七年高考高考物理試題分項精析專題18功能關(guān)系能的轉(zhuǎn)化能量守恒定律

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1、專題18功能關(guān)系、能的轉(zhuǎn)化、能量守恒定律 一、單項選擇題 1.12016 ?四川卷】韓曉鵬是我國首位在冬奧會雪上項目奪冠的運動員。他在一次自由式滑雪空中技 巧比賽中沿“助滑區(qū)”保持同一姿態(tài)下滑了一段距離，重力對他做功 1 900 J ,他克服阻力做功 100 J。韓 曉鵬在此過程中 A.動能增力口了 1 900 J B .動能增加了 2 000 J C.重力勢能減小了 1 900 J D .重力勢能減小了 2 000J 【答案】C 1解析】根據(jù)動能定理可知，動能的增加量等于合外力做功，即動能的增加量為1 900 8001, 選項AB錯誤.重力做功等于重力勢能的變化量，故重力勢

2、能減小了 1酬丁，選項C正確，D錯誤“ 考點：功能關(guān)系 【名師點睛】此題是對功能關(guān)系的考查；關(guān)鍵是搞清功與能的對應(yīng)關(guān)系：合外力的功等于動能的變化 量；重力做功等于重力勢能的變化量；除重力以外的其它力做功等于機械能的變化量 ^ 2.12012 ?浙江卷】功率為10W勺發(fā)光二極管（LED燈）的亮度與功率 60W的白熾燈相當。根據(jù)國家節(jié) 能戰(zhàn)略，2016年前普通白熾燈應(yīng)被淘汰。假設(shè)每戶家庭有二只 60W的白熾燈，均用10w的LED燈替代，估 算出全國一年節(jié)省的電能最接近 A. 8X 108kW- h B. 8X 1010kW- h C. 8X 1011kW- h D . 8X 1013

3、kW- h 【答案】B 【解析】全國一年節(jié)省的電能最接近 W = Pt =2（0.06kW-0.01kW產(chǎn)5.5父108M4hM365=8.03M1010kW h ,故 選B. 【考點定位】本題考查功能估算及其相關(guān)知識 3.12016 ?上海卷】在今年上海的某活動中引入了全國首個戶外風洞飛行體驗裝置，體驗者在風力作 用下漂浮在半空。若減小風力，體驗者在加速下落過程中 A.失重且機械能增加 B .失重且機械能減少 C.超重且機械能增加 D .超重且機械能減少 【答案】B 【解析】據(jù)題意，體驗者漂浮時受到的重力和風力平衡；在加速下降過程中，風力小于重力，即重力 對體驗者做正功，風

4、力做負功，體驗者的機械能減??；加速下降過程中，加速度方向向下，體驗者處于失 重狀態(tài)，故選項 B正確。 【考點定位】平衡條件、機械能變化與外力做功關(guān)系、超重和失重 【方法技巧】通過體驗者加速度方向判斷超重和失重，通過除重力外其他力做正功機械能增加，其他 力做負功機械能減少判斷機械能變化情況。 4.12017 ?新課標出卷】如圖，一質(zhì)量為 m長度為l的均勻柔軟細繩 PQ豎直懸掛。用外力將繩的下 端Q緩慢地豎直向上拉起至 M點，M點與繩的上端 P相距3。重力加速度大小為 g。在此過程中，外力做 的功為 竿 M 土 t Q -- 1 a. 9 mgi 1 一 mgl B.

5、6 1 一 mgl C. 3 1 一 mgl D. 2 【解析】將繩的下端。緩慢地豎直向二拉起至好點，PM段繩的機械能不變，加厚繩的機械能的噌 … 2 r 142 / 11r 皿 1 , = —nig\—/) — — 修二-mgl 加量為 3 6 3 3 9 J由功能關(guān)系可知，在此過程中,外力做的功 9 , 故選A* 【考點定位】重力勢能、功能關(guān)系 【名師點睛】重點理解機械能變化與外力做功的關(guān)系，本題的難點是過程中重心高度的變化情況。 5.12012 ?安徽卷】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

6、為m的小球自A的正上方P點由靜止開始自由下落，小球沿軌道到達最高點 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的運動過程中 A.重力做功2mgR B.機械能減少mgR C.合外力做功 mgR D.克服摩擦力做功 -mgR 【答案】D 【解析】重力做功與路徑無關(guān)，只與初末位置有關(guān)，故P到B過程，重力做功為Wgm颯j故A錯誤汗 小球沿軌道到達最高點H時恰好又拽I道沒有壓力，根據(jù)牛頓第二定律，有冽￡=用鳥，解得彳 =』甌.從P 到B過程，重力勢能減小量為那或動能熠加量為。用式="察,故機械育哥

7、減小量為： 常嫉-、騏二用蝶,故B錯誤：從P到B過程,合外力做功等于動能增加量，故為:刑管；=：掰察， Jj 維 維 U 故C錯誤；D、從P到E過程，克服摩攘力做功等干機械能減小量,故為mgR-3耍二M，故口正 確。 【考點定位】此題考查動能定理、豎直面內(nèi)的圓周運動及其相關(guān)知識 6.12014 ?全國大綱卷】地球表面附近某區(qū)域存在大小為 150N/C、方向豎直向下的電場。一質(zhì)量為 1.00xi0-4kg、帶電量為-1.00 x 10-7C的小球從靜止釋放，在電場區(qū)域內(nèi)下落 10.0m。對此過程，該小球的 電勢能和動能的改變量分別為（重力加速度大小取 9.80m/s ：忽略空氣阻力）

8、（ ） A. -1.50X10-4J 和 9.95 X 10-3J B , 1.50 X 10-4J 和 9.95 X 10-3J C. -1.50X10-4J 和 9.65 X10-3 J D , 1.50 X 10-4J 和 9.65 X 10-3J 【答案】D 【解析】根據(jù)功能關(guān)系可知，小球的電勢能的改變量由電場力做的功決定，有： A Ep=-VW=-qEh=- （- 1.00 X 10-7） x 150X 10.0 J=1.50X10-4J,故選項A、C錯誤；小球動能的改變量由總功決定， 有：A Ek=mgh + WE=mgh+ qEh=1.00 x 10-4x 9.80

9、x 10 .0J + （- 1.00 X 10-7） x 150X 10.0 J=9.65 x 10-3J,故選項 C 錯誤；選 項D正確。 【考點定位】本題主要考查了功能關(guān)系的應(yīng)用問題，屬于中檔題。 7.12014 ?福建卷】如圖，兩根相同的輕質(zhì)彈簧，沿足夠長的光滑斜面放置，下端固定在斜面底部擋 板上，斜面固定不動。質(zhì)量不同、形狀相同的兩物塊分別置于兩彈簧上端。現(xiàn)用外力作用在物塊上，使兩 彈簧具有相同的壓縮量，若撤去外力后，兩物塊由靜止沿斜面向上彈出并離開彈簧，則從撤去外力到物塊 速度第一次減為零的過程，兩物塊（ ） A.最大速度相同 C.上升的最大高度不同 .最大加速度相同

10、.重力勢能的變化量不同 【解析】當加速度等于零,即任二制gsinA時，速度最大，又兩物塊的質(zhì)量不同，故速度最大的位置 不同，最大速度也不同」所以A錯誤寧在禽開強蓄前加速度先減小后增大，離開彌蓄后不變，剛開始運動 時, 根據(jù)牛頓第二定律匕-切h如0=ma,彈力相同，質(zhì)量不同，故加速度不同，離開彈雷后加速度相同〉 故E錯誤$根據(jù)能量守恒召f二制勵，彈性勢能相同，質(zhì)量不同，故上升的最大高度不同,故C正確f重 力勢能的變化量等于《性勢能的福少了故是相同的，所以D錯誤. 【考點定位】本題考查牛頓第二定律、能量守恒 8.12014 ?廣東卷】如圖所示是安裝在列車車廂之間的摩擦緩沖器結(jié)構(gòu)圖。圖中①

11、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.緩沖器的機械能守恒 B.摩擦力做功消耗機械能 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 【答案】B 【解析】由于楔塊與彈簧盒、墊板間有摩擦力，即摩擦力做負功，則機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故選項 A錯 誤，而選項B正確；［墊板動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和彈性勢能， 故選項C錯誤；彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能和內(nèi)能， 故選項D錯誤。 【考點定位】本題考查能量轉(zhuǎn)化和機械能守恒的條件。 9.12015 ?全國新課標I ? 17］如圖所示，一半徑為 R粗糙程度處處相同的半圓形軌道豎直

12、固定放 置，直徑POOR平。一質(zhì)量為 m的質(zhì)點自P點上方高度R處由靜止開始下落，恰好從 P點進入軌道。質(zhì)點滑 到軌道最低點N時，對軌道的壓力為 4mg g為重力加速度的大小。用 叭展示質(zhì)點從P點運動到N點的過程 中客服摩擦力所做的功。則 ?…1 一 一…，一一 . A. W =-mgR,質(zhì)點恰好可以到達 Q點 2 1 B. W >-mgR,質(zhì)點不能到達Q點 2 1 C. W = —mgR,質(zhì)點到達QB,繼續(xù)上升一段距離 2 1 D. W <-mgR,質(zhì)點到達QB,繼續(xù)上升一段距離 2 【答案】C 【解析】根據(jù)動育院理可得尸點動能J =網(wǎng)式，經(jīng)過N點時，半徑方向

13、的合力提供向心力，可得 ? 4座-儂二肉3 ,所以N點動能為％ =2竽,從P點到那點根據(jù)動能定理可得 2+ w:誓心2,即摩擦力做功W二一 呼。質(zhì)點運動過程，半徑方向的合力提供向心力即 庫一^^端口。=.=陋:，根據(jù)左右又措』在同一高度由于摩摭力做功導致右半幅的速度小,軌道彈 力變小，滑動摩擦力/ 二 〃與變小，所以摩擦力做功變小,那么從N到。，根據(jù)動肓流理，0點動能 %;即產(chǎn)―2-wL由于wY # ,所以0點速度仍然沒有減小到0,仍會繼續(xù)向上運動一段距 j￡r 離，對照選項C對。 vmg 【考點定位】 功能關(guān)系 【方法技巧】動能定理分析摩擦力做功是基礎(chǔ)，對于滑動

14、摩擦力一定要注意壓力的變化，最大的誤區(qū) 是根據(jù)對稱性誤認為左右兩部分摩擦力做功相等。 二、多項選擇題 10.12012 ?海南卷】下列關(guān)于功和機械能的說法，正確的是 A.在有阻力作用的情況下，物體重力勢能的減少不等于重力對物體所做的功 B.合力對物體所做的功等于物體動能的改變量 C.物體的重力勢能是物體與地球之間的相互作用能，其大小與勢能零點的選取有關(guān) D.運動物體動能的減少量一定等于其重力勢能的增加量 【答案】BC 【解析】重力做功是重力勢能變化的量度，即任何情況下重力做功都等于重力勢能的激小量，故A錯 誤日根據(jù)動能定理，有合力對物體所做的功等于物體動能的改變量」故B正確寧重

15、力勢能具有系統(tǒng)性和相 對性，即物體的重力勢能是物體與地球之間的相互作用能，其大小與勢肓縛點的選取有關(guān)j故C正確$只 育機械能守恒時，才有動能的源少量等于重力勢能的增加量，故D錯誤,故選BC 【考點定位】本題考查重力做功、重力勢能、動能定理及其相關(guān)知識 11.12014 ?海南卷】如圖，質(zhì)量相同的兩物體 a、b,用不可伸長的輕繩跨接在一光滑的輕質(zhì)定滑輪兩 側(cè)，a在水平桌面的上方，b在水平粗糙桌面上，初始時用力壓住 b使a、b靜止，撤去此壓力后，a開始運 動。在a下降的過程中，b始終未離開桌面。在此過程中 777777777777^w7?/ A. a的動能小于b的動能 B.兩物

16、體機械能的變化量相等 C. a的重力勢能的減小量等于兩物體總動能的增加量 D.繩的拉力對a所做的功與對b所做的功的代數(shù)和為零 【答案】AD 【解析】輕繩兩端沿繩方向的速度分量大小相等，故可知 a的速度等于b的速度沿繩方向的分量，動 能比b小，A對；因為b與地面有摩擦力，運動時有熱量產(chǎn)生，所以該系統(tǒng)機械能減少，而 B、C兩項均為 系統(tǒng)機械能守恒的表現(xiàn)，故錯誤；輕繩不可伸長，兩端分別對 a、b做功大小相等，符號相反， D正確。 考點：能量守恒定律、運動的合成與分解 12.12017 ?江蘇卷】如圖所示，三個小球 A B、C的質(zhì)量均為 m A與B、C間通過錢鏈用輕桿連接， 桿長為L

17、, R C置于水平地面上，用一輕質(zhì)彈簧連接，彈簧處于原長.現(xiàn) A由靜止釋放下降到最低點，兩 輕桿間夾角”由60。變?yōu)?20。，A、R C在同一豎直平面內(nèi)運動，彈簧在彈性限度內(nèi)，忽略一切摩擦， 重力加速度為g.則此下降過程中 3 (A) A的動能達到取大刖，B受到地面的支持力小于 一mg 2 (B) A的動能最大時，B受到地面的支持力等于 3 mg 2 (C)彈簧的彈性勢能最大時， A的加速度方向豎直向下 (D)彈簧的彈性勢能最大值為 _! mgL 2 【答案】AB 【解析】凡球動能最大時,速度最大，受合外力為零,以自EC整體為冊究對象，在豎直方向：向下的 *

18、— 3 重力向上的君、C兩球受地面的支持力干小即乃『3叫，所以C受到地面的支持力等于不建， 故B正確lA的動能達到最大前,有向下的加速度』所以整體向下的合力小于3儂，故從C受到地面的支 持力小于:啰，所以A正確#當"F降至最低點，魂蕾形變量最大，彈性勢能最大，止忸寸力的S口速度向上, 故c錯誤i鹿蕾的最大彈性勢能等于A球下降至最低點時減少的重力勢能,即穌=潴?￡ - J D錯誤. j￡r JLr 【考點定位】物體的平衡 能量守恒牛頓第二定律 【名師點睛】本題的重點是當 A球的動能最大時，受合外力為零，在豎直方向整體加速度為零，選擇 整體為研究對象，分析 AB兩個選項；彈性勢能最大對

19、應(yīng) A球下降至最低點，根據(jù)能量守恒定律，可求最大 的彈性勢能. 三、非選擇題 13.12017 ?新課標I卷】(12分)一質(zhì)量為8.00 X 10 4 kg的太空飛船從其飛行軌道返回地面。飛船 在離地面高度1.60 X 10 5 m處以7.50 X 10 3 m/s的速度進入大氣層，逐漸減慢至速度為 100 m/s時下落到地面。 取地面為重力勢能零點，在飛船下落過程中，重力加速度可視為常量，大小取為 9.8 m/s2。(結(jié)果保留2位有 效數(shù)字) (1)分別求出該飛船著地前瞬間的機械能和它進入大氣層時的機械能； (2)求飛船從離地面高度 600 m處至著地前瞬間的過程中克服阻力所做

20、的功，已知飛船在該處的速度 大小是其進入大氣層時速度大小的 2.0%。 【答案】(1) (1) 4.0X108 J 2.4 X1012J (2) 9.7X108J 【解析】（1）飛船著地前跪間的機械能為4 扁+0① 式中，竹口列分別是飛船的質(zhì)量和看地前瞬間的速率。由①式和題結(jié)數(shù)據(jù)得耳=4一。乂10* J② 設(shè)地面附近的重力加速度大小為￡,飛船進入大氣層時的機械能為& +桁時? 式中，既是飛船在高度1一瓶1伊m處的速度大小。由③式和題給數(shù)據(jù)得現(xiàn)=24x10^ J④ 1 20 （2）飛船在高度處的機械能為E翼二：必需山￥ 十根區(qū)時⑤ q 1UV 由功能原理得"二為-心⑥ 式中,w

21、是飛船從高度600m處至看地瞬間的過程中克服阻力所做的功,由②⑤⑥式和題給數(shù)據(jù)得 IF=9.7k10SJ@ 【考點定位】機械能、動能定理 2）問中要求的是克服阻力做 【名師點睛】本題主要考查機械能及動能定理，注意零勢面的選擇及第（ 功。 14.12011 ?上海卷】如圖（a）,磁鐵A、B的同名磁極相對放置，置于水平氣墊導軌上。 AK定于導軌 左端，B的質(zhì)量m=0.5kg,可在導軌上無摩擦滑動。將 斑A付近某一位置由靜止釋放，由于能量守恒，可通 過測量騎不同位置處的速度，得到 B的勢能隨位置x的變化規(guī)律，見圖（c）中曲線I。若將導軌右端抬高， 使其與水平面成一定角度（如圖（ b）所

22、示），則B的總勢能曲線如圖（c）中II所示，將 至x=20.0cm處由 靜止釋放，求：（解答時必須寫出必要的推斷說明。取 g=9.8m/s2） （1） B在運動過程中動能最大的位置； （2）運動過程中B的最大速度和最大位移。 （3）圖（c）中直線III為曲線II的漸近線，求導軌的傾 ■角。 （4）若A、B異名磁極相對放置，導軌的傾角不變，在圖（ c）上畫出B的總勢能隨x的變化曲線. (2) 1.31m/s (vm在 1.29 ?1.33 m/s 間均 【答案】（x）=6.1（cm）（在5.9 ~ 6.3cm 間均視為正確） 視為正確），18.0cm （Ax在17.

23、9~18.1cm間均視為正確）（3） 59.7° （日在59口 ~ 61中間均視為正確）（4） 如圖所示 【解析】（0勢能最小處動能最大由圖線II得1cm （在563Gm間均視為正確） 故B在運動過程中動能最大的位用為. （2）由圖讀得釋放處＜x=20,0cmib）勢能為此的總能量.由于運動中總能量守恒，因此 在勢能最處動能最大』由圖象得最小勢能為S47J,則最大動能為5 =0.9-047 = 043 J （Es在042~0,44J間均視為正確） 最大速度為4 - 悟尹3所） ｛外在1.25^1.33 m/s間均視為正確jrfO.OGm處 的總能量為0一州J，最大位移由EW-W

24、J的水平直線與曲線口的左側(cè)交點確定,由圖中讀出（左側(cè)）交點位 國為42.Ocdi,邸匕，最大位移△x=2SU2（M8,（km （ZXx在17.978,lcm間均視為正確） 故運動過程中3的最大速度為L31ms,最大位移為18Xcm. （3）漸近線III表示B的重力勢能隨位置變化關(guān)系，即 EPg = mgxsinH = kx k 0.85 -0.30 二 ? .sine=——，由圖讀出直線斜率 k= =4.23父10 J/cm mg 20.0 -7.0 2 59.7 0. s = sin "1(k 10 ) = sin J 4.23 =59.7 ° (8在59°?61。間均視為正

25、確)故導軌的傾角為 mg 0.5 9.8 （4）若異名磁極相對放置， A, B間相互作用勢能為負值，總勢能如圖中紅線所示,  【考點定位】能量守恒定律。 15.12012 ?四川卷】四川省“十二五”水利發(fā)展規(guī)劃指出，若按現(xiàn)有供水能力測算，我省供水缺口極 大，蓄引提水是目前解決供水問題的重要手段之一。某地要把河水抽高 20m,進入蓄水池，用一臺電動機通 過傳動效率為80%勺皮帶，帶動效率為 60%勺離心水泵工作。工作電壓為 380V,此時輸入電動機的電功率為 19k皿 電動機的內(nèi)阻為 0.4Q。已知水的密度為 1xi03kg/m3,重力加速度取 10m/s2。求： (1)電動機內(nèi)

26、阻消耗的熱功率； (2)將蓄水池蓄水 864m3的水需要的時間(不計進 ■、出水口的水流速度)。 【答案】(l) P =1m103W?; (2) t=2Ml04s 【解析】(1)設(shè)電動機的電功率為尸，則尸二5 設(shè)電動機內(nèi)阻工上消耗的熱功率為丹，則耳=普， 代入數(shù)據(jù)解得?三1x100即， <2)詆蓄水總質(zhì)量為M,所用抽水時間為t.已知抽水高度為％容積為V,水的密度為出則〃 謾質(zhì)量為M的河水增加的重力勢育物限,則% =9 設(shè)電動機的輸出功率為弓，則…Y 根據(jù)能量守恒定律得建MO% xB0%= % 代人數(shù)據(jù)解得心5. 【考點定位】本題考查電功率、熱功率、能量守恒定律及其相關(guān)知識

27、 16.12012 ?重慶卷】如圖所示為一種擺式摩擦因數(shù)測量儀，可測量輪胎與地面間動摩擦因數(shù)，基主要 部件有：底部固定有輪胎橡膠片的擺錘和連接擺錘的輕質(zhì)細桿。擺錘的質(zhì)量為 「細桿可繞軸O在豎直平面 內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，擺錘重心到 O點距離為L。測量時，測量儀固定于水平地面，將擺錘從與 O等高的位置處靜止 釋放。擺錘到最低點附近時，橡膠片緊壓地面擦過一小段距離 s (s

28、摩擦因數(shù)。 【答案】(1) mgLcosB ; (2) Wf = -mgLcosQ ； (3) 」mgLcos Fs 【解析】（D擺錘在上述過程中動能變化為零，重力勢能激小,,損失的機械能為減小的重力勢能，所 以擺錘在上述過程中減小的重力勢能為mg/t = mgLrosff。所以損失的機械能是鵬江0由J （2）上述過程中她=-位斑8,根據(jù)除了重力以^的力做功量度機械能的變化得在上述過程中摩擦 力對擺錘所做的功叫=-轆曲加8 ° （3）擺錘對地面的壓力可視為大小為N的恒力,所以摩摭力丁二/9、% =-m酬os8一匹, 產(chǎn) 危~ , 【考點定位】本題考查功和能之間的關(guān)系及其

29、相關(guān)知識 17.12013 ?北京卷】蹦床比賽分成預備運動和比賽動作。最初，運動員靜止站在蹦床上在預備運動階 段，他經(jīng)過若干次蹦跳，逐漸增加上升高度，最終達到完成比賽動作所需的高度；此后，進入比賽動作階 段。 把蹦床簡化為一個豎直放置的輕彈簧， 彈力大小F=kx （x為床面下沉的距離，k為常量）。質(zhì)量m=50kg 的運動員靜止站在蹦床上，床面下沉 x0=0.10m;在預備運動中，假設(shè)運動員所做的總共 W全部用于其機械 能；在比賽動作中，把該運動員視作質(zhì)點，其每次離開床面做豎直上拋運動的騰空時間均為△ t=2.0s ,設(shè) 運動員每次落下使床面壓縮的最大深度均為 xi。取重力加速度g=1

30、0m/s2,忽略空氣阻力的影響。 （1）求常量k,并在圖中畫出彈力 F隨x變化的示意圖； （2）求在比賽動作中，運動員離開床面后上升的最大高度 hm； （3）借助F-x圖像可以確定彈性做功的規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，求 x1和W的值 【答案】 （1） k=5000N/m （2） 5m （3） W=2525J 【解析】 （1）彈力與形變量成正比，因此為過原點正比函數(shù) 根據(jù) mg=kx,貝U k =mg=5000N /m x0 (2)根據(jù)勻變速直線運動公式,上升下落時間相等，即上升時間為即方=1"=5而 (3)設(shè)人做功為W,人離開時具有動能為/ ==25007 ,人在醺止位鑿時彈 性勢能為:后針=25J,以彈簧所在平面為參考面，即:也3乜_5)十#=:&1,即W=2525J,人 ￡ 4 q 升到最高處為5m,則下落最低處mg(入+W)=解方程工RfLImb Jtr 【考點定位】機械能守恒定律，功和能的關(guān)系