2021高考物理一轮复习限时检测5机械能含解析新人教版

1第五章机械能综合过关规范限时检测满分：100分考试时间：90分钟一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1．(2020·济南高三质检)从距水平地面某高处以相同的速率抛出4个质量相同的小球a、b、c、d，其中a球竖直向上抛出，b球竖直向下抛出，c球斜向上抛出，d球水平抛出，不计空气阻力，则小球落地时重力的瞬时功率最小的是(D)A．a球B．b球C．c球D．d球[解析]小球落地时重力的瞬时功率公式为P＝mgvy，vy是竖直方向的分速度。根据动能定理知四个小球落地时的速度大小相等，但d球的水平分速度最大，由速度的合成与分解可知，d球竖直方向的分速度最小，则d球落地时重力的功率最小，选项D正确。2．(2020·兰州高三质检)过山车是青少年喜欢的一种游乐项目。为了研究过山车的原理，可简化为如图所示模型：让质量为m的小球在光滑竖直圆轨道上做圆周运动，在轨道的最高点和最低点分别安装有压力传感器。让小球从同一位置静止下滑，经多次测量得到最高点和最低点压力的平均值分别为F1、F2，则当地的重力加速度为(D)A．F2－F12mB．F2－F13mC．F2－F15mD．F2－F16m[解析]小球在圆轨道上运动，沿着半径方向的合力提供向心力最低点：F′2－mg＝mv22r最高点：F′1＋mg＝mv21r由牛顿第三定律可知：F′1＝F1，F′2＝F2根据机械能守恒可知：mg·2r＝12mv22－12mv212联立解得：g＝F2－F16m，故选D。3．(2020·贵阳高三模拟)如图所示，ABC和ABD为两个光滑固定轨道，A、B、E在同一水平面上，C、D、E在同一竖直线上，D点距水平面的高度为5m，C点距水平面的高度为10m，一滑块从A点以某一初速度分别沿两轨道滑行到C点或D点后水平抛出。要求从C点抛出时的射程比从D点抛出时的小，取重力加速度g＝10m/s2，则滑块在A点的初速度大小可能为(C)A．10m/sB．12m/sC．15m/sD．18m/s[解析]本题利用能量观点处理平抛运动问题。根据机械能守恒定律有12mv20＝mghC＋12mv2C，12mv20＝mghD＋12mv2D；根据平抛运动规律有hC＝12gt2C，hD＝12gt2D，sC＝vCtC，sD＝vDtD；可得sC＝2v20hCg－4h2C，sD＝2v20hDg－4h2D；要求sCsD，可得v0103m/s；但滑块从A点以初速度v0分别沿两轨道滑行到C或D处，要求v02ghC＝102m/s，则只有选项C正确。4．(2019·北京人大附中期末)如图所示，一个物块在与水平方向成α角的恒力F作用下沿水平面向右运动一段距离x，在此过程中，恒力F对物块所做的功为(D)A．FxsinαB．FxcosαC．FxsinαD．Fxcosα[解析]本题考查恒力做功问题。由图可知，力和位移的夹角为α，故恒力F做的功为W＝Fxcosα，故选D。5．(2020·辽宁辽河油田二中模拟)如图所示，一细线系一小球绕O点在竖直面做圆周运动，a、b分别是轨迹的最高点和最低点，c、d两点与圆心O点等高，小球在a点时细线的拉力恰好为零，不计空气阻力，则下列说法正确的是(D)3A．小球运动到c、d两点时，受到的合力指向圆心B．小球从a点运动到b点的过程中，机械能先增大后减小C．小球从a点运动到b点的过程中，细线对小球的拉力先做正功后做负功D．小球从a点运动到b点的过程中，先失重后超重[解析]本题考查机械能守恒定律在竖直面内圆周运动中的应用。小球运动到c、d两点时，细线拉力的方向指向圆心，重力竖直向下，所以小球受到的合力不是指向圆心，故A错误；小球从a点运动到b点的过程，细线的拉力始终垂直于速度方向不做功，只有重力做功，机械能守恒，故B、C错误；小球从a点运动到b的过程中，加速度方向先向下后向上，所以小球先失重后超重，故D正确。6．(2020·江苏无锡月考)如图，一质量为m，长度为l的均匀柔软细绳PQ竖直悬挂。用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点，M点与绳的上端P相距13l。重力加速度大小为g。在此过程中，外力做的功为(A)A．19mglB．16mglC．13mglD．12mgl[解析]QM段绳的质量为m′＝23m，未拉起时，QM段绳的重心在QM中点处，与M点距离为13l，绳的下端Q拉到M点时，QM段绳的重心与M点距离为16l，此过程重力做功WG＝－m′g(13l－16l)＝19mgl，对绳的下端Q拉到M点的过程，应用动能定理，可知外力做功W＝－WG＝19mgl，可知A正确，B、C、D错误。7．(2020·北京市高考适应性考试)如图，若x轴表示时间，y轴表示位置，则该图象反映了某质点做匀速直线运动时，位置与时间的关系。若令x轴和y轴分别表示其他的物理量，则该图象又可以反映在某种情况下，相应的物理量之间的关系。下列说法中正确的是(C)4A．若x轴表示时间，y轴表示动能，则该图象可以反映某物体受恒定合外力作用做直线运动过程中，物体动能与时间的关系B．若x轴表示频率，y轴表示动能，则该图象可以反映光电效应中，光电子最大初动能与入射光频率之间的关系C．若x轴表示时间，y轴表示动量，则该图象可以反映某物体在沿运动方向的恒定合外力作用下，物体动量与时间的关系D．若x轴表示时间，y轴表示感应电动势，则该图象可以反映静置于磁场中的某闭合回路，当磁感应强度随时间均匀增大时，闭合回路的感应电动势与时间的关系[解析]某物体受恒定合外力作用做直线运动过程，物体的动能Ek＝12mv2＝12m(v0＋Fmt)2，若x轴表示时间，y轴表示动能，结合数学知识可知对应图象不是直线，A错误；光电效应现象，光电子最大初动能Ek＝hν－W0，若x轴表示频率，y轴表示动能，结合数学知识知图象应该是纵轴截距为负值的倾斜直线图象，B错误；在恒定合外力作用下，物体的动量p＝mv＝m(v0＋Fmt)，若x轴表示时间，y轴表示动量，结合数学知识可知对应图象是纵轴截距为正值的倾斜直线，C正确；置于磁场中的某闭合回路，当磁感应强度随时间均匀增大时，闭合回路的感应电动势E＝nSΔBΔt，可知是一个定值，D错误。8.(2020·河南南阳月考)如图所示，固定在竖直平面内的圆管形轨道的外轨光滑，内轨粗糙。一小球从轨道的最低点以初速度v0向右运动，球的直径略小于圆管的直径，球运动的轨道半径为R，空气阻力不计，重力加速度大小为g，下列说法一定正确的是(B)A．若v02gR，小球运动过程中机械能不可能守恒B．若v0＝3gR，小球运动过程中机械能守恒C．若v05gR，小球不可能到达最高点D．若v0＝2gR，小球恰好能到达最高点[解析]若小球上升到与圆心等高处时速度为零，此时小球只与外轨作用，不受摩擦力，只有重力做功，由机械能守恒定律得12mv20＝mgR，解得v0＝2gR2gR，故A错误；小球如果不挤压内轨，则小球到达最高点速度最小时，小球的重力提供向心力，由牛顿第二定律得mg＝mv2R，由于小球不挤压内轨，则小球在整个运动过程中不受摩擦力作用，只有重力做功，从最低点到最高点过程中，由机械能守恒定律得12mv20＝12mv2＋mg·2R，解得v0＝5gR，则小球要不挤压内轨，速度应大于等于5gR，故B正确；若小球的速度v05gR，也是有可能5做完整的圆周运动的，能到达最高点，只是最终将在圆心下方做往复运动，故C错误；如果内轨光滑，小球在运动过程中不受摩擦力，机械能守恒，则小球恰能运动到最高点时速度为0，由机械能守恒定律得12mv20＝mg·2R，解得v0＝2gR，但内轨粗糙，一定受到摩擦力作用，小球在到达最高点前速度已为零，不能到达最高点，故D错误。二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9.(2020·黑龙江哈尔滨三中一模)如图，两个质量均为m的可视为质点的A、B物块用足够长的轻绳跨过一质量可忽略的光滑定滑轮连接，A套在竖直杆ab上，ab杆光滑且足够长，滑轮到ab杆的垂直距离为l＝0.123m，开始时连接A的细绳与竖直方向垂直，同时由静止释放A和B，在之后的运动过程中B始终未到达与滑轮等高处(滑轮大小不计，空气阻力不计，g＝10m/s2)，则下列说法正确的是(ACD)A．A、B组成的系统机械能守恒B．B的机械能先增加再减少C．A、B组成的系统动能一直在增加D．当OA与竖直方向夹角为37°时，vA＝1m/s[解析]本题考查连接体的机械能守恒问题。由于ab杆与定滑轮光滑且不计空气阻力，所以A、B组成的系统运动过程中无能量损失，机械能守恒，故A正确；由于在B上升过程中细绳的拉力一直对B做正功，所以B的机械能一直增大，故B错误；A、B组成的系统机械能守恒，任意时间内，A下降的高度始终大于B上升的高度，即系统重力势能一直在减小，所以系统的动能一直增大，故C正确；根据几何关系可知物块A下降高度为ltan37°，B上升高度为(ltan37°－l)，由系统内机械能守恒可得mgltan37°－mg(ltan37°－l)＝12mv2A＋12mv2B，由速度的分解可得vAcos37°＝vB，联立解得vA＝1m/s，故D正确。10．(2019·江苏海安期末)如图所示，表面光滑的固定斜面顶端安装有定滑轮，斜面倾角为θ，物块A、B用轻绳连接并跨过滑轮。开始时A、B在同一高度并处于静止状态。现剪断轻绳，物块A自由下落，物块B沿斜面下滑，忽略滑轮的摩擦，则从剪断轻绳到两物块落地的过程中，下列说法正确的有(BD)A．物块A和物块B同时落地6B．物块A和物块B落地时的速度大小相等C．物块A和物块B落地时的动能相等D．物块A和物块B落地时重力的瞬时功率相等[解析]本题考查动能定理的应用。设初始状态两物块距地面高度为h，剪断轻绳后，A做自由落体运动，下落时间tA＝2hg；B沿斜面下滑的位移为x＝hsinθ，加速度为a＝gsinθ，tB＝2xa＝1sinθ2hg，故两物块到达地面所用的时间不相同，A错误；根据动能定理可知mgh＝12mv2，得v＝2gh，由于两物块下落高度相同，故落地速度大小相同，B正确；根据动能定理可知，A落地动能为EkA＝mAgh，B落地动能为EkB＝mBgh，因mA＝mBsinθ，故A落地时的动能和物块B不相等，C错误；A落地瞬间重力的瞬时功率为PA＝mAgv＝mAg2gh；B落地瞬间重力的瞬时功率为PB＝mBg2ghsinθ，因为mA＝mBsinθ，故PA＝PB，D正确。11．(2020·江苏苏州调研)一物体放在倾角为θ且足够长的光滑斜面上，初始位置如图甲所示，在平行于斜面的力F的作用下由静止开始沿斜面运动，运动过程中物体的机械能E随位置x的变化关系如图乙所示。其中0～x1过程的图线是曲线，x1～x2过程的图线是平行于x轴的直线，x2～x3过程的图线是倾斜的直线，则下列说法正确的是(BC)A．在0～x1的过程中，力F逐渐变大B．在0～x1的过程中，物体的加速度逐渐增大C．在x1～x2的过程中，物体的动能越来越大D．在0～x1的过程中，物体的速度方向沿斜面向上[解析]本题考查根据E－x图象分析力、加速度、速度等的变化问题。由题图乙可知在0～x1过程中物体机械能在减小，拉力在做负功，物体由静止开始运动，则0～x1过程物体沿斜面向下运动，根据功能关系，拉力做的功等于机械能的减少量，机械能随位移的变化逐渐变慢，说明拉力逐渐变小，故A、D错误；物体由静止开始向下运动，加速度向下，由牛顿第二定律有mgsinθ－F＝ma,0～x1过程中图线的斜率逐渐减小到零，可知物体的拉力逐渐减小，加速度逐渐增大，故B正确；在x1～x2的过程中，因机械能守恒，则拉力F＝0，物体沿斜面向下做匀加速运动，动能越来越大，故C正确。12．(2020·郑州高三质检)如图所示，物体A、B用一轻绳相连，B物体质量为m，将A7用一轻弹簧悬挂于天花板上，系统处于静止状态，此时弹簧的伸长量为x0，现将悬线剪断，则在以后的运动过程中，A物体运动的加速度随向上运动