(九)势能、机械能守恒定律、实验：验证机械能守恒定律、经典力学的局限性与相对论初步-【衡水金卷·先享题】2024-2025学年高一物理必修2同步周测卷（教科版）

高一同步周测卷/物理必修第二册 (九)势能、机械能守恒定律、 实验：验证机械能守恒定律、经典力学的局限性与相对论初步 (考试时间40分钟，满分100分) 一、单项选择题（本题共6小题，每小题6分，共36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.下列关于相对论的说法正确的是 A.当物体相对某一惯性系高速运动时，其质量的观测值与速度大小有关 B.在不同的惯性系中观测同一物体，尺寸都相同 C.对于同一个物理过程经历的时间，在任何惯性系中观测结果都相同 D.观察者与光源相向运动时，观测到的光速大于3.0×108m/s 2.如图所示为“弹簧跳跳杆”，杆的上、下两部分通过弹簧连接。人和杆从一定高度由静 止竖直下落，杆触地后弹簧先压缩后弹起，弹簧始终在弹性限度内，则人从静止竖直 下落到最低点的过程中 A.弹簧弹性势能一直增加 B.杆下端刚触地时人的动能最大 C.人的重力势能一直减小 D.人的机械能保持不变 3.如图所示，质量为m的跳伞运动员，由静止开始下落，在打开伞之前受大小为0.1mg 的恒定阻力作用，重力加速度为g,在运动员未打开伞且下落高度为h的过程中，下 列说法正确的是 A.运动员的动能增加了0.9mgh B.运动员的重力势能减少了0.9mgh C.运动员的机械能减少了0.9mgh D.运动员克服阻力做的功为0.9mgh 4.如图所示，P、Q两球质量相等，开始时两球静止，将P上方的细绳烧断，弹簧始终在 弹性限度内，不计空气阻力，在Q落地之前的任一时刻，下列说法正确的是 A.两球动能相等 B.两球加速度相等 C.两球及弹簧组成的系统动能与重力势能之和保持不变 D.两球及弹簧组成的系统机械能不变 ○0 物理（教科版）必修第二册第1页（共4页） 衡水金卷·先享题 5.如图所示，某同学在做值日擦桌面时，不慎将桌面上的橡皮扫出桌面，已知橡皮落地 时的速度方向与竖直方向的夹角0=37°，sin37°=0.6，cos37°=0.8，不计空气阻力， 橡皮被扫出桌面时的动能与它平抛运动过程中重力做的功之比为 A.9:16 B.16:9 C.3:4 D.4:3 6.如图所示，具有一定初速度的物块，沿倾角为30°的粗糙固定斜面向上运动的过程中， 受一个沿斜面向上的恒定拉力F作用，这时物块的加速度大小为4m/s2、方向沿斜 面向下，在物块向上运动的过程中，下列说法正确的是 30° A.拉力F做的功一定等于物块克服摩擦力做的功 B.拉力F做的功一定等于物块克服重力做的功 C.物块的动能一定增加 D.物块的机械能一定增加 二、多项选择题（本题共2小题，每小题8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8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分) 7.如图所示，广州地铁3号线北延段使用了节能坡。某次列车以64.8k/h的速度冲 上高度为4m的坡顶车站时，速度减为7.2km/h,设该过程节能坡的能量转化率为？ (列车重力势能的增加量与其动能减少量之比)，重力加速度g=10/s2,下列说法 正确的是 行进方向→ 2 999 车站 进站 出站 A.该过程列车的机械能减少量大于克服阻力做的功 B.该过程列车的机械能减少量等于克服阻力做的功 C.7=10% D.7=25% 高一同步周测卷九 物理（教科版）必修第二册第2页（共4页) 8.如图甲所示，质量为m的物体A和质量为2m的物体B用轻质弹簧相连，静置在水 平面上。现施加一竖直向上的力F作用在B上，使其向上做匀加速运动，拉力F和 位移x之间的关系图像如图乙所示。从拉力F作用在B上开始到A刚要离开地面 的过程中，B的位移为x。,重力加速度为g,弹簧始终在弹性限度内，下列说法正确 的是 A.拉力F的最小值为F,一2mg B弹簧恢复原长时B的位移为2 F A C.A刚要离开地面时，B的动能为(F。一3mg)xo D.弹簧的弹性势能增加了，mgxo 班级 姓名 分数 题号 2 3 4 5 6 7 8 答案 三、非选择题（本题共3小题，共48分。请按要求完成下列各题） 9.(14分)某同学利用如图所示的装置来研究机械能守恒问题。A、B是质量均为的 小物块，C是质量为M的重物，A、B间由轻弹簧相连，A、C间由轻绳相连。将B放 置在一压力传感器上，C的正下方放置一速度传感器，压力传感器与速度传感器同时 将数据传入同一处理器进行数据分析。整个实验中弹簧始终处于弹性限度内，重力 加速度为g。 a.开始时，系统在一外力作用下保持静止，轻绳拉直但张力为零。 现释放C,使其向下运动，当压力传感器示数为零时，速度传感器测 出C的速度为w。 b.在实验中保持A、B的质量不变，改变C的质量，多次重复步 骤a。 B 压力 速度 (1)该实验中，M和的大小关系必需满足M (填“小于” 传感器 传感器 “等于”或“大于”)m。 (2)为便于研究速度v与质量M的关系，每次测C的速度时，C已下降的高度应 (填“相同”或“不同”)。 (3)根据所测数据，为了更直观地验证机械能守恒定律，应作出 (填“-M” g或“图线。 (4)根据(3)问的图线，若图线在纵轴上的截距为b,则弹簧的劲度系数为 (用题中字母表示)。 物理（教科版）必修第二册第3页（共4页)】 衡水金卷·先享题 10.(14分)如图所示，ABCD为一竖直平面内的固定轨道，其中BC水平，A点比BC高 出H=10m,BC长l=1m,AB和CD轨道光滑，一质量m=1kg的物体，从A点 以v1=4m/s的速度沿轨道开始运动，经过BC后滑到高出C点h=10.3m的D点 时速度为零，重力加速度g=10m/s2,求： (1)物体与BC轨道间的动摩擦因数； (2)物体第5次经过B点时的速度大小（结果用根号表示）； (3)物体最后停止的位置与B点的距离。 7777777777 11.(20分)如图所示，水平轨道AB粗糙、圆弧轨道DE光滑，质量为4kg、可视为质点 的玩具小汽车从A点由静止释放，以P=24W的恒定功率启动，运动4s后从B点 水平抛出，沿过D点的切线方向从D点进入圆弧轨道，已知小汽车到达B点时已达 最大速度，小汽车运动到B点后电机不再工作，BC的高度为0.8m,圆弧轨道DE 的半径为专m,其圆心和B点等高，重力加速度g=10m/,求： (1)小汽车在AB段的最大速度； (2)C、D之间的距离； (3)A、B之间的距离； (4)小汽车运动到轨道DE的最低点时对轨道的压力。 高一同步周测卷九 物理（教科版）必修第二册第4页（共4页）高一周测卷 ·物理（教科版）必修第二册· 高一同步周测卷/物理必修第二册（九） 命题要素一贤表 注： 1.能力要求： I.理解能力 Ⅱ，推理能力Ⅲ，分析综合能力Ⅳ.应用数学处理物理问题的能力V,实验能力 2.学科素养： ①物理观念 ②科学思维③科学探究( 科学态度与责任 题号 题型 分 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 值 (主题内容) T I ① ② ③ ④ 档次 系数 1 单项选择题 6 相对论 易 0.85 2 重力势能、弹性势能、机械能 单项选择题 0.85 守恒 3 单项选择题 6 动能、机械能、阻力做功 易 0.80 4 单项选择题 6 牛顿第二定律、机械能守恒 易 0.80 5 单项选择题 6 动能定理、重力做功与重力势能 中 0.75 6 单项选择题 6 斜面上的功能关系 难 0.55 7 多项选择题 8 功能关系与效率 中 0.60 牛顿第二定律、受力平衡、弹性 多项选择题 难 0.55 势能问题 9 非选择题 14 验证机械能守恒定律 中 0.70 10 非选择题 14 动能定理、摩擦力做功特点 中 0.65 11 非选择题 20 平抛运动、圆周运动、机械能守 难 0.50 恒定律 香考答案及解析 一、单项选择题 2.C【解析】由静止竖直下落，在没接触地面之前，人 1.A【解析】当物体相对某一惯性系高速运动时，其质 和杆自由下落，弹簧处于原长，弹性势能为零，A项错 量的观测值与速度大小有关，速度越大，质量越大，A 误；杆下端触地后一段时间内人继续加速，当弹簧弹 项正确：在不同的惯性系中观测同一物体，尺寸不相 力等于重力时，加速度为零，速度最大，人的动能最 同，速度越大，尺寸越小，B项错误；根据时钟延缓效 大，B项错误；人从静止竖直下落到最低点的过程中， 应，对于同一个物理过程经历的时间，在不同惯性系 人的重力势能一直减小，C项正确；弹簧对人做功，所 中观测结果不相同，C项错误；根据光速不变的原理， 以人的机械能要变化，D项错误。 观察者与光源相向运动时，观测到的光速等于3.0× 3.A【解析】根据动能定理有mgh一0.1mgh=△Ek, 108m/s,D项错误。 此过程中合外力做正功，运动员的动能增加，可知运 ·27· ·物理（教科版）必修第二册· 参考答案及解析 动员的动能增加了0.9gh,A项正确：重力做正功重 的减少量△E.=号m%一号m年，则该过程节能坡 力势能减小，重力做负功重力势能增加，即有W。= △Ep,该过程中重力做正功，运动员的重力势能减 的转化率”= △E×100%=25%,C项错误，D项 △E 小了mgh,B项错误；若只有重力做功则运动员机械 正确。 能守恒，而该过程中除了重力做功，还有阻力做负功， 8.BC【解析】B刚开始运动时，拉力最小，设此时弹簧 机械能的减少量等于克服阻力做的功，即为0.1mgh, 压缩量为x1,Fmm一2ng十k=2ma,拉力作用前，对 C、D项错误。 B有kx1=2mg,设A刚要离开地面时，弹簧的伸长量 4.D【解析】细绳烧断后，由于弹簧处于伸长状态，通 为x2,有kx2=g,对B根据牛顿第二定律有F。- 过对P、Q两球受力分析可知刚烧断时加速度ap> kx2一2mg=21a,联立解得Fmn=F。-3g,A项错 aQ,在任一时刻，两球的动能不一定相等，A、B项错 误：系统内有弹力做功，弹性势能发生变化，系统的动 误又十=4，可知=号，因此弹簧恢复原 能与重力势能之和发生变化，C项错误：Q落地前，两 长时B的位移为号，B项正确：A刚要离开地面时， 球及弹簧组成的系统只有重力做功，整个系统的机械 对B根据牛顿第二定律有F。一mg一2ng=2ma,可 能守恒，D项正确。 5.A【解析】橡皮做平抛运动，设落地速度大小为， 知B的加速度大小a=F,3ms,上升位移为时 2m 由于落地的速度方向与竖直方向的夹角为日，故水平 有=2ao,此时B的动能E=号X2m2=(F。 分速度，=sin0,竖直分速度，=cos8,由于平抛 2 运动的水平分运动为匀速直线运动，故0=，= 3mg)x0,C项正确；弹簧初始状态的压缩量大于A刚 usin0,高度h==寸cos2 要离开地面时弹簧的伸长量，因此弹簧的弹性势能减 2g2g ,橡皮被扫出桌面时的动 少了，D项错误。 能E。=1 m话=合sin0,平抛运动过程中重力 三、非选择题 9.(1)大于(3分) 做的功W。=mgh=号mcos9,橡皮被扫出桌面时 (2)相同(3分) 1 的动能与它平抛运动过程中重力敏的功之比 (3)2- M+m4分) am0=是A项正确。 (4)4mg(4分) 【解析】(1)要使压力传感器的示数为零，弹簧需从压 6.D【解析】物块的加速度a=4m/s2、方向沿斜面向 缩状态变成伸长状态，因此C要能拉动A,所以M要 下，根据牛顿第二定律得mngsin30°+f-F=ma,解 大于m。 得F-f=5-4m=m>0,可知F和f做功的代数 (2)开始弹簧处于压缩状态，有F=k△x1=mg,压力 和大于零，即拉力F做的功大于物块克服摩擦力f 传感器为零时，弹簧的拉力F2=k△x2=mg,此时弹 做的功，所以在运动的过程中，机械能一定增加，同理 簧长度从压缩到伸长的变化量△x=△x1十△x 可知ngsin30°-F=4m一f,不能确定F和重力沿斜 面向下的分力的大小关系，故拉力F做的功不一定 2m5,则不论C的质量是多少，要使压力传感器示数 等于物块克服重力做的功，A、B项错误，D项正确；物 块的加速度方向沿斜面向下，由牛顿第二定律知物块 为零，A上升，此时C下降，故C下降的高度 的合力沿斜面向下，与位移方向相反，合力对物块做 相同。 负功，由动能定理知物块的动能减小，C项错误。 (3)将A,C及弹簧作为一个系统，弹簧压缩和伸长前 二、多项选择题 后形变量相同，则根据机械能守恒定律有(M一m)g 7.BD【解析】列车在冲上坡顶车站时，需要克服阻力 <2mM十m),整理得=一8m￡ 做功，在数值上就等于机械能的减少量，A项错误，B 1+4mg 项正确；该过程重力势能的增加量△E。=gh,动能 M+m ，所以为得到线性关系图线，应作出 ·28· 高一周测卷 ·物理（教科版）必修第二册· 1 女M十m图线。 联立解得水平方向分速度u,=3m/s (1分) 小汽车到达B点时已达最大速度，故平抛的水平分 (4)根据上面表达式可得=6，解得=2 速度就是所求的最大速度 b 10,【解析】(1)分析从A点到D点的过程，由动能定 0 理得 1 -mg(h-H)-pamgl=0-2 mvi (3分) 解得u=0.5 (1分) (2)平抛运动的时间t=马=0.4s (1分) (2)设物体第5次经过B点时的速度为2，在此过 g 程中物体在BC上滑动了4次，由动能定理得 xcD =vt (1分) mgH-4mgl=子m话-子md 解得xcp=1.2m (1分) (3分) (3)小汽车到达B点时已达最大速度，则摩擦力f= 解得=4√1Im/s (1分)》 Fs-P-8N (2分) (3)设物体运动的全过程在水平面上通过的路程为 s,由动能定理得ngH-mgs=0- 2mvf (3分) 根据动能定理P,一fEa=之m (3分) 解得s=21.6m (1分) 解得xB=9.75m (1分) 物体在轨道上来回滑动了10次后，还有1.6m (4)设小汽车运动到轨道DE的最低点时速度为v, 故距B点的距离s'=2m-1.6m=0.4m(2分) 根据机械能守恒定律有令md-号m品十mg(R 11.【解析】(1)小汽车运动到D点时，竖直方向分速度 hec (3分) y,=√/2ghc=4m/s (1分) 设在D点速度方向与竖直方向夹角为a,则tana= 根据牛额第二定律可得上一mg=加只 (2分) 联立解得，轨道对小汽车的支持力F=147N(1分) , (1分) 根据牛顿第三定律可知，小汽车运动到轨道DE的 根据儿何关系有tana= (1分) 最低点时对轨道的压力为147N,方向向下(1分) 4 ·29·