高中物理教科版必修二課時素養(yǎng)評價5-1經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性

課時素養(yǎng)評價十七功能關(guān)系的三類典型問題(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共7小題,每題6分,共42分)1.如圖是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖,圖中①和②為楔塊,③和④為墊板,楔塊與彈簧盒、墊板間均有摩擦。在車廂相互撞擊使彈簧壓縮的過程中 ()A.緩沖器的機(jī)械能守恒B.摩擦力做功消耗機(jī)械能C.墊板的動能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能【解析】選B。在車廂相互撞擊使彈簧壓縮的過程中,有摩擦力做功,消耗機(jī)械能,緩沖器的機(jī)械能不守恒,A項(xiàng)錯誤、B項(xiàng)正確;在彈簧壓縮的過程中,有部分動能轉(zhuǎn)化成了彈簧的彈性勢能,并沒有全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,C項(xiàng)錯誤;在彈簧壓縮的過程中,是部分動能轉(zhuǎn)化成了彈簧的彈性勢能,而不是彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能,D項(xiàng)錯誤。2.(多選)(2020·重慶高一檢測)如圖為健身用的“跑步機(jī)”示意圖,質(zhì)量為m的運(yùn)動員踩在與水平面成α角的皮帶上,運(yùn)動員雙手抓好扶手,腳用力向后蹬皮帶。皮帶運(yùn)動過程中受到的阻力恒為f,使皮帶以速度v勻速運(yùn)動。則在運(yùn)動過程中 ()A.運(yùn)動員對皮帶的摩擦力主要是滑動摩擦力B.運(yùn)動員健身時消耗的能量主要用于克服摩擦力做功C.運(yùn)動員對皮帶做功的功率為mgvsinαD.運(yùn)動員對皮帶做功的功率為fv【解析】選B、D。腳用力向后蹬皮帶時,運(yùn)動員對皮帶的摩擦力主要是靜摩擦力,故A錯誤;在這個過程中,人的重心位置不變,機(jī)械能不變,由能量守恒定律得運(yùn)動員健身時消耗的能量主要用于克服摩擦力做功,故B正確;皮帶運(yùn)動過程中受到的阻力恒為f,運(yùn)動員對皮帶作用力為f,所以運(yùn)動員對皮帶做功的功率為fv,故C錯誤,D正確。3.如圖所示,質(zhì)量相等的A、B兩物體之間連接一輕彈簧,豎直放在水平地面上,今用力F緩慢向上拉A,直到B剛要離開地面。設(shè)開始時彈簧的彈性勢能為Ep1,B剛要離開地面時彈簧的彈性勢能為Ep2,則Ep1、Ep2的大小關(guān)系為 ()A.Ep1>Ep2B.Ep1<Ep2C.Ep1=Ep2 D.無法判斷【解析】選C。開始時,物體A靜止在彈簧上面,彈簧的彈力等于A的重力,彈簧處于壓縮狀態(tài),壓縮量為Δl1=QUOTE,B剛要離開地面時彈簧彈力等于B的重力,彈簧處于伸長狀態(tài),則有:Δl2=QUOTE,由于A、B的重力相等,所以初末狀態(tài)時彈簧的彈力大小相等,形變量相等,所以彈性勢能相等,即有Ep1=Ep2。選項(xiàng)C正確。4.(多選)如圖所示,固定的傾斜光滑桿上套有一個質(zhì)量為m的圓環(huán),圓環(huán)與豎直放置的輕質(zhì)彈簧一端相連,彈簧的另一端固定在地面上的A點(diǎn),彈簧處于原長h時,讓圓環(huán)由靜止開始沿桿滑下,滑到桿的底端時速度恰好為零。若以地面為參考面,則在圓環(huán)下滑到底端的過程中 ()A.圓環(huán)的機(jī)械能保持為mghB.彈簧的彈性勢能先增大后減小C.彈簧彈力做的功為mghD.彈簧的彈性勢能最大時,圓環(huán)的動能和重力勢能之和最小【解析】選C、D。圓環(huán)在初位置機(jī)械能為mgh,在末位置機(jī)械能為0,A錯;對系統(tǒng)運(yùn)用機(jī)械能守恒:W+mgh=0,可得:W=mgh,C正確;同理根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒,D正確;彈簧經(jīng)歷壓縮,恢復(fù)原長,再伸長的過程,由此可知,彈簧的彈性勢能先增大后減小再增大,B錯。5.如圖所示,木板質(zhì)量為M,長度為L,小木塊(可視為質(zhì)點(diǎn))的質(zhì)量為m,水平地面光滑,一根不計(jì)質(zhì)量的輕繩通過定滑輪分別與M和m連接,小木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ,開始時木塊靜止在木板左端,現(xiàn)用水平向右的力將m拉至木板右端,拉力至少做功為 ()A.QUOTE B.2μmgLC.μmgL D.μ(M+m)gL【解析】選C。若使拉力F做功最少,在拉力F作用下使小木塊m和木板M恰好做勻速直線運(yùn)動,對小木塊m和木板進(jìn)行受力分析容易得出拉力F=2μmg(此時繩子上的拉力等于μmg),小木塊發(fā)生的位移為QUOTE,所以由功的公式得W=Fx=2μmg×QUOTE=μmgL,C正確。從能量觀點(diǎn)分析,整個過程由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q=μmgL,拉力至少做功為μmgL。6.如圖所示,水平傳送帶兩端點(diǎn)A、B間的距離為l,傳送帶開始時處于靜止?fàn)顟B(tài)。把一個小物體放到右端的A點(diǎn),某人用恒定的水平力F使小物體以速度v1勻速滑到左端的B點(diǎn),拉力F所做的功為W1、功率為P1,這一過程物體和傳送帶之間因摩擦而產(chǎn)生的熱量為Q1。隨后讓傳送帶以v2的速度勻速運(yùn)動,此人仍然用相同的恒定的水平力F拉物體,使它以相對傳送帶為v1的速度勻速從A滑行到B,這一過程中,拉力F所做的功為W2、功率為P2,物體和傳送帶之間因摩擦而產(chǎn)生的熱量為Q2。下列關(guān)系中正確的是 ()A.W1=W2,P1<P2,Q1=Q2B.W1=W2,P1<P2,Q1>Q2C.W1>W2,P1=P2,Q1>Q2 D.W1>W2,P1=P2,Q1=Q2【解析】選B。因?yàn)閮纱蔚睦屠Ψ较虻奈灰撇蛔?由功的定義可知,兩次拉力做功相等,所以W1=W2。當(dāng)傳送帶不動時,物體運(yùn)動的時間為t1=QUOTE;當(dāng)傳送帶以v2的速度勻速運(yùn)動時,物體運(yùn)動的時間為t2=QUOTE,所以第二次用的時間短,功率大,即P1<P2;一對滑動摩擦力做功的絕對值等于滑動摩擦力與相對路程的乘積,也等于轉(zhuǎn)化的內(nèi)能,第二次的相對路程小,所以Q1>Q2。故選B。7.(多選)如圖所示,在粗糙斜面頂端固定一彈簧,其下端掛一物體,物體在A點(diǎn)處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)用平行于斜面向下的力拉物體,第一次直接拉到B點(diǎn),第二次將物體先由A拉到C點(diǎn)再回到B點(diǎn)。則這兩次過程中 ()A.重力勢能改變量相等B.彈簧的彈性勢能改變量相等C.摩擦力對物體做的功相等D.彈簧彈力對物體做功相等【解析】選A、B、D。第一次直接將物體拉到B點(diǎn),第二次將物體先拉到C點(diǎn),再回到B點(diǎn),兩次初末位置一樣,路徑不同,根據(jù)重力做功的特點(diǎn)只跟初末位置有關(guān),跟路徑無關(guān),所以兩次重力做功相等,根據(jù)重力做功與重力勢能變化的關(guān)系得:兩次重力勢能改變量相等,故A正確。由于兩次初末位置一樣,即兩次對應(yīng)的彈簧的形變量一樣,所以兩次彈簧的彈性勢能改變量相等,故B正確。根據(jù)功的定義式得:摩擦力做功和路程有關(guān);兩次初末位置一樣,路徑不同,所以兩次摩擦力對物體做的功不相等,故C錯誤。兩次彈簧形變量相同,即彈性勢能變化量相同,又因?yàn)閺椈蓮椓ψ龉Φ扔谄鋸椥詣菽茏兓康呢?fù)值,所以兩次彈簧彈力對物體做功相等,故D正確。二、計(jì)算題(18分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)8.(2020·揚(yáng)州高一檢測)如圖所示,光滑水平面AB與豎直面的半圓形導(dǎo)軌在B點(diǎn)銜接,導(dǎo)軌半徑R,一個質(zhì)量為m的物塊靜止在A處壓縮彈簧,把物塊釋放,在彈力的作用下獲得一個向右的速度,當(dāng)它經(jīng)過B點(diǎn)進(jìn)入導(dǎo)軌瞬間對導(dǎo)軌的壓力為其重力的7倍,之后向上運(yùn)動恰能完成半圓周運(yùn)動到達(dá)C點(diǎn),不計(jì)空氣阻力,g取10m/s2,(1)彈簧的彈力對物塊做的功。(2)物塊從B至C克服摩擦阻力所做的功。(3)物塊離開C點(diǎn)后落回水平面時動能的大小?！窘馕觥?1)由牛頓第二定律,有:7mgmg=mQUOTE則EkB=QUOTEmQUOTE=3mgR。根據(jù)動能定理,可求得彈簧彈力對物塊所做的功為:W彈=EkB=3mgR。(2)物塊到達(dá)C點(diǎn)僅受重力mg,據(jù)牛頓第二定律,有:mg=mQUOTE,則EkC=QUOTEmQUOTE=0.5mgR。物塊從B到C只有重力和阻力做功,根據(jù)動能定理,有:Wfmg·2R=EkCEkB,則Wf=0.5mgR3mgR+2mgR=0.5mgR,克服摩擦阻力所做的功為0.5mgR。(3)物塊離開軌道后做平拋運(yùn)動,僅有重力做功,機(jī)械能守恒,有:Ek′=EkC+EpC=0.5mgR+2mgR=2.5mgR。答案:(1)3mgR(2)0.5mgR(3)2.5mgR(15分鐘·40分)9.(6分)(多選)如圖所示,小球在豎直力F作用下將豎直彈簧壓縮,若將力F撤去,小球?qū)⑾蛏蠌椘鸩㈦x開彈簧,直到速度變?yōu)榱銥橹?在小球上升的過程中()A.小球的動能先增大后減小B.小球在離開彈簧時動能最大C.小球的動能最大時彈性勢能為零D.小球的動能減為零時,重力勢能最大【解析】選A、D。剛撤去力F時,開始小球受到的彈力大于重力,小球向上做加速運(yùn)動,隨著彈簧形變量的減小,彈力減小,后來彈力小于重力,小球做減速運(yùn)動,離開彈簧后,僅受重力做豎直上拋運(yùn)動,故小球的動能先增大后減小,A正確。當(dāng)彈力等于重力時,a=0,速度最大,動能最大;此后彈力小于重力,小球做加速度增大的減速運(yùn)動,直到彈簧恢復(fù)原長時,小球飛離彈簧,故小球在離開彈簧時動能不是最大,小球動能最大時彈性勢能不為零,故B、C錯誤。小球上升到最高點(diǎn)時,動能為零,重力勢能最大,故D正確。10.(6分)(2019·全國卷Ⅲ)從地面豎直向上拋出一物體,物體在運(yùn)動過程中除受到重力外,還受到一大小不變、方向始終與運(yùn)動方向相反的外力作用。距地面高度h在3m以內(nèi)時,物體上升、下落過程中動能Ek隨h的變化如圖所示。重力加速度取10mA.2kgB.1.5kg【解析】選C。對上升過程,由動能定理,(F+mg)h=EkEk0,得Ek=Ek0(F+mg)h,即F+mg=k=12N;下落過程中,設(shè)物體從最高處下落到地面的距離為l,由動能定理可得(mgF)(lh)=Ek,轉(zhuǎn)換可得Ek=(mgF)l(mgF)h,即mgF=k′=8N,聯(lián)立兩公式,得到m=1kg、F=2N,故只有11.(6分)(多選)如圖所示,甲、乙兩種粗糙面不同的傳送帶,傾斜放置,以同樣恒定速率v向上運(yùn)動?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m的小物體(視為質(zhì)點(diǎn))輕輕放在A處,小物體在甲傳送帶上到達(dá)B處時恰好達(dá)到傳送帶的速率v,在乙傳送帶上到達(dá)離B豎直高度為h的C處時達(dá)到傳送帶的速率v。已知B處離地面的高度皆為H,傳送帶傾斜程度相同,則在物體從A到B的過程中 ()A.物體與乙傳送帶間的動摩擦因數(shù)大于物體與甲傳送帶間的動摩擦因數(shù)B.將小物體傳送到B處,兩種系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量相等C.將小物體傳送到B處,兩種傳送帶消耗的電能相等D.兩種傳送帶對小物體做功相等【解析】選A、D。根據(jù)v20=2ax可知物體加速度關(guān)系a甲<a乙,再由牛頓第二定律μmgcosθmgsinθ=ma,得μ甲<μ乙,故A正確;由摩擦生熱Q=fs相對知,Q甲=f1s1=f1(vt1QUOTEvt1)=f1QUOTE,Q乙=f2s2=f2QUOTE,根據(jù)牛頓第二定律得:f1mgsinθ=ma1=mQUOTE,f2mgsinθ=ma2=mQUOTE,解得:Q甲=mgH+QUOTEmv2,Q乙=mg(Hh)+QUOTEmv2,Q甲>Q乙,故B錯誤;根據(jù)能量守恒定律,電動機(jī)消耗的電能E電等于摩擦產(chǎn)生的熱量Q與物體增加機(jī)械能的和,因物體兩次從A到B增加的機(jī)械能相同,Q甲>Q乙,所以將小物體傳送到B處,兩種傳送帶消耗的電能甲更多,故C錯誤;傳送帶對小物體做功等于小物體的機(jī)械能的增加量,動能增加量相等,重力勢能的增加量也相同,故兩種傳送帶對小物體做功相等,故D正確。12.(22分)如圖,質(zhì)量相等的兩個物塊A、B放置在光滑水平面上,在A、B間壓縮一輕彈簧,鎖定其處于靜止?fàn)顟B(tài),輕彈簧儲存有16J的彈性勢能。左端擋板處有一彈射裝置P,右端N處與傳送帶連接,傳送帶水平部分長度L=8m,沿逆時針方向以恒定速度v=6m/s勻速傳動。物塊A、B與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,質(zhì)量mA=mB=1kg。某時刻解除鎖定,彈開A、B,并迅速移去輕彈簧。試求(1)因彈簧彈開,A、B獲得的速度。(2)物塊B沿傳送帶向右滑動的最大距離sm。(3)物塊B剛滑回水平面MN的速度大小v′B。(4)若物塊B返回水平面MN后與被彈射裝置P彈回的A在水平面上相碰,且A、B碰后互換速度,則彈射裝置P至少必須對A做多少功,才能在A、B碰后使B剛好能從Q端滑出。并求此過程中,滑塊B與傳送帶之間因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能ΔE。【解析】(1)解除鎖定彈開A、B后,因?yàn)锳、B兩物塊的質(zhì)量相等,所以獲得的速度也應(yīng)相等,根據(jù)能量守恒Ep=QUOTEmQUOTE+QUOTEmQUOTE=16J解得vA=vB=4.0m/s(2)B滑上傳送帶勻減速運(yùn)動,當(dāng)速度減為零時,滑動的距離最遠(yuǎn)。由動能定理得:μmBgsm=0QUOTEmBQUOTE,所以sm=QUOTE=4m(3)物塊B在傳送帶上向左返回時,先勻加速運(yùn)動,物塊速度與傳送帶速度相同時一起勻速運(yùn)動,設(shè)物塊B加速到傳送帶速度v需要滑動的距離為s′由μmBgs′=QUOTEmBv2得s′=QUOTE=9m>sm表明物塊B滑回水平面MN的速度沒有達(dá)到傳送帶速度,所以v′B=QUOTE=4m/s(4)設(shè)彈射裝置對