物理二轮练习精练精析——5.4功能关系能量守恒定律2

2019 版物理二轮练习精练精析5.4 功能关系能量守恒定律2注意事项 ：认真阅读理解，结合历年的真题，总结经验，查找不足！重在审题，多思考，多理解！无论是单选、多选还是论述题，最重要的就是看清题意。在论述题中， 问题大多具有委婉性， 尤其是历年真题部分，在给考生较大发挥空间的同时也大大增加了考试难度。考生要认真阅读题目中提供的有限材料， 明确考察要点， 最大限度的挖掘材料中的有效信息， 建议考生答题时用笔将重点勾画出来， 方便反复细读。 只有经过仔细推敲， 揣摩命题老师的意图，积极联想知识点，分析答题角度，才能够将考点锁定，明确题意。1.(2018 天门模拟 ) 如下图，质量为 m的跳高运动员先后用背越式和跨越式两种跳高方式跳过某一高度，该高度比他起跳时的重心高出h，那么他从起跳后至越过横杆的过程中克服重力所做的功 (). 都必须大于 mghB. 都不一定大于 mghC.用背越式不一定大于 mgh，用跨越式必须大于 mgh D.用背越式必须大于 mgh，用跨越式不一定大于 mgh2.(2018 长春模拟 ) 如下图，在光滑四分之一圆弧轨道的顶端 a 点，质量为 m的物块 ( 可视为质点 ) 由静止开始下滑，经圆弧最低点 b 滑上粗糙水平面，圆弧轨道在 b 点与水平轨道平滑相接， 物块最终滑至 c 点停止 . 假设圆弧轨道半径为 R, 物块与水平面间的动摩擦因数为 , 以下说法正确的选项是 (). 物块滑到 b 点时的速度为gRB. 物块滑到 b 点时对 b 点的压力是 3mgC.c 点与 b 点的距离为 RD.整个过程中物块机械能损失了mgR3. 一质量为 m的物体以某一速度冲上一个倾角为 37的斜面，其运动的加速度的大小为 0.9g. 这个物体沿斜面上升的最大高度为 H，那么在这个过程中 (). 物体的重力势能增加了0.9mgHB. 物体的重力势能增加了mgHC.物体的动能损失了0.5mgHD.物体的机械能损失了0.5mgH4.(2012 南通模拟 ) 如图甲所示，在倾角为 的光滑斜面上，有一个质量为 m的物体在沿斜面方向的力 F 的作用下由静止开始运动， 物体的机械能 E 随位移 x 的变化关系如图乙所示 . 其中 0x1 过程的图线是曲线， x1x2 过程的图线为平行于 x 轴的直线，那么以下说法中正确的选项是 (). 物体在沿斜面向下运动B. 在 0x1 过程中，物体的加速度一直减小C.在 0x2 过程中，物体先减速再匀速D.在 x1x2 过程中，物体的加速度为gsin 5.(2018 中山模拟 ) 如下图，、B 两物体用一根跨过定滑轮的细绳相连，置于固定斜面体的两个斜面上的相同高度处，且都处于静止状态，两斜面的倾角分别为和，假设不计摩擦，剪断细绳后，以下关于两物体说法中正确的选项是(). 两物体着地时所受重力的功率相同B. 两物体着地时的动能相同C.两物体着地时的速率相同D.两物体着地时的机械能相同6. 将三个不同的斜面如下图放置， 其中斜面 1 与 2 底边相同，斜面 2 和 3 高度相同，同一物体与三个斜面间的动摩擦因数均相同，在物体分别沿三个斜面从顶端由静止下滑到底端的过程中，以下说法正确的选项是 (). 三种情况下物体损失的机械能E3 E2 E1B. 三种情况下摩擦产生的热量Q1=Q2v2=v3D.到达底端的速度v1v2v37.(2018 临沂模拟 ) 第十三届田径锦标赛于 2017 年 8 月在韩国大邱举行 . 在撑杆跳比赛中 , 波兰选手沃伊切霍夫斯基以 5.90m 的高度夺金 , 如果把撑杆跳全过程分成四个阶段 :a b、bc、c d、de，如下图，那么对这四个阶段的以下描述正确的有 ().a b 为加速助跑阶段，人和杆的机械能在增加B.b c 为杆弯曲人上升阶段，系统动能减少，重力势能和弹性势能在增加C.c d 为杆伸直人上升阶段，人的动能转化为重力势能D.de 为人过横杆后的下落阶段，重力所做的功等于人机械能的增加量8. 传送带用于传送工件可以提高工作效率 . 如下图 , 传送带长度是 l , 以恒定的速度 v 运送质量为 m的工件 , 工件从最低点 无初速度地放到传送带上 , 到达最高点 B前有一段匀速的过程 . 工件与传送带之间的动摩擦因数为 , 传送带与水平方向夹角为 , 每当前一个工件在传送带上停止相对滑动时 , 后一个工件立即放到传送带上 , 整条传送带满载时恰好能传送 n 个工件 . 重力加速度为 g, 那么以下说法正确的选项是 (). 在传送带上摩擦力对每个工件做的功为2W fmv cos2( cossin )B. 在传送带上摩擦力对每个工件做的功为1mv 2Wfmgl sin2C.每个工件与传送带之间由摩擦产生的热量为Qmvcos2(cos sin )D.传送带满载工件比空载时增加的功率为 P=mgv(cos +nsin -sin )【二】计算题 ( 本大题共 2 小题，共 28 分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)9.(2018 聊城模拟 )(14 分) 如下图，水平光滑地面上停放着一辆小车，左侧靠在竖直墙壁上, 小车的四分之一圆弧轨道B光滑 , 在最低点 B与水平轨道 BC相切 ,BC 的长度 L=2m,圆弧半径 R=1m,整个轨道处于同一竖直平面内 , 可视为质点的物块从 C点以 8m/s 初速度向左运动 ,物块与 BC部分的动摩擦因数 =0.7, 物块质量为 m=1kg,小车的质量M=3.5kg(g=10m/s2) 求:(1) 物块到达圆弧轨道最低点 B 时对轨道的压力及离开 B 点上升的最大高度 .(2) 物块滑向 B 点后再经多长时间离开小车及小车运动的最大速度.10.(2018 常熟模拟 )(14 分) 如下图 , 遥控电动赛车 ( 可视为质点 ) 从点由静止出发 , 经过时间 t 后关闭电动机 , 赛车继续前进至 B点后进入固定在竖直平面内的圆形光滑轨道 , 通过轨道最高点 P 后又进入水平轨道 CD上 . 赛车在水平轨道 B 部分和 CD部分运动时受到的阻力恒为车重的 0.5 倍, 即 k=Ff /mg=0.5, 赛车的质量 m=0.4kg, 通电后赛车的电动机以额定功率 P=2W工作 , 轨道 B 的长度 L=2m,圆形轨道的半径R=0.5m,空气阻力可以忽略 , 取重力加速度 g=10m/s2. 某次比赛 , 要求赛车在运动过程中既不能脱离轨道, 又要在 CD轨道上运动的路程最短. 在此条件下 ,求:(1) 赛车在 CD轨道上运动的最短路程.(2) 赛车电动机工作的时间 .答案解析1. 【解析】选 C.采用背越式跳高方式时，运动员的重心升高的高度可以低于横杆， 而采用跨越式跳高方式时， 运动员的重心升高的高度一定高于横杆，故用背越式时克服重力做的功不一定大于 mgh，而采用跨越式时克服重力做的功一定大于 mgh，C正确 .2. 【解析】选 B、C、D.由 a 到 b 的过程中，应用机械能守恒定律可得：12 , 得 v b2gR , 错误；由v b2 得： FNb=3mg，mgR2mv bFNb mgmRB正确；由能量守恒可得： mgR- mgx=0, 得R ，C正确；在整bcx bc个过程中，克服摩擦力做功为 mgxbc =mgR,故机械能损失了 mgR,D正确 .3. 【解析】选 B、D.由 mgsin37+Ff =ma可得： Ff =0.3mg, 物体上滑过程中，物体重力做负功，大小为 mgH，故重力势能增加了 mgH， 错误，B 正确；物体机械能的损失等于物体克服阻力所做的功，其大小为H0.5mgH，D正确；由22aH得：v02=3gH,故物体动能Fvfsin370sin37损失为 12mv 01.5mgH2,C 错误 .4. 【解析】选、D.由图乙可知，在0x1 过程中，物体机械能减少，故力 F 在此过程中做负功，因此，物体沿斜面向下运动，因在E-x图线中的 0x1 阶段，图线的斜率变小， 故力 F 在此过程中逐渐减小，由 mgsin-F=ma可知，物体的加速度逐渐增大， 正确，B、C错误 ;x 1 x2 过程中，物体机械能保持不变， F=0, 故此过程中物体的加速度a=gsin ,D 正确 .【变式备选】 (2018 桂林模拟 ) 如下图，劲度系数为 k 的轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上， 一质量为 m的小球，从离弹簧上端高 h 处由静止释放， 那么从小球压上弹簧后继续向下运动到最低点的过程中，以下说法正确的选项是 (). 弹簧的弹性势能逐渐增大B. 小球刚接触弹簧时动能最大C.小球所受合力的最大值可能等于重力D.该过程的某一阶段内，小球的动能增大而小球的机械能减少【解析】选、D.小球压上弹簧后继续向下运动到最低点的过程中，弹簧的压缩量增大，弹簧的弹性势能逐渐增大，正确；小球压上弹簧后的开始阶段，仍有mgkx，故小球还要继续加速，而此过程中小球的机械能有一部分转化为弹簧的弹性势能，小球机械能减少了， 故D正确， B 错误；小球在最低点时合力最大，方向向上，其合力一定大于 mg,C错误 .5. 【解析】选 、C.由剪断细绳前两物体平衡可得 : m A gsin m B gsin ,由机械能守恒得：12 , 可知两物体着地时的速度v2gH , 故mgH2mv它们的速度大小相同， 但因物体质量不同， 故两物体着地时的动能和机械能均不同， B、D 错误， C正确；由 PAm A gvsin ， PBmB gvsin 可知，两物体着地时，所受重力的功率相同，正确 .6. 【解析】选 B、D.物体损失的机械能等于因摩擦产生的热量，也等于物体克服摩擦力所做的功Wf，由 Wfmgcosl 可知， Wf 3Wf 2 Wf1，故 B 正确， 错误；由动能定理得：12, 由 h h可知，mghWfmv122v v , 由 Wf 3Wf 2 可知， v v , 故 C错误， D 正确 .12237. 【解析】选 、B. 在加速助跑阶段，人和杆的速度增大 , 其机械能增加 , 正确 ;在杆弯曲人上升阶段 , 系统的重力势能和弹性势能在增加 , 而系统动能减少 ,B 正确 ; 在 cd 阶段 , 杆伸直人上升的过程 , 杆的弹性势能和人的动能均转化为重力势能 ,C 错误 ; 人过横杆后的下落阶段 , 只有重力做功 , 人的机械能守恒 ,D 错误 .8. 【解题指南】解答此题时应明确以下三点：(1) 传送带对工件所做的功等于工件动能与重力势能的增量.(2) 由摩擦产生的热量等于滑动摩擦力与相对位移的乘积.(3) 满载时有一个工件是滑动摩擦力 , 其余为静摩擦力 .【解析】选 B、D.由动能定理可知 ,Wf mgl sin12 , 故传送带上摩mv2擦力对每个工件做的功为W f 1 mv 2,错误 ,B 正确 ; 工件加mgl sin2速过程的加速度mgcosmgsin, 加速到同速所用的时间agcosgsinmtvv, 故每个工件加速过程中由摩擦产生的热量agcosgsinvmcos v2Qmgcos (vtt)22( cossin ), 故 C错误；满载比空载时，传送带增加的拉力 F=(n-1)mgsin +mgcos, 故传送带满载比空载时增加的功率为 P=Fv=mgv(cos+nsin -sin ),D 正确 .9. 【解析】 (1) 物块由 C到 B的过程对物块由动能定理得 :mgL1mvB21mv222(2 分)据牛顿第二定律 :mvB 2FNmgR(2 分 )由牛顿第三定律FN=-FN， FN的大小为 46N,方向竖直向下(2 分)由机械能守恒定律 :12 ，mghmv B2解得 :h=1.8m(2 分 )(2) 设物块滑回 B点至轨道末端 C处分离用时 t, 对物块由牛顿第二定律mg=ma1对小车有 : mg=Ma2(2 分)vB t1 a1t 2(1 a2 t 2 ) L22(2 分 )解得 :2 st3分离时小车速度最大v 车=a2t解得 :v 车 =1.33m/s(2 分)答案： (1)46N ，方向竖直向下1.8m(2) 2 s1.33m/s310.【解析】(1) 要求赛车在运动过程中既不能脱离轨道, 又在 CD轨道上运动的路程最短 , 那么赛车经过圆轨道P 点时速度最小 , 此时赛车对轨道的压力为零 , 重力提供向心力 :mgmvP 2R(2 分 )C点的速度 , 由机械能守恒定律可得:mg 2R1mv P21mvC222(3 分)由上述两式联立，代入数据可得：vC=5m/s(1分)设赛车在CD轨道上运动的最短路程为x, 由动能定理可得：kmgx 01mvC22(2 分 )代入数据可得： x=2.5m(1 分 )(2) 由于竖直圆轨道光滑，由机械能守恒定律可知： vB=vC=5m/s从点到 B点的运动过程中，由能量守恒定律可得：Pt kmgL1 mvB22(3 分 )代入数据可得： t=4.5s(2 分 )答案： (1)2.5m(2)4.5s【总结提升】与功能关系相结合的圆周运动问题的分析方法(1) 确定研究对象，对研究对象进行受力分析和做功情况分析，对于多个过程的情形，要分析出在每一个过程中的受力和做功情况.(2) 注意不同过程的衔接 , 前一个过程的末状态 , 就是后一个过程的初状态 .(3) 分析每一个过程中的能量转化情况 , 机械能是否守恒 , 列出每一个过程的对应方程 .(4) 确定临界状态及特点 , 并列出相应的方程 .(5) 求解方程并进行验证 .