高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 專題探究五 動力學(xué)和能量觀點的綜合應(yīng)用練習(xí)（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題

專題探究五動力學(xué)和能量觀點的綜合應(yīng)用1.如圖所示,一個質(zhì)量為m的小鐵塊沿半徑為R的固定半圓軌道上邊緣由靜止滑下,到半圓軌道最低點時,軌道所受壓力為鐵塊重力的1.5倍,則此過程中鐵塊損失的機械能為(重力加速度為g)(D)A.mgR B.mgR C.mgR D.mgR解析:鐵塊在最低點,支持力與重力合力等于向心力,即1.5mg-mg=m,即鐵塊動能Ek=mv2=mgR,初動能為零,故動能增加mgR,鐵塊重力勢能減少mgR,所以機械能損失mgR,選項D正確.2.(2018·黑龍江哈爾濱模擬)(多選)升降機底板上放一質(zhì)量為100kg的物體,物體隨升降機由靜止開始豎直向上移動5m時速度達到4m/s,則此過程中(取g=10m/s2)(AC)A.升降機對物體做功為5800JB.合外力對物體做功為5800JC.物體的重力勢能增加了5000JD.物體的機械能增加了5000J解析:升降機對物體所做的功W=mgh+mv2=5800J,選項A正確;合外力做功W合=mv2=800J,選項B錯誤;重力勢能增加Ep=mgh=5000J,選項C正確;物體機械能增加E=mgh+mv2=5800J,選項D錯誤.3.(2018·河北石家莊模擬)在工廠中常用如圖所示水平傳送帶傳送工件,可大大提高工作效率,傳送帶以恒定的速度v=2m/s運行,質(zhì)量為m=0.5kg的工件以v0=1m/s的初速度從位置A滑上傳送帶,工件與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,每當(dāng)前一個工件在傳送帶上停止相對滑動時,后一個工件立即滑上傳送帶,取g=10m/s2,則下列說法中正確的是(A)A.工件經(jīng)0.5s停止相對滑動B.正常運行時傳送帶上相鄰工件相距0.5mC.摩擦力對每個工件做正功為1JD.每個工件與傳送帶間因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能為0.75J解析:工件進入水平傳送帶先勻加速運動后勻速運動,加速度大小為a=μg=2m/s2,加速時間為t==0.5s,選項A正確;正常運行時相鄰兩工件間的距離為d=vt=1m,選項B錯誤;由動能定理知摩擦力對每個工件做正功為Wf=mv2-m=0.75J,選項C錯誤;在t=0.5s內(nèi),工件對地位移為x1=t=0.75m,傳送帶對地位移為x2=vt=1m,所以每個工件與傳送帶間因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能為Q=μmg(x2-x1)=0.25J,選項D錯誤.4.(多選)如圖所示,傾角θ=30°的斜面固定在地面上,長為L、質(zhì)量為m、粗細均勻、質(zhì)量分布均勻的軟繩AB置于斜面上,與斜面間動摩擦因數(shù)μ=,其A端與斜面頂端平齊.用細線將質(zhì)量也為m的物塊與軟繩連接,給物塊向下的初速度,使軟繩B端到達斜面頂端(此時物塊未到達地面),在此過程中(BCD)A.物塊的速度始終減小B.軟繩上滑L時速度最小C.軟繩重力勢能共減少了mgLD.軟繩減少的重力勢能一定小于其增加的動能與克服摩擦力所做的功之和解析:物塊下落過程中,剛開始由于mgsin30°+μmgcos30°=mg>mg,所以物塊所受合力向上,物塊做減速運動,下落過程中,合力越來越小,當(dāng)加速度等于零時,速度最小,后合力方向向下,加速度向下,速度增大,所以物塊的速度先減小后增大,故A錯誤;當(dāng)加速度等于零時,速度最小,設(shè)此時軟繩上滑的距離為x,則mgsin30°+μmgcos30°=mg+mg,代入數(shù)據(jù)解得x=L,故B正確;物塊未釋放時,軟繩的重心離斜面頂端的高度為h1=sin30°=,軟繩剛好全部離開斜面時,軟繩的重心離斜面頂端的高度h2=,則軟繩重力勢能共減少mg(-)=mg,故C正確;以軟繩和物塊組成的系統(tǒng)為研究對象,軟繩和物塊的重力勢能減小,轉(zhuǎn)化為物塊和軟繩的動能及軟繩與斜面摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能,根據(jù)能量守恒定律,軟繩重力勢能的減少量小于其動能的增加量與克服摩擦力所做功的和,故D正確.5.(多選)水平面上質(zhì)量為m=10kg的物體受到的水平拉力F隨位移s變化的規(guī)律如圖所示,物體勻速運動一段時間后,拉力逐漸減小,當(dāng)s=7.5m時拉力減為零,物體也恰好停下.取g=10m/s2,下列結(jié)論正確的是(AB)A.物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.12B.合外力對物體所做的功約為-40JC.物體勻速運動時的速度為2m/sD.物體運動的時間為0.4s解析:由于0～2.5m內(nèi)物體勻速運動,可得F=μmg,μ===0.12;由Fs圖線與s軸所圍面積表示力F所做的功可得WF=50J,設(shè)物體勻速運動的速度為v,由動能定理可得W總=WF-μmg·s=0-mv2,即W總=-40J,v=2m/s;物體勻速運動的時間t勻=s=s>0.4s.6.(多選)如圖所示,物體以100J的初動能從斜面的底端向上運動,斜面足夠長.當(dāng)它通過斜面上的M點時,其動能減少80J,機械能減少32J.如果物體能從斜面上返回底端,則(CD)A.物體在斜面上運動時,機械能守恒B.物體在向上運動時,機械能減少100JC.物體上升到M還能上升的距離為到達M點前的D.物體返回A點時動能為20J解析:由題意,摩擦力始終做負功,機械能不守恒,選項A錯誤;選最底端為零勢能面,物體向上運動到最高點時,重力勢能不為零,機械能減少量小于100J,選項B錯誤;根據(jù)題意,當(dāng)它通過斜面上的M點時,其動能減少80J,機械能減少32J,說明克服摩擦力做功32J,從M點上升到最高點的過程中,動能減少20J,需要克服摩擦力做功8J,整個上升過程,共克服摩擦力做功40J,機械能減少了40J,物體上升到M還能上升的距離為到達M點前的,選項C正確;物體返回A點的過程中,損失的機械能也是40J,物體返回A點時動能為20J,選項D正確.7.(2018·山東煙臺模擬)(多選)如圖所示,光滑軌道ABCD是大型游樂設(shè)施過山車軌道的簡化模型,最低點B處的入、出口靠近但相互錯開,C是半徑為R的圓形軌道的最高點,BD部分水平,末端D點與右端足夠長的水平傳送帶無縫連接,傳送帶以恒定速度v逆時針轉(zhuǎn)動,現(xiàn)將一質(zhì)量為m的小滑塊從軌道AB上某一固定位置A由靜止釋放,滑塊能通過C點后再經(jīng)D點滑上傳送帶,則(CD)A.固定位置A到B點的豎直高度可能為2RB.滑塊在傳送帶上向右運動的最大距離與傳送帶速度v有關(guān)C.滑塊可能重新回到出發(fā)點A處D.傳送帶速度v越大,滑塊與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱量越多解析:設(shè)AB的豎直高度為h,假設(shè)滑塊從A點下滑剛好通過最高點C,則此時應(yīng)該是從A下滑的高度的最小值,剛好通過最高點時,由重力提供向心力,則mg=,解得vC=,從A到C根據(jù)動能定理mg(h-2R)=m-0,得h=2.5R,選項A錯誤;從A到滑塊在傳送帶上向右運動距離最大,根據(jù)動能定理得mgh-μmgx=0,得到x=,可以看出滑塊在傳送帶上向右運動的最大距離與傳送帶速度v無關(guān),與高度h有關(guān),選項B錯誤;滑塊在傳送帶上先做減速運動,可能反向做加速運動,如果再次到達D點時速度大小不變,則根據(jù)能量守恒,可以再次回到A點,選項C正確;滑塊與傳送帶之間產(chǎn)生的熱量Q=μmgΔx相對,當(dāng)傳送帶的速度越大,則在相同時間內(nèi)二者相對位移越大,則產(chǎn)生的熱量越多,選項D正確.8.(2018·河北保定調(diào)研)(多選)如圖所示,內(nèi)壁光滑、半徑大小為R的圓軌道豎直固定在桌面上,一個質(zhì)量為m的小球靜止在軌道底部A點.現(xiàn)用小錘沿水平方向快速擊打小球,擊打后迅速移開,使小球沿軌道在豎直面內(nèi)運動.當(dāng)小球回到A點時,再次用小錘沿運動方向擊打小球,通過兩次擊打,小球才能運動到圓軌道的最高點.已知小球在運動過程中始終未脫離軌道,在第一次擊打過程中小錘對小球做功W1,第二次擊打過程中小錘對小球做功W2.設(shè)先后兩次擊打過程中小錘對小球做功全部用來增加小球的動能,則的值可能是(AB)A. B. C. D.1解析:第一次擊打小球時小球最高運動到過O點與水平地面平行的直徑的兩端位置,小錘對小球做功W1=mgR,第二次擊打小球,小球恰好做圓周運動,此時小球在最高點速度v=,小球在最低點的速度為vA,根據(jù)機械能守恒定律可得mg·2R=m-mv2,第二次擊打小球,小錘對小球做的功W2=m-mgR=mgR,則先后兩次擊打,小錘對小球做功的最大值為,選項A,B正確,C,D錯誤.9.如圖(甲)所示,光滑斜面OA與傾斜傳送帶AB在A點相接,且OAB在一條直線上,與水平面夾角α=37°,輕質(zhì)彈簧下端固定在O點,上端可自由伸長到A點.在A點放一個物體,在力F的作用下向下緩慢壓縮彈簧到C點,該過程中力F隨壓縮距離x的變化如圖(乙)所示.已知物體與傳送帶間動摩擦因數(shù)μ=0.5,傳送帶AB部分長為5m,順時針轉(zhuǎn)動,速度v=4m/s,重力加速度g取10m/s2.(sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:(1)物體的質(zhì)量m;(2)彈簧從A點被壓縮到C點過程中力F所做的功W;(3)若在C點撤去力F,物體被彈回并滑上傳送帶,物體在傳送帶上最遠能到何處?解析:(1)由圖像可知mgsin37°=30N解得m=5kg.(2)圖(乙)中圖線與橫軸所圍成的面積表示力F所做的功W=J-J=90J.(3)撒去力F,設(shè)物體返回至A點時速度大小為v0,從A出發(fā)再次返回A處的過程應(yīng)用動能定理W=m解得v0=6m/s.由于v0>v,物塊所受摩擦力沿傳送帶向下,設(shè)此階段加速度大小為a1,由牛頓第二定律:mgsin37°+μmgcos37°=ma1解得a1=10m/s2,速度減為v時,設(shè)沿斜面向上發(fā)生的位移大小為x1,由運動學(xué)規(guī)律x1=解得x1=1m,此后摩擦力改變方向,由于mgsin37°>μmgcos37°,所以物塊所受合外力仍沿傳送帶向下,設(shè)此后過程加速度大小為a2,再由牛頓第二定律mgsin37°-μmgcos37°=ma2,設(shè)之后沿斜面向上發(fā)生的最大位移大小為x2,由運動學(xué)規(guī)律x2=解得x2=4m,所以物塊能夠在傳送帶上發(fā)生的最大位移xm=x1+x2=5m,即恰好到達傳送帶頂端B點.答案:(1)5kg(2)90J(3)恰好到達傳送帶頂端B點10.(2018·吉林長春模擬)如圖所示,半徑R=0.5m的光滑圓弧面CDM分別與光滑斜面體ABC和斜面MN相切于C,M點,斜面傾角分別如圖所示.O為圓弧圓心,D為圓弧最低點,C,M在同一水平高度.斜面體ABC固定在地面上,頂端B安裝一定滑輪,一輕質(zhì)軟細繩跨過定滑輪(不計滑輪摩擦)分別連接小物塊P,Q(兩邊細繩分別與對應(yīng)斜面平行),并保持P,Q兩物塊靜止.若PC間距為L1=0.25m,斜面MN足夠長,物塊P質(zhì)量m1=3kg,與MN間的動摩擦因數(shù)μ=,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:(1)小物塊Q的質(zhì)量m2;(2)燒斷細繩后,物塊P第一次到達D點時對軌道的壓力大小以及P在MN斜面上滑行的總路程.解析:(1)根據(jù)平衡條件,滿足m1gsin53°=m2gsin37°可得m2=4kg.(2)P到D過程由動能定理得m1gh=m1由幾何關(guān)系h=L1sin53°+R(1-cos53°)運動到D點時,根據(jù)牛頓第二定律FD-m1g=m1解得FD=78N由牛頓第三定律得,物塊P對軌道的壓力大小為78N.分析可知最終物塊在CDM之間往復(fù)運動,在C點和M點速度為零.對全過程由動能定理得m1gL1sin53°-μm1gx總cos53°=0解得x總=1m.答案:(1)4kg(2)78N1m11.(2018·江蘇南京診斷)如圖所示,質(zhì)量M=0.4kg的長薄板BC在外力作用下靜置于傾角為37°的光滑斜面上,在A點有質(zhì)量m=0.1kg的小物體(可視為質(zhì)點)以v0=4.0m/s速度水平拋出,恰以平行斜面的速度落在薄板的最上端B并在薄板上運動,當(dāng)小物體落在薄板上時,薄板無初速度釋放開始沿斜面向下運動,小物體運動到薄板的最下端C時,與薄板速度恰好相等,已知小物體與薄板之間的動摩擦因數(shù)為0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2,求:(1)A點與B點的水平距離;(2)薄板BC的長度.解析:(1)小物體從A到B做平拋運動,設(shè)下落時間為t1,水平位移為x,則gt1=v0tan37°,x=v0t1聯(lián)立得x=1.2m.(2)設(shè)小物體落到B點的速度為v,則v=小物體在薄板上運動,則mgsin37°-μmgcos37°=ma1薄板在光滑斜面上運動,則Mgsin37°+μmgcos37°=Ma2小物體從落到薄板到兩者速度相等用時為t2,則v+a1t2=a2t2小物體的位移x1=vt2+a1薄板的位移x2=a2薄板的長度l=x1-x2聯(lián)立得l=2.5m.答案:(1)1.2m(2)2.5m12.(2018·四川瀘州一檢)如圖所示,一根輕彈簧左端固定于豎直墻上,右端被質(zhì)量m=1kg可視為質(zhì)點的小物塊壓縮而處于靜止?fàn)顟B(tài),且彈簧與物塊不拴接,彈簧原長小于光滑平臺的長度.在平臺的右端有一傳送帶,AB長L=5m,物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ1=0.2,與傳送帶相鄰的粗糙水平面BC長s=1.5m,它與物塊間的動摩擦因數(shù)μ2=0.3,在C點右側(cè)有一半徑為R的光滑豎直圓弧與BC平滑連接,圓弧對應(yīng)的圓心角為θ=120°,在圓弧的最高點F處有一固定擋板,物塊撞上擋板后會以原速率反彈回來.若傳送帶以v=5m/s的速率順時針轉(zhuǎn)動,不考慮物塊滑上和滑下傳送帶的機械能損失.當(dāng)彈簧儲存的Ep=18J能量全部釋放時,小物塊恰能滑到與圓心等高的E點,取g=10m/s2.(1)求右側(cè)圓弧的軌道半徑R;(2)求小物塊最終停下時與C點的距離;(3)若傳送帶的速度大小可調(diào),欲使小物塊與擋板只碰一次,