2024版高考物理一輪總復(fù)習(xí)專題五機(jī)械能第4講功能關(guān)系能量守恒提能演練

第4講功能關(guān)系、能量守恒知識(shí)鞏固練1.如圖所示是云上草原的無(wú)動(dòng)力滑草項(xiàng)目實(shí)景圖.整個(gè)滑道分為傾斜和水平兩部分，游客參與項(xiàng)目時(shí)，需要整個(gè)人坐進(jìn)塑料盆中，雙手握緊盆的邊緣，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與盆相對(duì)靜止.工作人員每次都是讓坐穩(wěn)在盆中的游客從靜止開(kāi)始滑下(不同滑道上的游客均從同一高度處滑下，滑道頂端準(zhǔn)備了很多新舊不一的塑料盆)，最終游客停在水平滑道上.下列說(shuō)法正確的是()A.同一游客在不同滑道上體驗(yàn)項(xiàng)目，整個(gè)過(guò)程中重力對(duì)其做功的功率一定相同B.不同的游客在同一滑道上停下的位置可能不同C.不同滑道上的游客停下的位置不同只是因?yàn)橛慰偷捏w重不同造成的D.在整個(gè)滑草的過(guò)程中，人與盆的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為盆與滑道間的內(nèi)能【答案】B【解析】同一游客在不同滑道上體驗(yàn)項(xiàng)目，整個(gè)過(guò)程中重力對(duì)其做功的功率不相同，因?yàn)椴煌老禄瑫r(shí)間不同，A錯(cuò)誤；不同的游客在同一滑道上停下的位置可能不同，因?yàn)樾屡f不一的塑料盆的動(dòng)摩擦因數(shù)不同，B正確；不同滑道上的游客停下的位置不同不是因?yàn)橛慰偷捏w重不同造成的，是因?yàn)樾屡f不一的塑料盆的動(dòng)摩擦因數(shù)不同造成的，C錯(cuò)誤；在整個(gè)滑草的過(guò)程中，人與盆的重力勢(shì)能大部轉(zhuǎn)化為盆與滑道間的內(nèi)能，因?yàn)檫€有空氣阻力做功，人與盆之間也存在摩擦等，D錯(cuò)誤.2.質(zhì)量為m的物體，從距地面h高處由靜止開(kāi)始以加速度a＝13g豎直下落到地面，在此過(guò)程中()A.物體的重力勢(shì)能減少13B.物體的動(dòng)能增加13C.物體的機(jī)械能減少13D.物體的機(jī)械能保持不變【答案】B【解析】豎直下落到地面過(guò)程中，WG＝mgh，故重力勢(shì)能減少mgh，A錯(cuò)誤；物體所受合力為F合＝ma＝13mg，由動(dòng)能定理得，動(dòng)能的增加量ΔEk＝F合h＝13mgh，B正確；由于重力勢(shì)能減少mgh，動(dòng)能增加13mgh，故機(jī)械能減少23mgh，C3.如圖所示，足夠長(zhǎng)的水平傳送帶以v＝2m/s的速度勻速前進(jìn)，上方漏斗以25kg/s的速度把煤粉均勻、豎直抖落到傳送帶上，然后隨傳送帶一起運(yùn)動(dòng).已知煤粉與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，欲使傳送帶保持原來(lái)的速度勻速前進(jìn)，則傳送帶的電動(dòng)機(jī)應(yīng)增加的功率為()A.200W B.50WC.100W D.無(wú)法確定【答案】C【解析】在1s內(nèi)落到傳送帶上煤的質(zhì)量為Δm，這部分煤由于摩擦力f的作用被傳送帶加速，由功能關(guān)系得fs＝12Δmv2，煤塊在摩擦力作用下加速前進(jìn)，因此有s＝0+v2t＝vt2.傳送帶的位移s傳＝vt，相對(duì)位移Δs＝s傳－s＝s，由此可知煤的位移和煤與傳送帶的相對(duì)位移相同，因此摩擦生熱Q＝fΔs＝12Δmv2，傳送帶需要增加的能量分為兩部分：第一部分為煤獲得的動(dòng)能，第二部分為傳送帶克服摩擦力做功來(lái)保持傳送帶速度.所以傳送帶1s內(nèi)增加的能量ΔE＝12Δmv2+fΔs＝Δmv2＝25×22J＝100J，皮帶機(jī)應(yīng)增加的功率P＝ΔE4.(2022年北京卷)我國(guó)航天員在“天宮課堂”中演示了多種有趣的實(shí)驗(yàn)，提高了青少年科學(xué)探索的興趣.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：細(xì)繩一端固定，另一端系一小球，給小球一初速度使其在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng).無(wú)論在“天宮”還是在地面做此實(shí)驗(yàn)()A.小球的速度大小均發(fā)生變化B.小球的向心加速度大小均發(fā)生變化C.細(xì)繩的拉力對(duì)小球均不做功D.細(xì)繩的拉力大小均發(fā)生變化【答案】C【解析】在地面上做此實(shí)驗(yàn)，忽略空氣阻力，小球受到重力和繩子拉力的作用，拉力始終和小球的速度垂直，不做功，重力會(huì)改變小球速度的大??；在“天宮”上，小球處于完全失重的狀態(tài)，小球僅在繩子拉力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，繩子拉力仍然不做功，A錯(cuò)誤，C正確；在地面上小球運(yùn)動(dòng)的速度大小改變，根據(jù)a＝v2r和F＝mv2r(重力不變)可知小球的向心加速度和拉力的大小發(fā)生改變，在“天宮”上小球的向心加速度和拉力的大小不發(fā)生改變，B綜合提升練5.(多選)如圖所示，光滑水平面OB與足夠長(zhǎng)粗糙斜面BC交于B點(diǎn).輕彈簧左端固定于豎直墻面，用質(zhì)量為m1的滑塊壓縮彈簧至D點(diǎn)，然后由靜止釋放滑塊，滑塊脫離彈簧后經(jīng)B點(diǎn)滑上斜面，上升到最大高度，并靜止在斜面上.換用相同材料、質(zhì)量為m2的滑塊(m2＞m1)壓縮彈簧至同一點(diǎn)D后，重復(fù)上述過(guò)程.不計(jì)滑塊經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能損失，下列說(shuō)法正確的是()A.兩滑塊到達(dá)B點(diǎn)的速度相同B.兩滑塊沿斜面上升過(guò)程中的加速度相同C.兩滑塊上升到最高點(diǎn)的過(guò)程中克服重力做的功相同D.兩滑塊上升到最高點(diǎn)的過(guò)程中因摩擦產(chǎn)生的熱量相同【答案】BCD【解析】?jī)纱螌?shí)驗(yàn)，彈簧壓縮形變是相同的，所以彈性勢(shì)能相等，兩滑塊到達(dá)B點(diǎn)的動(dòng)能是相等的，12m1v12＝12m2v22，又m2＞m1，所以v1＞v2，兩滑塊到達(dá)B點(diǎn)的速度不相同，A錯(cuò)誤.根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律可得，沿斜面上升時(shí)，物體受到重力、支持力、摩擦力，將重力沿垂直斜面和平行斜面分解，可得ma＝mgsinθ+μmgcosθ，a＝gsinθ+μgcosθ，兩滑塊材料相同，加速度相同，B正確.設(shè)初始彈簧彈性勢(shì)能為Ep，滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)的距離為s，根據(jù)能量守恒可知Ep＝mgssinθ+μmgscosθ，所以WG＝mgssinθ＝Epsinθsinθ+μcosθ，甲6.(2023年重慶模擬)(多選)如圖甲，轆轤是古代民間提水設(shè)施，由轆轤頭、支架、井繩、水斗等部分構(gòu)成.如圖乙為提水設(shè)施工作原理簡(jiǎn)化圖，某次需從井中汲取m＝2kg的水，轆轤繞繩輪軸半徑為r＝0.1m，水斗的質(zhì)量為0.5kg，井足夠深且井繩的質(zhì)量忽略不計(jì).t＝0時(shí)刻，輪軸由靜止開(kāi)始繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其角速度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖丙所示，g取10m/s2，則()A.水斗速度隨時(shí)間變化規(guī)律為v＝0.4tB.井繩拉力瞬時(shí)功率隨時(shí)間變化規(guī)律為P＝10tC.0~10s內(nèi)水斗上升的高度為4mD.0~10s內(nèi)井繩拉力所做的功為520J【答案】AD【解析】根據(jù)圖像可知，水斗速度v＝ωr＝4010×0.1t＝0.4t，A正確；井繩拉力瞬時(shí)功率為P＝Fv＝Fωr，又由于F－(m+m0)g＝(m+m0)a，根據(jù)上述有a＝0.4m/s2，則有P＝10.4t，B錯(cuò)誤；根據(jù)圖像可知，0~10s內(nèi)水斗上升的高度為h＝ωr2t＝40×0.1×102m＝20m，C錯(cuò)誤；根據(jù)上述P＝10.4t，0~10s內(nèi)井繩拉力所做的功為W＝7.(2022年福建卷)(多選)一物塊以初速度v0自固定斜面底端沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，一段時(shí)間后回到斜面底端.該物體的動(dòng)能Ek隨位移x的變化關(guān)系如圖所示，圖中x0、Ek1、Ek2均已知.根據(jù)圖中信息可以求出的物理量有()A.重力加速度大小B.物體所受滑動(dòng)摩擦力的大小C.斜面的傾角D.沿斜面上滑的時(shí)間【答案】BD【解析】由動(dòng)能定義式得Ek1＝12mv02，則可求解質(zhì)量m；上滑時(shí)，由動(dòng)能定理Ek－Ek1＝－(mgsinθ+f)x，下滑時(shí)，由動(dòng)能定理Ek＝(mgsinθ－f)(x0－x)，x0為上滑的最遠(yuǎn)距離；由圖像的斜率可知mgsinθ+f＝Ek1x0，mgsinθ－f＝Ek2x0，兩式相加可得gsinθ＝12mEk1x0+Ek2x0，相減可知f＝Ek1－Ek22x08.(2022年重慶卷)(多選)一物塊在傾角為45°的固定斜面上受到方向與斜面平行、大小與摩擦力相等的拉力作用，由靜止開(kāi)始沿斜面向下做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)處處相同.若拉力沿斜面向下時(shí)，物塊滑到底端的過(guò)程中重力和摩擦力對(duì)物塊做功隨時(shí)間的變化分別如圖曲線①、②所示，則()A.物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2B.當(dāng)拉力沿斜面向上，重力做功為9J時(shí)，物塊動(dòng)能為3JC.當(dāng)拉力分別沿斜面向上和向下時(shí)，物塊的加速度大小之比為1∶3D.當(dāng)拉力分別沿斜面向上和向下時(shí)，物塊滑到底端時(shí)的動(dòng)量大小之比為1∶2【答案】BC【解析】對(duì)物體受力分析可知，平行于斜面向下的拉力大小等于滑動(dòng)摩擦力，有F＝f＝μmgcos45°，由牛頓第二定律可知，物體下滑的加速度為a1＝gsin45°＝22g，則拉力沿斜面向下時(shí)，物塊滑到底端的過(guò)程中重力和摩擦力對(duì)物塊做功為WG＝mg·12a1t2·sin45°＝mg24t2，Wf＝－μmg·cos45°×12a1t2＝－μmg24t2，代入數(shù)據(jù)聯(lián)立解得μ＝13，A錯(cuò)誤；當(dāng)拉力沿斜面向上，由牛頓第二定律有mgsin45°－F－f＝ma2，解得a2＝22g－2μgcos45°＝26g，則拉力分別沿斜面向上和向下時(shí)，物塊的加速度大小之比為a2a1＝13，故C正確；當(dāng)拉力沿斜面向上，重力做功為WG2＝mgsin45°·x，合力做功為W合＝ma2·x，則其比值為WG2W合＝22g9.如圖所示，質(zhì)量為m的滑塊放在光滑的水平平臺(tái)上，平臺(tái)右端B與水平傳送帶相接，傳送帶的運(yùn)行速度為v0，長(zhǎng)為L(zhǎng).現(xiàn)將滑塊緩慢水平向左移動(dòng)，壓縮固定在平臺(tái)上的輕質(zhì)彈簧，到達(dá)某處時(shí)突然釋放，當(dāng)滑塊滑到傳送帶右端C時(shí)，恰好與傳送帶速度相同.滑塊與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ.(1)試分析滑塊在傳送帶上的運(yùn)動(dòng)情況；(2)若滑塊離開(kāi)彈簧時(shí)的速度大于傳送帶的速度，求釋放滑塊時(shí)彈簧具有的彈性勢(shì)能；(3)若滑塊離開(kāi)彈簧時(shí)的速度大于傳送帶的速度，求滑塊在傳送帶上滑行的整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量.解：(1)若滑塊沖上傳送帶時(shí)的速度小于傳送帶的速度，則滑塊由于受到向右的滑動(dòng)摩擦力而做勻加速運(yùn)動(dòng)；若滑塊沖上傳送帶時(shí)的速度大于傳送帶的速度，則滑塊由于受到向左的滑動(dòng)摩擦力而做