（通用版）2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題分層突破練5 動能定理 機(jī)械能守恒定律 功能關(guān)系的應(yīng)用（含解析）

專題分層突破練5動能定理機(jī)械能守恒定律功能關(guān)系的應(yīng)用A組1.(2019湖北七市州教科研協(xié)作聯(lián)考)下列關(guān)于功和能的說法正確的是()A.作用力做正功,反作用力一定做負(fù)功B.物體在合外力作用下做變速運(yùn)動,動能一定發(fā)生變化C.若物體除受重力外,還受到其他力作用時,物體的機(jī)械能也可能守恒D.豎直向上運(yùn)動的物體重力勢能一定增加,動能一定減少2.一物體被豎直上拋,已知拋起的初速度與回到拋出點(diǎn)時的速度的大小之比為k,物體在運(yùn)動過程中所受的空氣阻力大小不變,則空氣阻力與重力之比為()A.kB.1kC.k2-1k2+1D.k2+1k2-13.如圖所示,x軸在水平地面上,y軸在豎直方向。圖中畫出了從y軸上不同位置沿x軸正向水平拋出的三個質(zhì)量相等小球a、b和c的運(yùn)動軌跡。小球a從(0,2L)拋出,落在(2L,0)處;小球b、c從(L,0)拋出,分別落在(2L,0)和(L,0)處。不計空氣阻力,下列說法正確的是()A.b的初速度是a的初速度的兩倍B.b的初速度是a的初速度的2倍C.b的動能增量是c的動能增量的兩倍D.a的動能增量是c的動能增量的2倍4.一輛汽車在平直公路上勻速行駛,在t1時刻突然將汽車的功率減小一半,并保持該功率繼續(xù)行駛,到t2時刻汽車又開始勻速行駛。若汽車所受阻力保持不變,則從t1到t2的過程中,汽車的()A.速度增加,加速度減小B.速度減小,加速度增加C.速度減小,加速度減小D.速度增加,加速度增加5.如圖所示,固定在豎直平面內(nèi)的圓管形軌道的外軌光滑,內(nèi)軌粗糙。一小球從軌道的最低點(diǎn)以初速度v0向右運(yùn)動,球的直徑略小于圓管的直徑,球運(yùn)動的軌道半徑為R,空氣阻力不計,重力加速度大小為g,下列說法一定正確的是()A.若v0<2gR,小球運(yùn)動過程中機(jī)械能不可能守恒B.若v0=3gR,小球運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒C.若v0<5gR,小球不可能到達(dá)最高點(diǎn)D.若v0=2gR,小球恰好能到達(dá)最高點(diǎn)6.(2019四川成都三模)目前,我國在人工智能和無人駕駛技術(shù)方面已取得較大突破。為早日實(shí)現(xiàn)無人駕駛,某公司對汽車性能進(jìn)行了一項(xiàng)測試,讓質(zhì)量為m的汽車沿一山坡直線行駛。測試中發(fā)現(xiàn),下坡時若關(guān)掉油門,則汽車的速度保持不變;若以恒定的功率P上坡,則從靜止啟動做加速運(yùn)動,發(fā)生位移s時速度剛好達(dá)到最大值vm。設(shè)汽車在上坡和下坡過程中所受阻力的大小分別保持不變,下列說法正確的是()A.關(guān)掉油門后的下坡過程,汽車的機(jī)械能守恒B.關(guān)掉油門后的下坡過程,坡面對汽車的支持力的沖量為零C.以恒定的功率P上坡過程中,汽車速度由vm4增至vm2,所用的時間可能等于3mvm232PD.以恒定的功率P上坡過程中,汽車從靜止啟動到剛好達(dá)到最大速度vm,所用時間一定小于2svm7.(多選)(2019江蘇卷)如圖所示,輕質(zhì)彈簧的左端固定,并處于自然狀態(tài)。小物塊的質(zhì)量為m,從A點(diǎn)向左沿水平地面運(yùn)動,壓縮彈簧后被彈回,運(yùn)動到A點(diǎn)恰好靜止。物塊向左運(yùn)動的最大距離為s,與地面間的動摩擦因數(shù)為,重力加速度為g,彈簧未超出彈性限度。在上述過程中()A.彈簧的最大彈力為mgB.物塊克服摩擦力做的功為2mgsC.彈簧的最大彈性勢能為mgsD.物塊在A點(diǎn)的初速度為2gs8.(2019海南卷)三個小物塊分別從3條不同光滑軌道的上端由靜止開始滑下。已知軌道1、軌道2、軌道3的上端距水平地面的高度均為4h0;它們的下端水平,距地面的高度分別為h1=h0、h2=2h0、h3=3h0,如圖所示。若沿軌道1、2、3下滑的小物塊的落地點(diǎn)到軌道下端的水平距離分別記為s1、s2、s3,則()A.s1>s2B.s2>s3C.s1=s3D.s2=s39.(多選)(2019河南鄭州一中全真模擬考試)沙坡頭景區(qū)的滑沙項(xiàng)目驚險刺激,深受游客的喜歡。假設(shè)某條滑道由上下兩段高均為h,與水平面傾角分別為45°和37°的滑道組成,滑沙板與沙地之間的動摩擦因數(shù)為。質(zhì)量為m的載人滑沙板從坡頂由靜止開始自由下滑,經(jīng)過上、下兩段滑道后,最后恰好靜止于滑道的底端(不計滑沙板在兩段滑道交接處的能量損失,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度大小為g)。則()A.動摩擦因數(shù)=67B.載人滑沙板最大速度為2gh7C.載人滑沙板克服摩擦力做功為mghD.載人滑沙板在下段滑道上的加速度大小為35gB組10.(多選)物體由地面以120 J的初動能豎直向上拋出,當(dāng)它從拋出至上升到某一點(diǎn)A的過程中,動能減少40 J,機(jī)械能減少10 J。設(shè)空氣阻力大小不變,以地面為零勢能面,則物體()A.落回到地面時機(jī)械能為70 JB.到達(dá)最高點(diǎn)時機(jī)械能為90 JC.從最高點(diǎn)落回地面的過程中重力做功為60 JD.從拋出到落回地面的過程中克服摩擦力做功為60 J11.如圖所示,輕質(zhì)彈簧一端固定在墻壁上的O點(diǎn),另一端自由伸長到A點(diǎn),OA之間的水平面光滑。固定曲面在B處與水平面平滑連接。AB之間的距離s=1 m。質(zhì)量m=0.2 kg的小物塊開始時靜止在水平面上的B點(diǎn),物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)=0.4?，F(xiàn)給物塊一個水平向左v0=5 m/s的初速度,g取10 m/s2。(1)求彈簧被壓縮到最短時所具有的彈性勢能Ep;(2)求物塊返回B點(diǎn)時的速度大小;(3)若物塊能沖上曲面的最大高度h=0.2 m,求木塊沿曲面上滑過程所產(chǎn)生的熱量。12.如圖所示,左側(cè)豎直墻面上固定半徑為R=0.3 m的光滑半圓環(huán),右側(cè)豎直墻面上與圓環(huán)的圓心O等高處固定一光滑直桿。質(zhì)量為ma=100 g的小球a套在半圓環(huán)上,質(zhì)量為mb=36 g的滑塊b套在直桿上,二者之間用長為L=0.4 m的輕桿通過兩鉸鏈連接?，F(xiàn)將a從圓環(huán)的最高處由靜止釋放,使a沿圓環(huán)自由下滑,不計一切摩擦,a、b均視為質(zhì)點(diǎn),重力加速度g取10 m/s2。求:(1)小球a滑到與圓心O等高的P點(diǎn)時的向心力大小;(2)小球a從P點(diǎn)下滑至桿與圓環(huán)相切的Q點(diǎn)的過程中,桿對滑塊b做的功。專題分層突破練5動能定理機(jī)械能守恒定律功能關(guān)系的應(yīng)用1.C解析 當(dāng)作用力做正功時,反作用力也可能做正功,如反沖運(yùn)動中的物體,故A錯誤;物體在合外力作用下做變速運(yùn)動,動能不一定發(fā)生變化,比如勻速圓周運(yùn)動,物體的合外力和運(yùn)動方向垂直而不做功,故B錯誤;若物體除受重力外,還受到其他力作用時,當(dāng)其他的外力做的功等于0時,物體的機(jī)械能也守恒,故C正確;豎直向上運(yùn)動的物體重力勢能一定增加,若同時物體受到的向上的拉力做正功,則物體動能不一定減少,故D錯誤。2.C解析 設(shè)物體的質(zhì)量為m,空氣阻力大小為f,上升的最大高度為h,根據(jù)動能定理得,上升過程:-(mg+f)h=0-12mv02,下降過程:(mg-f)h=12mv2,由題意知:v0v=k,聯(lián)立解得:fmg=k2-1k2+1,故選C。3.B解析 a、b的水平位移相同,但運(yùn)動時間不同,根據(jù)t=2hg可知tatb=21,根據(jù)v0=xt可知vObvOa=21,故A錯誤,B正確;bc的豎直位移相同,根據(jù)動能定理Ek=mgh可知,b的動能增量等于c的動能增量,選項(xiàng)C錯誤;a的豎直位移等于c的2倍,根據(jù)動能定理可知,a的動能增量等于c的2倍,選項(xiàng)D錯誤;故選B。4.C解析 t1時刻之前功率為P,由于做勻速直線運(yùn)動,所以牽引力F等于阻力f,當(dāng)汽車的功率突然減小一半,由于速度來不及變化,根據(jù)P=Fv知,此時牽引力減小為原來的一半,則F'=F2<f。此時a=F'-fm<0,即加速度a與運(yùn)動方向相反,汽車開始做減速運(yùn)動,速度減小。根據(jù)P2=F'v可知速度減小又導(dǎo)致牽引力增大,根據(jù)牛頓第二定律知,加速度a=F'-fm減小,當(dāng)牽引力增大到等于阻力時,加速度減小到0,又做勻速直線運(yùn)動。由此可知在t1t2的這段時間內(nèi)汽車的加速度逐漸減小,速度逐漸減小,故C正確。5.B解析 若小球上升到與圓心等高處時速度為零,此時小球只與外軌作用,不受摩擦力,只有重力做功,由機(jī)械能守恒定律得:12mv02=mgR,解得v0=2gR<2gR,當(dāng)v0<2gR時,機(jī)械能是可以守恒的,故A錯誤;小球如果不擠壓內(nèi)軌,則小球到達(dá)最高點(diǎn)速度最小時,小球的重力提供向心力,由牛頓第二定律得:mg=mv2R,由于小球不擠壓內(nèi)軌,則小球在整個運(yùn)動過程中不受摩擦力作用,只有重力做功,機(jī)械能守恒,從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)過程中,由機(jī)械能守恒定律得:12mv02=12mv2+mg·2R,解得:v0=5gR,則小球要不擠壓內(nèi)軌,速度應(yīng)大于等于5gR,故B正確;如果內(nèi)圓光滑,小球在運(yùn)動過程中不受摩擦力,小球在運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒,如果小球運(yùn)動到最高點(diǎn)時速度為零,由機(jī)械能守恒定律得:12mv02=mg·2R,解得:v0=2gR。現(xiàn)在內(nèi)壁粗糙,小球運(yùn)動過程中一定受到摩擦力作用,故小球在到達(dá)最高點(diǎn)前速度已為零,不能到達(dá)最高點(diǎn),故D錯誤;由D項(xiàng)分析可知,當(dāng)2gR<v0<xgR時,若小球的動能大于從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)過程中重力和摩擦力做的功,則可以達(dá)到最高點(diǎn),故C項(xiàng)錯誤。6.D解析 關(guān)掉油門后的下坡過程中,汽車的速度不變、動能不變,重力勢能減小,則汽車的機(jī)械能減小,故A錯誤;關(guān)掉油門后的下坡過程中,坡面對汽車的支持力大小不為零,時間不為零,則沖量不為零,故B錯誤;上坡過程中,汽車速度由vm4增至vm2,所用的時間為t,根據(jù)動能定理可得:Pt-(f+mgsin)s1=12mvm22-12mvm42,解得t=3mvm232P+(f+mgsin)s1P,故C錯誤;上坡過程中,汽車從靜止啟動到剛好達(dá)到最大速度vm,功率不變,則速度增大、加速度減小,所用時間為t1,則vm2·t1<s,解得t1<2svm,故D正確。7.BC解析 彈簧被壓縮至最短時彈力最大,此時彈簧能把物體向右彈出,故彈力一定大于物體所受的最大靜摩擦力,更大于物體所受滑動摩擦力,選項(xiàng)A錯誤;物體在往返過程所受滑動摩擦力大小不變,故全過程克服摩擦力做功為2mgs,選項(xiàng)B正確;彈簧被壓縮至最短時彈性勢能最大,在彈簧恢復(fù)原長的過程中通過克服摩擦力做功把彈性勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故選項(xiàng)C正確;根據(jù)能量守恒定律,物體在A點(diǎn)的初動能為2mgs,故在A點(diǎn)的初速度為2gs,選項(xiàng)D錯誤。8.BC解析 對軌道1:根據(jù)機(jī)械能守恒得射出時的速度v1=2g·3h0=6gh0,射程s1=v12h0g=23h0;對軌道2:射出時的速度v2=2g·2h0=4gh0,射程s2=v22·2h0g=4h0;對軌道3:射出時的速度v3=2gh0,射程s3=v32·3h0g=23h0;則s1=s3,s2>s3,故B、C正確,A、D錯誤。9.AB解析 對整個下滑過程,由動能定理得:2mgh-mgcos45°·hsin45°-mgcos37°·hsin37°=0,解得:=67,故A正確;滑沙板通過第一段滑道末端時速度最大,設(shè)為v,由動能定理得:mgh-mgcos45°·hsin45°=12mv2,得v=2gh7,故B正確;對整個過程,由動能定理得:2mgh-Wf=0,解得載人滑沙板克服摩擦力做功為Wf=2mgh,故C錯誤;載人滑沙板在下段滑道上的加速度大小為:a=mgcos37°-mgsin37°m=335g,故D錯誤。10.BD解析 物體以120J的初動能豎直向上拋出,做豎直上拋運(yùn)動,向上運(yùn)動的過程中重力和阻力都做負(fù)功,當(dāng)上升到某一高度時,動能減少了40J,而機(jī)械能損失了10J。根據(jù)功能關(guān)系可知:合力做功為-40J,空氣阻力做功為-10J,對從拋出點(diǎn)到A點(diǎn)的過程,根據(jù)功能關(guān)系:mgh+fh=40J,fh=10J,得f=13mg;當(dāng)上升到最高點(diǎn)時,動能為零,動能減小120J,設(shè)最大高度為H,則有:mgH+fH=120J,解得fH=30J,即機(jī)械能減小30J,在最高點(diǎn)時機(jī)械能為120J-30J=90J,即上升過程機(jī)械能共減少了30J;當(dāng)下落過程中,由于阻力做功不變,所以機(jī)械能又損失了30J,故整個過程克服摩擦力做功為60J,則該物體落回到地面時的機(jī)械能為60J,從最高點(diǎn)落回地面的過程中因豎直位移為零,故重力做功為零,故AC錯誤,BD正確;故選BD。11.答案 (1)1.7 J(2)3 m/s(3)0.5 J解析 (1)對小物塊從B至壓縮彈簧最短的過程-mgs-W=0-12mv02W=Ep代入數(shù)據(jù)解得Ep=1.7J(2)對小物塊從B開始運(yùn)動至返回B點(diǎn)的過程-mg2s=12mvB2-12mv02代入數(shù)據(jù)解得vB=3m/s(3)對小物塊沿曲面的上滑過程,由動能定理-W克f-mgh=0-12mvB2Q=W克f=0.5J12.答案 (1)2 N(2)0.194 4 J解析 (1)當(dāng)a滑到與O同高度P點(diǎn)時,a的速度v沿圓環(huán)切線向下,b的速度為零,由機(jī)械能守恒定律可得magR=12mav2解得v=2gR對小球a受力分析,由牛頓第二定律可得F=mav2R=2mag=2N。(2)桿與圓相切時,如圖所示,a的速度沿桿方向,設(shè)此時b的速度為vb,根據(jù)桿不可伸長和縮短,有va=vbcos由幾何關(guān)系可得cos=LL2+R2=0.8在圖中,球a下降的高度h=Rcosa、b系統(tǒng)機(jī)械能守恒magh=12mava2+12mbvb2-12mav2對滑塊b,由動能定理得W=12mbvb2=0.1944J。10