2019年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第五章 第4講 功能關(guān)系 能量守恒定律課時(shí)提能演練 新人教版一、選擇題(本大題共7小題,每小題8分,共56分。每小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確)1.(xx廈門模擬)用恒力F向上拉一物體,使其由地面處開始加速上升到某一高度。若該過程空氣阻力不能忽略,則下列說法中正確的是()A.力F做的功和阻力做的功之和等于物體動(dòng)能的增量B.重力所做的功等于物體重力勢能的增量C.力F做的功和阻力做的功之和等于物體機(jī)械能的增量D.力F、重力、阻力三者的合力所做的功等于物體機(jī)械能的增量【解析】選C。由動(dòng)能定理可知,F和阻力還有重力所做的總功等于物體動(dòng)能的增量,故選項(xiàng)A錯(cuò);克服重力所做的功等于物體重力勢能的增量,選項(xiàng)B錯(cuò);力F做的功和阻力做的功之和等于物體機(jī)械能的增量,選項(xiàng)C對,D錯(cuò)。2.(xx海南高考改編)下列關(guān)于功和機(jī)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機(jī)械能的改變量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(diǎn)的選取有關(guān)D.運(yùn)動(dòng)物體動(dòng)能的減少量一定等于其重力勢能的增加量【解析】選C。物體重力勢能的減少量一定等于重力做的功,與有無其他力、其他力是否做功都無關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理,合力對物體所做的功一定等于物體動(dòng)能的改變量,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;物體的重力勢能是系統(tǒng)共同具有的,也是相對的,選項(xiàng)C正確;在只有重力做功的情況下,物體動(dòng)能的減少量一定等于其重力勢能的增加量,即機(jī)械能守恒,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3.如圖所示,ABCD是一個(gè)盆式容器,盆內(nèi)側(cè)壁與盆底BC的連接處都是一段與BC相切的圓弧,B、C在水平線上,其距離d=0.5m。盆邊緣的高度為h=0.30m。在A處放一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊并讓其由靜止下滑。已知盆內(nèi)側(cè)壁是光滑的,而盆底BC面與小物塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.10。小物塊在盆內(nèi)來回滑動(dòng),最后停下來,則停下的位置到B的距離為()A.0.50 mB.0.25 mC.0.10 mD.0【解析】選D。設(shè)小物塊在BC段來回滑行的總路程為s,由能量守恒定律可知,mgh=mgs,解得s=3.0m,由s=6d可知,小物塊最終停在B點(diǎn),D正確。4.如圖所示,質(zhì)量為m的跳高運(yùn)動(dòng)員先后用背越式和跨越式兩種跳高方式跳過某一高度,該高度比他起跳時(shí)的重心高出h,則他從起跳后至越過橫桿的過程中克服重力所做的功()A.都必須大于mghB.都不一定大于mghC.用背越式不一定大于mgh,用跨越式必須大于mghD.用背越式必須大于mgh,用跨越式不一定大于mgh【解析】選C。采用背越式跳高方式時(shí),運(yùn)動(dòng)員的重心升高的高度可以低于橫桿,而采用跨越式跳高方式時(shí),運(yùn)動(dòng)員的重心升高的高度一定高于橫桿,故用背越式時(shí)克服重力做的功不一定大于mgh,而采用跨越式時(shí)克服重力做的功一定大于mgh,C正確。5.(xx沈陽模擬)如圖所示,質(zhì)量為m的物體在水平傳送帶上由靜止釋放,傳送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng),始終保持以速度v勻速運(yùn)動(dòng),物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,物體過一會(huì)兒能保持與傳送帶相對靜止,對于物體從靜止釋放到相對靜止這一過程中,下列說法正確的是()A.電動(dòng)機(jī)做的功為mv2B.摩擦力對物體做的功為mv2C.傳送帶克服摩擦力做的功為mv2D.電動(dòng)機(jī)增加的功率為mgv【解析】選D。由能量守恒,電動(dòng)機(jī)做的功等于物體獲得的動(dòng)能和由于摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;對物體受力分析知,僅有摩擦力對物體做功,由動(dòng)能定理知,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;傳送帶克服摩擦力做功等于摩擦力與傳送帶對地位移的乘積,可知這個(gè)位移是物體對地位移的兩倍,即W=mv2,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由功率公式知傳送帶增加的功率為mgv,選項(xiàng)D正確?！究偨Y(jié)提升】解決傳送帶問題的兩個(gè)角度(1)動(dòng)力學(xué)角度,如求物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、物體在傳送帶上能達(dá)到的速度、物體相對傳送帶滑過的位移,依據(jù)牛頓第二定律結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律求解。(2)能量的角度:求傳送帶對物體所做的功、物體和傳送帶由于相對滑動(dòng)而產(chǎn)生的熱量、因放上物體而使電動(dòng)機(jī)多消耗的電能等,常依據(jù)功能關(guān)系或能量守恒定律求解。若利用公式Q=Ffl相對求摩擦熱,式中l(wèi)相對為兩接觸物體間的相對路程。6.如圖所示,A、B、C三個(gè)一樣的滑塊從粗糙斜面上的同一高度同時(shí)開始運(yùn)動(dòng),A由靜止釋放,B的初速度方向沿斜面向下,大小為v0,C的初速度方向沿斜面水平向左,大小也為v0。下列說法中正確的是()A.A和C將同時(shí)滑到斜面底端B.滑到斜面底端時(shí),B的機(jī)械能減少最多C.滑到斜面底端時(shí),B的動(dòng)能最大D.C的重力勢能減少最多【解題指南】解答本題時(shí)要明確以下兩點(diǎn):(1)由于斜面粗糙,所以A和C不能同時(shí)到達(dá)底端;(2)滑塊C通過的路程最大,克服摩擦力做的功最多。【解析】選C。滑塊A和C通過的路程不同,在沿斜面方向的加速度大小也不相同,故A錯(cuò),三個(gè)滑塊滑到底端時(shí)重力勢能減少量相同,故D錯(cuò)。滑塊A和B滑到底端時(shí)經(jīng)過的位移相等,克服摩擦力做功相等,而滑塊C的路程較大,機(jī)械能減少得較多,故B錯(cuò)C對。7.構(gòu)建和諧型、節(jié)約型社會(huì)深得民心,節(jié)能器材遍布于生活的方方面面,自動(dòng)充電式電動(dòng)車就是很好的一例,電動(dòng)車的前輪裝有發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)與蓄電池連接。當(dāng)騎車者用力蹬車或電動(dòng)自行車自動(dòng)滑行時(shí),自行車就可以連通發(fā)電機(jī)向蓄電池充電,將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能儲(chǔ)存起來,現(xiàn)有某人騎車以5kJ的初動(dòng)能在粗糙的水平路面上滑行,第一次關(guān)閉自動(dòng)充電裝置,讓車自由滑行,其動(dòng)能隨位移變化關(guān)系如圖線a所示;第二次啟動(dòng)自動(dòng)充電裝置,其動(dòng)能隨位移變化關(guān)系如圖線b所示,則第二次向蓄電池所充的電能可接近()A.5 kJB.4 kJC.3 kJD.2 kJ【解析】選D。由圖線a可知,電動(dòng)車的動(dòng)能Ek與滑行位移x成線性關(guān)系,第一次自由滑行10m停止,第二次自動(dòng)充電時(shí)只滑行了6m,所以第二次充電的電能相當(dāng)于滑行4m所需要的能量,即E=5kJ=2 kJ,故本題選D。二、非選擇題(本大題共3小題,共44分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)8.(12分)如圖所示,光滑水平面AB與豎直面內(nèi)的半圓形導(dǎo)軌在B點(diǎn)相接,導(dǎo)軌半徑為R。一個(gè)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速度后脫離彈簧,脫離彈簧后當(dāng)它經(jīng)過B點(diǎn)進(jìn)入導(dǎo)軌瞬間對導(dǎo)軌的壓力為其重力的7倍,之后向上運(yùn)動(dòng)完成半個(gè)圓周運(yùn)動(dòng),恰好到達(dá)C點(diǎn)。試求:(1)彈簧開始時(shí)的彈性勢能;(2)物體從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至C點(diǎn)克服阻力做的功?！窘馕觥?1)物體在B點(diǎn)時(shí)由牛頓第二定律得FN-mg=m(2分)v=(2分)Ep=mv2=3mgR(3分)(2)物體在C點(diǎn)的速度vC=(2分)根據(jù)動(dòng)能定理得:=mgR+2mgR-3mgR=-mgR(2分)即克服摩擦阻力做功mgR(1分)答案:(1)3mgR(2)mgR9.(16分)如圖所示,靜止放在水平桌面上的紙帶,其上有一質(zhì)量為m=1.0kg的鐵塊,它與紙帶右端的距離為L=0.5m,所有接觸面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同。現(xiàn)用水平向左的恒力,經(jīng)2s時(shí)間將紙帶從鐵塊下抽出,當(dāng)紙帶全部抽出時(shí)鐵塊恰好到達(dá)桌面邊緣且速度為v=2m/s。已知桌面高度為H=0.8m,不計(jì)紙帶重力,鐵塊可視為質(zhì)點(diǎn)。重力加速度g取10 m/s2,求:(1)鐵塊拋出后落地點(diǎn)離拋出點(diǎn)的水平距離;(2)紙帶抽出過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能。【解析】(1)鐵塊離開桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)水平方向:x=vt(2分)豎直方向:H=gt2(2分)聯(lián)立解得:x=0.8m(1分)(2)設(shè)鐵塊的加速度為a1,由牛頓第二定律得:mg=ma1(1分)紙帶抽出時(shí),鐵塊的速度:v=a1t1(1分)聯(lián)立解得:=0.1(1分)鐵塊的位移:x1=a1(2分)設(shè)紙帶的位移為x2,由題意知:x2-x1=L(2分)由功能關(guān)系可得系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能E=mgx2+mg(x2-x1)(3分)聯(lián)立解得E=3J。(1分)答案:(1)0.8m(2)3J10.(能力挑戰(zhàn)題)(xx汕頭模擬)(16分)如圖所示,遙控電動(dòng)賽車(可視為質(zhì)點(diǎn))從A點(diǎn)由靜止出發(fā),經(jīng)過時(shí)間t后關(guān)閉電動(dòng)機(jī),賽車?yán)^續(xù)前進(jìn)至B點(diǎn)后進(jìn)入固定在豎直平面內(nèi)的圓形光滑軌道,通過軌道最高點(diǎn)P后又進(jìn)入水平軌道CD上。已知賽車在水平軌道AB部分和CD部分運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力恒為車重的0.5倍,即k=0.5,賽車的質(zhì)量m=0.4kg,通電后賽車的電動(dòng)機(jī)以額定功率P=2W工作,軌道AB的長度L=2m,圓形軌道的半徑R=0.5m,空氣阻力可以忽略,取重力加速度g=10m/s2。某次比賽,要求賽車在運(yùn)動(dòng)過程中既不能脫離軌道,又要在CD軌道上運(yùn)動(dòng)的路程最短。在此條件下,求:(1)賽車在CD軌道上運(yùn)動(dòng)的最短路程;(2)賽車電動(dòng)機(jī)工作的時(shí)間。【解析】(1)要求賽車在運(yùn)動(dòng)過程中既不能脫離軌道,又要在CD軌道上運(yùn)動(dòng)的路程最短,則賽車經(jīng)過圓軌道P點(diǎn)時(shí)速度最小,此時(shí)賽車對軌道的壓力為零,重力提供向心力:mg=m(2分)賽車在C點(diǎn)的速度為vC,由機(jī)械能守恒定律可得:mg2R+m=m(2分)由上述兩式聯(lián)立,代入數(shù)據(jù)可得:vC=5m/s(2分)設(shè)賽車在CD軌道上運(yùn)動(dòng)的最短路程為x,由動(dòng)能定理可得:-kmgx=0-m(2分)代入數(shù)據(jù)可得:x=2.5m(2分)(2)由于豎直圓軌道光滑,由機(jī)械能守恒定律可知:vB=vC=5m/s(2分)從A點(diǎn)到B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程中,由能量守恒定律可得:Pt=kmgL+m(2分)代入數(shù)據(jù)可得:t=4.5s(2分)答案:(1)2.5m(2)4.5 s【總結(jié)提升】與功能關(guān)系相結(jié)合的圓周運(yùn)動(dòng)問題的分析方法(1)確定研究對象,對研究對象進(jìn)行受力分析和做功情況分析,對于多個(gè)過程的情形,要分析出在每一個(gè)過程中的受力和做功情況。(2)注意不同過程的銜接,前一個(gè)過程的末狀態(tài),就是后一個(gè)過程的初狀態(tài)。(3)分析每一個(gè)過程中的能量轉(zhuǎn)化情況,機(jī)械能是否守恒,列出每一個(gè)過程的對應(yīng)方程。(4)確定臨界狀態(tài)及特點(diǎn),并列出相應(yīng)的方程。(5)求解方程并進(jìn)行驗(yàn)證。