高考物理一輪復(fù)習(xí)練習(xí)：5.4《功能關(guān)系　能量守恒定律》(含答案詳解)

1、配餐作業(yè)功能關(guān)系能量守恒定律見學(xué)生用書P341A組·基礎(chǔ)鞏固題1如圖所示為跳傘愛好者表演高樓跳傘的情形，他們從樓頂跳下后，在距地面一定高度處打開傘包，最終安全著陸，則跳傘者()A機(jī)械能一直減小B機(jī)械能一直增大C動(dòng)能一直減小D重力勢(shì)能一直增大解析打開傘包后，跳傘者先減速后勻速，動(dòng)能先減少后不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；跳傘者高度下降，重力勢(shì)能減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤；空氣阻力一直做負(fù)功，機(jī)械能一直減小，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤。答案A2.如圖所示，一足夠長(zhǎng)的木板在光滑的水平面上以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)將質(zhì)量為m的物體豎直向下輕輕地放置在木板上的右端，已知物體m和木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，為保持木板的速度不變，從物體m

2、放到木板上到它相對(duì)木板靜止的過程中，須對(duì)木板施一水平向右的作用力F，那么力F對(duì)木板做功的數(shù)值為()A.B.Cmv2D2mv2解析由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，拉力F對(duì)木板所做的功W一部分轉(zhuǎn)化為物體m的動(dòng)能，一部分轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)能，故Wmv2mg·s相，s相vtt，vgt，以上三式聯(lián)立可得Wmv2，故C項(xiàng)正確。答案C3.如圖，表面光滑的固定斜面頂端安裝一定滑輪，小物塊A、B用輕繩連接并跨過滑輪(不計(jì)滑輪的質(zhì)量和摩擦)。初始時(shí)刻，A、B處于同一高度并恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。剪斷輕繩后A下落、B沿斜面下滑，則從剪斷輕繩到物塊著地，兩物塊()A速率的變化量不同B機(jī)械能的變化量不同C重力勢(shì)能的變化量相同D

3、重力做功的平均功率相同解析由題意根據(jù)力的平衡有mAgmBgsin，所以mAmBsin。根據(jù)機(jī)械能守恒定律mghmv2，得v，所以兩物塊落地速率相等，A項(xiàng)錯(cuò)；因?yàn)閮晌飰K的機(jī)械能守恒，所以兩物塊的機(jī)械能變化量都為零，B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)重力做功與重力勢(shì)能變化的關(guān)系，重力勢(shì)能的變化為EpWGmgh，C項(xiàng)錯(cuò)誤；因?yàn)锳、B兩物塊都做勻變速運(yùn)動(dòng)，所以A重力的平均功率為AmAg·，B的平均功率BmBg·sin，因?yàn)閙AmBsin，所以AB，D項(xiàng)正確。答案D4如圖所示，質(zhì)量為m的滑塊以一定初速度滑上傾角為的固定斜面，同時(shí)施加一沿斜面向上的恒力Fmgsin；已知滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)tan，取出

4、發(fā)點(diǎn)為參考點(diǎn)，能正確描述滑塊運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)過程中產(chǎn)生的熱量Q，滑塊動(dòng)能Ek、勢(shì)能Ep、機(jī)械能E隨時(shí)間t、位移x關(guān)系的是()A.B.C.D.解析根據(jù)滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)tan可知，滑動(dòng)摩擦力等于重力沿斜面向下的分力。施加一沿斜面向上的恒力Fmgsin，物體機(jī)械能保持不變，重力勢(shì)能隨位移x均勻增大，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；產(chǎn)生的熱量Qfx，隨位移均勻增大，滑塊動(dòng)能Ek隨位移x均勻減小，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤。答案C5(多選)如圖所示，固定于水平面上的光滑斜面足夠長(zhǎng)，一輕質(zhì)彈簧的一端與固定在斜面上的木板P相連，另一端與盒子A相連，A內(nèi)放有光滑球B，B恰與盒子前、后壁接觸，現(xiàn)用力推A使彈簧處于壓縮狀態(tài)，然后由靜止

5、釋放，則從釋放盒子A到其獲得最大速度的過程中，下列說法正確的是()A彈簧的彈性勢(shì)能一直減少到零BA對(duì)B做的功等于B機(jī)械能的增加量C彈簧彈性勢(shì)能的減少量等于A的機(jī)械能的增加量DA所受彈簧彈力和重力做的功的代數(shù)和大于A的動(dòng)能的增加量解析盒子A運(yùn)動(dòng)過程中，彈簧彈性勢(shì)能一直減少，當(dāng)彈簧彈力與A、B的重力沿斜面向下的分力大小相等時(shí)，盒子的速度最大，此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能不為零，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由功能關(guān)系知，A對(duì)B做的功等于B機(jī)械能的增加量，B項(xiàng)正確；將A、B和彈簧看作一個(gè)系統(tǒng)，則該系統(tǒng)機(jī)械能守恒，所以彈簧彈性勢(shì)能的減少量等于A和B機(jī)械能的增加量，C項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)盒子A，彈簧彈力做正功，盒子重力做負(fù)功，小球B對(duì)A沿斜面

6、向下的彈力做負(fù)功，由動(dòng)能定理知A所受彈簧彈力和重力做的功的代數(shù)和大于A的動(dòng)能的增加量，D項(xiàng)正確。答案BD6(多選)如圖所示，一根原長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕彈簧，下端固定在水平地面上，一個(gè)質(zhì)量為m的小球，在彈簧的正上方從距地面高度為H處由靜止下落壓縮彈簧。若彈簧的最大壓縮量為x，小球下落過程受到的空氣阻力恒為f，則小球從開始下落至最低點(diǎn)的過程()A小球動(dòng)能的增量為零B小球重力勢(shì)能的增量為mg(HxL)C彈簧彈性勢(shì)能的增量為(mgf)(HxL)D系統(tǒng)機(jī)械能減小fH解析小球下落的整個(gè)過程中，開始時(shí)速度為零，結(jié)束時(shí)速度也為零，所以小球動(dòng)能的增量為0，故A項(xiàng)正確；小球下落的整個(gè)過程中，重力做功WGmghmg(HxL)

7、，根據(jù)重力做功量度重力勢(shì)能的變化WGEp得小球重力勢(shì)能的增量為mg(HxL)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)能定理得WGWfW彈000，所以W彈(mgf)(HxL)，根據(jù)彈簧彈力做功量度彈性勢(shì)能的變化W彈Ep得，彈簧彈性勢(shì)能的增量為(mgf)·(HxL)，故C項(xiàng)正確；系統(tǒng)機(jī)械能的減少等于重力、彈力以外的力做的功，所以小球從開始下落至最低點(diǎn)的過程，克服阻力做的功為f(HxL)，所以系統(tǒng)機(jī)械能的減小量為f(HxL)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案AC7(2017·江蘇)(多選)如圖所示，三個(gè)小球A、B、C的質(zhì)量均為m，A與B、C間通過鉸鏈用輕桿連接，桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，B、C置于水平地面上，用一輕質(zhì)彈簧連接，彈簧

8、處于原長(zhǎng)?，F(xiàn)A由靜止釋放下降到最低點(diǎn)，兩輕桿間夾角由60°變?yōu)?20°，A、B、C在同一豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，彈簧在彈性限度內(nèi)，忽略一切摩擦，重力加速度為g。則此下降過程中()AA的動(dòng)能達(dá)到最大前，B受到地面的支持力小于mgBA的動(dòng)能最大時(shí)，B受到地面的支持力等于mgC彈簧的彈性勢(shì)能最大時(shí)，A的加速度方向豎直向下D彈簧的彈性勢(shì)能最大值為mgL解析A的動(dòng)能最大時(shí)，設(shè)B和C受到地面的支持力大小均為F，此時(shí)整體在豎直方向受力平衡，可得2F3mg，所以Fmg；在A的動(dòng)能達(dá)到最大前一直是加速下降，處于失重情況，所以B受到地面的支持力小于mg，故A、B項(xiàng)正確；當(dāng)A達(dá)到最低點(diǎn)時(shí)動(dòng)能為零，此時(shí)彈

9、簧的彈性勢(shì)能最大，A的加速度方向向上，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；A下落的高度為hLsin60°Lsin30°，根據(jù)功能關(guān)系可以知道，小球A的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能，即彈簧的彈性勢(shì)能最大值為EpmghmgL，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案AB8. (多選)如圖所示，足夠長(zhǎng)的傳送帶與水平方向的傾角為，物塊a通過平行于傳送帶的輕繩跨過光滑輕滑輪與物塊b相連，b的質(zhì)量為m。開始時(shí)，a、b及傳送帶均靜止，且a不受傳送帶摩擦力作用，現(xiàn)讓傳送帶逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則在b上升h高度(未與滑輪相碰)過程中()A物塊a的重力勢(shì)能減少mghB摩擦力對(duì)a做的功等于a機(jī)械能的增量C摩擦力對(duì)a做的功等于物塊a、b動(dòng)能增量之和

10、D任意時(shí)刻，重力對(duì)a、b做功的瞬時(shí)功率大小相等解析因?yàn)殚_始時(shí)，a、b及傳送帶均靜止，且a不受傳送帶摩擦力作用，說明b的重力等于a沿斜面方向的分量，即mgmagsin；當(dāng)物塊b上升h后，物塊a沿斜面下滑的距離為h，故a下降的高度為hsin，所以物塊a的重力勢(shì)能減少量為maghsinmgh，A項(xiàng)正確；根據(jù)功能關(guān)系，摩擦力對(duì)a做的功等于a、b機(jī)械能的增量，所以B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；在任意時(shí)刻，設(shè)b的速度為v，則a的速度大小也是v，該速度沿豎直方向的分量為vsin，故重力對(duì)b做功的瞬時(shí)功率為Pbmbgv，重力對(duì)a做功的瞬時(shí)功率為Pamagvsin，故PaPb，所以D項(xiàng)正確。答案ACDB組·能力

11、提升題9如圖所示，小物塊與水平軌道、傾斜軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相同，小物塊從傾角為1的軌道上高度為h的A點(diǎn)靜止釋放，運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)速度為v1。現(xiàn)將傾斜軌道的傾角調(diào)至為2，仍將物塊從軌道上高度為h的A點(diǎn)靜止釋放，運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)速度為v2。已知2<1，不計(jì)物塊在軌道接觸處的機(jī)械能損失。則()Av1<v2Bv1>v2Cv1v2D由于不知道1、2的具體數(shù)值，v1、v2關(guān)系無法判定解析對(duì)小物塊運(yùn)動(dòng)分析，如圖所示，物塊運(yùn)動(dòng)過程中摩擦力做負(fù)功，重力做正功，由動(dòng)能定理可得mv2mghmgcos·mgxBDmghmgh·mgxBD，因?yàn)閔·xBDxBC，所以mv2mg

12、hmgxBC，故到達(dá)B點(diǎn)的速度與傾斜軌道的傾角無關(guān)，所以v1v2，故C項(xiàng)正確。答案C10如圖所示，質(zhì)量為m的滑塊放在光滑的水平平臺(tái)上，平臺(tái)右端B與水平傳送帶相接，傳送帶的運(yùn)行速度為v0，長(zhǎng)為L(zhǎng)?，F(xiàn)將滑塊緩慢水平向左移動(dòng)壓縮固定在平臺(tái)上的輕彈簧，到達(dá)某處時(shí)突然釋放，當(dāng)滑塊滑到傳送帶右端C時(shí)，恰好與傳送帶速度相同?；瑝K與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。(1)試分析滑塊在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)情況。(2)若滑塊離開彈簧時(shí)的速度大于傳送帶的速度，求釋放滑塊時(shí)彈簧具有的彈性勢(shì)能。(3)若滑塊離開彈簧時(shí)的速度大于傳送帶的速度，求滑塊在傳送帶上滑行的整個(gè)過程中產(chǎn)生的熱量。解析(1)若滑塊沖上傳送帶時(shí)的速度小于傳送帶的速度，

13、則滑塊由于受到向右的滑動(dòng)摩擦力而做勻加速運(yùn)動(dòng)；若滑塊沖上傳送帶時(shí)的速度大于傳送帶的速度，則滑塊由于受到向左的滑動(dòng)摩擦力而做勻減速運(yùn)動(dòng)。(2)設(shè)滑塊沖上傳送帶時(shí)的速度大小為v，由機(jī)械能守恒定律得Epmv2，滑塊從B運(yùn)動(dòng)到C過程，由動(dòng)能定理得mgLmvmv2，所以Epmv2mvmgL。(3)設(shè)滑塊在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，則t時(shí)間內(nèi)傳送帶的位移xv0t，v0vat，由(2)得v；滑塊相對(duì)傳送帶滑動(dòng)的位移xLx，相對(duì)滑動(dòng)生成的熱量Qmg·x，解得QmgLmv0(v0)。答案(1)見解析(2)mvmgL(3)mgLmv0(v0)11如圖所示，左側(cè)豎直墻面上固定半徑為R0.3 m的光滑半圓環(huán)，

14、右側(cè)豎直墻面上與圓環(huán)的圓心O等高處固定一光滑直桿。質(zhì)量為ma100 g的小球a套在半圓環(huán)上，質(zhì)量為mb36 g的滑塊b套在直桿上，二者之間用長(zhǎng)為l0.4 m的輕桿通過兩鉸鏈連接。現(xiàn)將a從圓環(huán)的最高處由靜止釋放，使a沿圓環(huán)自由下滑，不計(jì)一切摩擦，a、b均視為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度g取10 m/s2。求：(1)小球a滑到與圓心O等高的P點(diǎn)時(shí)的向心力大小。(2)小球a從P點(diǎn)下滑至桿與圓環(huán)相切的Q點(diǎn)的過程中，桿對(duì)滑塊b做的功。解析(1)當(dāng)a滑到與O同高度的P點(diǎn)時(shí)，a的速度v沿圓環(huán)切線向下，b的速度為零，由機(jī)械能守恒定律可得magRmav2，解得v。對(duì)小球a受力分析，由牛頓第二定律可得F2mag2 N。(2)

15、桿與圓相切時(shí)，如圖所示，a的速度沿桿方向，設(shè)此時(shí)b的速度為vb，根據(jù)桿不可伸長(zhǎng)和縮短，有vavbcos，由幾何關(guān)系可得cos0.8，在圖中，球a下降的高度hRcos，a、b系統(tǒng)機(jī)械能守恒maghmavmbvmav2，對(duì)滑塊b，由動(dòng)能定理得Wmbv0.194 4 J。答案(1)2 N (2)0.194 4 J12如圖所示，一足夠長(zhǎng)的水平傳送帶以速度v0勻速運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量均為m的小物塊P和小物塊Q由通過滑輪組的輕繩連接，輕繩足夠長(zhǎng)且不可伸長(zhǎng)。某時(shí)刻物塊P從傳送帶左端以速度2v0沖上傳送帶，P與定滑輪間的繩子水平。已知物塊P與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.25，重力加速度為g，不計(jì)滑輪的質(zhì)量與摩擦。(1)求運(yùn)動(dòng)過程中小物塊P、Q的加速度大小之比。(2)求物塊P剛沖上傳送帶到右方最遠(yuǎn)處的過程中，P、Q系統(tǒng)機(jī)械能的改變量。(3)若傳送帶以不同的速度v(0<v<2v0)勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)v取多大時(shí)，物塊P向右沖到最遠(yuǎn)處的過程中，P與傳送帶間產(chǎn)生的熱量最小？最小值為多大？解析(1)設(shè)P的位移、加速度大小分別為s1、a1，Q的位移、加速度大小分別為s2、a2，因s12s2，故a12a2。(2)對(duì)P有mgTma1，對(duì)Q有mg2Tma2，得a10.6g。P先減速到與傳