2025年高考二輪復習物理專題分層突破練5　動能定理機械能守恒定律功能關系的應用2

專題分層突破練5動能定理、機械能守恒定律、功能關系的應用選擇題:每小題6分,共54分基礎鞏固1.(多選)如圖所示,小陳去某商場購物,他先從一樓搭乘圖甲所示的觀光電梯到達六樓超市,再搭乘圖乙所示的自動人行道電梯到四樓,最后搭乘圖丙所示的自動扶梯到五樓。已知圖乙和圖丙所示的電梯均勻速運行,圖乙的梯面傾斜程度處處相同,且小陳搭乘三種電梯的過程中都站在電梯上不動,則()A.搭乘圖甲所示電梯的過程中,合外力對小陳做功最大B.搭乘圖乙所示電梯的過程中,小陳的重力做功的功率不變C.搭乘圖乙所示電梯的過程中,摩擦力對小陳不做功D.搭乘圖丙所示電梯的過程中,小陳的機械能增大答案BD解析圖甲電梯運動過程中,人在電梯中的初速度與末速度均為0,圖乙與圖丙中電梯均做勻速運動,則始末狀態(tài)動能的變化量均為0,根據(jù)動能定理可知,搭乘三種電梯的過程中,合外力對小陳做的功均為0,A錯誤;圖乙的梯面傾斜程度處處相同,即電梯運動速度方向與豎直方向的夾角一定,根據(jù)P=mgvcosθ可知,搭乘圖乙所示電梯的過程中,小陳的重力做功的功率不變,B正確;圖乙中的梯面傾斜,勻速運動時,對人進行分析,人受到重力、垂直于傾斜梯面的支持力與沿梯面向上的靜摩擦力,搭乘圖乙所示電梯的過程中,摩擦力對小陳做負功,C錯誤;搭乘圖丙所示電梯的過程中,勻速運動時,對人進行分析,人受到重力、電梯對人豎直向上的支持力,人的速度沿斜向上,則電梯對人做正功,小陳的機械能增大,D正確。2.(2023浙江1月選考)一位游客正在體驗蹦極,綁上蹦極專用的橡皮繩后從跳臺縱身而下。游客從跳臺下落直到最低點過程中()A.彈性勢能減小 B.重力勢能減小C.機械能保持不變 D.繩一繃緊動能就開始減小答案B解析游客從跳臺下落,開始階段橡皮繩未拉直,只受重力作用做自由落體運動,下落到一定高度時橡皮繩開始繃緊,游客受重力和向上的彈力作用,彈力從零逐漸增大,游客所受合力先向下減小后向上增大,速度先增大后減小,到最低點時速度減小到零,彈力達到最大值,彈性勢能達到最大值,故橡皮繩繃緊后彈性勢能一直增大,A錯誤。游客高度一直降低,重力一直做正功,重力勢能一直減小,B正確。下落階段橡皮繩對游客做負功,游客機械能減少,彈性繩的彈性勢能增大,C錯誤。彈性繩剛繃緊開始一段時間內(nèi),彈力小于重力,合力向下做正功,游客向下運動的速度逐漸增大,游客動能逐漸增加;當彈力等于重力時,游客向下運動的速度最大,游客的動能最大;游客再向下運動,彈力大于重力,合力向上對游客做負功,游客動能逐漸減小,D錯誤。3.(2021山東卷)如圖所示,粗糙程度處處相同的水平桌面上有一長為L的輕質(zhì)細桿,一端可繞豎直光滑軸O轉(zhuǎn)動,另一端與質(zhì)量為m的小木塊相連。木塊以水平初速度v0出發(fā),恰好能完成一個完整的圓周運動。在運動過程中,木塊所受摩擦力的大小為()A.mv02C.mv02答案B解析在運動過程中,只有摩擦力做功,而摩擦力做功與路徑有關,根據(jù)動能定理有f·2πL=012mv02,4.“廣湛”高鐵將茂名到廣州的通行時間縮短至2小時。假設動車啟動后沿平直軌道行駛,發(fā)動機功率恒定,行車過程中受到的阻力恒為f,已知動車質(zhì)量為m,最高行駛速度為vm,下列說法正確的是()A.動車啟動過程中所受合外力不變B.動車發(fā)動機功率為fvmC.從啟動到最大速度過程中,動車平均速度為vD.從啟動到最大速度過程中,動車牽引力做功為1答案B解析發(fā)動機功率恒定,根據(jù)P=Fv,速度變大,牽引力變小,合外力F合=Ff,合外力變小,故A錯誤;速度最大時,動車加速度為零,受力平衡,此時P=Fv=fvm,故B正確;從啟動到最大速度過程中,動車做加速度變小的加速運動,動車平均速度大于vm2,故C錯誤;從啟動到最大速度過程中,根據(jù)動能定理WFWf=12mvm25.(多選)(2024江西高三期中)圖甲為一種新型的電動玩具,整體質(zhì)量為m,下方的圓球里有電動機、電池、紅外線發(fā)射器等,打開開關后葉片轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生一個與葉片轉(zhuǎn)動平面垂直的推進力F,使玩具在空中飛行。將玩具從離地面高度為4h0處靜止釋放,使玩具在豎直方向運動,推進力F隨離地面高度h變化的關系如乙所示,重力加速度為g,玩具只受升力和自身重力作用。對于4h0~2h0過程,下列判斷正確的是()A.玩具先做勻加速再做勻減速運動B.玩具下落到距地面3h0高處速度最大C.玩具下落的最大速度為gD.玩具下落的最大速度為3答案BC解析玩具從離地面高度為4h0處靜止釋放,根據(jù)牛頓第二定律可得mgF=ma,由圖乙可知,F逐漸增大,加速度逐漸減小,玩具做變加速運動,當F=mg時,加速度為零,速度達到最大,由圖乙可知,此時玩具距地面高度為3h0,此后F>mg,玩具做變減速運動,故A錯誤,B正確;根據(jù)上面分析到達3h0時速度最大,F做負功,大小為圖形中與橫軸圍成的面積,所以有WF=(4h03h0)·mg·12=12mgh0,對該過程根據(jù)動能定理有mgh012mgh0=12mvm2,解得6.(2024廣東深圳階段練習)在大力士比賽中,選手豎直向上拋出一重物。取拋出點所在平面為零重力勢能面,上升階段重物的機械能E總和重力勢能Ep隨它離開拋出點的高度h的變化如圖所示。重力加速度g取10m/s2,由圖中數(shù)據(jù)可得()A.重物的質(zhì)量為2.5kgB.h=8m時,重物的動能為200JC.重物上升過程中,阻力大小恒為100ND.重物上升過程中,合外力做功為1000J答案D解析由圖可知h=8m時E總=Ep=mgh=800J,則此時的動能為零,解得重物的質(zhì)量為m=10kg,故A、B錯誤;根據(jù)功能關系有ΔE=fh,由圖可知ΔE=800J1000J,解得重物上升過程中,阻力大小f=25N,故C錯誤;根據(jù)題意可知,重物從拋出到最高點,動能減少1000J,根據(jù)動能定理可知合外力做功為1000J,故D正確。7.(8分)如圖所示,一滑雪運動員質(zhì)量為m=60kg,經(jīng)過一段加速滑行后從A點以vA=12m/s的初速度水平飛出,恰能落到B點。在B點速度方向(速度大小不變)發(fā)生改變后進入豎直平面內(nèi)的半徑R=20m的圓弧軌道BO,并沿軌道下滑。已知在最低點O時運動員對軌道的壓力為2100N。A與B、B與O的高度差分別為H=20m、h=8m。不計空氣阻力,g取10m/s2,求:(1)A、B間的水平距離;(2)運動員在BO段時克服阻力做的功。答案(1)24m(2)6120J解析(1)由A到B,運動員做平拋運動,豎直方向有H=12gt解得t=2代入數(shù)據(jù)得t=2s則A、B間水平距離為s=vAt=24m。(2)根據(jù)牛頓第三定律,在最低點O時軌道對運動員的支持力為2100N,設在最低點時速度為vO,根據(jù)牛頓第二定律有FNmg=mv解得vO=105m/s設運動員在BO段時克服阻力做的功為Wf,由動能定理得mg(H+h)Wf=1代入數(shù)據(jù),解得Wf=6120J。綜合提升8.(多選)如圖所示,A、B兩球由繞過定滑輪的輕質(zhì)細線相連,B、C球放在固定不動的、傾角為α的光滑斜面上,通過勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧相連,C球靠在與斜面垂直的擋板上?，F(xiàn)用手托住A球,并使細線剛好伸直但無拉力作用,保證滑輪左側(cè)細線與斜面平行、右側(cè)細線豎直。開始時整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài),釋放A球后,A球下落的速度最大時C球恰好對擋板無壓力,已知A、B、C三球的質(zhì)量均為m,重力加速度為g,細線與滑輪之間的摩擦不計,運動過程中A球未落地,B球未與滑輪相撞,則()A.該過程A、B、C三球及彈簧所組成的系統(tǒng)機械能守恒B.當C球剛要離開擋板時B球的加速度為12C.斜面的傾角為37°D.A球速度最大時,B球的速度也最大答案AD解析在運動過程中A、B、C三球及彈簧組成的系統(tǒng)只有重力做功,所以系統(tǒng)機械能守恒,故A正確;A球下落的速度最大時C球恰好對擋板無壓力,當輕質(zhì)細線向上的拉力等于A球的重力時,A球加速度為零,速度達到最大,此時通過細繩與A球相連的B球有相同的運動情況,加速度為零,速度達到最大,故B錯誤,D正確;當A球速度最大時,將B、C兩球當成整體進行受力分析有2mgsinα=T,而拉力為T=mg,聯(lián)立解得sinα=12,由三角函數(shù)關系可得α=30°,故C9.(多選)(2024廣東惠州二模)圖為深坑打夯機工作示意圖。電動機帶動兩個摩擦輪勻速轉(zhuǎn)動,將夯桿從深坑豎直提起;當夯桿的下端剛到達坑口時,夯桿被松開,一段時間后又落回坑底;周而復始地這樣工作,就可將坑底夯實。已知電動機皮帶運行速率v=4m/s,兩摩擦輪對夯桿的壓力均為F=2×104N,與夯桿的動摩擦因數(shù)均為μ=0.3,夯桿的質(zhì)量m=1×103kg,坑深h=4.2m,重力加速度g取10m/s2,不計空氣阻力及夯實坑底引起的深度變化,則()A.夯桿在上升階段經(jīng)歷了加速運動、勻速運動和減速運動B.夯桿下端離坑底的最大高度為5mC.每個打夯周期中,摩擦輪對夯桿做的功為4.2×104JD.由題目所給信息,可以計算出該深坑打夯機的打夯周期為3.45s答案ABD解析夯桿在上升階段先向上做勻加速運動,與摩擦輪共速后做勻速運動,最后做勻減速運動到最高點靜止,故A正確;夯桿的下端剛到達坑口時,夯桿被松開,電動機皮帶運行速率v=4m/s,夯桿下端離坑底的最大高度為hm=v22g+h=5m,故B正確;根據(jù)能量守恒,每個打夯周期中,摩擦輪對夯桿做的功為W=mghm=5×104J,故C錯誤;夯桿向上加速有2μFNmg=ma,加速時間t1=va=2s,加速位移s1=12vt1=4m,勻速時間t2=h-s1v=0.05s,減速時間t3=vg=0.4s,根據(jù)運動學公式有hm=12gt42,解得反向運動時間t4=1s,運動總時間即周期t=t110.(2024廣東模擬預測)物體以動能為E開始豎直向上運動,回到出發(fā)點時,動能為E2。取出發(fā)點所在平面為零重力勢能面,整個運動過程可認為空氣阻力大小恒定,則該物體上升階段動能與重力勢能相等時,其動能為(A.3E10 BC.4E7 D答案B解析設上升的最大高度為h,根據(jù)功能關系有f·2h=EE2=E2,根據(jù)能量守恒可得E=mgh+fh,解得mgh=34E,fh=14E,解得f=13mg,若在上升階段離出發(fā)點H處動能和重力勢能相等,由能量守恒定律有Ek+mgH=EfH,Ek=Ep=mgH,聯(lián)立解得Ek11.(10分)為拍攝鳥類活動,攝影師用輕繩將質(zhì)量為m=2.0kg的攝影機跨過樹枝,懸掛于離地面H=8.5m高的B點,繩子另一端連著質(zhì)量m0=4kg的沙袋,并將沙袋控制在地面上的A點,某時刻,沙袋突然失控,當沙袋水平滑動到較長的斜坡底端C時,攝影機下落到距地面上方h=5.0m高的D點,斜坡傾角為37°,此時細繩與斜面平行,最終攝影機恰好沒有撞擊地面,已知沙袋與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ=0.175,不計細繩與樹枝間的摩擦,不計C處的能量損失,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2。(1)從D點開始下落的過程中,攝影機做什么運動?(2)求攝影機在D點時的速度大小。(3)在攝影機下落全過程中,求沙袋及攝影機組成的系統(tǒng)克服摩擦阻力所做的功。答案(1)勻減速直線運動(2)4m/s(3)50J解析(1)攝影機做勻減速直線運動。(2)對攝影機和沙袋組成的系統(tǒng),根據(jù)牛頓第二定律有mgm0gsinθμm0gcosθ=(m+m0)a解得a=1.6m/s2由D到地面的過程中,根據(jù)勻減速運動規(guī)律有0vD2=解得vD=4m/s。(3)從B點到地面,對攝影機和沙袋組成的系統(tǒng),全過程由功能關系可知Wf=mgHm0ghsinθ解得Wf=50J。12.(13分)(2024廣東二模)如圖所示,某升降電梯的轎廂A、配重B和電動機由輕質(zhì)纜繩連接,電動機拉動B,使A運動。某次運行時,A(含載重)的質(zhì)量mA=1000kg,t=0時,A從1樓由靜止開始以0.5m/s2的加速度加速運動,然后以v=1m/s的速度勻速運動,最后以大小為0.5m/s2的加速度減速上升至3樓停止,A上升的高度h=7m。已知B的質(zhì)量mB=800kg,不計空氣阻力和摩擦阻力,g取10m/s2。求:(1)此次電梯勻速運行的時間;(2)t=1s時,B下端纜繩的拉力大小;(3)A(含載重)從靜止開始上升到5m的過程,A(含載重)的機械能增量。答案(1)5s(2)2900N(3)50500J解析(1)電梯加速運行的時間t1=va=2位移h1=v2t1=1減速運行的時間t2=va=2位移h2=v2t2=1勻速運行的時間t3=h-h1-h(2)由(1)可知t=1s時,A勻加速上升,B勻加速下降,設B下端纜繩的拉力大小為F,B上端纜繩的拉力大小為T,對A有TmAg=mAa,對B有F+mBgT=mBa代入數(shù)據(jù)解得F=2900N。(3)由(1)可知A上升到5m時,速度大小為1m/s,機械能增量ΔE=12mAv2+mAgΔ代入數(shù)據(jù)解得ΔE=50500J。13.(15分)(2024廣東惠州二模)如圖所示,水平平臺上一輕彈簧左端固定在A點,原長時在其右端B處放置一質(zhì)量為m=2kg的滑塊(可視為質(zhì)點),平臺AB段光滑,BC段長x=2m,與滑塊間的動摩擦因數(shù)μ1=0.25。平臺右端與水平傳送帶相接于C點,傳送帶長L=5m,與滑塊間的動摩擦因數(shù)μ2=0.4。傳送帶右端D點與一光滑豎直圓形軌道相切,圓形軌道半徑R=0.4m,最高點E處有一彈性擋板,滑塊碰撞擋板前后無機械能損失?，F(xiàn)將滑塊向左壓縮彈簧后突然釋放,滑塊可在靜止的傳送帶上滑行至距C點1.5m處停下。已知傳動帶只可順時針轉(zhuǎn)動,重力加速度g取10m/s2。(1)求釋放滑塊時彈簧的彈性勢能Ep。(2)若在相同位置釋放滑塊,要使滑塊恰好上升到E點,求傳送帶的速度v。(3)若在相同位置釋放滑塊,要使滑塊不脫離圓弧形軌道,且不再返回壓縮彈簧,求傳送帶的速度大小范圍。答案(1)22J(2)25m/s(3)0<v≤22m/s或25m/s≤v≤52m/