2023新教材高考物理二輪專題復(fù)習(xí)專題強(qiáng)化訓(xùn)練6功能關(guān)系與能量守恒

專題強(qiáng)化訓(xùn)練6功能關(guān)系與能量守恒一、選擇題(1～7題為單項選擇題，8～10題為多項選擇題)1．如圖所示，高速公路上汽車定速巡航(即保持汽車的速率不變)沿拱形路面上坡，空氣阻力和摩擦阻力的大小不變．此過程中()A．汽車的牽引力大小不變B．汽車的牽引力逐漸增大C．汽車的輸出功率保持不變D．汽車的輸出功率逐漸減小2.在全運會小輪車泥地競速賽中，選手從半徑為R的圓弧形賽道頂端由靜止出發(fā)沖到坡底，設(shè)阻力大小不變?yōu)閒，選手和車總重為G.在此過程中，關(guān)于選手和車的下列說法正確的是()A．克服阻力做功為fRB．動能增加量為GRC．機(jī)械能保持不變D．在坡底所受的支持力大于重力3.[2022·湖北卷]如圖所示，質(zhì)量分別為m和2m的小物塊P和Q，用輕質(zhì)彈簧連接后放在水平地面上，P通過一根水平輕繩連接到墻上．P的下表面光滑，Q與地面間的動摩擦因數(shù)為μ，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．用水平拉力將Q向右緩慢拉開一段距離，撤去拉力后，Q恰好能保持靜止．彈簧形變始終在彈性限度內(nèi)，彈簧的勁度系數(shù)為k，重力加速度大小為g.若剪斷輕繩，P在隨后的運動過程中相對于其初始位置的最大位移大小為()A.eq\f(μmg,k) B．eq\f(2μmg,k)C．eq\f(4μmg,k) D．eq\f(6μmg,k)4.[2022·福建押題卷]一質(zhì)量為2kg的物體受水平拉力F作用，在粗糙水平面上做加速直線運動時的a-t圖像如圖所示，t＝0時其速度大小為2m/s.滑動摩擦力大小恒為2N，則()A．在t＝6s時刻，物體的速度為18m/sB．在0～6s時間內(nèi)，合力對物體做的功為400JC．在0～6s時間內(nèi)，拉力對物體的沖量為36N·sD．在t＝6s時刻，拉力F的功率為200W5.[2022·浙江1月]某節(jié)水噴灌系統(tǒng)如圖所示，水以v0＝15m/s的速度水平噴出，每秒噴出水的質(zhì)量為2.0kg.噴出的水是從井下抽取的，噴口離水面的高度保持H＝3.75m不變．水泵由電動機(jī)帶動，電動機(jī)正常工作時，輸入電壓為220V，輸入電流為2.0A．不計電動機(jī)的摩擦損耗，電動機(jī)的輸出功率等于水泵所需要的輸入功率．已知水泵的抽水效率(水泵的輸出功率與輸入功率之比)為75%，忽略水在管道中運動的機(jī)械能損失，則()A．每秒水泵對水做功為75JB．每秒水泵對水做功為225JC．水泵輸入功率為440WD．電動機(jī)線圈的電阻為10Ω6．[2022·安徽合肥二模]一物塊在高h(yuǎn)＝3m、長l＝5m的斜面底端以某一初速度沿斜面上滑，其動能和重力勢能隨上滑距離的變化如圖中直線Ⅰ、Ⅱ所示．重力加速度g＝10m/s2，不計空氣阻力，則下列說法正確的是()A．物塊上滑時加速度的大小為6m/s2B．物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.5C．當(dāng)物塊上滑到s＝2.5m時，其動能和重力勢能相等D．在物塊上滑s＝4m過程中，其機(jī)械能損失了12J7．[2022·浙江6月]小明用額定功率為1200W、最大拉力為300N的提升裝置，把靜置于地面的質(zhì)量為20kg的重物豎直提升到高為85.2m的平臺，先加速再勻速，最后做加速度大小不超過5m/s2的勻減速運動，到達(dá)平臺速度剛好為零，則提升重物的最短時間為()A．13.2sB．14.2sC．15.5sD．17.0s8．[2022·東北三省四市教研聯(lián)合體聯(lián)考]第22屆哈爾濱冰雪大世界開門迎客了，近400m長的極速大滑梯是大人、孩子最喜歡的娛樂項目．一名游客坐在雪橇上下滑了一段路程，重力對他做功3000J，他克服阻力做功500J，則在此過程中這名游客()A．重力勢能增加了3000JB．動能增加了3000JC．動能增加了2500JD．機(jī)械能減少了500J9.我國風(fēng)洞技術(shù)領(lǐng)先世界．如圖，在光滑斜面上，一個小物塊受到沿斜面方向的恒定風(fēng)力作用，沿斜面加速向上運動，則從物塊接觸彈簧至達(dá)到最左端()A．物塊的速度先增大后減小B．物塊加速度一直減小到零C．彈簧彈性勢能先增大后減小D．物塊和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能一直在增大10.[2022·河北卷]如圖，輕質(zhì)定滑輪固定在天花板上，物體P和Q用不可伸長的輕繩相連，懸掛在定滑輪上，質(zhì)量mQ>mP，t＝0時刻將兩物體由靜止釋放，物體Q的加速度大小為eq\f(g,3).T時刻輕繩突然斷開，物體P能夠達(dá)到的最高點恰與物體Q釋放位置處于同一高度，取t＝0時刻物體P所在水平面為零勢能面，此時物體Q的機(jī)械能為E.重力加速度大小為g，不計摩擦和空氣阻力，兩物體均可視為質(zhì)點．下列說法正確的是()A．物體P和Q的質(zhì)量之比為1∶3B．2T時刻物體Q的機(jī)械能為eq\f(E,2)C．2T時刻物體P重力的功率為eq\f(3E,2T)D．2T時刻物體P的速度大小為eq\f(2gT,3)二、非選擇題11．彈珠游戲裝置可以簡化如圖．輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端緊靠著一個彈珠(與彈簧不拴接).輕推彈珠，彈簧被壓縮；釋放后，彈珠被彈簧彈出，然后從A點進(jìn)入豎直圓軌道(水平軌道和豎直圓軌道平滑相接).已知彈珠的質(zhì)量m＝20g(可視為質(zhì)點)，圓軌道的半徑R＝0.1m，忽略彈珠與軌道間的一切摩擦，不計空氣阻力，取g＝10m/s2，求：(1)若彈珠以v＝2.2m/s的速度從A點進(jìn)入豎直圓軌道，它能否順利通過圓軌道的最高點B？請說明理由．(2)在O點左側(cè)有一個小盒子，盒子上開有小孔，孔口C點與圓軌道的圓心O等高，并與O點的水平距離為2R，要想讓彈珠能從C點掉入盒子中，彈簧被壓縮后需要儲存多大的彈性勢能Ep?12．2022年2月2日，北京冬奧會冰壺比賽在“冰立方”拉開帷幕，其比賽場地如圖所示．比賽中，甲隊運動員在投擲線P處將冰壺A以一定的速度推出，冰壺在水平冰面上沿直線自由滑行，恰好停在營壘的中心O處．乙隊運動員在投擲線P處將冰壺B以相同的速度推出，其隊友在冰壺滑行一段距離后開始在其滑行前方摩擦冰面，直到B與A碰撞．碰撞后，A恰好被擠出營壘．已知A與B質(zhì)量相等、材質(zhì)相同，P與O距離為30m，營壘的半徑為1.8m，冰壺與冰面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.02，摩擦冰面后，冰壺與冰面的動摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉淼?0%.設(shè)冰壺之間的碰撞時間極短且無機(jī)械能損失，不計冰壺的大小，重力加速度g＝10m/s2.求：(1)冰壺被推出時速度的大??；(2)乙隊運動員用毛刷擦冰面的長度是多少？專題強(qiáng)化訓(xùn)練6功能關(guān)系與能量守恒1．解析：設(shè)坡面與水平面夾角為θ，汽車速率不變，有F牽＝f＋mgsinθ，因上坡過程坡度越來越小，θ角在減小，空氣阻力和摩擦阻力的大小不變，則牽引力變小，故A、B錯誤；由功率公式P＝F牽v可知，汽車速率不變，輸出功率變小，故C錯誤，D正確．答案：D2．解析：克服阻力做功為eq\f(1,2)πRf，選項A錯誤；根據(jù)動能定理可知，動能增加量為ΔEk＝GR－eq\f(1,2)πRf，選項B錯誤；由于有阻力做功，則機(jī)械能減小，選項C錯誤；在坡底時，由牛頓第二定律可知FN－G＝meq\f(v2,R)可知，所受的支持力FN大于重力G，選項D正確．答案：D3．解析：Q恰好能保持靜止時，設(shè)彈簧的伸長量為x，滿足kx＝2μmg，若剪斷輕繩后，物塊P與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，彈簧的最大壓縮量也為x，因此P相對于其初始位置的最大位移大小為s＝2x＝eq\f(4μmg,k)，C正確．答案：C4．解析：加速直線運動時的a-t圖像所圍的面積代表速度的變化量，則Δv＝v6－v0＝eq\f(（2＋4）×6,2)m/s＝18m/s則v6＝20m/s，故A錯誤；根據(jù)動能定理得W＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(6))－eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＝396J，故B錯誤；在0～6s時間內(nèi)，拉力對物體的沖量為I－ft＝mv6－mv0，解得I＝48N·s，故C錯誤；在t＝6s時刻，拉力F－f＝ma，解得F＝10N拉力F的功率為P＝Fv＝10×20W＝200W，故D正確．答案：D5．解析：每秒水泵對水做的功等于水的機(jī)械能增加量，即W＝ΔE＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＋mgH＝300J，故選項A、B均錯誤；水泵輸入功率（即電動機(jī)輸出功率）為P泵入＝eq\f(P泵出,η)＝eq\f(300,0.75)W＝400W，故選項C錯誤；電動機(jī)的輸入功率為P電＝440W，根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒，可得P電＝P泵入＋Pr＝P泵入＋I(xiàn)2r，代入數(shù)據(jù)可得電動機(jī)的內(nèi)阻為r＝10Ω，故選項D正確．答案：D6．解析：物塊在末位置的重力勢能為Ep＝mgh＝18J，解得物塊的質(zhì)量m＝0.6kg，上滑過程中，根據(jù)牛頓第二定律和動能定理可得－mal＝0－Ek0，根據(jù)圖線可知Ek0＝30J，解得加速度大小為a＝10m/s2，選項A錯誤；設(shè)斜面的傾角為θ，則sinθ＝eq\f(h,l)＝eq\f(3,5)＝0.6，所以θ＝37°，上滑過程中根據(jù)牛頓第二定律可得mgsinθ＋μmgcosθ＝ma，解得μ＝0.5，選項B正確；根據(jù)圖像可知，當(dāng)物塊上滑到s＝2.5m時，其動能大于重力勢能，選項C錯誤；在物塊上滑s＝4m過程中，損失的機(jī)械能為ΔE＝μmgcosθ·s＝0.5×0.6×10×0.8×4J＝9.6J，選項D錯誤．答案：B7．解析：以最大加速度向上加速到勻加速能達(dá)到的最大速度，然后保持功率不變達(dá)到最大速度，最后以最大加速度做勻減速運動減速到零所需時間最短．重物向上提升的最大加速度a1＝eq\f(F－mg,m)＝5m/s2，勻加速過程的最大速度v＝eq\f(P,F)＝4m/s，勻加速上升的時間為t1＝eq\f(v,a1)＝0.8s，勻加速上升的高度h1＝1.6m；重物能達(dá)到的最大速度為vm＝eq\f(P,mg)＝6m/s，以最大加速度減速上升的時間t2＝eq\f(vm,a2)＝1.2s，上升高度為h2＝3.6m，則以恒功率上升的高度h3＝80m，恒功率上升過程有Pt3＝mgh3＋eq\f(1,2)m（veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(m))－v2），解得t3＝13.5s，則提升重物的最短時間為t＝t1＋t2＋t3＝15.5s，C正確．答案：C8．解析：重力做正功，所以游客的重力勢能減少了3000J，A錯誤；合力做功等于動能的增加，所以動能增加了3000J－500J＝2500J，B錯誤，C正確；阻力做負(fù)功，所以機(jī)械能減少了500J，D正確．答案：CD9．解析：從物塊接觸彈簧至達(dá)到最左端，在斜面方向上依次滿足（設(shè)風(fēng)力為F）：F>mgsinθ＋kx，F(xiàn)＝mgsinθ＋kx1，F(xiàn)<mgsinθ＋kx2，（其中x2>x1>x），所以物塊的加速度先減小后增加，彈簧彈性勢能一直增加，物塊的速度先增大后減小，故A正確，B、C錯誤．物體向上運動的過程中風(fēng)力一直做正功，所以物塊與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能一直增大，D正確．答案：AD10．解析：由牛頓第二定律，mQg－mPg＝（mQ＋mP）a，a＝eq\f(g,3)，解得mP∶mQ＝1∶2，A錯誤；經(jīng)過時間T，P上升高度h1＝eq\f(1,2)aT2＝eq\f(1,6)gT2，T時刻P速度v＝aT＝eq\f(1,3)gT，此后P做豎直上拋運動，豎直上拋高度h2＝eq\f(v2,2g)＝eq\f(1,18)gT2.PQ之間豎直高度為h＝h1＋h2＝eq\f(1,6)gT2＋eq\f(1,18)gT2＝eq\f(2,9)gT2，t＝0時物體Q的機(jī)能為E＝mQgh＝eq\f(2,9)mQg2T2.在Q勻加速下落過程中，隔離Q受力分析，由牛頓第二定律，mQg－F＝mQa，解得細(xì)繩中拉力F＝eq\f(2mQg,3).對Q由功能關(guān)系可知，T時刻Q的機(jī)械能為ET＝E－Fh1＝eq\f(2,9)mQg2T2－eq\f(2mQg,3)×eq\f(1,6)gT2＝eq\f(1,9)mQg2T2＝eq\f(E,2).T時刻后，只有重力對Q做功，Q機(jī)械能不變，所以2T時刻物體Q的機(jī)械能為eq\f(E,2)，B正確；由豎直上拋運動到最高點的時間為t＝eq\f(v,g)＝eq\f(T,3)，2T時刻物體P的速度v＝g×eq\f(2T,3)＝eq\f(2gT,3)，物體P重力的功率為PG＝mPgv＝eq\f(2,3)mPg2T＝eq\f(1,3)mQg2T＝eq\f(3E,2T)，C、D正確．答案：BCD11．解析：（1）彈珠從A點進(jìn)入豎直圓軌道后，假設(shè)它能沖上最高點B從A到B由機(jī)械能守恒可知eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(A))＝2mgR＋eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(B))解得vB＝eq\f(\r(21),5)m/s若要順利通過圓軌道的最高點C，則在C點根據(jù)牛頓第二定律可知mg＝meq\f(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(min)),R)解得vmin＝eq\r(gR)＝1m/s>eq\f(\r(21),5)m/s所以彈珠不能順利通過圓軌道的最高點B；（2）若彈珠能夠掉入盒子中，根據(jù)平拋運動規(guī)律可知R＝eq\f(1,2)gt22R＝vC·t解得vC＝eq\r(2)m/s根據(jù)系統(tǒng)能量守恒可知Ep＝eq\f(1