2020版高考物理总复习第七章机械能及其守恒定律专题检测卷5

C.防止纸带上打点不清晰

(2)在正确操作的情况下,某纸带上打点计时器打下的点迹如图乙所示。则橡皮筋对小车做完功后,小车获得的速度是 (计算结果保留三位有效数字)。

乙

(3)若已知图乙纸带上打下左侧第一个点时小车的速度为v1,打下第三个点时小车的速度为v3,判断打下第二个点时小车的速度v2 (填“等于”“大于”或“小于”)。

18.(4分)(2018浙江稽阳联谊学校高三选考)在“验证机械能守恒定律”实验中,实验桌上已有铁架台,纸带,重锤(带夹子),刻度尺等实验器材。

(1)要能完成实验还需一个不可缺少的器材,它是 ;

(2)如图所示是某次实验中得到的纸带及刻度尺的照片,请读出“1”计数点的值 cm,“2”计数点对应的重锤瞬时速度大小为 m/s(计算结果保留两位有效数字);

2

(3)实验中重锤的质量m=0.5 kg,重力加速度g取9.8 m/s,v2、v6为“2”“6”计数点对应的重锤瞬时速度大小,h26为“2”“6”两计数点的间距,则能否只利用该条纸带的数据,通过等式

-mgh26是否成立来验证机械能守恒?答: (填“能”或“不能”)。

19.(5分)某同学利用气垫导轨探究动能定理,实验装置如图1所示。将气垫导轨调节水平后在上面放上A、B两个光电门,滑块通过一根细线与托盘相连。测得滑块质量为M,托盘和砝码的总质量为m。

(1)用螺旋测微器测量滑块上固定的挡光片宽度如图2所示,则挡光片宽度d= 。

图3

(2)气垫导轨底座上有刻度尺,由图3的刻度尺可读得A、B两光电门之间的距离s= 。 (3)实验中,若用托盘和砝码的重力作为细线中的拉力,应该满足的条件是 。 (4)实验中,若用托盘和砝码的重力作为细线中的拉力,静止释放滑块后测得滑块通过光电门A的时间为ΔtA,通过光电门B的时间为ΔtB。挡光片宽度为d,A、B两光电门之间的距离为s,探究拉力做功与滑块动能变化的关系,实验测得的这些物理量应该满足的表达式为 。 三、计算题(共3题,共38分)

20.(12分)如图所示,某科技兴趣小组设计了一个竖直放置在水平地面上的玩具轨道模型,在AB段的A端固定一轻质弹簧,弹簧自然伸长时刚好位于B端。其中半圆轨道BC和圆形轨道CDE的半径分别为r=10 cm和R=40 cm,二者的圆心与B、C、D在同一竖直线上。倾角为θ=37°直轨道EF与圆形轨道CDE在E点相切,水平轨道FG(长度可调节)与C点在同一高度且与倾斜轨道EF平滑连接。将一质量为m=0.1 kg滑块(可以视为质点)用弹簧装置将其弹出,使其沿着图示轨道运动,已知小滑块与EF、FG间的动摩擦因数均为μ=0.5,其余部分摩擦不计(滑块在直轨道上衔接处运动时不

2

脱离轨道,忽略滑块在衔接处的能量损失及空气阻力,sin 37°=0.6,g取10 m/s)。

(1)若滑块在D点速度为5 m/s,求滑块对轨道的压力;

(2)要使滑块恰好不脱离圆弧轨道,则弹簧的弹性势能Ep为多少;

(3)某次实验时压缩弹簧至弹性势能Ep=1.13 J,将滑块弹出,滑块沿着图示轨道运动最终能从G位置水平飞离轨道,为使落点位置H离F点的水平距离最大,应将FG的长度调为多大?最大水平距离为多少?

21.(13分)(2017~2018学年浙江嘉兴第一中学高二上学期期末)小明同学在上海迪士尼乐园体验了超刺激的游戏项目“创极速光轮”后,对“过山车”类型的轨道运动充满了兴趣。为此他自己利用器材设计拼接了一条轨道,如图所示,ABC为一条水平轨道,BC段长度为20 cm,斜直轨道CD段长度15 cm,与水平面夹角θ=37°,BC段与CD段在C点平滑连接,竖直圆弧轨道DEF的圆心为O1,半径R1=10 cm,圆轨道与CD相切于D点,E为圆弧轨道的最高点,半径O1F水平,FG段为竖直轨道,与圆轨道GH相切于G点,圆形轨道GH圆心为O2,半径R2=4 cm,G、O2、D在同一水平线上,水平轨道HK长度为40 cm,HK与CD轨道错开。在AB段的A端固定一轻质弹簧,弹簧自然伸长时刚好位于B端,现在B端放置一个小环(可视为质点)但不栓接,小环的质量为m=0.01 kg,现推动小环压缩弹簧d后释放,小环恰好能运动到D点。已知小环只在轨道BC、CD、HK上受到摩擦力,动摩擦因数μ=0.5,弹簧弹性势能与弹簧弹性形变量的二次方成正比。不计空气阻力,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取

2

10 m/s。则:

(1)求小环在B点的速度大小v;

(2)某次实验,弹簧压缩量为2d,求小环在E处对轨道的压力;

(3)小环能否停在HK上?若能,求出弹簧压缩量的取值范围;若不能,请说明理由。

22.(13分)(2018年10月浙江教育绿色评价联盟适应性考试)在竖直平面内建立如图所示的平面直

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角坐标系。将一细杆的OM部分弯成抛物线形状,其抛物线部分的方程y=x,细杆的MN部分为直线并与抛物线部分在M点相切;将弯好的细杆的O端固定在坐标原点且与x轴相切,与平面直角坐标系共面,M点的纵坐标yM=0.8 m;一根处于原长(小于MN的长度)的轻弹簧套在MN上,下端固定在N点。现将一质量m=0.1 kg的小球(中间有孔)套在细杆上,从O点以初速度v0=5 m/s水平抛出,到达M点时速度vM=6 m/s,小球继续沿杆下滑压缩弹簧到最低点C(图中未画出),然后又被弹簧反弹,恰

2

好能到达M点。已知小球与细杆间的动摩擦因数μ=,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s,空气阻力忽略不计。

(1)求抛出的小球在细杆的OM部分滑动时损失的机械能; (2)求上述过程中弹簧的最大弹性势能;

(3)为使抛出的小球在细杆的OM部分滑运动时没有机械能损失,求小球从O点水平抛出时的初速度大小。

专题检测卷五 机械能及其守恒定律

1.D 2. AC 3.C 4.D 5.C 6.C 7.D 8.C 9.C 10.D

2

11.D 第2 s内,根据速度—时间图象可知,物体的加速度为a=2 m/s,第3 s内,物体做匀速直线运动,F=Ff=μmg=2 N,根据牛顿第二定律有3 N-μmg=ma,解得m=0.5 kg,μ=0.4,A选项、B选项错误;第2 s内物体运动的位移为1 m,摩擦力为2 N,克服摩擦力做的功W=2 J,C选项错误;前2 s内推力F做的功为3 J,平均功率P= W=1.5 W, D选项正确。

12.C 从人被弹簧弹起到弹簧第一次恢复原长,人先向上做加速运动,当人的重力与弹力相等时,速度最大,以后由于惯性人向上做减速运动,故A错误;当下压弹簧的压缩量较小时,弹簧的拉伸量也较小,小于跳杆的重力时,跳杆不能离开地面,故B错误;人用力向下压缩弹簧至最低点的过程中,人的体能转化为系统的机械能,所以人和“跳跳鼠”组成的系统机械能增加,故C正确,D错误。故应选C。

13.C 若滑块恰能通过C点时有:mg=m,由A到C根据动能定理知:mghAC=,联立解得:hAC=R,则AB最低高度为:2R+R=2.5R,故A错误;设滑块在传送带上滑行的最远距离为x,则由动能定理有:0-=2mgR-μmgx,知x与传送带速度无关,故B错误;若回到D点速度大小不变,则滑块可重

新回到出发点A点,故C正确;滑块与传送带摩擦产生的热量Q=μmgΔx,传送带速度越大,相对位移越大,产生热量越多,即滑块与传送带摩擦产生的热量与传送带速度v的大小有关,故D错误。 14.A 从A运动到O,小孩重力势能减少量等于动能增加量与弹性绳的弹性势能的增加量之和,选项A正确;从O运动到B,小孩动能和重力势能的减少量等于弹性绳和蹦床的弹性势能的增加量,选项B错误;从A运动到B,小孩机械能减少量大于蹦床弹性势能增加量,选项C错误;若从B返回到A,小孩机械能增加量等于蹦床和弹性绳弹性势能减少量之和,选项D错误。 15.D 由几何知识可知弹簧的原长为

r,A错误;根据向心力公式:小球过B点时,则由重力和弹簧

弹力的合力提供小球的向心力,F合=m,B错误;以小球和弹簧组成的系统为研究对象,在小球从A到B的过程中,只有重力和弹簧的弹力做功,系统的机械能守恒,小球的重力势能转化为弹簧的弹性势

2

能和小球的动能,故C错误;设圆环最低点B处的水平面为零势能面,根据能量守恒mgr=mv+Ep得

2

Ep=mgr-mv,故D正确。

16.D 由公式F= N=27 N,故A错误;由题意可知,该模型以v=18 km/h速度行驶时,驱动电机的机械功率为0.9×5×30 W=135 W,故B错误;由题意可知,太阳能提供的功率

为:480×1×0.15×0.9 W=64.8 W,该模型以v=18 km/h速度行驶时的机械功率为135 W,故C错误;太阳能提供的能量E=480×1×8×3 600×0.9×0.15 W=1 866 240 W,所用的时间为:t=

s=13 824 s,运动的距离为:vt=×13 824 m=69 120 m≈69.1 km,故D正确。 17.答案 (1)B (2)1.43~1.45 m/s (3)大于

解析 (1)平衡摩擦的目的是为了小车所受合外力为橡皮筋的弹力,即保证橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功,故B正确;

(2)橡皮筋对小车做完功后,小车速度最大,以后做匀速直线运动,所以应取后面的点计算,小车获得的速度,即v= m/s=1.45 m/s;

(3)由图乙纸带可判断打点计时器在打下第2点到第3点间小车做匀速运动,第1点到第2点间小车做匀加速运动,所以打下第二个点时小车的速度v2>。

18.答案 (1)打点计时器(电磁打点计时器,电火花计时器均可) (2)1.30(1.31,1.32均可) 0.85 (3)不能

解析 (1)要能完成实验还需一个不可缺少的器材,它是打点计时器(电磁打点计时器,电火花计时器均可)

(2)读出“1”计数点的值1.30 cm,“2”计数点对应的重锤瞬时速度大小为v2=

m/s=0.85 m/s;