新高考物理一輪復習重難點練習專題15 功能關(guān)系　能量守恒定律（原卷版）

專題15功能關(guān)系能量守恒定律1.熟練掌握幾種常見的功能關(guān)系，并會用于解決實際問題.2.掌握一對摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系.3.會應用能量守恒觀點解決綜合問題．考點一功能關(guān)系的理解和應用1．對功能關(guān)系的理解(1)做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化的過程，不同形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化是通過做功來實現(xiàn)的．(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，功和能的關(guān)系，一是體現(xiàn)在不同的力做功，對應不同形式的能轉(zhuǎn)化，具有一一對應關(guān)系，二是做功的多少與能量轉(zhuǎn)化的多少在數(shù)值上相等．2．常見的功能關(guān)系能量功能關(guān)系表達式勢能重力做功等于重力勢能減少量W＝Ep1－Ep2＝－ΔEp彈力做功等于彈性勢能減少量靜電力做功等于電勢能減少量分子力做功等于分子勢能減少量動能合外力做功等于物體動能變化量W＝Ek2－Ek1＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02機械能除重力和彈力之外的其他力做功等于機械能變化量W其他＝E2－E1＝ΔE摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能一對相互作用的滑動摩擦力做功之和的絕對值等于產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝Ff·x相對電能克服安培力做功等于電能增加量W電能＝E2－E1＝ΔE1．功的正負與能量增減的對應關(guān)系(1)物體動能的增加與減少要看合外力對物體做正功還是做負功．(2)勢能的增加與減少要看對應的作用力(如重力、彈簧彈力、靜電力等)做負功還是做正功．(3)機械能的增加與減少要看重力和彈簧彈力之外的力對物體做正功還是做負功．2．摩擦力做功的特點(1)一對靜摩擦力所做功的代數(shù)和總等于零；(2)一對滑動摩擦力做功的代數(shù)和總是負值，差值為機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分，也就是系統(tǒng)機械能的損失量；(3)說明：無論是靜摩擦力還是滑動摩擦力，都可以對物體做正功，也可以做負功，還可以不做功．【典例1】在奧運比賽項目中，高臺跳水是我國運動員的強項．質(zhì)量為m的跳水運動員進入水中后受到水的阻力而做減速運動，設水對他的阻力大小恒為F，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，那么在他減速下降高度為h的過程中，下列說法正確的是()A．他的動能減少了FhB．他的重力勢能增加了mghC．他的機械能減少了(F－mg)hD．他的機械能減少了Fh【典例2】(多選)(2020·全國卷Ⅰ·20)一物塊在高3.0m、長5.0m的斜面頂端從靜止開始沿斜面下滑，其重力勢能和動能隨下滑距離s的變化如圖中直線Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10m/s2.則()A．物塊下滑過程中機械能不守恒B．物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.5C．物塊下滑時加速度的大小為6.0m/s2D．當物塊下滑2.0m時機械能損失了12J【典例3】(多選)如圖所示，一個長為L，質(zhì)量為M的木板，靜止在光滑水平面上，一個質(zhì)量為m的物塊(可視為質(zhì)點)，以水平初速度v0，從木板的左端滑向另一端，設物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ，當物塊與木板相對靜止時，物塊仍在長木板上，物塊相對木板的位移為d，木板相對地面的位移為s，重力加速度為g.則在此過程中()A．摩擦力對物塊做功為－μmg(s＋d)B．摩擦力對木板做功為μmgsC．木板動能的增量為μmgdD．由于摩擦而產(chǎn)生的熱量為μmgs考點二能量守恒定律的理解和應用1．內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變．2．表達式ΔE減＝ΔE增．3．應用能量守恒定律解題的步驟(1)首先確定初、末狀態(tài)，分清有幾種形式的能在變化，如動能、勢能(包括重力勢能、彈性勢能、電勢能)、內(nèi)能等．(2)明確哪種形式的能量增加，哪種形式的能量減少，并且列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達式．【典例4】（2022·浙江·高三專題練習）光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導體材料的光伏效應將太陽的輻射能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電系統(tǒng)。如圖所示，某居民的樓頂平臺安裝了SKIPIF1<0的太陽能電池板，當太陽直射時滿載發(fā)電功率可達5.0kW，輸出電壓為380V的直流電。已知太陽直射時地面附近單位時間單位面積內(nèi)的太陽能為SKIPIF1<0，全年發(fā)電總量相當于平均每天滿載發(fā)電4小時的總量，其中30%的電能供居民自家使用，其余電能并入國家電網(wǎng)。下列說法正確的是（）A．該居民家全年用電總量約為SKIPIF1<0B．電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為2%C．太陽能是一種清潔、安全、不可再生的能源D．太陽能電池板輸出的電流可直接并入國家電網(wǎng)【典例5】（2022·遼寧·模擬預測）如圖（a）所示，一個可視為質(zhì)點的小球從地面豎直上拋，小球的動能SKIPIF1<0隨它距離地面的高度SKIPIF1<0的變化關(guān)系如圖（b）所示，取小球在地面時的重力勢能為零，小球運動過程中受到的空氣阻力大小恒定，重力加速度為SKIPIF1<0，則下列說法正確的是（）A．小球的質(zhì)量為SKIPIF1<0B．小球受到空氣阻力的大小為SKIPIF1<0C．上升過程中，小球的動能等于重力勢能時，小球距地面的高度為SKIPIF1<0D．下降過程中，小球的動能等于重力勢能時，小球的動能大小為SKIPIF1<0一、單選題1.（2022·上?！つM預測）隨著能源危機的不斷加劇，我們不但要合理節(jié)約常規(guī)能源，還要大力開發(fā)新能源，下列能源中屬于新能源的是（）A．石油 B．天然氣 C．太陽能 D．煤炭2．（2022·浙江·模擬預測）如圖所示是工業(yè)上疏浚河道的船只。其參數(shù)性能如下表所示：發(fā)動機最大功率SKIPIF1<0最大提升高度SKIPIF1<0單次開挖泥沙最大量1.74噸最大輸送量SKIPIF1<0則該船只開挖一次泥沙對泥沙做的功最大約為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．（2021·湖北十堰·高三期中）如圖所示，兩個皮帶輪順時針轉(zhuǎn)動，帶動水平傳送帶以不變的速率SKIPIF1<0運行。將質(zhì)量為SKIPIF1<0的物體SKIPIF1<0（可視為質(zhì)點）輕輕放在傳送帶左端，經(jīng)時間SKIPIF1<0后，SKIPIF1<0的速度變?yōu)镾KIPIF1<0，再經(jīng)過時間SKIPIF1<0后，到達傳送帶右端，則整個過程（）A．物體SKIPIF1<0由傳送帶左端到右端的平均速度為SKIPIF1<0B．傳送帶對物體SKIPIF1<0做的功為SKIPIF1<0C．放上物塊SKIPIF1<0后，電動機多消耗的電能為SKIPIF1<0D．傳送帶與物體間摩擦而產(chǎn)生熱量為SKIPIF1<04．（2022·浙江·高三專題練習）如圖所示，在名為“勇敢者”的課堂演示實驗中，用不可伸長的輕長繩將一鐵球懸掛在天花板上。一同學靠墻站立，雙手拉球使其與鼻尖恰好接觸，然后由靜止釋放鐵球。若該同學保持圖示姿勢不變，則下列說法中正確的是（）A．鐵球可能會撞擊該靜止不動的同學 B．鐵球運動到最低點時處于失重狀態(tài)C．釋放瞬間鐵球的加速度水平向右 D．釋放瞬間長繩拉力小于鐵球重力5．（2022·重慶·西南大學附中模擬預測）傳送裝置在物流快遞中的應用使得分揀工作更加智能化。如圖所示，水平傳送帶在電機的帶動下，始終以速度SKIPIF1<0沿圖示方向勻速運動：一質(zhì)量為m的快遞件以SKIPIF1<0的速度從左端水平滑上傳送帶，最終快遞件與傳送帶共速，則快遞件與傳送帶間由于摩擦產(chǎn)生的熱量為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<06．（2022·全國·模擬預測）如圖所示，水平輕質(zhì)彈簧左端固定在豎直擋板上，右端與質(zhì)量為SKIPIF1<0的小物塊相連，彈簧處于自然長度時，物塊位于O點。將小物塊向右拉到P點后由靜止釋放。已知彈性勢能SKIPIF1<0，式中x為彈簧的形變量，若彈簧的勁度系數(shù)SKIPIF1<0，小物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為SKIPIF1<0取SKIPIF1<0，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。以下判斷錯誤的是（）A．SKIPIF1<0時，小物塊將停在P點 B．SKIPIF1<0時，小物塊將停在P點與O點之間C．SKIPIF1<0時，小物塊將停在O點 D．SKIPIF1<0時，小物塊將停在P點與O點之間7.（2022·云南·富寧縣第一中學高三開學考試）如圖所示，一足夠長的木板在光滑的水平面上以速度v向右勻速運動，現(xiàn)將質(zhì)量為m的物體豎直向下輕輕地放置在木板上的右端，已知物體m和木板之間的動摩擦因數(shù)為μ，為保持木板的速度不變，從物體m放到木板上到它相對木板靜止的過程中，須對木板施一水平向右的作用力F，那么力F對木板做功的數(shù)值為（）A．SKIPIF1<0mv2 B．SKIPIF1<0mv2 C．mv2 D．2mv28．（2021·廣東茂名·高三階段練習）某同學在游樂場乘坐了過山車后，對過山車所涉及的物理知識產(chǎn)生了興趣，于是自己動手制作了一個過山車軌道模型，如圖所示。他將質(zhì)量為m的小球從傾斜軌道上的某一位置由靜止釋放，小球?qū)⒀刂壍肋\動到最低點后進入圓軌道。該同學通過測量得到圓軌道的半徑為R，軌道連接處都是平滑連接，當小球的釋放點距軌道最低點的高度為3R時，小球恰能通過圓軌道的最高點。已知重力加速度為g，則小球從開始釋放到通過圓軌道最高點的過程中損失的機械能為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．mgR9．（2021·廣東·高三階段練習）如圖所示，一根輕質(zhì)彈簧一端固定于水平墻上，另一端系一個重物?，F(xiàn)用手托著重物，使得彈簧處于原長狀態(tài)，然后突然松開手，重物豎直落下，不計空氣阻力，重物運動到最低點過程中（）A．重物的機械能保持不變 B．重物的機械能減少C．重物的機械能增加 D．彈簧對物塊做功大于重力做功10．（2022·山東·高三學業(yè)考試）如圖甲所示，繃緊的水平傳送帶始終以恒定速率SKIPIF1<0運行，初速度大小為SKIPIF1<0的小物塊從與傳送帶等高的光滑水平地面上的A處滑上傳送帶。若從小物塊滑上傳送帶開始計時，小物塊在傳送帶上運動的v-t圖象（以地面為參考系）如圖乙所示。已知SKIPIF1<0，物塊和傳送帶間的動摩擦因數(shù)為SKIPIF1<0，物塊的質(zhì)量為m。則（）A．SKIPIF1<0時刻，小物塊離A處的距離最大B．SKIPIF1<0時間內(nèi)，小物塊的加速度方向先向右后向左C．SKIPIF1<0時間內(nèi)，因摩擦產(chǎn)生的熱量為SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0時間內(nèi)，物塊在傳送帶上留下的劃痕為SKIPIF1<0二、多選題11．（2022·廣西·南寧二中模擬預測）如圖甲所示，豎直放置的輕彈簧一端固定于風洞實驗室的水平地面，質(zhì)量m=0.1kg的小球在輕彈簧正上方某處由靜止下落，同時受到一個豎直向上恒定的風力。以小球開始下落的位置為原點，豎直向下為x軸正方向，取地面為零勢能參考面，在小球下落的全過程中，小球重力勢能隨小球位移變化關(guān)系如圖乙中的圖線①，彈簧彈性勢能隨小球位移變化關(guān)系如圖乙中的圖線②，彈簧始終在彈性限度范圍內(nèi)，取重力加速度g=10m/s2，則下列說法中正確的是（）A．彈簧原長為0.6mB．小球釋放位置距地面的高度為0.7mC．小球在下落過程受到的風力為0.2ND．小球剛接觸彈簧時的動能為0.45J12．（2022·湖南·邵陽市第二中學模擬預測）如圖甲所示，傾角為θ的斜面足夠長，質(zhì)量為m的物塊受沿斜面向上的拉力F作用，靜止在斜面中點O處，現(xiàn)改變拉力F的大?。ǚ较蚴冀K沿斜面向上），物塊由靜止開始沿斜面向下運動，運動過程中物塊的機械能E隨離開O點的位移x變化關(guān)系如圖乙所示，其中O～x1過程的圖線為曲線x1～x2過程的圖線為直線，物塊與斜面間動摩擦因數(shù)為μ。物塊從開始運動到位移為x2的過程中（）A．O～x1過程物塊的加速度在不斷變大B．物塊減少的機械能等于物塊克服合力做的功C．物塊減少的機械能等于物塊克服摩擦力做的功D．物塊減少的機械能小于減少的重力勢能三、解答題13．（2022·云南昆明·一模）傳送帶是自動化工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的輸送裝置。如圖所示，是一條罐頭生產(chǎn)線部分示意圖，電動機帶動傳送帶始終以v=2m/s的速率運動，傳送帶兩端A、B間的距離L=4m。工作時，機器手臂將一瓶罐頭無初速放到A點，當該罐頭剛離開B點時，機器手臂將下一瓶罐頭放到A點，此后不斷重復此過程。已知每瓶罐頭質(zhì)量m=0.8kg，與傳送帶間的動摩擦因數(shù)均為SKIPIF1<0，罐頭可視為質(zhì)點且不發(fā)生滾動，取重力加速度g=10m/s2。從第一瓶罐頭放到A點開始計時，求∶（1）1min內(nèi)能運送多少瓶罐頭；（2）1min內(nèi)因運送罐頭需要多消耗的電能。14.（2022·新疆喀什·高三期末）輕質(zhì)彈簧原長為2L，將彈簧豎直放置在地面上，在其頂端將一質(zhì)量為5m的物體由靜止釋放，當彈簧被壓縮到最短時，彈簧長度為L?，F(xiàn)將該彈簧水平放置，一端固定在A點，另一端與物塊P接觸但不連接。AB是長度為5L的水平軌道，B端與半徑為L的光滑半圓軌道BCD相切，半圓的直徑BD豎直，如圖所示。P的質(zhì)量為m，物塊P與AB間的動摩擦因數(shù)SKIPIF1<0。用外力推動物塊P，將彈簧壓縮至長度L，然后放開，P開始沿軌道運動。重力加速度大小為g。（1）彈簧長度為L時的彈性勢能為多少？（2）求P到達B點時速度的大小；（3）求它離開圓軌道后落回到AB上的位置與B點之間的距離。15．（2021·河北·滄縣中學高三階段練習）如圖所示，用火箭發(fā)射人造衛(wèi)星，假設最后一節(jié)火箭的燃料用完后，火箭殼體和衛(wèi)星一起以速度SKIPIF1<0，繞地球做勻速圓周運動。知衛(wèi)星質(zhì)量SKIPIF1