（山東專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 第3節(jié) 功能關(guān)系 能量守恒定律練習(xí)（含解析）新人教版

第3節(jié)功能關(guān)系能量守恒定律1.某人擲鉛球,出手時鉛球的動能為150 J.關(guān)于人對鉛球的做功情況和能量轉(zhuǎn)化情況,下列說法正確的是(A)A.此人對鉛球做了150 J的功,將體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為鉛球的動能B.此人對鉛球做的功無法計算C.此人對鉛球沒有做功,因此沒有能量的轉(zhuǎn)化D.此人對鉛球做了150 J的功,將鉛球的重力勢能轉(zhuǎn)化為鉛球的動能解析:由于人對鉛球的作用力是變力,且位移未知,不能運用功的計算公式來計算,可根據(jù)功能關(guān)系,人對鉛球做功,使鉛球動能增加,因此,此人對鉛球所做的功等于鉛球動能的增加,即150 J,此人是將體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為鉛球的動能.故只有A正確.2.(2018·河南洛陽模擬)物體只在重力和一個不為零的向上的拉力作用下,分別做了勻速上升、加速上升和減速上升三種運動.在這三種情況下物體機(jī)械能的變化情況是(D)A.勻速上升機(jī)械能不變,加速上升機(jī)械能增加,減速上升機(jī)械能減小B.勻速上升和加速上升機(jī)械能增加,減速上升機(jī)械能減小C.由于該拉力與重力大小的關(guān)系不明確,所以不能確定物體機(jī)械能的變化情況D.三種情況中,物體的機(jī)械能均增加解析:在三種情況下,外力均對物體做了正功,所以物體的機(jī)械能均增加,選項D正確.3. (2018·湖南郴州模擬)某同學(xué)用如圖所示的裝置測量一個凹形木塊的質(zhì)量m,彈簧的左端固定,木塊在水平面上緊靠彈簧(不連接)將其壓縮,記下木塊右端位置A點,釋放后,木塊右端恰能運動到B1點.在木塊槽中加入一個質(zhì)量m0=800 g的砝碼,再將木塊左端緊靠彈簧,木塊右端位置仍然在A點,釋放后木塊離開彈簧,右端恰能運動到B2點,測得AB1,AB2長分別為27.0 cm和 9.0 cm,則木塊的質(zhì)量m為(D)A.100 gB.200 gC.300 gD.400 g解析:第一次由能量守恒定律Ep=mg·AB1,第二次由能量守恒得Ep=(m+m0)g·AB2,解得m=400 g,選項D正確.4. (2018·山東煙臺質(zhì)檢)如圖所示,在光滑斜面上的A點先后水平拋出和靜止釋放兩個質(zhì)量相等的小球1和2,不計空氣阻力,最終兩小球在斜面上的B點相遇,在這個過程中(C)A.小球1重力做的功大于小球2重力做的功B.小球1機(jī)械能的變化大于小球2機(jī)械能的變化C.小球1到達(dá)B點的動能大于小球2的動能D.兩小球到達(dá)B點時,在豎直方向的分速度相等解析:重力做功只與初、末位置的高度差有關(guān),與物體經(jīng)過的路徑無關(guān),所以重力對1,2兩小球所做的功相等,選項A錯誤;1,2兩小球從A點運動到B點的過程中,只有重力對其做功,所以它們的機(jī)械能均守恒,選項B錯誤;由動能定理可得,對小球1有mgh=-,對小球2有mgh=-0,顯然>,選項C正確;由上面的分析可知,兩小球到達(dá)B點時,小球1的速度大于小球2的速度,且小球1的速度方向與豎直方向的夾角小于小球2速度方向與豎直方向的夾角,因此,小球1在豎直方向上的速度大于小球2在豎直方向上的速度,選項D錯誤.5.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(C)A.最大速度相同 B.最大加速度相同C.上升的最大高度不同 D.重力勢能的變化量不同解析:如圖為物塊能向上彈出且離開彈簧,則物塊在剛撤去外力時加速度最大,由牛頓第二定律得:kx-mgsin =ma,即a=-gsin ,由于兩物塊k,x,均相同,m不同,則a 不同,B錯誤;當(dāng)mgsin =kx0即x0=時,速度最大,設(shè)兩物塊質(zhì)量m1<m2,其平衡位置分別為O1、O2,初始位置為O,則從初始位置到平衡位置的過程中,物體所受合力一定做正功,由于x1>x2,W1>W2,由動能定理可知Ek1>Ek2,即v1>v2,而此時m2的速度v2已達(dá)最大,此后,m1的速度將繼續(xù)增大直至最大,而m2的速度將減小,故一定是質(zhì)量小的最大速度大,A錯誤;從開始運動至最高點,由Ep=mgh及題意知重力勢能的變化量Ep=mgh相同,m不同,h也不同,故C正確,D錯誤.6.“彈弓”一直是孩子們最喜愛的彈射類玩具之一,其構(gòu)造如圖所示,橡皮筋兩端點A,B固定在把手上,橡皮筋A(yù)CB恰好處于原長狀態(tài),在C處(AB連線的中垂線上)放一固體彈丸,一手執(zhí)把,另一手將彈丸拉至D點放手,彈丸就會在橡皮筋的作用下迅速發(fā)射出去,打擊目標(biāo),現(xiàn)將彈丸豎直向上發(fā)射,已知E是CD中點,不計空氣阻力則(D)A.從D到C,彈丸的機(jī)械能守恒B.從D到C,彈丸的動能一直在增大C.從D到C,彈丸的機(jī)械能先增大后減小D.從D到E彈丸增加的機(jī)械能大于從E到C彈丸增加的機(jī)械能解析:從D到C,橡皮筋對彈丸做正功,彈丸機(jī)械能一直在增加,A,C錯;從D到E橡皮筋作用在彈丸上的合力大于從E到C橡皮筋作用在彈丸上的合力,兩段高度相等,所以DE段橡皮筋對彈丸做功較多,即機(jī)械能增加的較多,D正確;在CD連線中的某一處,彈丸受力平衡,所以從D到C,彈丸的速度先增大后減小,B錯.7.(2018·河北保定模擬)如圖所示,固定斜面AB和CB與水平面均由一小段光滑圓弧連接,傾角分別為,OB=h.細(xì)線一端固定在豎直擋板上,另一端系一質(zhì)量為m的小物塊,在小物塊和擋板之間壓縮一輕質(zhì)彈簧(小物塊與彈簧不連接),燒斷細(xì)線,小物塊被彈出,滑上斜面AB后,恰好能運動到斜面的最高點,已知AD=l,小物塊與水平面、斜面間的動摩擦因數(shù)均為,重力加速度為g,則(C)A.彈簧對小物塊做功為mglB.斜面摩擦力對小物塊做功為C.細(xì)線燒斷前,彈簧具有的彈性勢能為mgh+mg(+l)D.撤去 斜面AB,小物 塊還從D點彈出,將沿斜面CB上滑并從B點飛出去解析:由功能關(guān)系可知,彈簧對小物塊做功為W=mgl+mgcos ·+mgh=mgh+mg(l+),細(xì)線燒斷前,彈簧具有的彈性勢能為Ep=mgh+mg(l+),選項A錯誤,C正確;斜面摩擦力對小物塊做功為Wf=mgcos ·=mg,選項B錯誤;撤去斜面AB,小物塊還從D點彈出,則彈簧的彈性勢能不變,此時由能量關(guān)系可知:Ep=mgh+mg(l+)=mgh+mgOD,物塊也恰能到達(dá)B點,選項D錯誤.8.如圖所示,A,B,C三個一樣的滑塊從粗糙斜面上的同一高度同時開始運動.A由靜止釋放;B的初速度方向沿斜面向下,大小為v0;C的初速度方向沿水平方向,大小也為v0.斜面足夠大,A,B,C運動過程中不會相碰.下列說法正確的是(B)A.A和C將同時滑到斜面底端B.滑到斜面底端時,B的動能最大C.滑到斜面底端時,C的重力勢能減少最多D.滑到斜面底端時,B的機(jī)械能減少最多解析:A,C兩個滑塊所受的滑動摩擦力大小相等,A所受滑動摩擦力沿斜面向上,C受到的沿斜面向上的力是滑動摩擦力的分力,所以C沿斜面向下的加速度大于A沿斜面向下的加速度,C先到達(dá)斜面底端,A項錯誤;重力做功相同,摩擦力對A,B做功相同,C克服摩擦力做功最多,而B有初速度,則滑到斜面底端時,B滑塊的動能最大,B項正確;三個滑塊下降的高度相同,重力勢能減小相同,C項錯誤;滑動摩擦力做功與路程有關(guān),C運動的路程最大,C克服摩擦力做功最大,機(jī)械能減少最多,D項錯誤.9.如圖所示,某工廠用傳送帶向高處運送物體,將一物體輕輕放在傳送帶底端,第一階段物體被加速到與傳送帶具有相同的速度,第二階段與傳送帶相對靜止,勻速運動到傳送帶頂端.下列說法正確的是(C)A.第一階段摩擦力對物體做正功,第二階段摩擦力對物體不做功B.第一階段摩擦力對物體做的功等于第一階段物體動能的增加量C.第一階段物體和傳送帶間摩擦產(chǎn)生的熱量等于第一階段物體機(jī)械能的增加量D.物體從底端到頂端全過程機(jī)械能的增加量大于全過程摩擦力對物體所做的功解析:對物體受力分析知,其在兩個階段所受摩擦力方向都沿傳送帶向上,與其運動方向相同,摩擦力對物體都做正功,選項A錯誤;由動能定理知,外力做的總功等于物體動能的增加量,選項B錯誤;物體機(jī)械能的增加量等于摩擦力對物體所做的功,選項D錯誤;設(shè)第一階段運動時間為t,傳送帶速度為v,對物體:x1=t,對傳送帶:x1=vt,摩擦產(chǎn)生的熱量Q=Ffx相對=Ff(x1-x1)=Ff·t,機(jī)械能增加量E=Ffx1=Ff·t,所以Q=E,選項C正確.10.(2018·河南洛陽一模)(多選)如圖所示,一個小物體在足夠長的斜面上以一定初速度滑行,斜面各處粗糙程度相同,初速度方向沿斜面向上,則物體在斜面上運動的過程中下列說法正確的是(BCD)A.動能一定是先減小后增大B.機(jī)械能一直減小C.如果某段時間內(nèi)摩擦力做功與物體動能的改變量相同,則此后物體動能將不斷增大D.如果某段時間內(nèi)摩擦力做功為W,再經(jīng)過相同的時間,兩段時間內(nèi)摩擦力做功可能相等解析:物體向上運動過程加速度方向向下,做勻減速運動,動能不斷減小,當(dāng)速度減到0時,受力分析可知不能確定mgsin 與mgcos 的大小關(guān)系,如果mgsin <mgcos 物體會靜止在斜面上,所以A錯誤;由于物體運動過程中摩擦力對物體始終做負(fù)功,根據(jù)功能關(guān)系可知物體的機(jī)械能一定減小,所以B正確;根據(jù)動能定理,本題中W總=Wf+WG=Ek可知,如果某段時間內(nèi)摩擦力做功與物體動能的改變量相同,說明此過程重力沒有做功,即說明此時物體剛好返回到開始的位置,物體正向下做加速運動,所以此后動能應(yīng)不斷增加,故C正確;上升過程物體做勻減速運動,若t內(nèi)路程為x1,緊接著的t內(nèi),當(dāng)物體先沿斜面向上,后返回,其路程x2可能等于x1,則摩擦力做的功相同,所以D正確.11.質(zhì)量為m的人造地球衛(wèi)星與地心的距離為r時,引力勢能可表示為Ep=-,其中G為引力常量,M為地球質(zhì)量.該衛(wèi)星原來在半徑為R1的軌道上繞地球做勻速圓周運動,由于受到極稀薄空氣的摩擦作用,飛行一段時間后其做勻速圓周運動的半徑變?yōu)镽2,此過程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量為(C)A.GMm(-)B.GMm(-)C.(-)D.(-)解析:衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動滿足G=m,動能Ek=mv2=,機(jī)械能E=Ek+Ep,則E=-=-.衛(wèi)星由半徑為R1的軌道降到半徑為R2的軌道過程中損失的機(jī)械能E=E1-E2=(-),即為下降過程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量,所以選項C正確.12.如圖所示,一質(zhì)量m=0.4 kg的滑塊(可視為質(zhì)點)靜止于水平軌道上的A點,滑塊與軌道間的動摩擦因數(shù)=0.1.現(xiàn)對滑塊施加一水平外力,使其向右運動,外力的功率恒為P=10 W.經(jīng)過一段時間后撤去外力,滑塊繼續(xù)滑行至B點后水平飛出,恰好在C點沿切線方向進(jìn)入固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓弧形軌道,軌道的最低點D處裝有壓力傳感器,當(dāng)滑塊到達(dá)傳感器上方時,傳感器的示數(shù)為25.6 N.已知軌道AB的長度L=2 m,圓弧形軌道的半徑R=0.5 m,半徑OC和豎直方向的夾角=37°.(空氣阻 力可 忽略, 重 力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求:(1)滑塊運動到C點時速度的大小vC;(2)B、C兩點的高度差h及水平距離x;(3)水平外力作用在滑塊上的時間t.解析:(1)滑塊運動到D點時,由牛頓第二定律得FN-mg=m,滑塊由C點運動到D點的過程,由機(jī)械能守恒定律得mgR(1-cos )+m=m,代入數(shù)據(jù),聯(lián)立解得vC=5 m/s.(2)滑塊從B到C做平拋運動,在C點速度的豎直分量為vy=vCsin =3 m/s,所以B,C兩點的高度差為h= m=0.45 m,滑塊由B運動到C所用的時間為t1= s=0.3 s,滑塊運動到B點的速度即平拋運動的初速度vB=vCcos =4 m/s,所以B,C間的水平距離x=vBt1=4×0.3 m=1.2 m.(3)滑塊由A點運動到B點的過程,由動能定理得Pt-mgL=m代入數(shù)據(jù)解得t=0.4 s.答案:(1)5 m/s(2)0.45 m1.2 m(3)0.4 s13.如圖(甲)所示,傾角為=37°的傳送帶以恒定速率逆時針運行,現(xiàn)將一質(zhì)量m=2 kg的小物體輕輕放在傳送帶的A端,物體相對地面的速度隨時間變化的關(guān)系如圖(乙)所示,2 s末物體到達(dá)B端,取沿傳送帶向下為正方向,g=10 m/s2,sin 37°=0.6,求:(1)小物體在傳送帶A,B兩端間運動的平均速度v;(2)物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù);(3)2 s內(nèi)物體機(jī)械能的減少量E及因與傳送帶摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q.解析:(1)傳送帶A,B兩端間的距離L等于vt圖線與t軸所圍的面積大小,所以L=×1 m+×1 m=16 m小物體在A,B間運動的時間t=2 s由平均速度的定義得v=8 m/s.(2)由v-t圖像可知傳送帶運行速度為v1=10 m/s,物體從A到B先做加速度為a1= m/s2=10 m/s2的勻加速運動,經(jīng)過時間t1=1 s后再做加速度為a2= m/s2=2 m/s2的勻加速運動,然后經(jīng)過時間t2=1 s,物體以大小為v2=12 m/s的速度到達(dá)傳送帶B端.由物體在傳送帶上的受力情況知a1=a2=解得=0.5.(3)小物體到達(dá)傳送帶B端時的速度大小v2=12 m/s物體的動能增加了Ek=m=×2×122 J=144 J物體的重力勢能減少了Ep=mgLsin =20×16×0.6 J=192 J所以物體的機(jī)械能的減少量E=48 J由功能關(guān)系可知Q=mgcos (v1t1-t1)+mgcos (t2-v1t2)代入數(shù)值得Q=48 J.答案:(1)8 m/s(2)0.5(3)48 J48 J8