高考物理總復(fù)習(xí)專題五機(jī)械能第4講功能關(guān)系、能量守恒練習(xí)含答案

第4講功能關(guān)系、能量守恒知識(shí)鞏固練1.(2023年海淀一模)如圖所示，輕彈簧下端連接一重物，用手托住重物并使彈簧處于壓縮狀態(tài).然后手與重物一同緩慢下降，直至重物與手分離并保持靜止.在此過程中，下列說法正確的是()A.彈簧的彈性勢(shì)能與物體的重力勢(shì)能之和先減少再增加B.彈簧對(duì)重物做的功等于重物機(jī)械能的變化量C.重物對(duì)手的壓力隨下降的距離均勻變化D.手對(duì)重物做的功一定等于重物重力勢(shì)能的變化量【答案】C【解析】由題可知，重物的動(dòng)能變化量為零，由于手對(duì)重物的作用力一直豎直向上，將彈簧與重物視作一個(gè)整體，故手對(duì)整體一直做負(fù)功，故彈簧的彈性勢(shì)能與物體的重力勢(shì)能之和且一直在減少，A錯(cuò)誤；彈簧和手對(duì)重物做的功等于重物機(jī)械能的變化量，B錯(cuò)誤；由題可知，當(dāng)彈簧的彈力與重物的重力相等時(shí)，手與重物間的彈力為零，則兩者分離，設(shè)此時(shí)彈簧的形變量為x0，則有kx0＝mg，當(dāng)彈簧處于壓縮狀態(tài)下重物靜止緩慢向下，設(shè)重物向下降的距離為x，則有k(x0-x)+F＝mg聯(lián)立解得F＝kx，故C正確；物體重力做的功等于重物重力勢(shì)能的變化量，故D錯(cuò)誤.2.質(zhì)量為m的物體，從距地面h高處由靜止開始以加速度a＝13g豎直下落到地面，在此過程中(A.物體的重力勢(shì)能減少13B.物體的動(dòng)能增加13C.物體的機(jī)械能減少13D.物體的機(jī)械能保持不變【答案】B【解析】豎直下落到地面過程中，WG＝mgh，故重力勢(shì)能減少mgh，A錯(cuò)誤；物體所受合力為F合＝ma＝13mg，由動(dòng)能定理得，動(dòng)能的增加量ΔEk＝F合h＝13mgh，B正確；由于重力勢(shì)能減少mgh，動(dòng)能增加13mgh，故機(jī)械能減少23mgh，C3.如圖所示，足夠長(zhǎng)的水平傳送帶以v＝2m/s的速度勻速前進(jìn)，上方漏斗以25kg/s的速度把煤粉均勻、豎直抖落到傳送帶上，然后隨傳送帶一起運(yùn)動(dòng).已知煤粉與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，欲使傳送帶保持原來(lái)的速度勻速前進(jìn)，則傳送帶的電動(dòng)機(jī)應(yīng)增加的功率為()A.200W B.50WC.100W D.無(wú)法確定【答案】C【解析】在1s內(nèi)落到傳送帶上煤的質(zhì)量為Δm，這部分煤由于摩擦力f的作用被傳送帶加速，由功能關(guān)系得fs＝12Δmv2，煤塊在摩擦力作用下加速前進(jìn)，因此有s＝0+v2t＝vt2.傳送帶的位移s傳＝vt，相對(duì)位移Δs＝s傳-s＝s，由此可知煤的位移和煤與傳送帶的相對(duì)位移相同，因此摩擦生熱Q＝fΔs＝12Δmv2，傳送帶需要增加的能量分為兩部分：第一部分為煤獲得的動(dòng)能，第二部分為傳送帶克服摩擦力做功來(lái)保持傳送帶速度.所以傳送帶1s內(nèi)增加的能量ΔE＝12Δmv2+fΔs＝Δmv2＝25×22J＝100J，皮帶機(jī)應(yīng)增加的功率P＝ΔE4.我國(guó)航天員在“天宮課堂”中演示了多種有趣的實(shí)驗(yàn)，提高了青少年科學(xué)探索的興趣.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：細(xì)繩一端固定，另一端系一小球，給小球一初速度使其在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).無(wú)論在“天宮”還是在地面做此實(shí)驗(yàn)()A.小球的速度大小均發(fā)生變化B.小球的向心加速度大小均發(fā)生變化C.細(xì)繩的拉力對(duì)小球均不做功D.細(xì)繩的拉力大小均發(fā)生變化【答案】C【解析】在地面上做此實(shí)驗(yàn)，忽略空氣阻力，小球受到重力和繩子拉力的作用，拉力始終和小球的速度垂直，不做功，重力會(huì)改變小球速度的大??；在“天宮”上，小球處于完全失重的狀態(tài)，小球僅在繩子拉力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，繩子拉力仍然不做功，A錯(cuò)誤，C正確；在地面上小球運(yùn)動(dòng)的速度大小改變，根據(jù)a＝v2r和F＝mv2r(重力不變)可知小球的向心加速度和拉力的大小發(fā)生改變，在“天宮”上小球的向心加速度和拉力的大小不發(fā)生改變，B綜合提升練甲5.(2023年重慶模擬)(多選)如圖甲，轆轤是古代民間提水設(shè)施，由轆轤頭、支架、井繩、水斗等部分構(gòu)成.如圖乙為提水設(shè)施工作原理簡(jiǎn)化圖，某次需從井中汲取m＝2kg的水，轆轤輪軸半徑為r＝0.1m，水斗的質(zhì)量為0.5kg，井足夠深且井繩的質(zhì)量忽略不計(jì).t＝0時(shí)刻，輪軸由靜止開始繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其角速度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖丙所示，g取10m/s2，則()A.水斗速度隨時(shí)間變化規(guī)律為v＝0.4tB.井繩拉力瞬時(shí)功率隨時(shí)間變化的規(guī)律為P＝10tC.0~10s內(nèi)水斗上升的高度為4mD.0~10s內(nèi)井繩拉力所做的功為520J【答案】AD【解析】根據(jù)圖像可知，水斗速度v＝ωr＝4010×0.1t＝0.4t，A正確；井繩拉力瞬時(shí)功率為P＝Fv＝Fωr，又由于F-(m+m0)g＝(m+m0)a，根據(jù)上述有a＝0.4m/s2，則有P＝10.4t，B錯(cuò)誤；根據(jù)圖像可知，0~10s內(nèi)水斗上升的高度為h＝ωr2t＝40×0.1×102m＝20m，C錯(cuò)誤；根據(jù)上述P＝10.4t，0~10s內(nèi)井繩拉力所做的功為W＝10.4×10×102J＝5206.(2022年福建卷)(多選)一物塊以初速度v0自固定斜面底端沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后回到斜面底端.該物體的動(dòng)能Ek隨位移x的變化關(guān)系如圖所示，圖中x0、Ek1、Ek2均已知.根據(jù)圖中信息可以求出的物理量有()A.重力加速度大小B.物體所受滑動(dòng)摩擦力的大小C.斜面的傾角D.沿斜面上滑的時(shí)間【答案】BD【解析】由動(dòng)能定義式得Ek1＝12mv02，則可求解質(zhì)量m；上滑時(shí)，由動(dòng)能定理Ek-Ek1＝-(mgsinθ+f)x，下滑時(shí)，由動(dòng)能定理Ek＝(mgsinθ-f)(x0-x)，x0為上滑的最遠(yuǎn)距離；由圖像的斜率可知mgsinθ+f＝Ek1x0，mgsinθ-f＝Ek2x0，兩式相加可得gsinθ＝12mEk1x0+Ek2x0，相減可知f＝Ek1-E7.(2023年廣東模擬)如圖所示，質(zhì)量分別為m和3m的小物塊A和B，用勁度系數(shù)為k輕質(zhì)彈簧連接后放在水平地面上，A通過一根水平輕繩連接到墻上.A、B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力.用水平拉力將B向右緩慢拉開一段距離，撤去拉力后，B恰好能保持靜止，彈簧形變始終在彈性限度內(nèi)，重力加速度大小為g.下列判斷正確的是()A.物塊B向右移動(dòng)的最大距離為xB＝4μB.若剪斷輕繩，A在隨后的運(yùn)動(dòng)過程中相對(duì)于其初位置的最大位移大小6μC.若剪斷輕繩，A在隨后的運(yùn)動(dòng)過程中通過的總路程為4μD.若剪斷輕繩，A最終會(huì)靜止時(shí)彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，其伸長(zhǎng)量為μ【答案】C【解析】根據(jù)題意撤去拉力后，B恰好能保持靜止，即kxB＝3μmg，解得xB＝3μmgk.剪斷輕繩，A會(huì)在彈簧彈力和摩擦力共同作用下向右運(yùn)動(dòng)，彈簧伸長(zhǎng)量減小，彈力減小，B不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，即B處于靜止?fàn)顟B(tài)，A速度減為零時(shí)，設(shè)彈簧處于拉長(zhǎng)狀態(tài)且伸長(zhǎng)量為xA，根據(jù)能量守恒可知12kxB2-12kxA2＝μmg(xA-xB)，解得xB＝xA(舍去)，xA＝-13xB.負(fù)號(hào)表示彈簧處于壓縮狀態(tài)，壓縮量為x'A＝μmgk，此時(shí)恰好有kxA＝μmg，即A速度減為零時(shí)剛好能靜止，所以A運(yùn)動(dòng)的最大位移及路程為8.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).現(xiàn)將滑塊緩慢水平向左移動(dòng)，壓縮固定在平臺(tái)上的輕質(zhì)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.滑塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.(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：(1)若滑塊沖上傳送帶時(shí)的速度小于傳送帶的速度，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