2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)作業(yè)17 功能關(guān)系 能量守恒定律（含解析） 一、單項(xiàng)選擇題12013年2月15日中午12時(shí)30分左右，俄羅斯車?yán)镅刨e斯克州發(fā)生天體墜落事件根據(jù)俄緊急情況部的說法，墜落的是一顆隕石這顆隕石重量接近1萬噸，進(jìn)入地球大氣層的速度約為4萬英里每小時(shí)，隨后與空氣摩擦而發(fā)生劇烈燃燒，并在距離地面上空12至15英里處發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量碎片，假定某一碎片自爆炸后落至地面并陷入地下一定深度過程中，其質(zhì)量不變，則()A該碎片在空中下落過程中重力做的功等于動(dòng)能的增加量B該碎片在空中下落過程中重力做的功小于動(dòng)能的增加量C該碎片在陷入地下的過程中重力做的功等于動(dòng)能的改變量D該碎片在整個(gè)過程中克服阻力做的功等于機(jī)械能的減少量解析：由能量轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，該碎片在空氣中下落過程中，重力和空氣阻力做功之和等于動(dòng)能的增加量，因空氣阻力做負(fù)功，故重力做的功大于動(dòng)能的增加量，A、B均錯(cuò)誤；該碎片陷入地下的過程中，因有阻力做負(fù)功，且克服阻力做的功等于其機(jī)械能的減少量，故D正確，C錯(cuò)誤答案：D2如圖所示，質(zhì)量為m的滑塊以一定初速度滑上傾角為的固定斜面，同時(shí)施加一沿斜面向上的恒力Fmgsin；已知滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)tan，取出發(fā)點(diǎn)為參考點(diǎn)，能正確描述滑塊運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)過程中產(chǎn)生的熱量Q，滑塊動(dòng)能Ek、勢能Ep、機(jī)械能E隨時(shí)間t、位移x關(guān)系的是()解析：根據(jù)滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)tan可知，滑動(dòng)摩擦力等于重力沿斜面向下的分力施加一沿斜面向上的恒力Fmgsin，物體機(jī)械能保持不變，重力勢能隨位移x均勻增大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤產(chǎn)生的熱量QFfx，隨位移均勻增大，滑塊動(dòng)能Ek隨位移x均勻減小，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤答案：C3(xx北京豐臺(tái)一模)某同學(xué)利用如圖實(shí)驗(yàn)裝置研究擺球的運(yùn)動(dòng)情況，擺球由A點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)過最低點(diǎn)C到達(dá)與A等高的B點(diǎn)，D、E、F是OC連線上的點(diǎn)，OEDE，DFFC，OC連線上各點(diǎn)均可釘釘子每次均將擺球從A點(diǎn)由靜止釋放，不計(jì)繩與釘子碰撞時(shí)機(jī)械能的損失下列說法正確的是()A若只在E點(diǎn)釘釘子，擺球最高可能擺到AB連線以上的某點(diǎn)B若只在D點(diǎn)釘釘子，擺球最高可能擺到AB連線以下的某點(diǎn)C若只在F點(diǎn)釘釘子，擺球最高可能擺到D點(diǎn)D若只在F點(diǎn)以下某點(diǎn)釘釘子，擺球可能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)解析：若釘子在D點(diǎn)及以上，則由機(jī)械能守恒定律可知，小球最高只能擺到AB連線上的某點(diǎn)，故A、B錯(cuò)誤；若在F點(diǎn)放釘子，則根據(jù)機(jī)械能守恒小球應(yīng)該擺到D點(diǎn)，且速度為零，但由于小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，由豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的臨界條件可知，到達(dá)D點(diǎn)時(shí)的最小速度應(yīng)為，所以說明小球達(dá)不到D點(diǎn)即已下落，C錯(cuò)誤；若在F點(diǎn)以下某點(diǎn)釘釘子，則小球半徑很小，只要小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，重力小于小球轉(zhuǎn)動(dòng)需要的向心力，即滿足v，則小球可以做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，D正確答案：D4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()AA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DC的重力勢能減少最多解析：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(duì)答案：C5滑板是現(xiàn)在非常流行的一種運(yùn)動(dòng)，如圖所示，一滑板運(yùn)動(dòng)員以7 m/s的初速度從曲面的A點(diǎn)下滑，運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的速度仍為7 m/s，若他以6 m/s的初速度仍由A點(diǎn)下滑，則他運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)的速度()A大于6 m/sB等于6 m/sC小于6 m/sD條件不足，無法計(jì)算解析：當(dāng)初速度為7 m/s時(shí)，由功能關(guān)系知，運(yùn)動(dòng)員克服摩擦力做的功等于減少的重力勢能運(yùn)動(dòng)員做曲線運(yùn)動(dòng)可看成圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)初速度變?yōu)? m/s時(shí)，所需的向心力變小，因而運(yùn)動(dòng)員對(duì)軌道的壓力變小，由FfFN知運(yùn)動(dòng)員所受的摩擦力減小，故從A到B過程中克服摩擦力做的功減少，而重力勢能變化量不變，故運(yùn)動(dòng)員在B點(diǎn)的動(dòng)能大于他在A點(diǎn)的動(dòng)能，A正確答案：A二、多項(xiàng)選擇題6如圖甲所示，在傾角為的光滑斜面上，有一個(gè)質(zhì)量為m的物體在沿斜面方向的力F的作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)，物體的機(jī)械能E隨位移x的變化關(guān)系如圖乙所示其中0x1過程的圖線是曲線，x1x2過程的圖線為平行于x軸的直線，則下列說法中正確的是()A物體沿斜面向下運(yùn)動(dòng)B在0x1過程中，物體的加速度一直減小C在0x2過程中，物體先減速再勻速D在x1x2過程中，物體的加速度為gsin解析：由圖乙可知，0x1階段，物體的機(jī)械能E隨x減小，故力F一定對(duì)物體做負(fù)功，物體在沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，A正確；由EE0Fx，即圖乙中0x1階段圖線的斜率大小為F，故力F減小，至x1后變?yōu)榱阌蒻gsinFma得物體的加速度先增大，后不變，勻加速時(shí)的加速度大小為agsin，B、C錯(cuò)誤，D正確答案：AD7山東電視臺(tái)“快樂向前沖”欄目最后一關(guān)，選手需要抓住固定在支架上的繩子向上攀登，才可沖上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，如圖所示如果某選手剛剛勻速攀爬到繩子頂端時(shí)，突然因抓不住繩子而加速下滑，對(duì)該過程進(jìn)行分析(不考慮腳蹬墻壁的作用)，下述說法正確的是()A上行時(shí)，人受到繩子的拉力與重力和摩擦力平衡B上行時(shí)，繩子拉力對(duì)人做的功等于人重力勢能的增加C下滑時(shí)，人受到的重力大于摩擦力，加速度小于gD下滑時(shí)，重力勢能的減小大于動(dòng)能的增加，機(jī)械能的減少量等于克服摩擦力做的功解析：人勻速上升時(shí)，繩子對(duì)人的摩擦力等于人的重力，A錯(cuò)誤；人上升過程中，人拉繩子，對(duì)自身做功，繩子并不對(duì)人做功，B錯(cuò)誤；人下滑時(shí)，由mgFfma，可知，F(xiàn)f<mg，a<g，C正確；人下滑時(shí)，重力勢能的減小量有 一部分用于克服摩擦力做功，故其動(dòng)能的增量一定小于重力勢能的減少量，D正確答案：CD8如圖所示，質(zhì)量為m的小球，以初速度v0豎直向上拋出，小球上升的最大高度為H，已知小球在運(yùn)動(dòng)過程中受到的空氣阻力與速率成正比設(shè)拋出點(diǎn)重力勢能為零，則小球在運(yùn)動(dòng)過程中，下圖中關(guān)于小球的動(dòng)能Ek、重力勢能Ep、機(jī)械能E隨高度h，速率v隨時(shí)間t變化的圖線可能正確的有()解析：小球上升過程，重力和空氣阻力做負(fù)功，動(dòng)能減小，且至最高點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能為零，A錯(cuò)誤；小球的重力勢能隨高度增加而增大，且Epmgh，B正確；除重力之外，空氣阻力始終做負(fù)功，由功能關(guān)系可知，小球的機(jī)械能隨高度的變化一直減小，又因?yàn)樯仙^程中空氣阻力逐漸減小，機(jī)械能隨高度的變化越來越慢，下降過程中空氣阻力逐漸增大，機(jī)械能隨高度的變化越來越快，C正確；vt圖象的斜率表示小球運(yùn)動(dòng)的加速度，小球上升過程空氣阻力隨速度的減小而減小，合力逐漸減小，其加速度逐漸減小，小球下降過程中空氣阻力隨速度的增大而增大，合力逐漸減小，其加速度逐漸減小，速率v隨時(shí)間t變化的圖線只考慮速度的大小變化，不考慮方向變化，D正確答案：BCD三、非選擇題9如圖所示，傳送帶始終保持v3 m/s的速度順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，一個(gè)質(zhì)量為m1.0 kg，初速度為零的小物體放在傳送帶的左端，若物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.15，傳送帶左右兩端距離為x4.5 m(g10 m/s2)(1)求物體從左端到右端的時(shí)間；(2)求物體從左端到右端的過程中產(chǎn)生的內(nèi)能；(3)設(shè)帶輪由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，求為了使物體從傳送帶左端運(yùn)動(dòng)到右端而多消耗的電能解析：(1)滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的加速度為ag0.1510 m/s21.5 m/s2所以速度達(dá)到3 m/s的時(shí)間為t12 s2 s內(nèi)物體發(fā)生的位移為x1at3 m<4.5 m所以物體先加速后勻速到達(dá)另一端t20.5 s，總時(shí)間為tt1t22.5 s(2)物體與傳送帶之間的相對(duì)位移為xvt1x13 m，所以產(chǎn)生的熱量為Qmgx0.151103 J4.5 J(3)解法1：物體在傳送帶上滑行時(shí)皮帶受到向后的摩擦力和電動(dòng)機(jī)的牽引力做勻速直線運(yùn)動(dòng)故摩擦力對(duì)傳送帶做功與電動(dòng)機(jī)做的功(電動(dòng)機(jī)多消耗的電能)大小相等故E電mgx2mgvt9 J.解法2：電動(dòng)機(jī)多消耗的電能等于物體的動(dòng)能的增加量與產(chǎn)生的內(nèi)能之和，故有E電Qmv29 J.答案：(1)2.5 s(2)4.5 J(3)9 J10如圖所示，在豎直平面內(nèi)固定有兩個(gè)很靠近的同心圓形軌道，外圓ABCD光滑，內(nèi)圓的上半部分BCD粗糙，下半部分BAD光滑一質(zhì)量為m0.2 kg的小球從外軌道的最低點(diǎn)A處以初速度v0向右運(yùn)動(dòng)，小球的直徑略小于兩圓的間距，小球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R0.2 m，取g10 m/s2.(1)若要使小球始終緊貼著外圓做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，初速度v0至少為多少？(2)若v03 m/s，經(jīng)過一段時(shí)間后小球到達(dá)最高點(diǎn)，內(nèi)軌道對(duì)小球的支持力FC2 N，則小球在這段時(shí)間內(nèi)克服摩擦力做的功是多少？(3)若v03.1 m/s，經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，小球經(jīng)過最低點(diǎn)A時(shí)受到的支持力為多少？小球在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中減少的機(jī)械能是多少？解析：(1)設(shè)此情形下小球到達(dá)外軌道的最高點(diǎn)的最小速度為vC，則由牛頓第二定律可得mg由動(dòng)能定理可知2mgRmvmv代入數(shù)據(jù)解得：v0 m/s.(2)設(shè)此時(shí)小球到達(dá)最高點(diǎn)的速度為vC，克服摩擦力做的功為W，則由牛頓第二定律可得mgFC由動(dòng)能定理可知2mgRWmvmv代入數(shù)據(jù)解得：W0.1 J(3)經(jīng)足夠長的時(shí)間后，小球在下半圓軌道內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)設(shè)小球經(jīng)過最低點(diǎn)的速度為vA，受到的支持力為FA，則由動(dòng)能定理可知mgRmv根據(jù)牛頓第二定律可得FAmg代入數(shù)據(jù)解得：FA3mg6 N設(shè)小球在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中減少的機(jī)械能為E，由功能關(guān)系有EmvmgR代入數(shù)據(jù)解得：E0.561 J.答案：(1) m/s(2)0.1 J(3)0.561 J11如圖所示，由于街道上的圓形污水井蓋破損，臨時(shí)更換了一個(gè)稍大于井口的紅色圓形平板塑料蓋為了測試因塑料蓋意外移動(dòng)致使蓋上的物塊滑落入污水井中的可能性，有人做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：將一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)量為m的硬橡膠塊置于塑料蓋的圓心處，給塑料蓋一個(gè)沿徑向的水平向右的初速度v0，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是硬橡膠塊恰好與塑料蓋分離設(shè)硬橡膠塊與塑料蓋間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，塑料蓋的質(zhì)量為2m、半徑為R，假設(shè)塑料蓋與地面之間的摩擦可忽略，且不計(jì)塑料蓋的厚度(1)求硬橡膠塊與塑料蓋剛好分離時(shí)的速度大小；(2)通過計(jì)算說明實(shí)驗(yàn)中的硬橡膠塊是落入井內(nèi)還是落在地面上解析：(1)設(shè)硬橡膠塊與塑料蓋恰好分離時(shí)，兩者的共同速度為v，從開始滑動(dòng)到分離經(jīng)歷時(shí)間為t，在此期間硬橡膠塊與塑料蓋的加速度大小分別為a1、a2，由牛頓第二定律得：mgma1mg2ma2va1tv0a2t由以上各式得vv0.(2)設(shè)硬橡膠塊與塑料蓋恰好分離時(shí)，硬橡膠塊移動(dòng)的位移為x，取硬橡膠塊分析，應(yīng)用動(dòng)能定理得mgxmv2由系統(tǒng)能量關(guān)系可得mgR(2m)v(m2m)v2由式可得xR因x<R，故硬橡膠塊將落入污水井內(nèi)答案：(1)v0(2)落入污水井內(nèi)