新高考物理一輪復(fù)習(xí)分層提升練習(xí)專題34 功能關(guān)系、能量守恒定律（原卷版）

專題34功能關(guān)系、能量守恒定律導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1重力場(chǎng)中的功能關(guān)系及應(yīng)用目標(biāo)2摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化目標(biāo)3功能關(guān)系中的圖像問(wèn)題【知識(shí)導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】一、重力場(chǎng)中的功能關(guān)系及應(yīng)用1.功是能量轉(zhuǎn)化的量度,力學(xué)中幾種常見(jiàn)的功能關(guān)系如下2．能量守恒定律的兩點(diǎn)理解(1)某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等。(2)某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。3．能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題的解題思路(1)當(dāng)涉及摩擦力做功，機(jī)械能不守恒時(shí)，一般應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。(2)解題時(shí)，首先確定初、末狀態(tài)，然后分析狀態(tài)變化過(guò)程中哪種形式的能量減少，哪種形式的能量增加，求出減少的能量總和ΔE減與增加的能量總和ΔE增，最后由ΔE減＝ΔE增列式求解?！纠?】如圖所示，質(zhì)量為m的物體（可視為質(zhì)點(diǎn)）以某一速度從A點(diǎn)沖上傾角為30°的固定斜面，其運(yùn)動(dòng)的加速度大小為SKIPIF1<0g，g為重力加速度，此物體在斜面上上升的最大高度為h，則在這個(gè)過(guò)程中物體（）A．重力勢(shì)能增加了SKIPIF1<0mghB．克服摩擦力做功SKIPIF1<0mghC．動(dòng)能損失了SKIPIF1<0mghD．機(jī)械能損失了SKIPIF1<0mgh摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化1．兩種摩擦力做功的比較靜摩擦力做功滑動(dòng)摩擦力做功互為作用力和反作用力的一對(duì)靜摩擦力所做功的代數(shù)和為零，即要么一正一負(fù)，要么都不做功互為作用力和反作用力的一對(duì)滑動(dòng)摩擦力所做功的代數(shù)和為負(fù)值，即至少有一個(gè)力做負(fù)功兩種摩擦力都可以對(duì)物體做正功或者負(fù)功，還可以不做功2.求解相對(duì)滑動(dòng)物體的能量問(wèn)題的方法(1)正確分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,做好受力情況分析。(2)利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,結(jié)合牛頓第二定律分析物體的速度關(guān)系及位移關(guān)系。(3)公式Q=Ff·l相對(duì)中l(wèi)相對(duì)為兩接觸物體間的相對(duì)位移,若物體在傳送帶上做往復(fù)運(yùn)動(dòng),則l相對(duì)為總的相對(duì)路程?？挤ㄒ唬簜魉蛶ь?．兩個(gè)設(shè)問(wèn)角度(1)動(dòng)力學(xué)角度：首先要正確分析物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，做好受力分析，然后利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合牛頓第二定律求物體及傳送帶在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的位移，找出物體和傳送帶之間的位移關(guān)系。(2)能量角度：求傳送帶對(duì)物體所做的功、物體和傳送帶由于相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動(dòng)機(jī)多消耗的電能等，常依據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律求解。2．兩個(gè)功能關(guān)系(1)傳送帶電動(dòng)機(jī)做的功W電＝ΔEk＋ΔEp＋Q＝Fx傳。(2)傳送帶摩擦力產(chǎn)生的熱量Q＝Ff·x相對(duì)?！纠?】如圖所示，傳送帶與水平面間的夾角為SKIPIF1<0，其中A、B兩點(diǎn)間的距離為SKIPIF1<0，傳送帶在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下以SKIPIF1<0的速度順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。現(xiàn)將一質(zhì)量SKIPIF1<0的小物塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）輕放在傳送帶的B點(diǎn)，已知小物塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)SKIPIF1<0，g為取SKIPIF1<0，則在傳送帶將小物塊從B點(diǎn)傳送到A點(diǎn)的過(guò)程中（）A．小物塊經(jīng)過(guò)SKIPIF1<0后與傳送帶共速B．摩擦力對(duì)小物塊做的功為SKIPIF1<0C．摩擦產(chǎn)生的熱量為SKIPIF1<0D．因放小物塊而使得電動(dòng)機(jī)多消耗的電能為SKIPIF1<0考法二：板塊類1．兩個(gè)分析角度(1)動(dòng)力學(xué)角度：首先隔離物塊和木板，分別分析受力，求出加速度，根據(jù)初速度分析兩者的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，畫出運(yùn)動(dòng)軌跡圖，找到位移和相對(duì)位移關(guān)系，根據(jù)時(shí)間關(guān)系列位移等式和速度等式。(2)能量角度：物塊在木板上滑行時(shí)，速度減小的物塊動(dòng)能減小，速度增大的木板動(dòng)能增加，根據(jù)能量守恒，減小的動(dòng)能等于增加的動(dòng)能與系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能之和。2．三種處理方法(1)求解對(duì)地位移可優(yōu)先考慮應(yīng)用動(dòng)能定理。(2)求解相對(duì)位移可優(yōu)先考慮應(yīng)用能量守恒定律。(3)地面光滑時(shí)，求速度可優(yōu)先考慮應(yīng)用動(dòng)量守恒定律?！纠?】如圖所示，水平地面上有足夠長(zhǎng)平板車M，車上最右端放一物塊m＝0.9kg，開(kāi)始時(shí)M、m均靜止。t＝0時(shí)，車在外力作用下開(kāi)始沿水平面向右運(yùn)動(dòng)，其v-t圖像如圖所示，已知物塊與平板車間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，0-4s內(nèi)物塊m始終沒(méi)有滑出小車，取g＝10m/s2。下列說(shuō)法正確的是（）A．0-4s內(nèi)，物塊m的加速度一直保持不變B．要使物塊m不會(huì)從車的左端滑出小車，小車的長(zhǎng)度至少SKIPIF1<0mC．0-4s內(nèi)，m與M間因相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)能為12.8JD．0-4s內(nèi)，m、M相對(duì)地面的位移大小之比為7：9功能關(guān)系中的圖像問(wèn)題EK-x圖像EP-x圖像E-x圖像E-t圖像-----xOEK①②-----xOEP①②-----xOE①②------tOE①②斜率：合外力①合外力沿+x方向②合外力沿-x方向斜率：重力、彈力等①力沿-x方向②力沿+x方向斜率：除重力、彈力以外的力①沿+x方向②沿-x方向斜率：功率【例4】北京冬奧會(huì)引發(fā)了全國(guó)的冰雪運(yùn)動(dòng)熱潮。如圖所示為某滑雪愛(ài)好者的滑雪場(chǎng)景，他由靜止開(kāi)始從一較陡斜坡滑到較為平緩的斜坡，假設(shè)整個(gè)過(guò)程未用雪杖加速，而且在兩斜坡交接處無(wú)機(jī)械能損失，兩斜坡的動(dòng)摩擦因數(shù)相同。下列圖像中x、t、Ek、E分別表示滑雪愛(ài)好者水平位移、所用時(shí)間、動(dòng)能和機(jī)械能，下列圖像正確的是（）A． B．C． D．【例5】在沿斜面向上的恒力F作用下，一物體從足夠長(zhǎng)的光滑斜面的底端由靜止開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，在某一高度撤去恒力F。以地面為零勢(shì)能面，設(shè)重力勢(shì)能為SKIPIF1<0、機(jī)械能為SKIPIF1<0，則整個(gè)向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，它們隨時(shí)間t變化的圖像正確的是（）A． B．C． D．【例6】將一物體以初動(dòng)能SKIPIF1<0豎直向上拋出，選拋出時(shí)的位置為零勢(shì)能點(diǎn)，若物塊所受到的空氣阻力與其速率成正比，則物體的機(jī)械能E隨其位移h變化的關(guān)系圖像可能是（）A． B．C． D．【例7】一小球從地面豎直上拋，經(jīng)t0時(shí)間到最高點(diǎn)，后又落回地面，小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受空氣阻力大小與速率成正比。下列關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能E隨時(shí)間t變化的圖像中，可能正確的是（）A． B．C． D．【多維度分層專練】1．滑沙是人們喜愛(ài)的游樂(lè)活動(dòng)，如圖是滑沙場(chǎng)地的一段斜面，其傾角為30°，設(shè)參加活動(dòng)的人和滑車總質(zhì)量為m，人和滑車從距底端高為h處的頂端A沿滑道由靜止開(kāi)始勻加速下滑，加速度為0.4g，人和滑車可視為質(zhì)點(diǎn)，則從頂端向下滑到底端B的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）A．人和滑車減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能B．人和滑車獲得的動(dòng)能為0.8mghC．整個(gè)下滑過(guò)程中人和滑車減少的機(jī)械能為0.2mghD．人和滑車克服摩擦力做功為0.6mgh2．如圖所示，豎直光滑桿固定不動(dòng)，套在桿上的輕彈簧下端固定，將套在桿上的滑塊向下壓縮彈簧至離地高度h=0.1m處，滑塊與彈簧不拴接?，F(xiàn)由靜止釋放滑塊，通過(guò)傳感器測(cè)量到滑塊的速度和離地高度h并作出滑塊的動(dòng)能Ek-h圖像，其中h=0.18m時(shí)對(duì)應(yīng)圖像的最頂點(diǎn)，高度從0.2m上升到0.35m范圍內(nèi)圖像為直線，其余為曲線，取g=10m/s2，由圖像可知（）A．滑塊的質(zhì)量為0.18kgB．彈簧的勁度系數(shù)為10N/mC．滑塊運(yùn)動(dòng)的最大加速度為40m/s2D．彈簧的彈性勢(shì)能最大值為0.7J3．電動(dòng)機(jī)通過(guò)輕繩將小球自離地一定高度處由靜止開(kāi)始豎直向上提升，運(yùn)動(dòng)中小球的機(jī)械能E隨時(shí)間t變化的圖像如圖所示（圖中各物理量已知），小球質(zhì)量為m，下列說(shuō)法正確的是（

）A．小球向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B．小球上升的最大速度為SKIPIF1<0C．已知小球SKIPIF1<0時(shí)間內(nèi)上升的高度為SKIPIF1<0，則可求出SKIPIF1<0時(shí)刻小球的速度D．若小球在SKIPIF1<0時(shí)刻的速度為SKIPIF1<0，則該時(shí)刻的加速度為SKIPIF1<04．如圖所示，輕質(zhì)彈簧下端固定在粗糙斜面底端，一小物塊從斜面頂端由靜止滑下并壓縮彈簧，彈簧始終處于彈性限度內(nèi)，則物塊下滑過(guò)程中，物塊的動(dòng)量p、重力勢(shì)能SKIPIF1<0、彈簧的彈力F、彈性勢(shì)能SKIPIF1<0隨時(shí)間t或位移x的關(guān)系圖像可能正確的是（）A． B．C． D．5．轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭上起吊機(jī)正在工作，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)收緊鋼索，將原來(lái)靜止的重物豎直向上提升。提升的前兩個(gè)階段，重物的機(jī)械能E與上升距離h的關(guān)系如圖所示，第二階段圖像為一直線。若全過(guò)程各種摩擦忽略不計(jì)，下列判斷正確的是（）A．鋼索拉重物的力一直增大B．鋼索拉重物的力先減小后不變C．在第二階段，鋼索拉重物的力一定大于重物的重力D．在第二階段，重物可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)6．如圖所示，一足夠長(zhǎng)的傾斜傳送帶以速度SKIPIF1<0順時(shí)針勻速運(yùn)動(dòng)，傳送帶與水平方向的夾角SKIPIF1<0。質(zhì)量SKIPIF1<0的小物塊P和質(zhì)量SKIPIF1<0的小物塊Q由跨過(guò)定滑輪的輕繩連接，P與定滑輪間的繩子與傳送帶平行，輕繩足夠長(zhǎng)且不可伸長(zhǎng)。某時(shí)刻物塊P從傳送帶上端以速度SKIPIF1<0沖上傳送帶（此時(shí)P、Q的速率相等），已知物塊P與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)SKIPIF1<0，不計(jì)滑輪的質(zhì)量與摩擦，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物塊Q都沒(méi)有上升到定滑輪處。SKIPIF1<0求：（1）物塊P剛沖上傳送帶時(shí)加速度的大??；（2）從物塊P剛沖上傳送帶到沿傳送帶運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)處的過(guò)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SKIPIF1<0順時(shí)針勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)v取多大時(shí)，物塊P沿傳送帶運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)處過(guò)程中與傳送帶因摩擦產(chǎn)生的摩擦熱量最小，最小值是多少？7．如圖甲所示，某口罩生產(chǎn)車間的流水線安裝的是U形傳送帶，可簡(jiǎn)化為如圖乙所示的結(jié)構(gòu)圖，其中AB、CD段為直線，BC段為同心半圓弧面，半圓弧中心線（虛線部分）半徑為SKIPIF1<0。自動(dòng)分揀裝置中的機(jī)械手將質(zhì)量均為SKIPIF1<0的包裝好的口罩產(chǎn)品無(wú)初速度放至勻速運(yùn)行的傳送帶A端，質(zhì)檢員在BC段進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)品在BC段與傳送帶相對(duì)靜止，測(cè)量出CD段相鄰兩件產(chǎn)品間的距離均為SKIPIF1<0，位于D端的收件員每隔4s從傳送帶上無(wú)間隔地取下一件產(chǎn)品，每件產(chǎn)品與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為SKIPIF1<0。（1）求每件產(chǎn)品放在傳送帶上后，相對(duì)傳送帶運(yùn)動(dòng)的距離；（2）每件產(chǎn)品放在傳送帶上后，如果要使傳送帶保持原有的速率勻速運(yùn)行，求電動(dòng)機(jī)應(yīng)增加的平均功率。8．如圖所示，傾角為θ＝30°的斜面體固定在水平地面上，其左端高度h＝3m，一薄木板B置于斜面頂端，恰好能靜止，下端連接一根自然長(zhǎng)度L0＝1m的輕彈簧，木板B總質(zhì)量m＝1kg，總長(zhǎng)度L＝2.5m。有一個(gè)質(zhì)量為M＝4kg的小物塊A以沿斜面向下大小為5m/s的速度滑上木板B，A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)SKIPIF1<0，木板B下滑到斜面底端碰到擋板后立刻停下，物塊A最后恰好沒(méi)有脫離彈簧，且彈簧一直處于彈性限度內(nèi)，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，取重力加速度g＝10m/s2，不計(jì)空氣阻力。求：（1）斜面體與木板B的動(dòng)摩