新高考物理二輪復(fù)習(xí)過關(guān)練習(xí)第3部分 考前特訓(xùn) 熱點(diǎn)5　功能關(guān)系和能量守恒 (含解析)

熱點(diǎn)5功能關(guān)系和能量守恒1．(2022·四川綿陽市二診)雖然北京冬奧會(huì)已經(jīng)過去了，但人們對(duì)冰雪運(yùn)動(dòng)依然熱情高漲．如圖所示為滑雪滑道PQR，質(zhì)量為60kg的滑雪愛好者(連同裝備)從頂端P靜止滑下，從末端R滑出時(shí)速度為18m/s，滑行過程中姿勢(shì)保持不變，P端相對(duì)滑道最低點(diǎn)Q高度為24m，R端相對(duì)Q點(diǎn)高度為4m．從P到R滑行過程中，該滑雪愛好者克服阻力做功和重力做功的比值約為(重力加速度取g＝10m/s2)()A．0.1B．0.2C．0.8D．1答案B解析從P到R滑行過程中由能量守恒可知，該滑雪愛好者克服阻力做功為W克f＝mg(H－h(huán))－eq\f(1,2)mv2，解得W克f＝60×10×(24－4)J－eq\f(1,2)×60×182J＝2280J，從P到R滑行過程中，重力做功為WG＝mg(H－h(huán))＝12000J，則eq\f(W克f,WG)＝eq\f(2280,12000)≈0.2，故選B.2.(多選)(2022·黑龍江大慶市第三次質(zhì)檢)如圖所示，足夠長(zhǎng)粗糙斜面固定在水平地面上，繞過光滑定滑輪的輕繩連接質(zhì)量相等的物塊A和B(可看作質(zhì)點(diǎn))，當(dāng)一沿斜面向下的恒力F作用在物塊A上，使其加速下滑的過程中(物塊B始終未與斜面、滑輪相碰)，則下列說法中正確的是()A．恒力F做功大于物塊A、B動(dòng)能增量之和B．恒力F做功等于物塊A、B動(dòng)能增量之和C．物塊A與斜面因摩擦產(chǎn)生的熱量與物塊B的機(jī)械能增量之和等于恒力F做功D．物塊A克服繩的拉力做功一定大于物塊A的重力勢(shì)能減少量答案AD解析以物塊A、B整體為研究對(duì)象，設(shè)物塊A沿斜面下降的距離為L(zhǎng)，根據(jù)動(dòng)能定理得WF－mgL＋mgLsinθ－W克f＝Ek－0，可得WF＝Ek＋W克f＋mgL－mgLsinθ，故A正確，B錯(cuò)誤；由功能關(guān)系可知物塊A與斜面因摩擦產(chǎn)生的熱量與物塊A、B的機(jī)械能增量之和等于恒力F做功，故C錯(cuò)誤；以物塊B為研究對(duì)象可得WT－mgL＝eq\f(1,2)mv2，可得WT＝eq\f(1,2)mv2＋mgL，而物塊A重力勢(shì)能的減少量為ΔEp＝mgLsinθ，可知WT>ΔEp，故D正確．3.(多選)(2022·湖南卷·7)神舟十三號(hào)返回艙進(jìn)入大氣層一段時(shí)間后，逐一打開引導(dǎo)傘、減速傘、主傘，最后啟動(dòng)反沖裝置，實(shí)現(xiàn)軟著陸．某興趣小組研究了減速傘打開后返回艙的運(yùn)動(dòng)情況，將其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為豎直方向的直線運(yùn)動(dòng)，其v－t圖像如圖所示．設(shè)該過程中，重力加速度不變，返回艙質(zhì)量不變，下列說法正確的是()A．在0～t1時(shí)間內(nèi)，返回艙重力的功率隨時(shí)間減小B．在0～t1時(shí)間內(nèi)，返回艙的加速度不變C．在t1～t2時(shí)間內(nèi)，返回艙的動(dòng)量隨時(shí)間減小D．在t2～t3時(shí)間內(nèi)，返回艙的機(jī)械能不變答案AC解析重力的功率為P＝mgv，由題圖可知在0～t1時(shí)間內(nèi)，返回艙的速度隨時(shí)間減小，故重力的功率隨時(shí)間減小，故A正確；根據(jù)v－t圖像的斜率表示加速度可知，在0～t1時(shí)間內(nèi)，返回艙的加速度減小，故B錯(cuò)誤；在t1～t2時(shí)間內(nèi)，由圖像可知返回艙的速度減小，由p＝mv可知?jiǎng)恿侩S時(shí)間減小，故C正確；在t2～t3時(shí)間內(nèi)，由圖像可知返回艙的速度不變，則動(dòng)能不變，但由于返回艙高度下降，重力勢(shì)能減小，故機(jī)械能減小，故D錯(cuò)誤．4．(多選)如圖甲所示是一輛質(zhì)量為1000kg的汽車啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率與時(shí)間的關(guān)系，已知啟動(dòng)9s時(shí)，汽車速度最大，圖乙是發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力與汽車速度的倒數(shù)之間的關(guān)系．假設(shè)在啟動(dòng)過程中車受到的阻力不變，則下列說法中正確的是()A．AB段汽車做勻速運(yùn)動(dòng)B．汽車的額定功率是30kWC．汽車的啟動(dòng)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)做功為2.5×105JD．汽車的啟動(dòng)距離約為6.67m答案BD解析由題圖乙知，汽車在AB段受到的牽引力不變，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；由P＝Fv得到F＝eq\f(P,v)，所以BC段圖線的斜率表示汽車的額定功率，即P額＝30kW，故B正確；從題圖甲中可知，汽車整個(gè)啟動(dòng)過程中牽引力做功的大小為題圖甲中圖線與橫軸圍成的面積，即W＝(5＋9)×30×103×eq\f(1,2)J＝2.1×105J，故C錯(cuò)誤；在汽車的啟動(dòng)過程中，由動(dòng)能定理有W－Ffx＝eq\f(1,2)mvm2，由題圖乙知汽車最大速度為vm＝20m/s，所以阻力的大小為Ff＝eq\f(P額,vm)＝1.5×103N，可得汽車啟動(dòng)距離約為6.67m，故D正確．5．(2022·山東棗莊市二模)如圖甲所示，傾角為θ＝37°的傳送帶以v＝2.0m/s的速度順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送帶的長(zhǎng)度LAB＝10.0m．一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量m＝1.0kg的物塊，自A點(diǎn)無初速度地放在傳送帶底端，其被傳送至B端的過程中，動(dòng)能Ek與位移x的關(guān)系圖像如圖乙所示．重力加速度取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.下列說法正確的是()A．物塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25B．整個(gè)過程中合外力對(duì)物塊做的功為4.0JC．整個(gè)過程中摩擦力對(duì)物塊做的功為64.0JD．整個(gè)過程中摩擦力對(duì)物塊做的功等于物塊機(jī)械能的增加量答案D解析開始時(shí)物塊在傳送帶的作用下動(dòng)能不斷增大，根據(jù)動(dòng)能定理有(μmgcosθ－mgsinθ)x＝Ek－0，在5m后動(dòng)能不變，可知此時(shí)物塊與傳送帶相對(duì)靜止，即物塊速度大小為v＝2.0m/s，可得μ＝0.8，A錯(cuò)誤；由動(dòng)能定理可知，整個(gè)過程中合外力對(duì)物塊做的功等于動(dòng)能的變化量，則有W合＝ΔEk＝eq\f(1,2)mv2＝2J，B錯(cuò)誤；由功能關(guān)系可知，整個(gè)過程中摩擦力對(duì)物塊做的功等于物塊機(jī)械能的增加量，即Wf＝eq\f(1,2)mv2＋mgLABsinθ＝62J，C錯(cuò)誤，D正確．6.(多選)(2022·云南省統(tǒng)測(cè))如圖所示，足夠長(zhǎng)的固定斜面上，長(zhǎng)為L(zhǎng)的ab段粗糙，其余部分光滑，斜面與水平面的夾角為θ.輕桿兩端分別連接滑塊P、Q，P的質(zhì)量為2m，Q的質(zhì)量為m，兩滑塊與ab段間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ.已知斜面頂端與a點(diǎn)的高度差為h，兩滑塊均可視為質(zhì)點(diǎn)且輕桿長(zhǎng)度不計(jì)，重力加速度為g.則兩滑塊從斜面頂端由靜止開始下滑，直到滑塊P滑離a點(diǎn)(此時(shí)滑塊Q仍在斜面上)的過程中，下列說法正確的是()A．Q到達(dá)b點(diǎn)前，輕桿對(duì)Q的彈力為0B．Q剛好滑入ab段的瞬間，P的加速度大小為eq\f(3gsinθ－μgcosθ,2)C．P、Q和輕桿組成的系統(tǒng)損失的機(jī)械能為3μmgLcosθD．P滑離a點(diǎn)時(shí)的速度大小為eq\r(2gh－2μgLcosθ)答案ACD解析Q到達(dá)b點(diǎn)前，輕桿、滑塊P、Q三者加速度相同，三者相對(duì)靜止，輕桿對(duì)Q的彈力為0，故A正確；Q剛好滑入ab段的瞬間，對(duì)輕桿、滑塊P、Q整體分析，加速度a＝eq\f(3mgsinθ－μmgcosθ,3m)＝eq\f(3gsinθ－μgcosθ,3)，故B錯(cuò)誤；整個(gè)過程中ab段粗糙，P、Q和輕桿組成的系統(tǒng)經(jīng)過ab段時(shí)，損失的機(jī)械能為ΔE＝3μmgLcosθ，故C正確；設(shè)P滑離a點(diǎn)時(shí)的速度大小為v，根據(jù)動(dòng)能定理有3mgh－3μmgLcosθ＝eq\f(1,2)×3mv2，得v＝eq\r(2gh－2μgLcosθ)，故D正確．7．(2022·重慶實(shí)驗(yàn)外國語學(xué)校模擬)如圖所示，光滑的小滑輪D(可視為質(zhì)點(diǎn))固定，質(zhì)量均為m的物體A和B用輕彈簧連接，一根不可伸長(zhǎng)的輕繩一端與物體A連接，另一端跨過定滑輪與質(zhì)量為M的小環(huán)C連接．小環(huán)C穿過豎直固定的光滑均勻細(xì)桿，小環(huán)C位于R處時(shí)，輕繩與細(xì)桿的夾角為θ，此時(shí)物體B與地面間剛好無壓力．圖中SD水平，位置R和Q之間高度差為h，R和Q關(guān)于S對(duì)稱．現(xiàn)讓小環(huán)從R處由靜止釋放，環(huán)下落過程中輕繩始終處于拉直狀態(tài)，環(huán)到達(dá)Q處時(shí)獲得最大速度．重力加速度為g，忽略空氣阻力．在小環(huán)從R處下落到Q處的過程中，下列說法正確的是()A．小環(huán)C機(jī)械能最大的位置在S點(diǎn)下方B．彈簧彈力和地面支持力對(duì)物體B的沖量和為零C．小環(huán)C的最大動(dòng)能為eq\f(M2gh,M＋mcos2θ)D．小環(huán)C到達(dá)位置Q時(shí)，物體A的加速度大小為eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(M,mcosθ)g－g))答案C解析小環(huán)C下落過程受重力、桿的支持力和輕繩的拉力，非重力做功等于機(jī)械能的變化量．到位置S前的過程中，非重力做正功，機(jī)械能增加．經(jīng)過S后的過程，非重力做負(fù)功，機(jī)械能減小，因此，小環(huán)C的機(jī)械能先增加再減小，下落到位置S時(shí)，小環(huán)C的機(jī)械能最大，故A錯(cuò)誤；小環(huán)從R處下落到Q處的過程中，物體B始終靜止在地面上，動(dòng)量變化量為零，因此物體B所受合力的沖量為零，即重力、彈簧彈力和地面對(duì)物體B的支持力的沖量和為零，則彈簧彈力和地面對(duì)物體的支持力的沖量和與重力沖量等大反向，由于此過程重力沖量不為零，故B錯(cuò)誤；環(huán)在Q時(shí)動(dòng)能最大，環(huán)在R和Q時(shí)，彈簧長(zhǎng)度相同，彈性勢(shì)能相同，環(huán)C和A通過輕繩相連，沿著繩子的分速度相等(如圖所示)，故vQcosθ＝vA，故A與環(huán)的動(dòng)能之比為eq\f(EkA,EkQ)＝eq\f(\f(1,2)mvA2,\f(1,2)MvQ2)＝eq\f(m,M)cos2θ，對(duì)小環(huán)和A的系統(tǒng)，有Mgh＝E