新高考物理二輪復(fù)習(xí)過關(guān)練習(xí)第3部分 考前特訓(xùn) 熱點5　功能關(guān)系和能量守恒 (含解析)

熱點5功能關(guān)系和能量守恒1．(2022·四川綿陽市二診)雖然北京冬奧會已經(jīng)過去了，但人們對冰雪運動依然熱情高漲．如圖所示為滑雪滑道PQR，質(zhì)量為60kg的滑雪愛好者(連同裝備)從頂端P靜止滑下，從末端R滑出時速度為18m/s，滑行過程中姿勢保持不變，P端相對滑道最低點Q高度為24m，R端相對Q點高度為4m．從P到R滑行過程中，該滑雪愛好者克服阻力做功和重力做功的比值約為(重力加速度取g＝10m/s2)()A．0.1B．0.2C．0.8D．1答案B解析從P到R滑行過程中由能量守恒可知，該滑雪愛好者克服阻力做功為W克f＝mg(H－h(huán))－eq\f(1,2)mv2，解得W克f＝60×10×(24－4)J－eq\f(1,2)×60×182J＝2280J，從P到R滑行過程中，重力做功為WG＝mg(H－h(huán))＝12000J，則eq\f(W克f,WG)＝eq\f(2280,12000)≈0.2，故選B.2.(多選)(2022·黑龍江大慶市第三次質(zhì)檢)如圖所示，足夠長粗糙斜面固定在水平地面上，繞過光滑定滑輪的輕繩連接質(zhì)量相等的物塊A和B(可看作質(zhì)點)，當(dāng)一沿斜面向下的恒力F作用在物塊A上，使其加速下滑的過程中(物塊B始終未與斜面、滑輪相碰)，則下列說法中正確的是()A．恒力F做功大于物塊A、B動能增量之和B．恒力F做功等于物塊A、B動能增量之和C．物塊A與斜面因摩擦產(chǎn)生的熱量與物塊B的機(jī)械能增量之和等于恒力F做功D．物塊A克服繩的拉力做功一定大于物塊A的重力勢能減少量答案AD解析以物塊A、B整體為研究對象，設(shè)物塊A沿斜面下降的距離為L，根據(jù)動能定理得WF－mgL＋mgLsinθ－W克f＝Ek－0，可得WF＝Ek＋W克f＋mgL－mgLsinθ，故A正確，B錯誤；由功能關(guān)系可知物塊A與斜面因摩擦產(chǎn)生的熱量與物塊A、B的機(jī)械能增量之和等于恒力F做功，故C錯誤；以物塊B為研究對象可得WT－mgL＝eq\f(1,2)mv2，可得WT＝eq\f(1,2)mv2＋mgL，而物塊A重力勢能的減少量為ΔEp＝mgLsinθ，可知WT>ΔEp，故D正確．3.(多選)(2022·湖南卷·7)神舟十三號返回艙進(jìn)入大氣層一段時間后，逐一打開引導(dǎo)傘、減速傘、主傘，最后啟動反沖裝置，實現(xiàn)軟著陸．某興趣小組研究了減速傘打開后返回艙的運動情況，將其運動簡化為豎直方向的直線運動，其v－t圖像如圖所示．設(shè)該過程中，重力加速度不變，返回艙質(zhì)量不變，下列說法正確的是()A．在0～t1時間內(nèi)，返回艙重力的功率隨時間減小B．在0～t1時間內(nèi)，返回艙的加速度不變C．在t1～t2時間內(nèi)，返回艙的動量隨時間減小D．在t2～t3時間內(nèi)，返回艙的機(jī)械能不變答案AC解析重力的功率為P＝mgv，由題圖可知在0～t1時間內(nèi)，返回艙的速度隨時間減小，故重力的功率隨時間減小，故A正確；根據(jù)v－t圖像的斜率表示加速度可知，在0～t1時間內(nèi)，返回艙的加速度減小，故B錯誤；在t1～t2時間內(nèi)，由圖像可知返回艙的速度減小，由p＝mv可知動量隨時間減小，故C正確；在t2～t3時間內(nèi)，由圖像可知返回艙的速度不變，則動能不變，但由于返回艙高度下降，重力勢能減小，故機(jī)械能減小，故D錯誤．4．(多選)如圖甲所示是一輛質(zhì)量為1000kg的汽車啟動時，發(fā)動機(jī)的輸出功率與時間的關(guān)系，已知啟動9s時，汽車速度最大，圖乙是發(fā)動機(jī)的牽引力與汽車速度的倒數(shù)之間的關(guān)系．假設(shè)在啟動過程中車受到的阻力不變，則下列說法中正確的是()A．AB段汽車做勻速運動B．汽車的額定功率是30kWC．汽車的啟動過程中發(fā)動機(jī)做功為2.5×105JD．汽車的啟動距離約為6.67m答案BD解析由題圖乙知，汽車在AB段受到的牽引力不變，做勻加速直線運動，故A錯誤；由P＝Fv得到F＝eq\f(P,v)，所以BC段圖線的斜率表示汽車的額定功率，即P額＝30kW，故B正確；從題圖甲中可知，汽車整個啟動過程中牽引力做功的大小為題圖甲中圖線與橫軸圍成的面積，即W＝(5＋9)×30×103×eq\f(1,2)J＝2.1×105J，故C錯誤；在汽車的啟動過程中，由動能定理有W－Ffx＝eq\f(1,2)mvm2，由題圖乙知汽車最大速度為vm＝20m/s，所以阻力的大小為Ff＝eq\f(P額,vm)＝1.5×103N，可得汽車啟動距離約為6.67m，故D正確．5．(2022·山東棗莊市二模)如圖甲所示，傾角為θ＝37°的傳送帶以v＝2.0m/s的速度順時針勻速轉(zhuǎn)動，傳送帶的長度LAB＝10.0m．一個可視為質(zhì)點的質(zhì)量m＝1.0kg的物塊，自A點無初速度地放在傳送帶底端，其被傳送至B端的過程中，動能Ek與位移x的關(guān)系圖像如圖乙所示．重力加速度取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.下列說法正確的是()A．物塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為0.25B．整個過程中合外力對物塊做的功為4.0JC．整個過程中摩擦力對物塊做的功為64.0JD．整個過程中摩擦力對物塊做的功等于物塊機(jī)械能的增加量答案D解析開始時物塊在傳送帶的作用下動能不斷增大，根據(jù)動能定理有(μmgcosθ－mgsinθ)x＝Ek－0，在5m后動能不變，可知此時物塊與傳送帶相對靜止，即物塊速度大小為v＝2.0m/s，可得μ＝0.8，A錯誤；由動能定理可知，整個過程中合外力對物塊做的功等于動能的變化量，則有W合＝ΔEk＝eq\f(1,2)mv2＝2J，B錯誤；由功能關(guān)系可知，整個過程中摩擦力對物塊做的功等于物塊機(jī)械能的增加量，即Wf＝eq\f(1,2)mv2＋mgLABsinθ＝62J，C錯誤，D正確．6.(多選)(2022·云南省統(tǒng)測)如圖所示，足夠長的固定斜面上，長為L的ab段粗糙，其余部分光滑，斜面與水平面的夾角為θ.輕桿兩端分別連接滑塊P、Q，P的質(zhì)量為2m，Q的質(zhì)量為m，兩滑塊與ab段間的動摩擦因數(shù)均為μ.已知斜面頂端與a點的高度差為h，兩滑塊均可視為質(zhì)點且輕桿長度不計，重力加速度為g.則兩滑塊從斜面頂端由靜止開始下滑，直到滑塊P滑離a點(此時滑塊Q仍在斜面上)的過程中，下列說法正確的是()A．Q到達(dá)b點前，輕桿對Q的彈力為0B．Q剛好滑入ab段的瞬間，P的加速度大小為eq\f(3gsinθ－μgcosθ,2)C．P、Q和輕桿組成的系統(tǒng)損失的機(jī)械能為3μmgLcosθD．P滑離a點時的速度大小為eq\r(2gh－2μgLcosθ)答案ACD解析Q到達(dá)b點前，輕桿、滑塊P、Q三者加速度相同，三者相對靜止，輕桿對Q的彈力為0，故A正確；Q剛好滑入ab段的瞬間，對輕桿、滑塊P、Q整體分析，加速度a＝eq\f(3mgsinθ－μmgcosθ,3m)＝eq\f(3gsinθ－μgcosθ,3)，故B錯誤；整個過程中ab段粗糙，P、Q和輕桿組成的系統(tǒng)經(jīng)過ab段時，損失的機(jī)械能為ΔE＝3μmgLcosθ，故C正確；設(shè)P滑離a點時的速度大小為v，根據(jù)動能定理有3mgh－3μmgLcosθ＝eq\f(1,2)×3mv2，得v＝eq\r(2gh－2μgLcosθ)，故D正確．7．(2022·重慶實驗外國語學(xué)校模擬)如圖所示，光滑的小滑輪D(可視為質(zhì)點)固定，質(zhì)量均為m的物體A和B用輕彈簧連接，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質(zhì)量為M的小環(huán)C連接．小環(huán)C穿過豎直固定的光滑均勻細(xì)桿，小環(huán)C位于R處時，輕繩與細(xì)桿的夾角為θ，此時物體B與地面間剛好無壓力．圖中SD水平，位置R和Q之間高度差為h，R和Q關(guān)于S對稱．現(xiàn)讓小環(huán)從R處由靜止釋放，環(huán)下落過程中輕繩始終處于拉直狀態(tài)，環(huán)到達(dá)Q處時獲得最大速度．重力加速度為g，忽略空氣阻力．在小環(huán)從R處下落到Q處的過程中，下列說法正確的是()A．小環(huán)C機(jī)械能最大的位置在S點下方B．彈簧彈力和地面支持力對物體B的沖量和為零C．小環(huán)C的最大動能為eq\f(M2gh,M＋mcos2θ)D．小環(huán)C到達(dá)位置Q時，物體A的加速度大小為eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(M,mcosθ)g－g))答案C解析小環(huán)C下落過程受重力、桿的支持力和輕繩的拉力，非重力做功等于機(jī)械能的變化量．到位置S前的過程中，非重力做正功，機(jī)械能增加．經(jīng)過S后的過程，非重力做負(fù)功，機(jī)械能減小，因此，小環(huán)C的機(jī)械能先增加再減小，下落到位置S時，小環(huán)C的機(jī)械能最大，故A錯誤；小環(huán)從R處下落到Q處的過程中，物體B始終靜止在地面上，動量變化量為零，因此物體B所受合力的沖量為零，即重力、彈簧彈力和地面對物體B的支持力的沖量和為零，則彈簧彈力和地面對物體的支持力的沖量和與重力沖量等大反向，由于此過程重力沖量不為零，故B錯誤；環(huán)在Q時動能最大，環(huán)在R和Q時，彈簧長度相同，彈性勢能相同，環(huán)C和A通過輕繩相連，沿著繩子的分速度相等(如圖所示)，故vQcosθ＝vA，故A與環(huán)的動能之比為eq\f(EkA,EkQ)＝eq\f(\f(1,2)mvA2,\f(1,2)MvQ2)＝eq\f(m,M)cos2θ，對小環(huán)和A的系統(tǒng)，有Mgh＝E