高考物理二輪總復習專題能力訓練6能量轉化與守恒定律

專題能力訓練6能量轉化與守恒定律(時間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共8小題,每小題7分,共56分。在每小題給出的四個選項中,1~5題只有一個選項符合題目要求,6~8題有多個選項符合題目要求。全部選對的得7分,選對但不全的得4分,有選錯的得0分)1.如圖所示,可視為質點的小球A、B用不可伸長的細軟輕線連接,跨過固定在地面上半徑為R的光滑圓柱,ma=5mb。當B位于地面時,A恰與圓柱軸心等高。將A由靜止釋放,B上升的最大高度是()A.R B.2C.5R3 D.2.(2021·江西鷹潭高三二模)如圖所示,豎直墻上固定有光滑的小滑輪D,質量相等的物體A和B用輕彈簧連接,物體B放在地面上。用一根不可伸長的輕繩一端與物體A連接,另一端跨過定滑輪與小環(huán)C連接,小環(huán)C穿過豎直固定的光滑均勻細桿,小環(huán)C位于位置R時,繩與細桿的夾角為θ,此時物體B對地面剛好無壓力。圖中SD水平,位置R和Q關于S對稱。現(xiàn)讓小環(huán)從R處由靜止釋放,環(huán)下落過程中繩始終處于拉直狀態(tài),且環(huán)到達Q時速度最大。下列關于小環(huán)C下落過程中的描述正確的是()A.小環(huán)C下落到位置S時的機械能一定最大B.小環(huán)C從位置R運動到位置Q的過程中,C與A組成的系統(tǒng)機械能守恒C.小環(huán)C到達位置Q時,物體A速度剛好為零D.小環(huán)C從位置R運動到位置Q的過程中,C、A和輕彈簧組成的系統(tǒng)機械能不守恒3.(2022·江蘇揚州模擬)如圖所示,長度為l的輕桿上端連著一質量為m的小球A(可視為質點),桿的下端用鉸鏈固接于水平面上的O點。置于同一水平面上的立方體B恰與A接觸,立方體B的質量為m'。今有微小擾動,使桿向右傾倒,各處摩擦均不計,而A與B剛脫離接觸的瞬間,桿與地面夾角恰為30°。重力加速度為g。下列說法正確的是()A.A落地時速率為2B.A、B質量之比為1∶2C.A與B剛脫離接觸的瞬間,B的速率為glD.A與B剛脫離接觸的瞬間,A、B速率之比為1∶24.(2022·山東濟寧三模)如圖甲所示,一質量為2kg的物體靜止在水平地面上,水平推力F隨位移x變化的關系如圖乙所示,已知物體與地面間的動摩擦因數(shù)為0.1,g取10m/s2,下列說法正確的是()甲乙A.物體運動的最大速度為3m/sB.在運動中由于摩擦產(chǎn)生的熱量為6JC.物體在水平地面上運動的最大位移是4.5mD.物體先做加速運動,推力撤去時開始做減速運動5.(2021·江蘇鹽城一模)極限跳傘是世界上最流行的空中極限運動之一,它的獨特魅力在于跳傘者通常起跳后傘并不是馬上自動打開,而是由跳傘者自己控制開傘時間。傘打開前可認為跳傘者做自由落體運動,打開傘后空氣阻力與速度的二次方成正比,跳傘者先減速下降,最后勻速下落。如果用h表示下落的高度,t表示下落的時間,Ep表示重力勢能(以地面為零勢能面),Ek表示動能,E表示機械能,v表示下落時的速度。在整個過程中下列圖像可能符合事實的是()6.如圖所示,兩位同學同時在等高處拋出手中初始靜止的籃球A、B,A以速度v1斜向上拋出,B以速度v2豎直向上拋出,當A到達最高點時恰與B相遇。不計空氣阻力,A、B質量相等且均可視為質點,重力加速度為g。以下判斷正確的是()A.相遇時A的速度一定不為零B.兩位同學拋球時對A、B做功一樣多C.從拋出到相遇A、B動能的變化量不同D.從拋出到相遇A、B兩籃球重力勢能的變化量相同7.(2021·江蘇蘇州模擬)大部分過山車的豎直回環(huán)軌道均不是正圓,而是上下高、左右窄的扁軌道結構,下圖為簡化后的示意圖。一輛小車(可視為質點)從傾斜軌道某一確定高度由靜止釋放,不計一切阻力,當小車運動到扁軌道最高點時,與在相同高度的正圓軌道最高點相比()A.在扁軌道上小車向心力更大,對軌道壓力更大B.在扁軌道上小車速度更大,對軌道壓力更大C.在扁軌道上小車加速度更大,對軌道壓力更大D.在扁軌道上小車機械能更小,對軌道壓力更小8.已知一足夠長的傳送帶與水平面的傾斜角為θ,傳送帶以一定的速度勻速運動。某時刻在傳送帶適當?shù)奈恢梅派暇哂幸欢ǔ跛俣鹊奈飰K(如圖甲所示),以此時為t=0時刻記錄了小物塊之后在傳送帶上運動速度隨時間的變化關系,如圖乙所示(圖中取沿斜面向上的運動方向為正方向,其中兩坐標大小v1>v2)。已知傳送帶的速度保持不變。(g取10m/s2)則下列判斷正確的是()A.0~t1內,物塊對傳送帶做正功B.物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ,μ>tanθC.0~t2內,傳送帶對物塊做功為1D.系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量一定比物塊動能的減少量大二、非選擇題(本題共3小題,共44分)9.(14分)如圖所示,固定在水平面上的光滑斜面AB與水平方向的夾角θ=45°,A、B兩點的高度差h=4m,在B點左側的水平面上有一左端固定的輕質彈簧,自然伸長時彈簧右端到B點的距離s=3m。質量為m=1kg的物塊從斜面頂點A由靜止釋放,物塊進入水平面后向左運動壓縮彈簧的最大壓縮量x=0.2m。已知物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,g取10m/s2,不計物塊在B點的機械能損失。求:(1)彈簧的最大彈性勢能;(2)物塊最終停止位置到B點的距離;(3)物塊在斜面上滑行的總時間(結果可用根式表示)。10.(15分)如圖所示,傾角為37°的粗糙斜面AB的底端與半徑R=0.4m的光滑半圓軌道BC平滑相連,O點為圓心,BC為直徑且處于豎直方向,A、C兩點等高。質量m=1kg的滑塊從A點由靜止開始下滑,恰能滑到與O點等高的D點,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)求滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ。(2)若使滑塊能到達C點,求滑塊從A點沿斜面滑下時的初速度v0的最小值。(3)若滑塊離開C處的速度大小為4m/s,求滑塊從C點飛出至落到斜面上所經(jīng)歷的時間t。11.(15分)(2020·浙江7月選考)小明將如圖所示的裝置放在水平地面上,該裝置由弧形軌道、豎直圓軌道、水平直軌道AB和傾角θ=37°的斜軌道BC平滑連接而成。質量m=0.1kg的小滑塊從弧形軌道離地高H=1.0m處靜止釋放。已知R=0.2m,lAB=lBC=1.0m,滑塊與軌道AB和BC間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.25,弧形軌道和圓軌道均可視為光滑軌道,忽略空氣阻力,sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)求滑塊運動到與圓心O等高的D點時對軌道的壓力。(2)通過計算判斷滑塊能否沖出斜軌道的末端C點。(3)若滑下的滑塊與靜止在水平直軌道上距A點x處的質量為2m=0.2kg的小滑塊相碰,碰后黏在一起一起運動,動摩擦因數(shù)仍為0.25,求它們在軌道BC上到達的高度h與x之間的關系。(碰撞時間不計)

專題能力訓練6能量轉化與守恒定律1.C解析:設B的質量為m,則A的質量為5m,以A、B組成的系統(tǒng)為研究對象,在A落地前,由系統(tǒng)的機械能守恒可得5mgRmgR=125m+mv2,解得v=2gR3;A落地后,以B為研究對象,在B上升過程中,由動能定理可得mgh=012mv2,解得h=232.A解析:小環(huán)C從R運動到S的過程中,輕繩對小環(huán)的拉力一直做正功,小環(huán)C從S運動到Q的過程中,輕繩對小環(huán)的拉力一直做負功,而整個過程中桿對小環(huán)C的支持力不做功,所以小環(huán)C下落到位置S時的機械能一定最大,故A正確;小環(huán)C從位置R運動到位置Q的過程中,桿對C與A組成的系統(tǒng)不做功,但彈簧彈力會對C與A組成的系統(tǒng)做功,所以系統(tǒng)的機械能不守恒,故B錯誤;小環(huán)C到達位置Q時速度不為零,所以此時小環(huán)C的速度在沿繩子方向的分量不為零,則物體A的速度不為零,故C錯誤;小環(huán)C從位置R運動到位置Q的過程中,C、A和輕彈簧組成的系統(tǒng)內只有重力和彈力做功,機械能守恒,故D錯誤。3.C解析:A與B剛脫離時刻,兩者之間無彈力,水平方向加速度為0,故小球A只受重力,桿對A的彈力為零,根據(jù)牛頓第二定律得mgsin30°=mvA2l,解得vA=gl2;A與B分離后繼續(xù)下落的過程中機械能守恒,則12mvA2+mglsin30°=12mv2,聯(lián)立可得v=3gl2,選項A錯誤。A與B剛脫離接觸的瞬間,A的速度方向垂直于桿,水平方向的分速度與B速度大小一樣,設B運動的速度為vB,如圖所示,則vAcos60°=vB,因此,vA∶vB=2∶1,可知vB=gl8,根據(jù)A與B4.C解析:當推力等于摩擦力時,加速度為零,速度最大,根據(jù)函數(shù)關系可知,F=(62x)(N),且Ff=μmg=0.1×2×10N=2N,可知當F=Ff時即在x=2m處速度最大,根據(jù)動能定理得Wμmgx=12mv20,可知6+22×2J0.1×2×10×2J=12×2kg×v2,可得v=2m/s,選項A錯誤。對整個運動過程根據(jù)功能關系有Q=W',W'=12×6×3J=9J,所以運動中由于摩擦產(chǎn)生的熱量為9J,選項B錯誤。由題圖得到推力對物體做功為9J,根據(jù)動能定理得Wμmgxm=0,代入數(shù)據(jù)解得xm=4.5.B解析:開始下落階段跳傘者做自由落體運動,則Ep=Ep0mgh,可知此過程中Eph圖線為直線,故A錯誤;開始下落階段跳傘者做自由落體運動,動能等于減小的重力勢能,即Ek=mgh,則Ekh圖線為直線,在開始減速后的過程中先減速后勻速,可知動能先減小后不變,故B正確;開始階段跳傘者做自由落體運動,機械能不變,打開傘后,由于受阻力作用機械能逐漸減小,最后勻速下落階段機械能仍不斷減小,故C錯誤;開始階段跳傘者做自由落體運動,速度隨時間均勻增加,打開傘后空氣阻力與速度的二次方成正比,則加速度滿足mgkv2=ma,加速度隨時間逐漸減小,vt圖線不是直線,故D錯誤。6.AD解析:A的運動分解為豎直向上的勻減速直線運動與水平方向的勻速直線運動,相遇時A達到最高點,則其豎直方向的速度為0,水平方向速度不為零,合速度不為0,故A正確;A同學拋出的小球在豎直方向的分速度等于B同學拋球的速度,根據(jù)動能定理可知,兩位同學拋球時對A、B做功等于兩個小球拋出時的動能,則A同學對小球做功多,故B錯誤;從拋出到相遇A、B動能的變化量等于重力做的功,而重力做的功相同,所以動能的變化量相同,故C錯誤;從拋出到相遇A、B兩籃球重力勢能的變化量等于克服重力做的功,克服重力做的功相同,重力勢能的變化量相同,故D正確。7.AC解析:從釋放點到最高點,由動能定理得mgΔh=12mv2,由于扁軌道與正圓軌道最高點相同,所以在最高點速度相同,在最高點時,扁軌道的軌道半徑小于圓軌道的軌道半徑,根據(jù)向心力公式Fn=m8.BD解析:由題圖知,物塊先向下運動后向上運動,則知傳送帶應順時針轉動。0~t1內,物塊對傳送帶的摩擦力方向沿傳送帶向下,則物塊對傳送帶做負功,A錯誤;在t1~t2內,物塊向上運動,則有μmgcosθ>mgsinθ,得μ>tanθ,B正確;0~t2內,由圖“面積”等于位移可知,物塊的總位移沿斜面向下,高度下降,重力對物塊做正功,設為WG,根據(jù)動能定理得W+WG=12mv22-129.答案:(1)24J(2)1.6m(3)42解析:(1)物塊從開始位置到壓縮彈簧至速度為0的過程,由功能關系可得mghμmg(s+x)=Ep解得Ep=24J。(2)物塊從開始位置到最終靜止在水平面上的過程,由功能關系有mghμmgl=0解得l=8m所以物塊停止位置到B點距離為Δl=l2(s+x)=1.6m<3m即物塊最終停止位置距B點1.6m。(3)物塊在光滑斜面上運動時,由牛頓第二定律有mgsinθ=ma解得a=gsinθ設物塊第一次在斜面上運動的時間為t1,則h解得t1=25設物塊從水平面返回斜面時的速度為v,由動能定理可得mgh2μmg(s+x)=12mv解得v=4m/s所以,物塊第二次在斜面上滑行的時間為t2=2vg物塊在斜面上滑行總時間為t=t1+t2=4210.答案:(1)0.375(2)23m/s(3)0.2s解析:(1)滑塊從A點到D點的過程中,根據(jù)動能定理有mg(2RR)μmgcos37°·2Rsin37解得μ=12tan37°=0.(2)若滑塊能到達C點,根據(jù)牛頓第二定律有mg+FN=mvC≥Rg=2m/s滑塊從A點到C點的過程中,根據(jù)動能定理有μmgcos37°·2v0=vC2+2(3)滑塊離開C點做平拋運動,有x=vC't,y=12gttan37°=25t2+3t0.8=0解得t=0.2s。11.答案:(1)8N,方向水平向左(2)不會沖出(3)h=16x54858解析:(1)根據(jù)機械能守恒定律得