高考物理一輪復(fù)習(xí) 分層限時(shí)跟蹤練17 功能關(guān)系 能量守恒定律-人教版高三物理試題

分層限時(shí)跟蹤練17功能關(guān)系能量守恒定律(限時(shí)40分鐘)一、單項(xiàng)選擇題1．(2016·孝感模擬)質(zhì)量為50kg的某中學(xué)生參加學(xué)校運(yùn)動(dòng)會(huì)立定跳遠(yuǎn)項(xiàng)目比賽，起跳直至著地過程如簡圖5-4-12，經(jīng)實(shí)際測量得知上升的最大高度是0.8m，在最高點(diǎn)的速度為3m/s，則起跳過程該同學(xué)所做功最接近(取g＝10圖5-4-12A．225J B．400JC．625J D．850J【解析】運(yùn)動(dòng)員做拋體運(yùn)動(dòng)，從起跳到達(dá)到最大高度的過程中，豎直方向做加速度為g的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，則t＝eq\r(\f(2h,g))＝eq\r(\f(2×0.8,10))s＝0.4s，豎直方向初速度vy＝gt＝4m/s水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則v0＝3m/s則起跳時(shí)的速度v＝eq\r(veq\o\al(2,0)＋veq\o\al(2,y))＝eq\r(32＋42)m/s＝5m/s.運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為50kg，W＝eq\f(1,2)mv2＝625J，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．【答案】C2．(2014·廣東高考)如圖5-4-13是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖，圖中①和②為楔塊，③和④為墊板，楔塊與彈簧盒、墊板間均有摩擦，在車廂相互撞擊使彈簧壓縮的過程中()圖5-4-13A．緩沖器的機(jī)械能守恒B．摩擦力做功消耗機(jī)械能C．墊板的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．彈簧的彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能【解析】本題考查能量轉(zhuǎn)化和守恒定律．由于車廂相互撞擊彈簧壓縮的過程中存在克服摩擦力做功，所以緩沖器的機(jī)械能減少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確；彈簧壓縮的過程中，墊板的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和彈簧的彈性勢(shì)能，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤．【答案】B3．如圖5-4-14所示，木塊B在光滑的水平桌面上，子彈A沿水平方向射入木塊并留在木塊內(nèi)，將彈簧壓縮到最短．則從子彈開始射入木塊到彈簧壓縮到最短的過程中()圖5-4-14A．A、B與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒B．A的動(dòng)能減少量等于B的動(dòng)能增加量C．A對(duì)B做的功等于B的動(dòng)能增加量D．B對(duì)A做的功等于A的動(dòng)能減少量【解析】A與B之間因摩擦而生熱，故A錯(cuò)誤；A動(dòng)能的減少量等于B的動(dòng)能增加量、彈簧的彈性勢(shì)能增加量、A與B之間因摩擦而產(chǎn)生的熱量三者之和，B錯(cuò)誤；A對(duì)B做的功和彈簧對(duì)B做的功的和等于B動(dòng)能的變化量，C錯(cuò)誤；B對(duì)A做的功等于A的動(dòng)能變化量，D正確．【答案】D4．起跳摸高是學(xué)生經(jīng)常進(jìn)行的一項(xiàng)體育活動(dòng)．一質(zhì)量為m的同學(xué)彎曲兩腿向下蹲，然后用力蹬地起跳，從該同學(xué)用力蹬地到剛離開地面的起跳過程中，他的重心上升了h，離地時(shí)他的速度大小為v.對(duì)于起跳過程，下列說法正確的是()A．該同學(xué)機(jī)械能增加了mghB．該同學(xué)機(jī)械能增加量為mgh＋eq\f(1,2)mv2C．地面的支持力對(duì)該同學(xué)做功為mgh＋eq\f(1,2)mv2D．該同學(xué)所受的合外力對(duì)其做功為eq\f(1,2)mv2＋mgh【解析】該同學(xué)從蹬地到剛離開地面過程中，重力勢(shì)能增加了mgh，動(dòng)能增加了eq\f(1,2)mv2，故機(jī)械能增加了mgh＋eq\f(1,2)mv2，A項(xiàng)錯(cuò)，B項(xiàng)正確；地面對(duì)人的支持力的作用點(diǎn)無位移，故對(duì)人不做功，C項(xiàng)錯(cuò)；由動(dòng)能定理可知，該同學(xué)所受合外力對(duì)其做功等于其動(dòng)能的增加量即eq\f(1,2)mv2，D項(xiàng)錯(cuò)．【答案】B5．(2015·大慶質(zhì)檢)如圖5-4-15所示，半徑為R的金屬環(huán)豎直放置，環(huán)上套有一質(zhì)量為m的小球，小球開始時(shí)靜止于最低點(diǎn)．現(xiàn)使小球以初速度v0＝eq\r(6Rg)沿環(huán)上滑，小球運(yùn)動(dòng)到環(huán)的最高點(diǎn)時(shí)與環(huán)恰無作用力，則小球從最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)的過程中()圖5-4-15A．小球機(jī)械能守恒B．小球在最低點(diǎn)時(shí)對(duì)金屬環(huán)的壓力是6mgC．小球在最高點(diǎn)時(shí)，重力的功率是mgeq\r(gR)D．小球機(jī)械能不守恒，且克服摩擦力所做的功是0.5mgR【解析】小球運(yùn)動(dòng)到環(huán)的最高點(diǎn)時(shí)與環(huán)恰無作用力，設(shè)此時(shí)的速度為v，由向心力公式可得mg＝eq\f(mv2,R)；小球從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的過程中，由動(dòng)能定理可得－Wf－2mgR＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，聯(lián)立可得Wf＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)－eq\f(1,2)mv2－2mgR＝eq\f(1,2)mgR，可見此過程中小球機(jī)械能不守恒，克服摩擦力做功為eq\f(1,2)mgR，選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；小球在最高點(diǎn)時(shí)，速度v的方向和重力的方向垂直，二者間的夾角為90°，功率P＝0，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；小球在最低點(diǎn)，由向心力公式可得F－mg＝eq\f(mveq\o\al(2,0),R)，F(xiàn)＝mg＋eq\f(mveq\o\al(2,0),R)＝7mg，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．【答案】D二、多項(xiàng)選擇題6．(2016·南昌模擬)一升降機(jī)在底部裝有若干彈簧，如圖5-4-16所示，設(shè)在某次事故中，升降機(jī)吊索在空中斷裂，忽略摩擦阻力，則升降機(jī)在從彈簧下端觸地后直到最低點(diǎn)的一段運(yùn)動(dòng)過程中()圖5-4-16A．先處于失重狀態(tài)然后再處于超重狀態(tài)B．重力功率不斷減小C．機(jī)械能不斷減小D．機(jī)械能保持不變【解析】升降機(jī)在下落過程中，受到豎直向下的重力和豎直向上的彈簧的彈力作用，且彈力逐漸增大，則升降機(jī)先向下加速，后減速，故升降機(jī)先處于失重狀態(tài)然后處于超重狀態(tài)，選項(xiàng)A正確；升降機(jī)的重力功率P＝mgv，其先增加后減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；除重力做功外，彈簧的彈力對(duì)其做負(fù)功，機(jī)械能減小，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．【答案】AC7．山東電視臺(tái)“快樂向前沖”欄目最后一關(guān)，選手需要抓住固定在支架上的繩子向上攀登，才可沖上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，如圖5-4-17所示．如果某選手剛剛勻速攀爬到繩子頂端時(shí)，突然因抓不住繩子而加速滑下，對(duì)該過程進(jìn)行分析(不考慮腳蹬墻壁的作用)，下述說法正確的是()圖5-4-17A．上行時(shí)，人受到繩子的拉力與重力和摩擦力平衡B．上行時(shí)，繩子拉力對(duì)人做的功等于人重力勢(shì)能的增加C．下滑時(shí)，人受到的重力大于摩擦力，加速度小于gD．下滑時(shí)，重力勢(shì)能的減小大于動(dòng)能的增加，機(jī)械能的減少量等于克服摩擦力做的功【解析】人勻速上升時(shí)，繩子對(duì)人的摩擦力等于人的重力，A錯(cuò)誤；人上升過程中，人拉繩子，對(duì)自身做功，繩子并不對(duì)人做功，B錯(cuò)誤；人下滑時(shí)，由mg－f＝ma，可知，F(xiàn)f＜mg，a＜g，C正確；人下滑時(shí)，重力勢(shì)能的減小量有一部分用于克服摩擦力做功，故其動(dòng)能的增加量一定小于重力勢(shì)能的減少量，D正確．【答案】CD8．(2014·海南高考)如圖5-4-18所示，質(zhì)量相同的兩物體a、b，用不可伸長的輕繩跨接在同一光滑的輕質(zhì)定滑輪兩側(cè)，a在水平桌面的上方，b在水平粗糙桌面上．初始時(shí)用力壓住b使a、b靜止，撤去此壓力后，a開始運(yùn)動(dòng)，在a下降的過程中，b始終未離開桌面．在此過程中()圖5-4-18A．a(chǎn)的動(dòng)能小于b的動(dòng)能B．兩物體機(jī)械能的變化量相等C．a(chǎn)的重力勢(shì)能的減小量等于兩物體總動(dòng)能的增加量D．繩的拉力對(duì)a所做的功與對(duì)b所做的功的代數(shù)和為零【解析】輕繩兩端沿繩方向的速度分量大小相等，故可知a的速度等于b的速度沿繩方向的分量，a的動(dòng)能比b的動(dòng)能小，A對(duì)；因?yàn)閎與地面有摩擦力，運(yùn)動(dòng)時(shí)有熱量產(chǎn)生，所以該系統(tǒng)機(jī)械能減少，而B、C兩項(xiàng)均為系統(tǒng)機(jī)械能守恒的表現(xiàn)，故B、C錯(cuò)誤；輕繩不可伸長，兩端分別對(duì)a、b做功大小相等，符號(hào)相反，D正確．【答案】AD9．如圖5-4-19甲所示，傾角為θ的足夠長的傳送帶以恒定的速率v0沿逆時(shí)針方向運(yùn)行．t＝0時(shí)，將質(zhì)量m＝1kg的物體(可視為質(zhì)點(diǎn))輕放在傳送帶上，物體相對(duì)地面的v-t圖象如圖乙所示．設(shè)沿傳送帶向下為正方向，取重力加速度g＝10m/s2圖5-4-19A．傳送帶的速率v0＝10mB．傳送帶的傾角θ＝30°C．物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5D．0～2.0s內(nèi)摩擦力對(duì)物體做功Wf＝－24J【解析】由v-t圖象可知，物體在傳送帶上先以a1＝10m/s2的加速度加速運(yùn)動(dòng)，再以a2＝2m/s2的加速度繼續(xù)加速；t＝1.0s時(shí)物體獲得與傳送帶相同的速度v共＝v0＝10m/s，mgsinθ＋μmgcosθ＝ma1 ①mgsinθ－μmgcosθ＝ma2 ②聯(lián)立①②得：θ＝37°，μ＝0.5，選項(xiàng)C正確，B錯(cuò)誤.0～2.0s內(nèi)摩擦力做功Wf＝μmgcos37°·x1－μmgcos37°·x2，由v-t圖象可求，x1＝eq\f(1,2)×1×10m＝5m，x2＝eq\f(1,2)×(10＋12)×1m＝11m，解得Wf＝－24J，故選項(xiàng)D正確．【答案】ACD三、非選擇題10．如圖5-4-20所示，質(zhì)量為m＝2kg的小物塊從斜面頂端A由靜止滑下，從B點(diǎn)進(jìn)入光滑水平滑道時(shí)無機(jī)械能損失，將輕彈簧的一端固定在水平滑道左端C處的墻上，另一端恰位于水平滑道的中點(diǎn)D.已知斜面的傾角θ＝30°，物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝eq\f(\r(3),5)，其余各處的摩擦不計(jì)，斜面頂端距水平面高度為h＝0.5m，重力加速度g＝10m/s2，彈簧處于原長時(shí)彈性勢(shì)能為零．圖5-4-20(1)求小物塊沿斜面向下滑動(dòng)時(shí)其加速度大小和滑到B點(diǎn)時(shí)的速度大小；(2)求輕彈簧壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能；(3)若小物塊能夠被彈回到原來的斜面上，則它能夠上升的最大高度是多少？【解析】(1)由牛頓第二定律得mgsinθ－μmgcosθ＝ma解得a＝2m/s設(shè)斜面長為L，則sinθ＝eq\f(h,L)，滑到B點(diǎn)時(shí)的速度大小為v＝eq\r(2aL)＝2m/s.(2)物塊從斜面頂端A開始運(yùn)動(dòng)到彈簧壓縮到最短，由動(dòng)能定理得mgh－μmgcosθ·eq\f(h,sinθ)－Ep＝0則輕彈簧壓縮到最短時(shí)的彈性勢(shì)能Ep＝mgh－μmgcosθeq\f(h,sinθ)解得Ep＝4J.(3)物塊第一次被彈回時(shí)上升的高度最大，設(shè)上升的最大高度為H，由動(dòng)能定理得mg(h－H)－μmgcosθ·eq\f(h,sinθ)－μmgcosθ·eq\f(H,sinθ)＝0解得H＝0.125m【答案】(1)2m/s22m/s(2)4J(3)11．如圖5-4-21所示，半徑R＝1.0m的光滑圓弧軌道固定在豎直平面內(nèi)，軌道的一個(gè)端點(diǎn)B和圓心O的連線與水平方向間的夾角θ＝37°，另一端點(diǎn)C為軌道的最低點(diǎn)．C點(diǎn)右側(cè)的水平路面上緊挨C點(diǎn)放置一木板，木板質(zhì)量M＝1kg，上表面與C點(diǎn)等高．質(zhì)量m＝1kg的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))從空中A點(diǎn)以v0＝1.2m/s的速度水平拋出，恰好從軌道的B端沿切線方向進(jìn)入軌道．已知物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1＝0.2，木板與路面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2＝0.05，取g＝10m/s2.(sin37°圖5-4-21(1)物塊經(jīng)過B端時(shí)速度的大小；(2)物塊經(jīng)過軌道上的C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力大?。?3)若木板足夠長，請(qǐng)問從開始平拋至最終木板、物塊都靜止，整個(gè)過程產(chǎn)生的熱量是多少？【解析】(1)vB＝eq\f(v0,sinθ)＝2m/s.(2)物體從B到C應(yīng)用動(dòng)能定理，有mg(R＋Rsinθ)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)，解得vC＝6m在C點(diǎn)：F－mg＝meq\f(veq\o\al(2,C),R)，解得F＝46N.由牛頓第三定律知物塊經(jīng)過圓弧軌道上的C點(diǎn)時(shí)對(duì)軌道的壓力為46N.(3)物塊從A到C過程中無能量損失，所以整個(gè)過程產(chǎn)生的熱量就是從C到最終木板、物塊都靜止這一過程中產(chǎn)生的熱量，應(yīng)用能量守恒定律得Q＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)＝18J.【答案】(1)2m/s(2)46N(3)1812．如圖5-4-22所示，質(zhì)量為M的小車靜止在光滑水平面上，小車AB段是半徑為R的四分之一圓弧光滑軌道，BC段是長為L的水平粗糙軌道，兩段軌道相切于B點(diǎn)．一質(zhì)量為m的滑塊在小車上從A點(diǎn)由靜止開始沿軌道滑下，重力加速度為g.圖5-4-22(1)若固定小車，求滑塊運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)小車的最大壓力．(2)若不固定小車，滑塊仍從A點(diǎn)由靜止下滑，然后滑入BC軌道，最后從C點(diǎn)滑出小車．已知滑塊質(zhì)量m＝eq\f(M,2)，在任一時(shí)刻滑塊相對(duì)地面速度的水平分量是小車速度大小的2倍，滑塊與軌道BC間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求：①滑塊運(yùn)動(dòng)過程中，小車的最大速度大小vm；②滑塊從B到C運(yùn)動(dòng)過程中，小車的位移大小s.【解析】(1)滑塊滑到B點(diǎn)時(shí)對(duì)小車壓力最大，從A到B機(jī)械能守恒mgR＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B) ①滑塊在B點(diǎn)處，由牛頓第二定律得N－mg＝meq\f(veq\o\al(2,B),R) ②解得FN＝3mg ③由牛頓第三定律得FN′＝3mg.④(2)①滑塊下滑到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，小車速度最大．由機(jī)械能守恒得mgR＝eq\f(1,2)Mveq