2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 第4講 功能關(guān)系 能量守恒定律課時作業(yè)(含解析)

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1、功能關(guān)系 能量守恒定律 [基礎(chǔ)題組] 一、單項選擇題 1.如圖是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖.圖中①和②為楔塊,③和④為墊板,楔塊與彈簧盒、墊板間均有摩擦.在車廂相互撞擊使彈簧壓縮的過程中(  ) A.緩沖器的機(jī)械能守恒 B.摩擦力做功消耗機(jī)械能 C.墊板的動能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D.彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化為動能 解析:在車廂相互撞擊使彈簧壓縮過程中,由于要克服摩擦力做功,因此緩沖器機(jī)械能減少,選項A錯誤,選項B正確;彈簧壓縮過程中,墊板的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和彈簧的彈性勢能,選項C、D錯誤. 答案:B 2.起跳摸高是學(xué)生經(jīng)常進(jìn)行的一項體育活動.一質(zhì)量為m的同學(xué)彎曲兩腿

2、向下蹲,然后用力蹬地起跳,從該同學(xué)用力蹬地到剛離開地面的起跳過程中,他的重心上升了h,離地時他的速度大小為v.下列說法正確的是(  ) A.起跳過程中該同學(xué)機(jī)械能增加了mgh B.起跳過程中該同學(xué)機(jī)械能增量為mgh+mv2 C.地面的支持力對該同學(xué)做的功為mgh+mv2 D.該同學(xué)所受的合外力對其做的功為mv2+mgh 解析:該同學(xué)重心升高了h,重力勢能增加了mgh,又知離地時獲得動能為mv2,則機(jī)械能增加了mgh+mv2,A錯誤,B正確;該同學(xué)在與地面作用過程中,在支持力方向上的位移為零,則支持力對該同學(xué)做功為零,C錯誤;該同學(xué)所受合外力做的功等于動能的增量,則W合=mv2,D錯誤

3、. 答案:B 3.(2019·江蘇啟東中學(xué)月考)如圖甲所示,質(zhì)量不計的彈簧豎直固定在水平面上,t=0時刻,將一金屬小球從彈簧正上方某一高度處由靜止釋放,小球落到彈簧上壓縮彈簧到最低點(diǎn),然后又被彈起離開彈簧,上升到一定高度后再下落,如此反復(fù).通過安裝在彈簧下端的壓力傳感器,測出這一過程彈簧彈力F隨時間t變化的圖象如圖乙所示,則(  ) A.t1時刻小球動能最大 B.t2時刻小球動能最大 C.t2~t3這段時間內(nèi),小球的動能先增加后減少 D.t2~t3這段時間內(nèi),小球增加的動能等于彈簧減少的彈性勢能 解析:由題圖知,t1時刻小球剛與彈簧接觸,此時小球的重力大于彈簧的彈力,小球?qū)⒗^

4、續(xù)向下做加速運(yùn)動,此時小球的動能不是最大,當(dāng)彈力增大到與重力平衡,即加速度減為零時,速度達(dá)到最大,動能最大,故A錯誤;t2時刻,彈力F最大,故彈簧的壓縮量最大,小球運(yùn)動到最低點(diǎn),動能最小,為0,故B錯誤;t2~t3這段時間內(nèi),小球處于上升過程,彈簧的彈力先大于重力,后小于重力,小球先做加速運(yùn)動,后做減速運(yùn)動,則小球的動能先增大后減少,故C正確;t2~t3段時間內(nèi),小球和彈簧系統(tǒng)機(jī)械能守恒,故小球增加的動能和重力勢能之和等于彈簧減少的彈性勢能,故D錯誤. 答案:C 4.(2019·安徽安慶高三質(zhì)檢)安徽首家滑雪場正式落戶國家AAAA級旅游景區(qū)——安慶巨石山,現(xiàn)已正式“開滑”.如圖所示,滑雪者

5、從O點(diǎn)由靜止沿斜面自由滑下,接著在水平面上滑至N點(diǎn)停下.斜面、水平面與滑雪板之間的動摩擦因數(shù)都為μ=0.1.滑雪者(包括滑雪板)的質(zhì)量為m=50 kg,g取 10 m/s2,O、N兩點(diǎn)間的水平距離為s=100 m.在滑雪者經(jīng)過ON段運(yùn)動的過程中,克服摩擦力做的功為(  ) A.1 250 J        B.2 500 J C.5 000 J D.7 500 J 解析:設(shè)斜面的傾角為θ,則滑雪者從O到N的運(yùn)動過程中克服摩擦力做的功Wf=μmgcos θ·xOM+μmgxMN,由題圖可知,xOMcos θ+xMN=s,兩式聯(lián)立可得Wf=μmgs=0.1×50×10×100 J=5

6、000 J,故選項A、B、D錯誤,C正確. 答案:C 5.如圖所示,木塊A放在木塊B的左端上方,用水平恒力F將A拉到B的右端,第一次將B固定在地面上,F(xiàn)做功W1,生熱Q1;第二次讓B在光滑水平面上可自由滑動,F(xiàn)做功W2,生熱Q2.則下列關(guān)系中正確的是(  ) A.W1

7、1<W2,所以選項A正確. 答案:A 二、多項選擇題 6.如圖所示,在豎直平面內(nèi)有一半徑為R的圓弧軌道,半徑OA水平、OB豎直,一個質(zhì)量為m的小球自A的正上方P點(diǎn)由靜止開始自由下落,小球沿軌道到達(dá)最高點(diǎn)B時恰好對軌道沒有壓力.已知AP=2R,重力加速度為g,則小球從P到B的運(yùn)動過程中(  ) A.重力做功2mgR B.機(jī)械能減少mgR C.合外力做功mgR D.克服摩擦力做功mgR 解析:小球由P到B的過程重力做功WG=mg(2R-R)=mgR,A錯誤.小球經(jīng)過B點(diǎn)時恰好對軌道沒有壓力,由牛頓第二定律可知mg=m,即小球在B點(diǎn)的速度v=;小球由P到B的過程,由動能定理可知合

8、外力做功W合=ΔEk=mv2=mgR,C錯誤.又因?yàn)閃合=WG+Wf,所以小球由P到B的過程摩擦力做功Wf=W合-WG=-mgR,由功能關(guān)系知,物體的機(jī)械能將減少mgR,B、D正確. 答案:BD 7.(2019·湖北七市聯(lián)考)如圖所示,傾角為37°的光滑斜面上粘貼有一厚度不計、寬度為d=0.2 m的橡膠帶,橡膠帶的上表面與斜面位于同一平面內(nèi),其上、下邊緣與斜面的上、下邊緣平行,橡膠帶的上邊緣到斜面頂端的距離為L=0.4 m.現(xiàn)使質(zhì)量為m=1 kg、寬度為d的薄矩形板上邊緣與斜面頂端平齊且從斜面頂端由靜止釋放.已知矩形板與橡膠帶之間的動摩擦因數(shù)為0.5,重力加速度g取10 m/s2,不計空氣

9、阻力,矩形板由斜面頂端靜止釋放到下滑到完全離開橡膠帶的過程中(此過程矩形板始終在斜面上),下列說法正確的是(  ) A.矩形板受到的摩擦力為Ff=4 N B.矩形板的重力做功為WG=3.6 J C.產(chǎn)生的熱量為Q=0.8 J D.矩形板的上邊緣穿過橡膠帶下邊緣時的速度大小為 m/s 解析:矩形板在滑過橡膠帶的過程中對橡膠帶的正壓力是變化的,所以矩形板受到的摩擦力是變化的,故A錯誤;重力做功WG=mg(L+d)sin θ=3.6 J,所以B正確;產(chǎn)生的熱量等于克服摩擦力做功Q=2×μmgcos θ·d=0.8 J,所以C正確;對全過程,根據(jù)動能定理有WG-Q=mv2-0,解得v=

10、m/s,所以D正確. 答案:BCD 8.(2019·湖北孝感調(diào)研)如圖甲所示,物體以一定的初速度從傾角為α=37°的斜面底端沿斜面向上運(yùn)動,上升的最大高度為3.0 m.選擇地面為參考平面,上升過程中物體的機(jī)械能E機(jī)隨高度h的變化如圖乙所示.g取10 m/s2,sin 37°=0.60,cos 37°=0.80.則(  ) A.物體的質(zhì)量m=1.0 kg B.物體與斜面之間的動摩擦因數(shù)μ=0.80 C.物體上升過程中的加速度大小a=10 m/s2 D.物體回到斜面底端時的動能Ek=10 J 解析:物體上升到最高點(diǎn)時,E=Ep=mgh=30 J,得m=1.0 kg,物體損失的機(jī)械

11、能ΔE損=μmgcos α·=20 J,得μ=0.50,A正確,B錯誤.物體上升過程中的加速度大小a=gsin α+μgcos α=10 m/s2,C正確.下降過程摩擦生熱也應(yīng)為20 J,故物體回到斜面底端時的動能Ek=50 J-40 J=10 J,D正確. 答案:ACD [能力題組] 一、選擇題 9.(多選)光滑水平面上靜止一質(zhì)量為M的木塊,一顆質(zhì)量為m的子彈以水平速度v1射入木塊,并以速度v2穿出.對這個過程,下列說法正確的是(  ) A.子彈克服阻力做的功等于m(v12-v22) B.子彈對木塊做的功等于子彈克服阻力做的功 C.子彈對木塊做的功等于木塊獲得的動能與子

12、彈跟木塊摩擦生熱產(chǎn)生的內(nèi)能之和 D.子彈損失的動能等于木塊的動能和子彈與木塊摩擦轉(zhuǎn)化的內(nèi)能之和 解析:對子彈由動能定理有Wf=m(v22-v12),即子彈克服阻力做的功等于m(v12-v22),A正確;子彈對木塊做的功W木=Ff·x木,子彈克服阻力做的功W子=Ff·x子,由于水平面光滑,故x木<x子,B項錯誤;由動能定理知,子彈對木塊做的功,等于木塊獲得的動能,C項錯誤;由能量守恒知,D項正確. 答案:AD 10.(多選)(2019·山西大學(xué)附屬中學(xué)模擬)如圖甲所示,一傾角為37°的傳送帶以恒定速度運(yùn)行.現(xiàn)將一質(zhì)量m=1 kg的物體拋上傳送帶,物體相對地面的速度隨時間變化的關(guān)系如圖乙所

13、示,取沿傳送帶向上為正方向,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.則下列說法正確的是(  ) A.0~8 s內(nèi)物體位移的大小是18 m B.0~8 s內(nèi)物體機(jī)械能增量是90 J C.0~8 s內(nèi)物體機(jī)械能增量是84 J D.0~8 s內(nèi)物體與傳送帶因摩擦產(chǎn)生的熱量是126 J 解析:從題圖乙求出0~8 s內(nèi)物體位移的大小s=14 m,A錯誤;0~8 s內(nèi),物體上升的高度h=ssin θ=8.4 m,物體機(jī)械能增量ΔE=ΔEp+ΔEk=90 J,B正確,C錯誤;0~6 s內(nèi)物體的加速度a=μgcos θ-gsin θ=1 m/s2,得μ=,傳送帶速度大

14、小為4 m/s,Δs=18 m,0~8 s內(nèi)物體與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱量Q=μmgcos θ·Δs=126 J,D正確. 答案:BD 11.(2019·四川成都診斷)如圖甲所示,在傾角θ=30°的足夠長固定光滑斜面上,用平行于斜面的輕彈簧拉著質(zhì)量m=1 kg的物體沿斜面向上運(yùn)動.已知物體在t=1 s到t=3 s這段時間的v-t圖象如圖乙所示,彈簧的勁度系數(shù)k=200 N/m,重力加速度g 取10 m/s2.則在該段時間內(nèi)(  ) A.物體的加速度大小為2 m/s2 B.彈簧的伸長量為3 cm C.彈簧的彈力做功為30 J D.物體的重力勢能增加36 J 解析:根據(jù)v-t圖象的斜

15、率表示加速度可知,物體的加速度大小為a==1 m/s2,選項A錯誤;對斜面上的物體受力分析,受到豎直向下的重力mg、斜面的支持力和輕彈簧的彈力F,由牛頓第二定律,F(xiàn)-mgsin 30°=ma,解得F=6 N,由胡克定律F=kx可得彈簧的伸長量x=3 cm,選項B正確;在t=1 s到t=3 s這段時間內(nèi),物體動能增大ΔEk=mv22-mv12=6 J,根據(jù)v -t圖線與時間軸所圍面積等于位移,可知物體向上運(yùn)動的位移x=6 m,物體重力勢能增加ΔEp=mgxsin 30°=30 J,根據(jù)功能關(guān)系可知,彈簧彈力做功W=ΔEk+ΔEp=36 J,選項C、D錯誤. 答案:B 二、非選擇題 12.如

16、圖所示,光滑水平面AB與豎直面內(nèi)的半圓形導(dǎo)軌在B點(diǎn)相切,半圓形導(dǎo)軌的半徑為R.一個質(zhì)量為m的物體將彈簧壓縮至A點(diǎn)后由靜止釋放,在彈力作用下物體獲得某一向右的速度后脫離彈簧,當(dāng)它經(jīng)過B點(diǎn)進(jìn)入導(dǎo)軌的瞬間對軌道的壓力為其重力的8倍,之后向上運(yùn)動恰能到達(dá)最高點(diǎn)C,C、O、B三點(diǎn)在同一豎直線上.(不計空氣阻力)試求: (1)物體在A點(diǎn)時彈簧的彈性勢能; (2)物體從B點(diǎn)運(yùn)動至C點(diǎn)的過程中產(chǎn)生的內(nèi)能. 解析:(1)設(shè)物體在B點(diǎn)的速度為vB, 受到的彈力為FNB,則有FNB-mg=m 又FNB=8mg 由能量守恒定律可知 彈性勢能Ep=mvB2=mgR. (2)設(shè)物體在C點(diǎn)的速度為vC,

17、由題意可知 mg=m 物體由B點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)的過程中,由能量守恒定律得 Q=mvB2-(mvC2+mg·2R)=mgR. 答案:(1)mgR (2)mgR 13.如圖所示,傳送帶A、B之間的距離為L=3.2 m,與水平面間的夾角為θ=37°,傳送帶沿順時針方向轉(zhuǎn)動,速度恒為v=2 m/s,在上端A點(diǎn)無初速度地放置一個質(zhì)量為m=1 kg、大小可視為質(zhì)點(diǎn)的金屬塊,它與傳送帶的動摩擦因數(shù)為μ=0.5,金屬塊滑離傳送帶后,經(jīng)過彎道,沿半徑R=0.4 m的光滑圓軌道做圓周運(yùn)動,剛好能通過最高點(diǎn)E,已知B、D兩點(diǎn)的豎直高度差為h=0.5 m(g取10 m/s2).求: (1)金屬塊經(jīng)過D點(diǎn)時

18、的速度大??; (2)金屬塊在BCD彎道上克服摩擦力做的功. 解析:(1)金屬塊在E點(diǎn)時,mg=, 解得vE=2 m/s,在從D到E的過程中由動能定理得 -mg·2R=mvE2-mvD2, 解得vD=2 m/s. (2)金屬塊剛剛放上傳送帶時,mgsin θ+μmgcos θ=ma1 解得a1=10 m/s2 設(shè)經(jīng)位移s1達(dá)到相同速度,則v2=2a1s1, 解得s1=0.2 m<3.2 m 繼續(xù)加速的過程中,mgsin θ-μmgcos θ=ma2,解得a2=2 m/s2 由s2=L-s1=3 m,vB2-v2=2a2s2, 解得vB=4 m/s 在從B到D的過程中由動能定理得 mgh-W=mvD2-mvB2,解得W=3 J. 答案:(1)2 m/s (2)3 J 8

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