在外力作用下保持静止,细绳拉直但张力为零。现释放C,使其向下运动,当压力传感器示数为零时,触发速度传感器测出C 的速度为v。(2)在实验中保持A、B 质量不变,改变C 的质量M,多次重复第(1)步。该实验中,M 和m 大小关系必需满足M (选填“小于”“等于”或“大于”)m。为便于研究速度v 与质量M 的关系,每次测重物的速度时,其已下降的高度应 (选填“相同”或“不同”)。根据所测数据,为得到线性关系图线,应作出 (选填“v2-M”“v2-”或“v2-”)图

22、线。根 据问 的 图 线 知,图 线 在 纵 轴 上 截 距 为b,则 弹 簧 的 劲 度 系 数 为 (用题给的已知量表示)。答案(2)大于 相同 v2-解析(2)根据题意,确保压力传感器的示数为零,因此弹簧要从压缩状态到伸长状态,那么 C 的质量 M 要大于 A 的质量 m;要刚释放 C 时,弹簧处于压缩状态,若使压力传感器为零,则弹簧的拉力为 F=mg,因此弹簧的形变量为x=x1+x2=,不论 C 的质量如何,要使压力传感器示数为零,则 A 物体上升了,则 C 下落的高度为,即 C 下落的高度总相同;选 取A、C及 弹 簧 为 系 统,根 据 机 械 能 守 恒 定 律,则 有 12(M

23、-m)g(M+m)v2,整理得 v2=-,为得到线性关系图线,因此应作出 v2-图线。由上表达式可知=b,解得 k=。10.(10 分)(2017广东肇庆模拟)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。(1)若要完成该实验,必需的实验器材还有 。(2)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是 (填字母代号)。A.避免小车在运动过程中发生抖动

24、 B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发现小车运动过快,致使打出的纸带上点数较少,难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决方法:。(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做功总是要比 13 小车动能增量大一些。这一情况可能的原因是 (填字母代号)。A.在接通电源的同时释放了小车 B.小车释放时离打点计时器太近 C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D.钩码做匀加速运动,钩

25、码重力大于细绳拉力 答案(1)刻度尺、天平(包括砝码)(2)D(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)(4)CD 解析(1)根据实验原理可知,需要验证 mgx=Mv2,同时根据运动学规律可知,此实验中需要测量钩码质量、小车质量和位移,故还需要的器材有刻度尺和天平;(2)分析小车受力可知,在平衡摩擦力的基础上,使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力,故选项 D 正确;(3)纸带上打出的点较少,说明小车的加速度过大(即小车过快),故可知减小钩码质量或增加小车质量(在小车上加上适量的砝码);(4)在此实验中,根据牛顿第二定律可知,钩码的重力大于细绳的拉力,而实验中用重力代替拉力会导致拉力

26、做功大于小车动能增量;如果实验未平衡或未完全平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量,故选项 C、D 正确。三、计算题(本题共 2 小题,共 32 分)11.(16 分)如图所示,将质量为m=1 kg 的小物块放在长为l=1.5 m 的小车左端,车的上表面粗糙,物块与车上表面间动摩擦因数=0.5,直径d=1.8 m 的光滑半圆形轨道固定在水平面上且直径MON 竖直,车的上表面和轨道最低点高度相同,距地面高度h=0.65 m,开始车和物块一起以10 m/s的初速度在光滑水平面上向右运动,车碰到轨道后立即停止运动,g 取 10 m/s2,求:(1)小物块刚进入半圆轨道时对轨道的压力;(2)小物块落地

27、点至车左端的水平距离。答案(1)104.4 N,方向竖直向下(2)3.4 m 解析(1)车停止运动后取小物块为研究对象,设其到达车右端时的速度为 v1,由动 14 能定理得-mgl=解得 v1=m/s。刚进入圆轨道时,设物块受到的支持力为 FN,由牛顿第二定律得 FN-mg=m 解得 FN=104.4 N。由牛顿第三定律 FN=FN,得 FN=104.4 N,方向竖直向下。(2)若小物块能到达圆轨道最高点,则由机械能守恒得=2mgR+解得 v2=7 m/s。设恰能过最高点的速度为 v3,则 mg=m 解得 v3=3 m/s。因 v2v3,故小物块从圆轨道最高点做平抛运动,h+2R=gt2,x=

28、v2t 联立解得 x=4.9 m,故小物块距车左端 x=x-l=3.4 m。12.(16 分)(2017四川乐山模拟)如图甲所示,在倾角为 37足够长的粗糙斜面底端,一质量 m=1 kg 的滑块压缩着一轻弹簧且锁定,但它们并不相连,滑块可视为质点。t=0时解除锁定,计算机通过传感器描绘出滑块的v-t图象如图乙所示,其中Oab段为曲线,bc 段为直线,在 t1=0.1 s 时滑块已上滑 s=0.2 m 的距离(g 取 10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8)。求:(1)滑块离开弹簧后在图中 bc 段对应的加速度 a 及动摩擦因数 的大小;(2)t2=0.3 s 和 t3=0.

29、4 s 时滑块的速度 v1、v2的大小;(3)弹簧锁定时具有的弹性势能 Ep。15 答案(1)10 m/s2 0.5(2)0 0.2 m/s(3)4 J 解析(1)在 bc 段做匀减速运动,加速度为 a=10 m/s2 根据牛顿第二定律得 mgsin 37+mgcos 37=ma 解得=0.5。(2)设 t1=0.1 s 时速度大小为 v0,根据速度时间公式得 t2=0.3 s 时的速度大小v1=v0-a(t2-t1)=0 在 t2之后开始下滑,下滑时由牛顿第二定律得 mgsin 37-mgcos 37=ma 解得 a=2 m/s2 从 t2到 t3做初速度为零的加速运动,t3时刻的速度大小为 v3=a(t3-t2)=0.2 m/s。(3)从 0 到 t1时间内,由能量守恒定律得 Ep=mgssin 37+mgscos 37+解得 Ep=4 J。