高中物理滬科版第六章經(jīng)典力學(xué)與現(xiàn)代物理章末綜合測評(píng)4

章末綜合測評(píng)(四)(時(shí)間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1～5題只有一項(xiàng)符合題目要求，第6～8題有多項(xiàng)符合題目要求．全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分)1．如圖所示實(shí)例中均不考慮空氣阻力，系統(tǒng)機(jī)械能守恒的是()eq\a\vs4\al(A.上樓B.跳繩,人與地球組成的系統(tǒng)人與繩組成的系統(tǒng))eq\a\vs4\al(C.水滴石穿D.箭射出后,水滴與石頭組成的系統(tǒng)箭、弓、地球組成的系統(tǒng))【解析】人上樓、跳繩過程中機(jī)械能不守恒，從能量轉(zhuǎn)化角度看都是消耗人體的化學(xué)能；水滴石穿，水滴的機(jī)械能減少的部分轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能；弓箭射出過程中是彈性勢(shì)能與動(dòng)能、重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化，只有重力和彈力做功，機(jī)械能守恒．【答案】D2．如圖1所示，某段滑雪雪道傾角為30°，總質(zhì)量為m(包括雪具在內(nèi))的滑雪運(yùn)動(dòng)員從距底端高為h處的雪道上由靜止開始勻加速下滑，加速度為eq\f(1,3)g.在他從上向下滑到底端的過程中，下列說法正確的是()圖1A．運(yùn)動(dòng)員減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能B．運(yùn)動(dòng)員獲得的動(dòng)能為eq\f(1,3)mghC．運(yùn)動(dòng)員克服摩擦力做功為eq\f(2,3)mghD．下滑過程中系統(tǒng)減少的機(jī)械能為eq\f(1,3)mgh【解析】運(yùn)動(dòng)員的加速度為eq\f(1,3)g，沿斜面：eq\f(1,2)mg－f＝m·eq\f(1,3)g，f＝eq\f(1,6)mg，Wf＝eq\f(1,6)mg·2h＝eq\f(1,3)mgh，所以A、C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確；Ek＝mgh－eq\f(1,3)mgh＝eq\f(2,3)mgh，B項(xiàng)錯(cuò)誤．【答案】D3．如圖2所示，一質(zhì)量為M的光滑大圓環(huán)，用一細(xì)輕桿固定在豎直平面內(nèi)；套在大環(huán)上質(zhì)量為m的小環(huán)(可視為質(zhì)點(diǎn))，從大環(huán)的最高處由靜止滑下．重力加速度大小為g，當(dāng)小環(huán)滑到大環(huán)的最低點(diǎn)時(shí)，大環(huán)對(duì)輕桿拉力的大小為()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：02690053】圖2A．Mg－5mg B．Mg＋mgC．Mg＋5mg D．Mg＋10mg【解析】設(shè)小環(huán)到大環(huán)最低點(diǎn)的速度為v，由能量守恒定律，得eq\f(1,2)mv2＝mg2R①小環(huán)在大環(huán)上做圓周運(yùn)動(dòng)，在最低點(diǎn)時(shí)，大環(huán)對(duì)它的支持力方向豎直向上，設(shè)為FN，由牛頓第二定律，得FN－mg＝meq\f(v2,R)②由①②得FN＝5mg，由牛頓第三定律可知，小環(huán)對(duì)大環(huán)豎直向下的壓力FN′＝FN＝5mg.大環(huán)平衡，輕桿對(duì)大環(huán)的拉力為F＝FN′＋Mg＝Mg＋5mg，選項(xiàng)C正確．【答案】C4．一小石子從高為10m處自由下落，不計(jì)空氣阻力，經(jīng)一段時(shí)間后小石子的動(dòng)能恰等于它的重力勢(shì)能(以地面為參考平面)，g取10m/s2，則該時(shí)刻小石子的速度大小為()A．5m/s B．10m/sC．15m/s D．20m/s【解析】設(shè)小石子的動(dòng)能等于它的重力勢(shì)能時(shí)速度為v，根據(jù)機(jī)械能守恒定律得mgh＝mgh′＋eq\f(1,2)mv2由題意知mgh′＝eq\f(1,2)mv2，所以mgh＝mv2故v＝eq\r(gh)＝10m/s，B正確．【答案】B5.如圖3所示，物體A靜止在光滑的水平面上，A的左邊固定有輕質(zhì)彈簧，與A質(zhì)量相等的物體B以速度v向A運(yùn)動(dòng)并與彈簧發(fā)生碰撞，A與B始終沿同一直線運(yùn)動(dòng)，則A與B組成的系統(tǒng)動(dòng)能損失最大的時(shí)刻是()圖3A．A開始運(yùn)動(dòng)時(shí) B．A的速度等于v時(shí)C．B的速度等于零時(shí) D．A和B的速度相等時(shí)【解析】因系統(tǒng)只有彈力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故A與B組成的系統(tǒng)動(dòng)能損失最大時(shí)，彈簧彈性勢(shì)能最大．又因當(dāng)兩物體速度相等時(shí)，A與B間彈簧形變量最大，彈性勢(shì)能最大，故D項(xiàng)正確．【答案】D6.如圖4所示，一小球自A點(diǎn)由靜止自由下落到B點(diǎn)時(shí)與彈簧接觸，到C點(diǎn)時(shí)彈簧被壓縮到最短．若不計(jì)彈簧質(zhì)量和空氣阻力，在小球由A→B→C的運(yùn)動(dòng)過程中()圖4A．小球和彈簧總機(jī)械能守恒B．小球的重力勢(shì)能減少C．小球在B點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大D．到C點(diǎn)時(shí)小球重力勢(shì)能的減少量等于彈簧彈性勢(shì)能的增加量【解析】小球由A→B→C的運(yùn)動(dòng)過程中，小球和彈簧組成的系統(tǒng)只有重力和系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，機(jī)械能守恒，A正確；到C點(diǎn)時(shí)小球重力勢(shì)能減少量等于彈簧彈性勢(shì)能的增加量，B、D正確；小球下落過程中動(dòng)能先增大后減小，重力和彈力相等時(shí)小球動(dòng)能最大，故C錯(cuò)誤．【答案】ABD7．下列過程中，可能發(fā)生的是()A．某工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次?0kJ的熱量，全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而沒有引起其他變化B．打開一高壓密閉容器，其內(nèi)氣體自發(fā)溢出后又自發(fā)進(jìn)去，恢復(fù)原狀C．利用其他手段，使低溫物體的溫度更低，高溫物體的溫度更高D．將兩瓶不同液體混合，不會(huì)自發(fā)地各自分開【解析】根據(jù)能量轉(zhuǎn)化的方向性可知，機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不能夠完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能而不引起其他變化，內(nèi)能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能需要借助其他條件，引起其他變化，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；高壓密閉容器內(nèi)氣體可以自由地溢出變?yōu)榈蛪簹怏w，但低壓氣體要變?yōu)楦邏簹怏w，再返回到容器內(nèi)需要外力作用才能完成，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；利用空調(diào)和冰箱，通過消耗電能可以使物體的溫度變得更低，利用電爐可以使物體的溫度變得更高，選項(xiàng)C正確；兩瓶不同液體混合，分子間擴(kuò)散，但擴(kuò)散過程不可逆，選項(xiàng)D正確．【答案】CD8．由光滑細(xì)管組成的軌道如圖5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，從距離水平地面高為H的管口D處靜止釋放，最后能夠從A端水平拋出落到地面上．下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：02690054】圖5A．小球落到地面時(shí)相對(duì)于A點(diǎn)的水平位移值為2eq\r(RH－2R2)B．小球落到地面時(shí)相對(duì)于A點(diǎn)的水平位移值為2eq\r(2RH－4R2)C．小球能從細(xì)管A端水平拋出的條件是H＞2RD．小球能從細(xì)管A端水平拋出的最小高度Hmin＝eq\f(5,2)R【解析】要使小球從A點(diǎn)水平拋出，則小球到達(dá)A點(diǎn)時(shí)的速度v＞0，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，有mgH－mg·2R＝eq\f(1,2)mv2，所以H＞2R，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；小球從A點(diǎn)水平拋出時(shí)的速度v＝eq\r(2gH－4gR)，小球離開A點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng)，則有2R＝eq\f(1,2)gt2，水平位移x＝vt，聯(lián)立以上各式可得水平位移x＝2eq\r(2RH－4R2)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確．【答案】BC二、非選擇題(共4小題，共52分)9．(10分)(2023·全國甲卷)某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接．向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能．圖6(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟：①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是________(填入代表步驟的序號(hào))．(2)圖7中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為__________________m/s.比較兩紙帶可知，____________(填“M”或“L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大．圖7【解析】(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)首先向左推物塊使彈簧壓縮，測量出彈簧壓縮量，然后把紙帶向左拉直，先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，再松手釋放物塊，故正確的操作順序是④①③②.(2)物塊脫離彈簧后將在光滑水平桌面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由M紙帶可知物塊脫離彈簧時(shí)的速度v＝eq\f(x,t)＝eq\f(＋×10－2,2×m/s≈m/s.比較M、L兩紙帶，物塊脫離彈簧后在相同時(shí)間內(nèi)的位移M的比L的大，則M紙帶對(duì)應(yīng)的那次實(shí)驗(yàn)中物塊在脫離彈簧后的速度大，即M紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大．【答案】(1)④①③②(2)M10．(10分)用如圖8實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．m2從高處由靜止開始下落，m1上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn)，對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．圖9甲給出的是實(shí)驗(yàn)中獲取的一條紙帶：0是打下的第一個(gè)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示．已知m1＝50g，m2＝150g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz，則(g取10m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖8(1)紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度v＝________m/s；(2)在打0～5的過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量ΔEk＝________J，系統(tǒng)勢(shì)能的減少量ΔEp＝________J，由此得出的結(jié)論是__________________________．(3)若某同學(xué)作出eq\f(1,2)v2-h圖象圖9乙所示，則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭′＝____m/s2.甲乙圖9【解析】(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)的速度大小為v＝eq\f(x46,t46)＝eq\f＋,2×5××10－2m/s＝m/s.(2)在打點(diǎn)0～5過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量為ΔEk＝eq\f(1,2)(m1＋m2)v2－0＝eq\f(1,2)×(50＋150)×10－3×J－0≈J系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量為ΔEp＝(m2－m1)gh05＝(150－50)×10－3×10×＋×10－2J＝J實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在誤差允許的范圍內(nèi)，m1、m2組成的系統(tǒng)重力勢(shì)能的減少量等于動(dòng)能的增加量，即系統(tǒng)的機(jī)械能守恒．(3)m1、m2組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，則m2g′h－m1g′h＝eq\f(1,2)m2v2＋eq\f(1,2)m1v2－0，整理得v2＝g′h可見，重力加速度g′大小等于eq\f(v2,2)-h圖象斜率的2倍，則g′＝2×eq\f,m/s2＝m/s2.【答案】(1)(2)系統(tǒng)的機(jī)械能守恒(3)11．(14分)如圖10所示，質(zhì)量為m的長木塊A靜止于光滑水平面上，在其水平的上表面左端放一質(zhì)量為m的滑塊B，已知木塊長為L，它與滑塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)用水平向右的恒力F拉滑塊B.圖10(1)當(dāng)長木塊A的位移為多少時(shí)，B從A的右端滑出？(2)求上述過程中滑塊與木塊之間產(chǎn)生的內(nèi)能．【解析】(1)設(shè)B從A的右端滑出時(shí)，A的位移為l，A、B的速度分別為vA、vB，由動(dòng)能定理得μmgl＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)(F－μmg)·(l＋L)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)又由等時(shí)性可得eq\f(vA,aA)＝eq\f(vB,aB)(其中aA＝μg，aB＝eq\f(F－μmg,m))解得l＝eq\f(μmgL,F－2μmg).(2)由功能關(guān)系知，拉力F做的功等于A、B動(dòng)能的增加量和A、B間產(chǎn)生的內(nèi)能，即有F(l＋L)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＋Q解得Q＝μmgL.【答案】(1)eq\f(μmgL,F－2μmg)(2)μmgL12．(18分)如圖11所示，一小球從A點(diǎn)以某一水平向右的初速度出發(fā)，沿水平直線軌道運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)后，進(jìn)入半徑R＝10cm的光滑豎直圓形軌道，圓形軌道間不相互重疊，即小球離開圓形軌道后可繼續(xù)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，C點(diǎn)右側(cè)有一壕溝，C、D兩點(diǎn)的豎直高度h＝m，水平距離s＝m，水平軌道AB長為L1＝1m，BC長為L2＝3m，小球與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝，重力加速度g取10m/s2.圖11(1)若小球恰能通過圓形軌道的最高點(diǎn)，求小球在A點(diǎn)的初速度；(2)若小球既能通過圓形軌道的最高點(diǎn)，又不掉進(jìn)壕溝，求小球在A點(diǎn)初速度的范圍是多少？【導(dǎo)學(xué)號(hào)：02690055】【解析】(1)小球恰能通過最高點(diǎn)，有mg＝meq\f(v2,R)，由B到最高點(diǎn)有eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)mv2＋mg·2R.由A→B有－μmgL1＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A).解得在A點(diǎn)的初速度vA＝3m/s.(2)若小球恰好停在C處，則有－μmg(L1＋L2)＝0－eq\f(1,