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1、2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -1-动能定理和机械能守恒定律的应用 （25 分钟 60 分)一、选择题（本题共 6 小题,每题 5 分，共 30 分)1.一个质量为 1 kg 的弹性小球，在光滑水平面上以 5 m/s 的速度垂直撞到墙上，碰撞后小球速度大小不变，向反方向运动。则碰撞前后小球速度变化量的大小 v 和碰撞过程中墙对小球做功的大小 W分别为（）A。v=10 m/s，W=0 B.v=10 m/s，W=25 J C。v=0,W=25 J D。v=0，W=0【解析】选 A。规定初速度方向为正方向,初速度 v1=5 m/s，碰撞后速度 v2
2、=5 m/s，v=v2-v1=-10 m/s，负号表示速度变化量的方向与初速度方向相反,所以碰撞前后小球速度变化量的大小为 10 m/s。运用动能定理研究碰撞过程,由于初、末动能相等，所以 W=Ek=0，碰撞过程中墙对小球做功的大小 W为 0.故 A正确，B、C、D错误。【补偿训练】喜欢从高处往下跳是学龄前儿童的天性。如图所示，一质量为 20 kg 的小朋友从 0.5 m 高的台阶上跳下,双脚着地瞬间的速率约为 4 m/s,则小朋友这次跳跃消耗体内的化学能约为（）A。0 B.60 J C。160 J D。100 J 2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修
3、2 -2-【解析】选 B。设起跳阶段人做功为 W，整个过程中根据动能定理可知 mgh+W=mv2,解得W=mv2-mgh=2042 J 20100.5 J=60 J，起跳所做的功为消耗体内的化学能，故消耗的化学能为 60 J，故 B正确，A、C、D错误。2。如图，半径为 R的大圆环通过细轻杆固定在竖直平面内，质量为 m的小环（可视为质点)套在大环上,从大环的最高处由静止滑下.不计一切摩擦，以大环底所在的水平面为参考平面,重力加速度为 g.则小环(）A。在任何位置的机械能均为 mgR B。在任一直径两端的机械能之和为 5mgR C。在任一直径两端的势能之和为 3mgR D。在任一直径两端的动能之
4、和为 2mgR【解析】选 D。小环在运动过程中受重力和大环的弹力,弹力不对小环做功,只有重力做功，所以小环在运动过程中机械能守恒;小环初始位置的机械能为 E=2mgR，故任意位置小环的机械能都为 2mgR,故 A错误;因为任意位置的机械能为 2mgR，所以任意两个位置的机械能之和为 4mgR，故 B错误;令任意直径和竖直方向的夹角为,则小球在该直径两端的重力势能之和为 Ep=mg（R-Rcos）+mg（R+Rcos)=2mgR,故 C错误;因为任意直径两端的总机械能之和为 4mgR，而重力势能之和为 2mgR，所以任意直径两端的动能之和为 2mgR,故 D正确。3.质量相同的小球A和B分别悬挂
5、在长为L和2L的不伸长绳上.先将小球拉至同一水平位置(如图示）从静止释放，当二绳竖直时,则（）向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功的大小为故正确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -3-A.两球速度一样大 B。两球的动能一样大 C.两球的机械能一样大 D.B 球所受的拉力较大【解析】选 C。根据动
6、能定理 mgL=mv2-0，得 v=，知当二绳竖直时,速度不等,动能不等,故 A、B错误；小球在运动的过程中只有重力做功，机械能守恒,初始位置两球重力势能相等,动能都为 0,所以初始位置的机械能相等，则在最低点机械能相等，故 C正确;根据动能定理mgL=mv2-0,得 v=.根据 T-mg=m,得 T=mg+m=3mg，与绳长无关,所以两绳子的拉力一样大,故 D错误。4。一个质量为 m的物体以 a=2g 的加速度竖直向下加速运动,则在物体下落 h 高度的过程中，物体的（)A。重力势能减少了 2mgh B。动能增加了 2mgh C。机械能保持不变 D。机械能增加了 2mgh【解析】选 B。物体下
7、降 h 高度的过程中，重力做功 mgh,则重力势能减小 mgh,故 A错误；根据牛顿第二定律知，合力为 2mg，根据动能定理知,合力做功为 2mgh,则动能增加 2mgh，故 B正确;重力势能减小 mgh，动能增加 2mgh,则机械能增加了 mgh，故 C、D错误.5.如图所示,质量为 m的铁球从空中位置 A处由静止释放后,经过一段时间下落至位置 B，A、B间高度差为 H,重力加速度为 g,不计空气阻力,取 A位置为零势能点。则（)向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功
8、的大小为故正确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -4-A.在位置 B处,铁球的重力势能为 mgH B.如果存在空气阻力，在位置 B处铁球的重力势能大于mgH C.无论是否存在空气阻力,经过位置 B处时,重力势能一定减小 mgH D.选择 B为零势能点,由于零势能点下降，重力做功会大于 mgH【解析】选 C.在位置 B处,铁球的重力势能为-mgH，与是否存在空气阻力无关,则 A、B错误;无论是否存在空气阻力，经过位置 B处
9、时,重力势能都为mgH,一定减小 mgH，故 C正确；重力做功的多少与路径无关、与零势能点的选取无关,所以选择 B为零势能点，铁球从 A到 B重力做功一定等于 mgH，故 D错误。6。质量相等的 A、B两物体放在同一水平面上,分别受到水平拉力 F1、F2的作用而从静止开始做匀加速直线运动。经过时间 t0和 4t0速度分别达到 2v0和 v0时,分别撤去 F1和 F2，以后物体继续做匀减速直线运动直至停止.两物体速度随时间变化的图线如图所示。F1和 F2对 A、B做的功分别为 W1和 W2,则下列结论正确的是（)A.W1W2=45 B.W1W2=65 C。W1W2=56 D。W1W2=125【解
10、析】选 B。从图像可知,两物体匀减速运动的加速度大小都为:a=根据牛顿第二定律,匀减速运动中有:f=ma,向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功的大小为故正确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -5-则摩擦力大小相等;图线与时间轴所围成的面积表示运动的位移,则位移之比为 65;对全过程运用动能定理得
11、:W1-fs1=0,W2-fs2=0 得：W1=fs1，W2=fs2 由上可知，整个运动过程中 F1和 F2做功之比为 W1W2=65；故 B正确，A、C、D错误。二、计算题（本题共 2 小题，共 30 分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位）7.（14 分）质量 m=1 kg 的物体，在水平拉力 F(拉力大小恒定，方向与物体初速度方向相同）的作用下，沿粗糙水平面运动,经过位移 4 m 时，拉力 F停止作用,运动到位移是 8 m 时物体停止，运动过程中 Ekx 的图线如图所示。g 取 10 m/s2。求:(1)物体的初速度多大?(2)物体和平面间的动摩擦因数为多大?（3)拉力
12、 F的大小?【解析】（1）从图线可知初动能为 2 J Ek0=mv2=2 J v=2 m/s（2)在位移 4 m 处物体的动能为 10 J，在位移 8 m 处物体的动能为零,这段过程中物体克服摩擦力做功。设摩擦力为 Ff,则：mgx2=0Ekm;则有:Ffx2=0-10 J=-10 J 向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功的大小为故正确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整202
13、0 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -6-解得:Ff=2。5 N 因 Ff=mg 故=0。25。(3)物体从开始到移动 4 m 这段过程中，受拉力 F和摩擦力 Ff的作用,合力为 FFf,根据动能定理有:(F-Ff)x1=Ek 故得 F=4.5 N 答案:（1)2 m/s(2）0.25（3)4.5 N 8.（16 分)如图所示,质量为 m=0。1 kg 的小球从半径为 R=0。8 m 的 圆弧顶端无初速释放，下滑到最低点 P后,做平抛运动，平抛的竖直位移 h=0。2 m，水平位移 d=0。4 m,g 取 10 m/s2。求：(1)小球运动到 P点的瞬时速
14、度 v0。（2）小球在 P点瞬时对圆弧轨道的压力为多大?(3）小球在圆弧轨道上克服摩擦力做了多少功?【解题指南】解答本题可按以下思路进行:(1)小球离开 P点后做平抛运动,根据平抛运动的基本公式即可求解 v0。（2）小球到达 P点时,受重力和轨道对它的弹力，其合力充当向心力，根据牛顿第二定律即可求得轨道对小球的支持力,即可求出小球对轨道的压力大小。(3)小球在圆弧轨道上下滑过程,重力做正功,摩擦力做负功，根据动能定理求克服摩擦力做功。【解析】(1）小球从 P点开始做平抛运动,则 竖直方向：h=gt2 向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度
15、方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功的大小为故正确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -7-水平方向:d=v0t 解得:v0=2 m/s（2）小球运动到 P 点受支持力 N和重力 mg,有:N-mg=m 解得 N=1.5 N 由牛顿第三定律,小球对轨道的压力为：N=N=1。5 N(3）小球在圆弧轨道上运动过程，由动能定理得 mgR-Wf=m-0 解得 Wf=0。6 J 答案:(1）2 m/
16、s(2）1.5 N（3）0。6 J（15 分钟 40 分）9。(6 分)(多选）如图所示,固定在竖直面内的光滑圆环半径为 R,圆环上套有质量分别为 m和2m的小球 A、B(均可看作质点),且小球 A、B用一长为 2R的轻质细杆相连,在小球 B从最高点由静止开始沿圆环下滑至最低点的过程中（已知重力加速度为 g），下列说法正确的是（)A。B球减少的机械能等于 A球增加的机械能 B。B球减少的重力势能等于 A球增加的重力势能 向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功的大小为故正
17、确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -8-C.B 球的最大速度为 D。B球克服细杆所做的功为 mgR【解析】选 A、C、D。A、B球运动到最低点，A球运动到最高点，两个球系统机械能守恒,故 A球增加的机械能等于 B球减少的机械能，故 A正确；A球重力势能增加 mg2R,B 球重力势能减小 2mg2R，故 B错误；两个球系统机械能守恒,当 B球运动到最低点时，速度最大,有2mg2Rmg2R=（m+2m)v2,解得 v=,故
18、 C正确;对 B球由动能定理得W+2mg 2R=2mv20,W=-mgR，故 D正确。10。（6 分)由光滑细管组成的轨道如图所示，其中 AB段和 BC段是半径为 R的四分之一圆弧,轨道固定在竖直平面内。一质量为 m的小球，从距离水平地面为 H的管口 D处静止释放，最后能够从 A端水平抛出落到地面上。下列说法正确的是（)A.小球落到地面时相对于 A点的水平位移值为 2 B.小球落到地面时相对于 A点的水平位移值为 C。小球能从细管 A端水平抛出的条件是 H2R D。小球能从细管 A端水平抛出的最小高度 Hmin=R【解题指南】解答本题需明确以下三点:(1）小球从 D到 A运动过程中只有重力做功
19、,机械能守恒。向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功的大小为故正确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -9-（2)根据机械能守恒定律求出 A点速度,从 A点抛出后做平抛运动,根据平抛运动规律求出水平位移。（3）细管可以提供支持力，所以从 A点水平抛出的速度大于零即可。【解析】选 C。从 D到 A运动
20、过程中，只有重力做功，机械能守恒,根据机械能守恒定律得:m+mg 2R=mgH 解得:vA=从 A点抛出后做平抛运动，所用时间 t=2，则水平位移 x=vAt=2，故 A、B错误;细管可以提供支持力,所以从 A点抛出时的速度大于零即可,即 vA=0，解得:H2R，故 C正确，D错误。11。（6 分）质量为 m的物体,在距地面 h 高处以 中的加速度由静止竖直下落到地面。下列说法正确的是（）A.物体的动能增加 B.重力做功 C。物体的重力势能减少了 D.物体的机械能减少【解析】选 A。物体的合力为 mg,则合力做功为 mgh，所以物体的动能增加为 mgh,故 A正确;物体在下落过程中，重力做正功
21、为 mgh，故 B错误;物体在下落过程中，重力做正功为 mgh，则向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功的大小为故正确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -10-重力势能减小量为 mgh，故 C错误；物体除重力做功，阻力做负功，导致机械能减少,根据牛顿第二定律得：F合=ma=mg f=mg，解得：f
22、=mg,所以阻力做功为 Wf=-fh=mgh,所以机械能减少 mgh，故 D错误.12。（22 分)如图所示,竖直面内有半径为 2R的四分之一光滑圆弧形细杆 BC和半径为 R的二分之一光滑圆弧形细杆 CD在最低点 C平滑连接,光滑竖直细杆AB与圆弧形细杆 BC在 B点平滑连接。一质量为 m的小球穿在直杆上,从距 B点 的 P点由静止释放,重力加速度为 g,求:（1）小球经过 C点时的速度大小；(2）小球经过 D点时细杆对小球的作用力。【解析】(1）小球由 P到 C由机械能守恒，m=mg（2R+R)，解得:vC=;（2)小球由 C到 D由动能定理得-2mgR=m-m 小球在 D点受向下的重力和向
23、上的弹力,由牛顿定律得 mgFN=m,解得细杆对小球的作用力大小为：FN=mg,方向竖直向上。向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功的大小为故正确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整2020 年新教材高中物理 课时素养评价十八 习题课三（含解析）新人教版必修 2 -11-答案：(1）（2）mg，方向竖直向上 向反方向运动则碰撞前后小球速度变化量的大小和碰撞过程中墙对小球做功的大小分别为解析选规定初速度方向为正动能定理研究碰撞过程由于初末动能相等所以碰撞过程中墙对小球做功的大小为故正确错误补偿训练喜欢从高处往下耗体内的化学能约为年新教材高中物理课时素养评价十八习题课三含解析新人教版必修解析选设起跳阶段人做功为整