2019-2020年高三物理一轮复习 E单元 功和能专练（含详解）.doc

2019-2020年高三物理一轮复习 E单元 功和能专练（含详解）目录E1 功和功率1E2 动能 动能定理2E3 机械能守恒定律11E4 实验：探究动能定理22E5 实验：验证机械能守恒定律23E6 功和能综合25 E1 功和功率【题文】（物理卷xx届甘肃省兰州一中高一下学期期末考试（xx.07）17（12分）如图甲所示，在水平路段AB上有一质量为2103 kg的汽车，正以10 m/s的速度向右匀速行驶，汽车前方的水平路段BC较粗糙，汽车通过整个ABC路段的vt图象如图乙所示，在t20 s时汽车到达C点，运动过程中汽车发动机的输出功率保持不变。假设汽车在AB路段上运动时所受的恒定阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)Ff12 000 N。(解题时将汽车看成质点)求： (1)运动过程中汽车发动机的输出功率P；(2)汽车速度减至8 m/s时的加速度a的大小；(3)BC路段的长度。【知识点】 动能定理的应用；功率、平均功率和瞬时功率E1 E2 E6【答案解析】(1)20kW(2) 0.75 m/s2 (3)93.75m解析(1)汽车在AB路段时牵引力和阻力相等，则F1Ff1，输出功率PF1v1 解得P20 kW(2)t15 s后汽车处于匀速运动状态，有F2Ff2，PF2v2，则Ff2 解得Ff24 000 Nv8 m/s时汽车在做减速运动，有Ff2Fma，F 解得a0.75 m/s2(3)对BC段由动能定理得 PtFf2xmvmv解得x93.75 m【思路点拨】（1）由图看出，汽车的运动情况，AB段汽车做匀速运动，牵引力与阻力相等，由P=Fv，F=f1=xxN求解汽车发动机的输出功率P（2）t=15s后汽车处于匀速运动状态，由功率公式求出阻力的大小，汽车速度减至8m/s时，由功率公式求出牵引力的大小，再由牛顿第二定律求解汽车的加速度（3）对BC段，根据动能定理求解BC路段的长度本题首先要根据速度图象分析汽车的运动情况，抓住汽车的功率一定这个条件，掌握功率公式P=Fv，即可由图象读出速度，求解牵引力和阻力 E2 动能 动能定理【题文】（物理卷xx届甘肃省兰州一中高一下学期期末考试（xx.07）7已知货物的质量为m，在某段时间内起重机将货物以a的加速度加速升高h，则在这段时间内，下列叙述正确的是(重力加速度为g) A货物的动能一定增加mahmghB货物的机械能一定增加mahC货物的重力势能一定增加mahD货物的机械能一定增加mahmgh【知识点】 功能关系；动能和势能的相互转化E2 E3 E6【答案解析】D解析解：A、根据牛顿第二定律得：合力为F合=ma，则合力做功为W合=mah，知动能增加量为mah故A错误B、货物上升h高度，重力势能的增加量为mgh，则机械能的增加量为mah+mgh故B、C错误，D正确故选：D【思路点拨】根据重力做功的大小求出重力势能的增加量，根据合力做功的大小求出动能的增加量，根据动能和重力势能的增加量求出机械能的增加量解决本题的关键知道重力做功与重力势能的关系，合力做功与动能的关系，对于机械能的变化量，也可以通过除重力以外其它力做功等于机械能增加量求出机械能的增加量【题文】（物理卷xx届甘肃省兰州一中高一下学期期末考试（xx.07）15（10分）如右图所示，是半径为的圆弧形光滑且绝缘的轨道，位于竖直平面内，其下端与水平绝缘轨道平滑连接，整个轨道处在水平向左的匀强电场中，电场强度为，今有一质量为、带正电的小滑块，（体积很小可视为质点），从点由静止释放，滑到水平轨道上的点时速度减为零。若已知滑块与水平轨道间的动摩擦因数为，求： （1）滑块通过点时的速度大小； （2）水平轨道上、两点之间的距离。 【知识点】 动能定理的应用；电场强度E2 E6 I1【答案解析】（1）（2）解析（1）小滑块从到的过程中，只有重力和电场力做功。设滑块通过点时的速度为，根据动能定理有： 解得：（2）设、两点间的距离为，则滑块由滑到的过程中，由动能定理有： 解得：【思路点拨】（1）小滑块从C到B的过程中，只有重力和电场力对它做功，根据动能定理求解（2）对整个过程研究，重力做正功，水平面上摩擦力做负功，电场力做负功，根据动能定理求出水平轨道上A、B两点之间的距离本题考查分析和处理物体在复合场运动的能力对于电场力做功W=qEd，d为两点沿电场线方向的距离【题文】（物理卷xx届甘肃省兰州一中高一下学期期末考试（xx.07）16（10分如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相切，半圆形导轨的半径为R。一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧，当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍，之后向上运动恰能到达最高点C。(不计空气阻力)试求：(1)物体在A点时弹簧的弹性势能；(2)物体从B点运动至C点的过程中产生的内能。【知识点】 功能关系；能量守恒定律E2 E6【答案解析】（1） （2）mgR解析(1)设物体在B点的速度为vB，所受弹力为FNB，则有FNBmgm，又FNB8mg，由能量守恒定律可知：弹性势能EpmvmgR。(2)设物体在C点的速度为vC，由题意可知：mgm物体由B点运动到C点的过程中，由能量守恒定律得：Qmv(mv2mgR)，解得：QmgR。【思路点拨】（1）根据牛顿第二定律得出B点的速度，结合能量守恒定律求出物体在A点时的弹簧的弹性势能（2）物体恰好通过最高点C，根据牛顿第二定律求出C点的速度，通过能量守恒定律求出物体从B点运动至C点的过程中产生的热量本题考查了牛顿第二定律和能量守恒定律的综合运用，知道圆周运动向心力的来源是解决本题的关键【题文】（物理卷xx届甘肃省兰州一中高一下学期期末考试（xx.07）17（12分）如图甲所示，在水平路段AB上有一质量为2103 kg的汽车，正以10 m/s的速度向右匀速行驶，汽车前方的水平路段BC较粗糙，汽车通过整个ABC路段的vt图象如图乙所示，在t20 s时汽车到达C点，运动过程中汽车发动机的输出功率保持不变。假设汽车在AB路段上运动时所受的恒定阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)Ff12 000 N。(解题时将汽车看成质点)求： (1)运动过程中汽车发动机的输出功率P；(2)汽车速度减至8 m/s时的加速度a的大小；(3)BC路段的长度。【知识点】 动能定理的应用；功率、平均功率和瞬时功率E1 E2 E6【答案解析】(1)20kW(2) 0.75 m/s2 (3)93.75m解析(1)汽车在AB路段时牵引力和阻力相等，则F1Ff1，输出功率PF1v1 解得P20 kW(2)t15 s后汽车处于匀速运动状态，有F2Ff2，PF2v2，则Ff2 解得Ff24 000 Nv8 m/s时汽车在做减速运动，有Ff2Fma，F 解得a0.75 m/s2(3)对BC段由动能定理得 PtFf2xmvmv解得x93.75 m【思路点拨】（1）由图看出，汽车的运动情况，AB段汽车做匀速运动，牵引力与阻力相等，由P=Fv，F=f1=xxN求解汽车发动机的输出功率P（2）t=15s后汽车处于匀速运动状态，由功率公式求出阻力的大小，汽车速度减至8m/s时，由功率公式求出牵引力的大小，再由牛顿第二定律求解汽车的加速度（3）对BC段，根据动能定理求解BC路段的长度本题首先要根据速度图象分析汽车的运动情况，抓住汽车的功率一定这个条件，掌握功率公式P=Fv，即可由图象读出速度，求解牵引力和阻力【题文】（物理卷xx届河北省唐山一中高二下学期期末考试（xx.07）15（10分）在光滑水平地面上有一凹槽A，中央放一小物块B.物块与左右两边槽壁的距离如图所示，L为4.0 m，凹槽与物块的质量均为m，两者之间的动摩擦因数为0.05开始时物块静止在凹槽中央，凹槽以v02 m/s初速度向右运动，某一时刻物块与凹槽槽壁碰撞粘合在一起，g取10 m/s2.求：(1)物块与凹槽粘合在一起后的速度；(2)在此过程中物体向右运动的位移。【知识点】 动量守恒定律动能定理 E2 E6 F2【答案解析】（1）1m/s， （2）1m解析：（1）设两者间相对静止时的速度为v，由动量守恒定律得：mv0=2mv解得：v=1m/s（2）物块与凹槽间的滑动摩擦力f=N=mg设两者间相对静止前，对木块应用动能定理 fx= 解：x=1m【思路点拨】（1）碰撞过程中动量守恒，根据动量守恒定律列式即可求解；（2）整个过程，对整体根据动能定理列式即可求解；本题主要考查了动量守恒定律、动能定理及能量守恒定律的直接应用，要求同学们能正确分析物体的运动情况，难度适中【题文】（物理卷xx届河北省唐山一中高二下学期期末考试（xx.07）17（18分）探究某种笔的弹跳问题时，把笔分为轻质弹簧、内芯和外壳三部分，其中内芯和外壳质量分别为m和4m.笔的弹跳过程分为三个阶段：把笔竖直倒立于水平硬桌面，下压外壳使其下端接触桌面（见图a）；由静止释放，外壳竖直上升至下端距桌面高度为h1时，与静止的内芯碰撞（见图b）；碰后，内芯与外壳以共同的速度一起上升到外壳下端距桌面最大高度为h2处（见图c）。设内芯与外壳的撞击力远大于笔所受重力、不计摩擦与空气阻力，重力加速度为g。求： （1）外壳与内芯碰撞过程中外壳对内芯撞击力的冲量大小和方向；（2）从外壳下端离开桌面到上升至h2处，笔损失的机械能。【知识点】 动能定理的应用；动量守恒定律；机械能守恒定律E2 E3 E6 F2【答案解析】（1） 向上 （2）mg(h2h1)解析设外壳上升高度h1时速度为V1，外壳与内芯碰撞后瞬间的共同速度大小为V2，（1）对外壳和内芯，从撞后达到共同速度到上升至h2处，应用动能定理有：（4m+m）g（h2-h1）=（4m+m）V22，解得V2=；由动量定理冲量大小为P=mv=，方向向上（2）外壳和内芯，碰撞过程瞬间动量守恒，应用动量守恒定律有：4mV1=（4m+m）V2，解得V1=由于外壳和内芯达到共同速度后上升高度h2的过程，机械能守恒，只是在外壳和内芯碰撞过程有能量损失，损失的能量为E损=（4m）V12-（4m+m）V22，联立解得E损= mg（h2-h1）【思路点拨】把题目中的文字和图结合起来，了解外壳与内芯的运动过程，可分为三个过程：外壳上升高度h1过程、外壳与内芯碰撞过程、内芯与外壳以共同的速度一起上升h2处过程选择好研究对象应用动能定理和动量守恒定律解决问题了解研究对象的运动过程是解决问题的前提，根据题目已知条件和求解的物理量选择物理规律解决问题做题目可以去尝试运用某一物理规律，如果不能解决再换用其他的，做完可以去总结【题文】（物理卷xx届江苏省南京市金陵中学高三第四次模拟考试（xx.05）15.(16分)如图所示，在竖直平面内，粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD相切于B，C是最低点，圆心角BOC37，D与圆心O等高，圆弧轨道半径R1.0 m，现有一个质量为m0.2 kg可视为质点的小物体，从D点的正上方E点处自由下落，DE距离h1.6 m，小物体与斜面AB之间的动摩擦因数0.5.取sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2。求：（1）小物体第一次通过C点时对轨道的压力；（2）要使小物体不从斜面顶端飞出，斜面至少要多长；（3）若斜面已经满足（2）要求，请首先判断小物体是否可能停在斜面上。再研究小物体从E点开始下落后，整个过程中系统因摩擦所产生的热量Q的大小。【知识点】 动能定理的应用；牛顿第二定律；功能关系；机械能守恒定律C2 E2 E3 E6【答案解析】(1)12.4N (2) 2.4m (3)4.8J解析(1)（4分）小物体从E到C，由能量守恒得： 在C点，由牛顿第二定律得：FNmgm， 联立解得FN12.4 N.根据牛三，大小为12.4N,方向竖直向上。(2)（5分）从EDCBA过程，由动能定理得：WGWf0，WGmg(hRcos37)LABsin 37， Wfmgcos 37LAB，联立解得LAB2.4 m.(3)（7分）因为mgsin 37mgcos 37(或mgcos 37(或tan 37)，所以，小物体不会停在斜面上小物体最后以C为中心，B为一侧最高点沿圆弧轨道做往返运动，从E点开始直至运动稳定，系统因摩擦所产生的热量，QEp，Epmg(hRcos 37)，联立解得Q4.8 J.【思路点拨】（1）由机械能守恒可求得物体在C点的速度，C点物体做圆周运动，则由牛顿第二定律充当向心力可求得支持力；（2）要使物体不飞出，则到达A点时速度恰为零，则由动能定理可求得AB的长度；（3）由于摩擦力小于重力的分力，则物体不会停在斜面上，故最后物体将稳定在C为中心的圆形轨道上做往返运动，由功能关系可求得热量Q. 在考查力学问题时，常常将动能定理、机械能守恒及牛顿第二定律等综合在一起进行考查，并且常常综合平抛、圆周运动及匀变速直线运动等运动的形式【题文】（理综卷xx届西藏自治区高三最后一次模拟统一考试（xx.05）19. 目前，在地球周围有许多人造地球卫星绕着它转，其中一些卫星的轨道可近似为圆，且轨道半径逐渐变小。若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中，只受到地球引力和稀薄气体阻力的作用，则下列判断正确的是： ( )A. 卫星的动能逐渐减小 B. 由于地球引力做正功，引力势能一定减小C. 由于气体阻力做负功，地球引力做正功，机械能保持不变D. 卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小 【知识点】 功能关系；机械能守恒定律D5 E3 E6【答案解析】BD解析A、由可知，v=，可见，卫星的速度大小随轨道半径的减小而增大，所以A错误；B、由于卫星高度逐渐降低，所以地球引力对卫星做正功，引力势能减小，所以B正确；C、由于气体阻力做负功，所以卫星与地球组成的系统机械能减少，故C错误；D、根据动能定理可知引力与空气阻力对卫星做的总功应为正值，而引力做的功等于引力势能的减少，即卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的变化，所以D正确故选BD【思路点拨】本题关键是首先根据地球对卫星的万有引力等于卫星需要的向心力，得出卫星的动能随轨道半径的减小而增大，然后再根据动能定理和功能原理讨论即可若卫星做圆周运动，则应满足 ，可得轨道半径越小v越大，应熟记 E4 实验：探究动能定理【题文】（物理卷xx届江苏省南京市金陵中学高三第四次模拟考试（xx.05）10(8分)（1）如图所示，螺旋测微器的读数为 mm；游标卡尺的读数为 cm。(2)在研究性学习中，一合作学习小组的课题是“探究恒力做功与动能改变的关系”。在实验中，某同学采用如图所示装置的实验方案，他想用砂和砂桶的总重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，他使长木板左端抬起一个合适的高度，平衡摩擦力。你认为在实验中还应该使_ _。如图所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，距离如图所示。则打C点时小车的速度表达式为(用题中所给物理量表示)_ _；要验证合外力做的功与动能间的变化关系，除了要测量砂和砂桶的总重力、小车的位移、速度外，还要测出的物理量有_ _。【知识点】 探究功与速度变化的关系E4【答案解析】：（1）1.901（1.901-1.903） 3.075（2）小车的质量远大于砂和砂桶的总质量 小车质量解析：（1）螺旋测微器的固定刻度读数为1.5mm，可动刻度读数为0.0140.2mm=0.402mm，所以最终读数为1.5mm+0.402mm=1.902mm游标卡尺的主尺读数为3.0cm，游标读数为0.0515mm=0.75mm=0.075cm，所以最终读数为3.0cm+0.075cm=3.075cm（2）小车在水平木板运动时水平方向受到绳的拉力和摩擦力，想用钩码的重力表示小车受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；其次：设小车质量M，钩码质量m，整体的加速度为a，绳上的拉力为F，则：对小车有：F=Ma；对钩码有：mg-F=ma，即 mg=（M+m）a；如果用钩码的重力表示小车受到的合外力，则要求：Ma=（M+m）a，必须要满足钩码的质量远小于小车的总质量，这样两者才能近似相等根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度大小得：C点时小车的速度表达式为vC验证合外力的功与动能变化间的关系的原理：mgxMv2，由此可知需要测量的物理量有：钩码质量m，小车的质量M，位移x，速度v【思路点拨】（1）游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读（2）小车在水平木板运动时水平方向受到绳的拉力和摩擦力，想用钩码的重力表示小车受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；如果用钩码的重力表示小车受到的合外力，则要求：Ma=（M+m）a，必须要满足钩码的质量远小于小车的总质量，这样两者才能近似相等根据在匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度大小等于该过程中的平均速度大小可以求出C点的速度大小；根据动能定理列式可知所测物理量（1）解决本题的关键掌握游标卡尺和螺旋测微器的读数方法，游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数，在读可动刻度读数时需估读（2）要明确此题在验证合外力的功与动能变化间的关系中用到的原理，围绕实验原理，明确实验目的，根据相应的物理规律可知需要测量的物理量及实验时的注意事项 E5 实验：验证机械能守恒定律【题文】（物理卷xx届甘肃省兰州一中高一下学期期末考试（xx.07）13某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05 s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表(当地重力加速度取10 m/s2，小球质量m0.2 kg，结果保留三位有效数字)：时刻t2t3t4t5速度/(m/s)5.595.084.58(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5_m/s。(2)从t2到t5时间内，重力势能增加量Ep_J，动能减小量Ek_J。(3)在误差允许的范围内，若Ep与Ek近似相等，从而验证了机械能守恒定律。由上述计算得Ep_Ek(选填“”“”或“”)，造成这种结果的主要原因是_ 。【知识点】 验证机械能守恒定律E5【答案解析】(1)4.08m/s (2)1.42 1.46 (3) 因为存在空气摩擦等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量 解析(1)v5 cm/s408 cm/s4.08 m/s.(2)由题给条件知：h25(26.6824.1621.66) cm72.5 cm0.725 m.Epmgh250.2100.725 J1.45 JEkmvmv0.2(5.5924.082) J1.46 J(3)由(2)中知EpEk，因为存在空气摩擦等原因，导致重力势能的增加量小于动能的减少量【思路点拨】（1）在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，据此可以求t5时刻的速度大小；（2）根据重力做功和重力势能之间的关系可以求出重力势能的减小量，根据起末点的速度可以求出动能的增加量；（3）由于纸带和打点计时器的摩擦以及空气阻力的存在，导致动能的减小量没有全部转化为重力势能本题考查了验证机械能守恒定律中的数据处理方法，以及有关误差分析，尤其是误差分析是难点，要学会根据可能产生误差的原因进行分析 E6 功和能综合【题文】（物理卷xx届甘肃省兰州一中高一下学期期末考试（xx.07）7已知货物的质量为m，在某段时间内起重机将货物以a的加速度加速升高h，则在这段时间内，下列叙述正确的是(重力加速度为g) A货物的动能一定增加mahmghB货物的机械能一定增加mahC货物的重力势能一定增加mahD货物的机械能一定增加mahmgh【知识点】 功能关系；动能和势能的相互转化E2 E3 E6【答案解析】D解析解：A、根据牛顿第二定律得：合力为F合=ma，则合力做功为W合=mah，知动能增加量为mah故A错误B、货物上升h高度，重力势能的增加量为mgh，则机械能的增加量为mah+mgh故B、C错误，D正确故选：D【思路点拨】根据重力做功的大小求出重力势能的增加量，根据合力做功的大小求出动能的增加量，根据动能和重力势能的增加量求出机械能的增加量解决本题的关键知道重力做功与重力势能的关系，合力做功与动能的关系，对于机械能的变化量，也可以通过除重力以外其它力做功等于机械能增加量求出机械能的增加量【题文】（物理卷xx届甘肃省兰州一中高一下学期期末考试（xx.07）9如图所示，传送带保持1 m/s的速度顺时针转动。现将一质量m0.5 kg的小物体轻轻地放在传送带的a点上，物体与传送带间的动摩擦因数0.1，a、b间的距离L2.5 m，g10 m/s2。设物体从a点运动到b点所经历的时间为t，该过程中物体和传送带间因摩擦而产生的热量为Q，下列关于t和Q的值正确的是At s，Q1.25 J Bt s，Q0.5 JCt3 s，Q0.25 J Dt2.5 s，Q0.25 J【知识点】 能量守恒定律；匀变速直线运动的速度与时间的关系；牛顿第二定律A2 A8 C2 E6【答案解析】C解析解：先求解运动的总时间，皮带加速过程，受重力、支持力和摩擦力，根据牛顿第二定律，有mg=ma解得a=g=1m/s2加速时间为：t1= =1s加速位移为：x1=at2=11=0.5m故匀速位移为：x2=L-x1=2.5m-0.5m=2.0m匀速运动的时间为：t2= =2.0s故运动的总时间为：t=t1+t2=3s再求解热量Q，相对路程为S=vt1-x1=0.5m故热量为：Q=mgS=0.10.5100.5=0.25J故选C【思路点拨】滑块刚放上皮带时，在滑动摩擦力的作用下向右匀加速运动，根据速度时间公式求出加速的时间，再根据位移时间关系公式求解出加速的最大位