2020-2021年高三物理单元同步提升训练：机械能守恒定律 16页

2020-2021 年高三物理单元同步提升训练：机械能守恒定律 一、单选题（每题 3 分，共计 24 分） 1．（2019·浙江选考）奥运会比赛项目撑杆跳高如图所示，下列说法不正确的是 A．加速助跑过程中，运动员的动能增加 B．起跳上升过程中，杆的弹性势能一直增加 C．起跳上升过程中，运动员的重力势能增加 D．越过横杆后下落过程中，运动员的重力势能减少动能增加 【答案】B 【解析】加速助跑过程中速度增大，动能增加，A 正确；撑杆从开始形变到撑杆恢复形变时，先是运动 员部分动能转化为杆的弹性势能，后弹性势能转化为运动员的动能与重力势能，杆的弹性势能不是一直 增加，B 错误；起跳上升过程中，运动员的高度在不断增大，所以运动员的重力势能增加，C 正确；当 运动员越过横杆下落的过程中，他的高度降低、速度增大，重力势能被转化为动能，即重力势能减少， 动能增加，D 正确。 2．（ 2020 年江苏卷）质量为 31.510kg 的汽车在水平路面上匀速行驶，速度为 20m/s，受到的阻力大小为 31.810N 。此时，汽车发动机输出的实际功率是（ ） A. 90W B. 30kW C. 36kW D. 3 0 0 k W 【答案】C 【解析】 【详解】汽车匀速行驶，则牵引力与阻力平衡 31.8 10 NFf   汽车发动机的功率 31.8 1020W=36kWPFv 故选 C。 3.（2019·新课标全国Ⅱ卷）(多选)从地面竖直向上抛出一物体，其机械能 E 总等于动能 Ek 与重力势能 Ep 之 和。取地面为重力势能零点，该物体的 E 总和 Ep 随它离开地面的高度 h 的变化如图所示。重力加速度取 10 m/s2。由图中数据可得 A．物体的质量为 2 kg B．h=0 时，物体的速率为 20 m/s C．h=2 m 时，物体的动能 Ek=40 J D．从地面至 h=4 m，物体的动能减少 100 J 【答案】AD 【解析】A．Ep–h 图像知其斜率为 G，故 G= 80 J 4m =20 N，解得 m=2 kg，故 A 正确 B．h=0 时，Ep=0， Ek=E 机–Ep=100 J–0=100 J，故 21 2 mv =100 J，解得：v=10 m/s，故 B 错误；C．h=2 m 时，Ep=40 J，Ek=E 机–Ep=85 J–40 J=45 J，故 C 错误；D．h=0 时，Ek=E 机–Ep=100 J–0=100 J，h=4 m 时，Ek′=E 机–Ep=80 J–80 J=0 J，故 Ek–Ek′=100 J，故 D 正确。 4．（2019·浙江选考）如图所示为某一游戏的局部简化示意图。D 为弹射装置，AB 是长为 21 m 的水平轨道， 倾斜直轨道 BC 固定在竖直放置的半径为 R=10 m 的圆形支架上，B 为圆形的最低点，轨道 AB 与 BC 平滑连 接，且在同一竖直平面内。某次游戏中，无动力小车在弹射装置 D 的作用下，以 v0=10 m/s 的速度滑上轨道 AB，并恰好能冲到轨道 BC 的最高点。已知小车在轨道 AB 上受到的摩擦力为其重量的 0.2 倍，轨道 BC 光 滑，则小车从 A 到 C 的运动时间是 A．5 s B．4.8 s C．4.4 s D．3 s 【答案】A 【解析】设小车的质量为 m，小车在 AB 段所匀减速直线运动，加速度 ， 在 AB 段，根据动能定理可得 ，解得 4 m/sBv  ，故 ；小车在 BC 段，根据机械能守恒可得 ，解得 0 . 8 mCDh  ，过圆形支架的圆心 O 点作 BC 的垂线， 根据几何知识可得 ，解得 4mBCx  ， ，故小车在 BC 上运动的加速度为 ，故小车在 BC 段的运动时间为 ，所以小车运动的总时间为 ，A 正确。 5．（2019·新课标全国Ⅲ卷）从地面竖直向上抛出一物体，物体在运动过程中除受到重力外，还受到一大小 不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度h在3 m以内时，物体上升、下落过程中动能Ek随h 的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。该物体的质量为 A．2 kg B．1.5 kg C．1 kg D．0.5 kg 【答案】C 【解析】对上升过程，由动能定理， ，得 ，即 F+mg=12 N； 下落过程， ，即 N，联立两公式，得到 m=1 kg、F=2 N。 6.（2020 年全国 II 卷）如图，在摩托车越野赛途中的水平路段前方有一个坑，该坑沿摩托车前进方向的水 平宽度为 3h，其左边缘 a 点比右边缘 b 点高 0.5h。若摩托车经过 a 点时的动能为 E1，它会落到坑内 c 点。c 与 a 的水平距离和高度差均为 h；若经过 a 点时的动能为 E2，该摩托车恰能越过坑到达 b 点。 2 1 E E 等于（ ） A. 20 B. 18 C. 9.0 D. 3.0 【答案】B 【解析】 【详解】有题意可知当在 a 点动能为 E1 时，有 2 11 1 2E mv= 根据平抛运动规律有 2 1 1 2hgt 11h v t 当在 a 点时动能为 E2 时，有 2 22 1 2Emv= 根据平抛运动规律有 2 2 11 22hgt= 223hv t= 联立以上各式可解得 2 1 18E E = 故选 B。 7．（2019·江苏卷）如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态．小物块的质量为m，从A点向左沿 水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止．物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩 擦因数为μ，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度．在上述过程中 A．弹簧的最大弹力为μmg B．物块克服摩擦力做的功为2μmgs C．弹簧的最大弹性势能为μmgs D．物块在A点的初速度为 2 gs 【答案】BC 【解析】小物块压缩弹簧最短时有 F m g弹  ，故 A 错误；全过程小物块的路程为 2 s ，所以全过程中 克服摩擦力做的功为： 2m g s  ，故 B 正确；小物块从弹簧压缩最短处到 A 点由能量守恒得： ，故 C 正确；小物块从 A 点返回 A 点由动能定理得： ，解得： 0 2vgs  ，故 D 错误。 8.（2020 年江苏卷）如图所示，一小物块由静止开始沿斜面向下滑动，最后停在水平地面上。斜面和地面 平滑连接，且物块与斜面、物块与地面间的动摩擦因数均为常数。该过程中，物块的动能 kE 与水平位移 x 关系的图象是（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 【详解】由题意可知设斜面倾角为 θ，动摩擦因数为 μ，则物块在斜面上下滑水平距离 x 时根据动能定理有 ktancos cos xmgxmgE  整理可得   ktanmg mg x E 即在斜面上运动时动能与 x 成线性关系；当小物块在水平面运动时有 km g x E  即在水平面运动时动能与 x 也成线性关系；综上分析可知 A 正确。 故选 A。 二、多选题（每题 5 分，共计 20 分） 9.（2020 年浙江卷）如图所示，系留无人机是利用地面直流电源通过电缆供电的无人机，旋翼由电动机带 动。现有质量为 20kg 、额定功率为 5 k W 的系留无人机从地面起飞沿竖直方向上升，经过 200s 到达 100m 高 处后悬停并进行工作。已知直流电源供电电压为 400V ，若不计电缆的质量和电阻，忽略电缆对无人机的拉 力，则（ ） A. 空气对无人机的作用力始终大于或等于 200N B. 直流电源对无人机供电的额定电流为12.5A C. 无人机上升过程中消耗的平均功率为100W D. 无人机上升及悬停时均有部分功率用于对空气做功 【答案】BD 【解析】 【详解】A．无人机先向上加速后减速，最后悬停，则空气对无人机的作用力先大于 200N 后小于 200N，最 后等于 200N，选项 A 错误； B．直流电源对无人机供电的额定电流 5000 A=12.5A400 PI U 选项 B 正确； C．若空气对无人机的作用力为 F=mg=200N 则无人机上升过程中消耗的平均功率 200100 100W200 FhP t  但是由于空气对无人机向上的作用力不是一直为 200N，则选项 C 错误； D．无人机上升及悬停时，螺旋桨会使周围空气产生流动，则会有部分功率用于对空气做功，选项 D 正确。 故选 BD。 10.（2020 年山东卷）如图所示，质量为 M 的物块 A 放置在光滑水平桌面上，右侧连接一固定于墙面的水 平轻绳，左侧通过一倾斜轻绳跨过光滑定滑轮与一竖直轻弹簧相连。现将质量为 m 的钩码 B 挂于弹簧下端， 当弹簧处于原长时，将 B 由静止释放，当 B 下降到最低点时（未着地），A 对水平桌面的压力刚好为零。轻 绳不可伸长，弹簧始终在弹性限度内，物块 A 始终处于静止状态。以下判断正确的是（ ） A. M<2m B. 2m