2020屆高考物理總復(fù)習(xí)第五章機械能核心素養(yǎng)提升練十七5.4功能關(guān)系能量守恒定律含解析新人教版.docx

功能關(guān)系能量守恒定律(45分鐘100分)(20分鐘50分)一、選擇題(本題共5小題，每小題7分，共35分。14題為單選題，5題為多選題)1.(2018天津高考)滑雪運動深受人民群眾喜愛。某滑雪運動員(可視為質(zhì)點)由坡道進入豎直面內(nèi)的圓弧形滑道AB，從滑道的A點滑行到最低點B的過程中，由于摩擦力的存在，運動員的速率不變，則運動員沿AB下滑過程中()A.所受合外力始終為零B.所受摩擦力大小不變C.合外力做功一定為零D.機械能始終保持不變 【解析】選C。因為運動員做曲線運動，所以合力一定不為零，A錯誤；運動員受力如圖所示，重力垂直曲面的分力與曲面對運動員的支持力的合力提供向心力，故有FN-mgcos =mFN=m+mgcos ，運動過程中速率恒定，且在減小，所以曲面對運動員的支持力越來越大，根據(jù)f=FN可知摩擦力越來越大，B錯誤；運動員運動過程中速率不變，質(zhì)量不變，即動能不變，動能變化量為零，根據(jù)動能定理可知合外力做功為零，C正確；因為克服摩擦力做功，機械能不守恒，D錯誤。2.如圖所示，由電動機帶動著傾角=37的足夠長的傳送帶以速率v=4 m/s順時針勻速轉(zhuǎn)動。一質(zhì)量m=2 kg的小滑塊以平行于傳送帶向下v0=2 m/s的速率滑上傳送帶，已知小滑塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)=，g取10 m/s2，sin37=0.6，cos37=0.8，則小滑塊從接觸傳送帶到與傳送帶相對靜止的時間內(nèi)()A.小滑塊的加速度大小為0.1 m/s2B.重力勢能增加了120 JC.小滑塊與傳送帶因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能為84 JD.電動機多消耗的電能為336 J【解析】選D。對滑塊根據(jù)牛頓第二定律得，平行斜面方向Ff-mgsin37=ma，垂直斜面方向FN-mgcos37=0，其中Ff=FN，聯(lián)立解得a=g(cos37-sin37)=10(0.8-0.6) m/s2=1 m/s2，故A錯誤；以平行斜面向上為正，根據(jù)速度公式得t= s=6 s，位移x=(v+v0)t=(4-2)6 m=6 m，故重力勢能增加量為Ep=mgh=mgxsin37=21060.6 J=72 J，故B錯誤；在6 s內(nèi)傳送帶的位移x=vt=46 m=24 m，x=x-x=24 m-6 m=18 m，產(chǎn)生的熱量為Q=mgcos37x=2100.818 J=252 J，故C錯誤；多消耗的電能等于系統(tǒng)增加的機械能和內(nèi)能之和，則有E =Ep+Ek+Q=72 J+(242-222) J+252 J=336 J，故D正確。【總結(jié)提升】解決傳送帶問題的兩個角度(1)動力學(xué)角度：如求物體在傳送帶上運動的時間、物體在傳送帶上能達到的速度、物體相對傳送帶滑過的位移，依據(jù)牛頓第二定律結(jié)合運動學(xué)規(guī)律求解。(2)能量的角度：求傳送帶對物體所做的功、物體和傳送帶由于相對滑動而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動機多消耗的電能等，常依據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律求解。若利用公式Q=Ffl相對求摩擦熱，式中l(wèi)相對為兩接觸物體間的相對路程。3.如圖所示，輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端與一質(zhì)量為m、套在粗糙豎直固定桿A處的圓環(huán)相連，彈簧水平且處于原長。圓環(huán)從A處由靜止開始下滑，到達C處的速度為零，AC=h。如果圓環(huán)在C處獲得一豎直向上的速度v，恰好能回到A處。彈簧始終在彈性限度內(nèi)，重力加速度為g。則 ()A.從A到C的下滑過程中，圓環(huán)的加速度一直減小B.從A下滑到C的過程中彈簧的彈性勢能增加量等于mghC.從A到C的下滑過程中，克服摩擦力做的功為mv2D.上滑過程系統(tǒng)損失的機械能比下滑過程多【解析】選C。圓環(huán)從A處由靜止開始下滑，設(shè)經(jīng)過某位置B處的速度最大，到達C處的速度為零，所以圓環(huán)先做加速運動，再做減速運動，經(jīng)過B處的速度最大，所以經(jīng)過B處的加速度為零，所以加速度先減小，后增大，故A錯誤；圓環(huán)從A處由靜止開始下滑到C的過程，由動能定理得mgh-Wf-W彈=0-0，在C處獲得一豎直向上的速度v，恰好能回到A，由動能定理得-mgh+W彈-Wf=0-mv2，解得Wf=-mv2，W彈=mgh-mv2，則克服摩擦力做的功為mv2，從A下滑到C過程中彈簧的彈性勢能增加量等于mgh-mv2，故B錯誤，C正確；由能量守恒定律知，損失的機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能了，而Q=x，顯然兩個過程相等，故D錯誤。4.(2019唐山模擬)在平昌冬奧會女子單板滑雪U形池項目中，我國選手劉佳宇榮獲亞軍，為我國奪得首枚獎牌。如圖為U形池模型，其中A、B為U形池兩側(cè)邊緣，C為U形池最低點，U形池軌道各處粗糙程度相同。一小球在池邊高h處自由下落由左側(cè)進入池中，從右側(cè)飛出后上升的最大高度為，下列說法正確的是()A.小球再次進入池中后，能夠沖出左側(cè)邊緣A然后返回B.小球再次進入池中后，剛好到達左側(cè)邊緣A然后返回C.由A到C過程與由C到B過程相比，小球損耗機械能相同D.由A到C過程與由C到B過程相比，前一過程小球損耗機械能較小【解析】選A。小球在池邊高h處自由下落由左側(cè)進入池中，從右側(cè)飛出后上升的最大高度為，此過程損失的機械能為mg；小球再次返回時，平均速率要小于由左側(cè)進入池中過程中的平均速率，則平均摩擦力要小，克服阻力做功小于上一次，則阻力做的功小于mg；故小球再次進入池中后，能夠沖出左側(cè)邊緣A然后返回，故A正確、B錯誤；由A到C過程的平均速率大于由C到B過程的平均速率，平均摩擦力大于由C到B過程的平均摩擦力，前一過程小球損耗機械能較大，故C、D錯誤。【加固訓(xùn)練】如圖所示有三個斜面1、2、3，斜面1與2底邊相同，斜面2和3高度相同，同一物體與三個斜面的動摩擦因數(shù)相同，當(dāng)它們分別沿三個斜面從頂端由靜止下滑到底端時，下列說法正確的是()A.三種情況下摩擦產(chǎn)生的熱量Q1Q2Q3Q2C.到達底端的速度v1v2=v3D.到達底端的速度v1v2v3【解析】選D。設(shè)斜面和水平方向夾角為，斜面長度為L，則物體下滑過程中克服摩擦力做功為W=mg Lcos，Lcos為底邊長度，由圖可知1和2底邊相等且小于3的底邊長度，由功能關(guān)系可知，摩擦產(chǎn)生的熱量Q=W，因此Q1=Q2v2v3，故C錯誤，D正確。5.(創(chuàng)新預(yù)測)如圖所示，物體沿粗糙斜面由靜止開始下滑，則下列說法正確的是()A.物體重力勢能的減少量等于物體動能的增加量B.物體重力做的功等于重力勢能的減少量C.物體克服摩擦力做的功等于物體機械能的減少量D.物體重力和摩擦力做功之和等于物體機械能的減少量【解析】選B、C。物體下滑過程中，只有重力做正功，摩擦力做負功，由功能關(guān)系可知，物體重力做的功等于物體重力勢能的減少量，合外力做的功等于動能的增加量，克服摩擦力做的功等于機械能的減少量，故A、D錯誤，B、C正確。二、計算題(本題共15分，需寫出規(guī)范的解題步驟)6.如圖所示，固定斜面的傾角=30，物體A與斜面之間的動摩擦因數(shù)=，輕彈簧下端固定在斜面底端，彈簧處于原長時上端位于C點。用一根不可伸長的輕繩通過輕質(zhì)光滑的定滑輪連接物體A和B，滑輪右側(cè)繩子與斜面平行，A的質(zhì)量為2m，B的質(zhì)量為m，初始時物體A到C點的距離為L?，F(xiàn)給A、B一初速度v0，使A開始沿斜面向下運動，B向上運動，物體A將彈簧壓縮到最短后又恰好能彈到C點。已知重力加速度為g，不計空氣阻力，整個過程中，輕繩始終處于伸直狀態(tài)，求：(1)物體A向下運動剛到C點時的速度大小。(2)彈簧的最大壓縮量。(3)彈簧的最大彈性勢能?！窘馕觥?1)物體A與斜面間的滑動摩擦力為：Ff=2mgcos A向下運動到C點的過程，由能量守恒定律得：2mgLsin +3m=3mv2+mgL+Q1其中：Q1=FfL=2mgLcos 解得：v=(2)設(shè)彈簧的最大壓縮量為x，從物體A接觸彈簧將彈簧壓縮到最短后又恰好回到C點的過程，對系統(tǒng)由能量守恒定律得：Q2=Ff2x=3mv2解得：x=-=(-L)(3)從彈簧壓縮至最短到物體A恰好彈回到C點的過程中，由能量守恒定律得：Ep+mgx=2mgxsin +QQ=Ffx=2mgxcos 解得：Ep=(-gL)答案：(1)(2)(-L)(3)m(-gL)【加固訓(xùn)練】如圖甲所示，在傾角為37足夠長的粗糙斜面底端，一質(zhì)量m=1 kg的滑塊壓縮著一輕彈簧且鎖定，但它們并不相連，滑塊可視為質(zhì)點。t=0時解除鎖定，計算機通過傳感器描繪出滑塊的v-t圖象如圖乙所示，其中Oab段為曲線，bc段為直線，在t1=0.1 s時滑塊已上滑x=0.2 m 的距離(g取10 m/s2，sin 37=0.6，cos 37=0.8)。求：(1)滑塊離開彈簧后在圖中bc段對應(yīng)的加速度大小a及動摩擦因數(shù)的大小。(2)t2=0.3 s和t3=0.4 s時滑塊的速度v1、v2的大小。(3)彈簧鎖定時具有的彈性勢能Ep?！窘馕觥?1)由題圖乙知滑塊在bc段做勻減速運動，加速度大小為：a=10 m/s2由牛頓第二定律得：mgsin 37+mgcos 37=ma解得：=0.5(2)根據(jù)速度時間公式得t2=0.3 s時的速度大?。簐1=v0-at解得v1=0在t2之后開始下滑，下滑時由牛頓第二定律得：mgsin 37-mgcos 37=ma解得：a=2 m/s2從t2到t3做初速度為零的加速運動，t3時刻的速度為：v2=at=0.2 m/s(3)從0到t1時間內(nèi)，由能量守恒定律得：Ep=mgxsin 37+mgxcos 37+m解得：Ep=4 J答案：(1)10 m/s20.5(2)00.2 m/s(3)4 J(25分鐘50分)7.(8分)(2019吉林模擬)如圖甲所示，以斜面底端為重力勢能的零勢能面，一物體在平行于斜面的拉力作用下，由靜止開始沿光滑斜面向下運動。運動過程中物體的機械能與物體位移關(guān)系的圖象(E-x圖象)如圖乙所示，其中0x1過程的圖線為曲線，x1x2過程的圖線為直線。根據(jù)該圖象，下列判斷正確的是()A.0x1過程中物體所受拉力可能沿斜面向下B.0x2過程中物體的動能先增大后減小C.x1x2過程中物體做勻加速直線運動D.x1x2過程中物體可能在做勻減速直線運動【解析】選C。物體下滑過程只有重力、拉力做功，由圖可知，0x1過程中物體的機械能減少，由功能關(guān)系得拉力做負功，所以物體所受拉力沿斜面向上，故A錯誤；由圖可知，物體發(fā)生相同的位移，克服拉力做的功越來越少，重力做的功不變，故合外力做的功越來越多，由動能定理得，物體的動能越來越大，故B錯誤；物體沿斜面向下運動，合外力方向沿斜面向下，在x1x2過程中，機械能和位移成線性關(guān)系，故拉力大小不變，物體受力恒定，物體做勻加速直線運動，故C正確，D錯誤。8.(8分)如圖所示，一小滑塊(可視為質(zhì)點)以某一初速度沿斜面向下滑動，最后停在水平面上?；瑝K與斜面間及水平面間的動摩擦因數(shù)相等，斜面與水平面平滑連接且長度不計，則該過程中，滑塊的機械能與水平位移x關(guān)系的圖線正確的是(取地面為零勢能面)()【解析】選D?；瑝K在斜面上下滑時，根據(jù)功能關(guān)系得E=-mgcoss=-mgx，x是水平位移，則知E-x的斜率等于-mg不變，圖象是向下傾斜的直線；滑塊在水平面上滑動時，根據(jù)功能關(guān)系得E=-mgx，x是水平位移，則知E-x的斜率等于-mg不變，圖象是向下傾斜的直線，故A、B、C錯誤，D正確。9.(8分)(多選)(2019濮陽模擬)如圖，固定在地面的斜面體上開有凹槽，槽內(nèi)緊挨放置六個半徑均為r的相同小球，各小球編號如圖。斜面與水平軌道OA平滑連接，OA長度為6r。現(xiàn)將六個小球由靜止同時釋放，小球離開A點后均做平拋運動，不計一切摩擦。則在各小球運動過程中，下列說法正確的是 ()A.球1的機械能守恒B.球6在OA段機械能增大C.球6的水平射程最小D.六個球落地點各不相同【解析】選B、C。6個小球都在斜面上運動時，只有重力做功，整個系統(tǒng)的機械能守恒，當(dāng)有部分小球在水平軌道上運動時，斜面上的小球仍在加速，球2對球1的作用力做功，球1的機械能不守恒，故A錯誤；球6在OA段運動時，斜面上的球在加速，球5對球6的作用力做正功，動能增加，機械能增加，故B正確；由于有部分小球在水平軌道上運動時，斜面上的小球仍在加速，所以可知離開A點時球6的速度最小，水平射程最小，故C正確；由于離開A點時，球6的速度最小，水平射程最小，而最后三個球在水平面上運動時不再加速，球3、球2、球1的速度相等，水平射程相同，所以六個球的落點不全相同，故D錯誤。10.(8分)(創(chuàng)新預(yù)測)(多選)如圖所示，固定斜面上放一質(zhì)量為m的物塊，物塊通過勁度系數(shù)為k的輕彈簧與斜面底端的擋板連接，開始時彈簧處于原長，物塊剛好不下滑?，F(xiàn)將物塊向上移動一段距離后由靜止釋放，物塊一直向下運動到最低點，此時剛好不上滑，斜面的傾角為，重力加速度為g，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則在物塊向下運動過程中，下列說法正確的是()A.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為tanB.物塊重力勢能的減少量大于因摩擦產(chǎn)生的熱量C.物塊的動能和彈簧的彈性勢能的總和為定值D.物塊由靜止下滑到最低點的過程系統(tǒng)增加的內(nèi)能為【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下三點：(1)彈簧處于原長，物塊剛好不下滑。(2)物塊運動到最低點時剛好不上滑。(3)由Q=Ffl相對求系統(tǒng)增加的內(nèi)能?！窘馕觥窟xA、C、D。由于開始時彈簧處于原長，物塊剛好不下滑，則mgsin=mgcos，解得物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)=tan，故A正確；物塊下滑過程由動能定理得W彈+WG-Wf=Ek，由于物塊下滑的過程中滑動摩擦力始終與重力沿斜面向下的分力平衡，重力做功和摩擦力做功的代數(shù)和為零，所以物塊重力勢能的減少量等于因摩擦產(chǎn)生的熱量，彈簧的彈力做功等于物塊動能的變化量，即彈簧的彈性勢能和物塊的動能之和為定值，故B錯誤，C正確；由于物塊在最低點時剛好不上滑，此時彈簧的彈力kx=mgsin+mgcos=2mgsin，解得x=，則物塊由靜止下滑到最低點的過程系統(tǒng)增加的內(nèi)能為E=Q=mgcos2x=，故D正確。11.(18分)(2019石家莊模擬)如圖所示，在光滑水平面上，質(zhì)量為m=4 kg的物塊左側(cè)壓縮一個勁度系數(shù)為k=32 N/m的輕質(zhì)彈簧，彈簧與物塊未拴接。物塊與左側(cè)豎直墻壁用細線拴接，使物塊靜止在O點，在水平面A點與一順時針勻速轉(zhuǎn)動且傾角=37的傳送帶平滑連接。已知xOA=0.25 m，傳送帶頂端為B點，LAB=2 m，物塊與傳送帶間動摩擦因數(shù)=0.5?，F(xiàn)剪斷細線同時給物塊施加一個初始時刻為零的變力F，使物塊從O點到B點做加速度大小恒定的加速運動。物塊運動到A點時彈簧恰好恢復(fù)原長，運動到B點時撤去力F，物塊沿平行AB方向拋出，C為運動的最高點。傳送帶轉(zhuǎn)輪半徑遠小于LAB，不計空氣阻力，已知重力加速度g=10 m/s2。(1)求物塊從B點運動到C點，豎直位移與水平位移的比值。(2)若傳送帶速度大小為5 m/s，求物塊與傳送帶間由于摩擦產(chǎn)生的熱量。(3)若傳送帶勻速順時針轉(zhuǎn)動的速度大小為v，且v的取值范圍為2 m/sv3 m/s，物塊由O點到B點的過程中力F做的功W與傳送帶速度大小v的函數(shù)關(guān)系?！窘忸}指