重難點07 功能關系　能量守恒（原卷版）-高考物理重點難點熱點專題

重難點07功能關系能量重難點07功能關系能量守恒1.命題情境源自生產生活中的與功能變化的相關的情境或科學探究情境，解題時能從具體情境中抽象出物理模型，正確各力做功情況和能量的轉化。2.命題既有重力場中的直線運動，也有電場或磁場中的直線運動、曲線運動，或更加復雜的復合場中的曲線運動的能量轉化。3.命題中經常注重物理建模思想的應用，具體問題情境中，抽象出物體模型，利用功能轉化的思想知識分析問題和解決問題。一．力做功及功能關系比較力做功特點功能關系重力做功與路徑無關，只與初、末位置的高度差有關WG＝－ΔEp＝mgh1－mgh2彈力(彈簧)做功只與彈簧的勁度系數和形變量有關W彈＝－ΔEp＝eq\f(1,2)k(Δx1)2－eq\f(1,2)k(Δx2)2(不要求計算)摩擦力滑動摩擦力做功與路徑有關，可以做正功、負功，也可以不做功|Wf滑|＝Ff滑·s(s為路程)一對滑動摩擦力做功代數和小于零|Wf滑|＝Q＝|ΔE機械能|＝Ff滑·x相對一對靜摩擦力做功代數和為零一對相互作用力作用力和反作用力可以做功，也可以不做功，做功代數和可以大于零、小于零，也可以等于零合力合力如果是恒力，可以根據功的定義式求解F合·x＝ΔEk(動能定理)重力及彈簧彈力以外的其他力重力及彈簧彈力以外的其他力所做的功將改變系統(tǒng)的機械能W其他力＝ΔE機械能電場力與路徑無關，由初、末位置的電勢差決定W電場力＝－ΔEp＝qU洛倫茲力不做功，只改變速度的方向安培力可以做功，也可以不做功感應電流在磁場中受到的安培力做負功，阻礙導體棒與導軌的相對運動|W安|＝|ΔE機械能|＝Q分子力可以做正功，也可以做負功W分子力＝－ΔEp核力核力破壞時將釋放巨大的能量ΔE＝Δmc2其中c為光速二、機械能守恒定律1．機械能守恒的判斷(1)利用機械能守恒的定義判斷；(2)利用做功判斷；(3)利用能量轉化判斷；(4)對于繩突然繃緊和物體間非彈性碰撞問題，機械能往往不守恒．2．解題步驟(1)選取研究對象，分析物理過程及狀態(tài)；(2)分析受力及做功情況，判斷機械能是否守恒；(3)選取參考面，根據機械能守恒列式．3．應用技巧對于連接體的機械能守恒問題，常常應用重力勢能的減少量等于動能的增加量來分析和求解．三、能量守恒定律分析物體做功的過程中有哪些能量之間發(fā)生轉化，哪些能量增加，哪些能量減少，總的能量保持不變。（建議用時：30分鐘）一、單選題1.北京冬奧會后，冰雪運動越來越受人們關注，滑雪機也逐漸走進大眾生活。滑雪機是利用電機帶動雪毯向上運動，雪毯的質感完全仿真滑雪場的平坦硬雪，滑雪者相對雪毯向下滑行，以達到學習和鍛煉的目的，并且通過調整雪毯的速度或坡度，還可以模擬在滑雪場以各種速度在各種坡度的雪道滑行，如圖為一小型滑雪機展品。已知某滑雪機坡道長，傾角，在某次訓練中，一開始雪毯靜止未開啟，一質量（含裝備）的滑雪者沒有做任何助力動作，恰能夠沿雪毯勻速下滑?，F(xiàn)開啟雪毯，使雪毯始終以速度向下運動，滑雪者沒有做任何助力動作，從坡道頂端由靜止滑到底端，關于該過程下列說法正確的是（）（已知重力加速度，，，不計空氣阻力）A．滑雪板與滑雪毯間的動摩擦因數為0.5B．滑雪者從坡道頂端由靜止滑到底端所需時間為1sC．整個下滑過程滑雪板與雪毯之間由于摩擦而產生熱量為450JD．整個過程中摩擦力對滑雪板一直做正功2.如圖所示，一斜面體ABC固定在水平地面上，斜面AD段粗糙、DC段光滑，在斜面底端C點固定一輕彈簧，彈簧原長等于CD段長度。一質量的小物塊（可視為質點）從斜面頂端A以初速度沿斜面下滑，當彈簧第一次被壓縮至最短時，其長度恰好為原長的一半，物塊沿斜面下滑后又沿斜面向上返回，第一次恰能返回到最高點A。已知彈簧的原長，物塊與斜面AD段間的動摩擦因數，斜面傾角，重力加速度，彈簧始終處于彈性限度范圍內。下列說法中正確的是（）

A．A、D間的距離B．物塊第一次運動到D點時的速度大小為C．彈簧第一次被壓縮到最短時的彈性勢能為D．物塊在斜面AD段能滑行的總路程為3.（2023·貴州貴陽·統(tǒng)考模擬預測）如圖1所示，一臺風力發(fā)電機的葉片長度為L，當風吹過葉片時，由于空氣動力的效應帶動葉輪轉動，葉輪通過主軸連結齒輪箱帶動發(fā)電機發(fā)電。圖2是該風力機的掃掠面積示意圖（風葉旋轉掃過的面積在垂直于風向的投影面積，是風力發(fā)電機截留風能的面積）。已知空氣的密度為ρ，當地風速為v，風的動能轉化為電能的效率為η，則該風力發(fā)電機的功率為（）A． B． C． D．4.（2023·廣東湛江·統(tǒng)考模擬預測）據報道ACF極限緩震材料，是一種集緩沖、減震、吸能于一身的高分子高性能材料，能吸收90%以上的機械能并瞬間把它轉化為不明顯的熱能。為了驗證該報道，某同學找來一個ACF緩震材料置于水平地面，將質量為m的鋼球置于緩震材料上方H1處靜止釋放，通過相機測出鋼球與緩震材料的接觸時間為t及鋼球反彈的最大高度H2，假設鋼球始終在豎直方向上運動，則下列說法正確的是（）A．沖擊時機械能轉為熱能百分比為B．沖擊時機械能轉為熱能百分比為C．鋼球與緩震材料接觸過程中，始終處于超重狀態(tài)D．緩震材料受到鋼球的平均沖力為二、多選題5.如圖所示，內壁光滑的真空玻璃管豎直放在水平地面上，管內底部豎直放有一輕彈簧處于自然伸長狀態(tài)，正上方有兩個質量分別為m和2m的a、b小球，用豎直的輕桿連著，并處于靜止狀態(tài)，球的直徑比管的內徑稍?。F(xiàn)釋放兩個小球，讓它們自由下落，重力加速度大小為g.則在球與彈簧接觸至運動到最低點的過程中，下列說法正確的是(彈簧始終處于彈性限度內)()A．a球的動能始終減小B．b球克服彈簧彈力做的功是桿對b球做功的3倍C．彈簧對b球做的功等于a、b兩球機械能的變化量D．b球到達最低點時桿對a球的作用力等于mg6.如圖所示，用與水平面成角的傳送帶輸送貨物，傳送帶以v=2m/s的速度順時針運行，地勤人員將一質量m=5kg的貨物輕輕放在傳送帶底部，經過4s的時間到達傳送帶的頂端。已知貨物與傳動帶之間的動摩擦因數為，重力加速度g=10m/s2，下列正確的是（）A．貨物在傳送帶上向上運動過程中所受的摩擦力不變B．傳送帶從底端到頂端的長度是20mC．貨物在傳送帶上向上運動的過程中，由于摩擦產生的熱量為30JD．貨物在傳送帶上向上運動的過程中，增加的機械能為190J三、解答題7.如圖所示，傾角為的斜面與圓心為O、半徑的光滑圓弧軌道在B點平滑連接，且固定于豎直平面內。斜面上固定一平行于斜面的輕質彈簧，現(xiàn)沿斜面緩慢推動質量為的滑塊a使其壓縮彈簧至A處，將滑塊a由靜止釋放，通過D點時軌道對滑塊a的彈力為零。已知A、B之間的距離為，滑塊a與斜面間動摩擦因數，C為圓弧軌道的最低點，CE為圓弧軌道的直徑，OD水平，滑塊a可視為質點，忽略空氣阻力，取，，，。（1）求滑塊a在C點對軌道壓力的大小。（2）求滑塊a整個運動過程中系統(tǒng)因摩擦而產生的熱量。（3）若僅將滑塊a換為質量為的滑塊b，滑塊b由A點彈出后立即撤去彈簧，求滑塊b第一次落在斜面上的位置至B點的距離（結果保留2位有效數字）。（建議用時：30分鐘）一、單選題1．（2024·四川綿陽·統(tǒng)考一模）從地面豎直向上拋出一物體，物體在運動過程中除受到重力外，還受到一個大小不變、方向始終與運動方向相反的外力的作用。距地面高度h在以內時，物體上升、下落過程中動能隨h的變化如圖所示，重力加速度取。則物體從拋出到回到地面的總運動時間為（）A．1.5s B． C．3s D．2．（2023·陜西商洛·統(tǒng)考一模）彈性輕繩一端固定于天花板上的O點，另一端與水平地面上質量為m的滑塊A相連，當彈性繩處于如圖所示的豎直位置時，緊挨一光滑水平小釘B，此時滑塊A對地面的壓力等于自身所受重力的一半?，F(xiàn)作用在滑塊A上一水平拉力F，使滑塊A向右緩慢運動一段距離，在撤去拉力F時，滑塊A恰好能靜止在地面上。已知彈性輕繩遵循胡克定律，彈性繩的原長等于OB的長度，彈性繩具有的彈性勢能，式中k為彈性繩的勁度系數，x為彈性繩相對原長的形變量，此過程中彈性繩始終處于彈性限度內，滑塊A與地面間的動摩擦因數為μ，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，重力加速度大小為g。對于該過程，下列說法正確的是（）A．滑塊A對地面的壓力逐漸變大 B．滑塊A向右運動的距離為C．滑塊A克服摩擦力做的功為 D．拉力F做的功為3．（2023·河南·校聯(lián)考模擬預測）氣排球輕，很適合老年人鍛煉身體。某退休工人在打氣排球時將一質量為的氣排球以大小為的初速度豎直向上拋出，落回拋出點時的速度大小為。已知氣排球在運動過程中所受空氣阻力的大小與其運動速度大小成正比。若選豎直向上方向為正方向，選取拋出點為重力勢能的零勢能點，已知重力加速度大小為，則下列加速度和速度隨時間變化的圖象以及動能和機械能隨高度變化的圖象正確的是（

）A． B．C． D．二、多選題4．如圖甲所示，粗糙、絕緣的水平地面上，一質量m=1kg的帶負電小滑塊(可視為質點)在x=1m處以v0=2m/s的初速度沿x軸正方向運動，滑塊與地面間的動摩擦因數μ=0.05。在x=0及x=5m處有兩個電性未知，電荷量分別為的點電荷場源，滑塊在不同位置所具有的電勢能Ep如圖乙所示，P點是圖線最低點，虛線AB是圖像在x=1m處的切線，下列說法正確的選項是（

）A．滑塊在x=3m處所受合外力小于0.5NB．兩場源電荷均帶負電，且|Q1|>|Q2|C．滑塊向右運動過程中，速度始終減小D．滑塊向右一定可以經過x=4m處的位置5．（2023·廣西·統(tǒng)考三模）如圖甲所示，傾角為的傳送帶以恒定的速率沿逆時針方向運行。時，將質量的煤塊（可視為質點）輕放在傳送帶上端，煤塊相對地面的圖像如圖乙所示，末滑離傳送帶，傳送帶上下兩端長。設沿傳送帶向下為正方向。重力加速度取，，。則（）A．煤塊與傳送帶之間的動摩擦因數B．煤塊在傳送帶上留下的痕跡長度為C．整個過程因摩擦而產生的熱量為D．整個過程因摩擦而產生的熱量為三、解答題6．（2024·遼寧鞍山·統(tǒng)考二模）如圖所示，有一長為長木板A靜止在水平地面上，其右端靜止一體積可忽咯的小物塊B。現(xiàn)對長木板A施加一水平向右的恒力F，使長木板A和小物塊B發(fā)生相對滑動，已知長木板A的質量為，小物塊B的質量為，長木板A和小物塊B之間的動摩擦因數，長木板A與地面之間的動摩擦因數，水平恒力，g=10m/s2，試求：（1）在長木板A受到一水平恒力F作用后，長木板A和小物塊B的加速度各是多大；（2）經多長時間小物塊B離開長木板A；（3）從長木板A受到一水平恒力F作用開始到B離開A，整個系統(tǒng)由于滑動摩擦力作用而產生的總熱量Q。

7．（2023·安徽淮北·統(tǒng)考一模）某裝置的豎直截面如圖所示，該裝置由固定在地面上傾角的直軌道AB、螺旋圓形軌道BCDE，傾角的直軌道EF、水平軌道FG和履帶GH組成。除FG段和履帶GH外各段軌道均光滑，且各處平滑連接。螺旋圓形軌道與斜直軌道AB和BF相切于B（E）處。當物體滑上履帶時，履帶由靜止開始以加速度向右加速至后勻速運動。已知螺旋圓形軌道半徑，B點高度，F(xiàn)G長度，履帶長度。質量的小滑塊從傾斜軌道上A點由靜止釋放，滑塊與FG段動摩擦因數，與履帶間動摩擦因數。不計空氣阻力，重力加速度g取，，。如果滑塊能通過所有的軌道剛好到達G點。求：（1）A點距地面高度h；（2）滑塊在履帶上運動過程中產生的熱量Q；（3）若履帶始終以逆時針勻速轉動，小滑塊從傾斜軌道上距地面高度為處由靜止釋放，則再次返回斜面后是否會脫離圓軌道？最終小滑塊停止的位置距G多遠？

8．（2024·四川綿陽·統(tǒng)考一模）如圖，abcd是豎直面內的固定軌道，ab是水平粗糙軌道，bd