2025版高考物理一輪復(fù)習(xí)第五章機(jī)械能課時(shí)4功能關(guān)系能量轉(zhuǎn)化和守恒定律課時(shí)訓(xùn)練含解析新人教版

PAGE9-課時(shí)4功能關(guān)系能量轉(zhuǎn)化和守恒定律1.下列說(shuō)法正確的是(C)A.隨著科技的發(fā)展,永動(dòng)機(jī)是可以制成的B.太陽(yáng)照耀到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量,但照耀到宇宙空間的能量都消逝了C.“既要馬兒跑,又讓馬兒不吃草”違反了能量守恒定律,因而是不行能的D.有種“全自動(dòng)”手表,不用上發(fā)條,也不用任何形式的電源,卻能始終走動(dòng),說(shuō)明能量可以憑空產(chǎn)生解析:永動(dòng)機(jī)是指不消耗或少消耗能量,而可以大量對(duì)外做功的裝置,這種裝置違反了能量守恒定律,所以永動(dòng)機(jī)是恒久不行能制成的,A錯(cuò)誤;太陽(yáng)輻射大量的能量,地球只汲取了極少的一部分,使萬(wàn)物生長(zhǎng),但輻射到宇宙空間的能量也沒(méi)有消逝,而是轉(zhuǎn)化成了別的能量,B錯(cuò)誤;馬要運(yùn)動(dòng),必需消耗能量,依據(jù)能量守恒定律,C正確;所謂“全自動(dòng)”手表,內(nèi)部是有能量轉(zhuǎn)扮裝置的,一般是一個(gè)擺錘,當(dāng)人戴著手表活動(dòng)時(shí),使擺錘不停搖擺,給游絲彈簧補(bǔ)充能量,才會(huì)維持手表的運(yùn)行,假如把這種手表放在桌面上靜置一段時(shí)間,它肯定會(huì)停止走動(dòng)的,遵循能量守恒定律,D錯(cuò)誤。2.某同學(xué)用頻閃相機(jī)拍攝了運(yùn)動(dòng)員跳遠(yuǎn)競(jìng)賽時(shí)助跑、起跳、最高點(diǎn)、落地四個(gè)位置的照片,簡(jiǎn)化圖如圖所示。則運(yùn)動(dòng)員起跳瞬間消耗的體能最接近(C)A.4J B.40J C.400J D.4000J解析:人起跳瞬間消耗的體能等于克服自身的重力做功,即E=W=mgh≈80×10×0.5J=400J。3.(2024·浙江4月選考)火箭放射回收是航天技術(shù)的一大進(jìn)步。如圖所示,火箭在返回地面前的某段運(yùn)動(dòng),可看成先勻速后減速的直線運(yùn)動(dòng),最終撞落在地面上。不計(jì)火箭質(zhì)量的改變,則(D)A.火箭在勻速下降過(guò)程中,機(jī)械能守恒B.火箭在減速下降過(guò)程中,攜帶的檢測(cè)儀器處于失重狀態(tài)C.火箭在減速下降過(guò)程中合力做功等于火箭機(jī)械能的改變D.火箭著地時(shí),火箭對(duì)地的作用力大于自身的重力解析:勻速下降階段,火箭除受重力外,還受阻力,且阻力做負(fù)功,所以機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在減速階段,加速度向上,處于超重狀態(tài),而火箭克服阻力做的功等于機(jī)械能的削減量,選項(xiàng)B,C錯(cuò)誤;火箭著地時(shí)突然減速,則地面給火箭的力大于火箭重力,故選項(xiàng)D正確。4.如圖所示,在豎直平面內(nèi)有一“V”形槽,其底部BC是一段圓弧,兩側(cè)都與光滑斜槽相切,相切處B,C位于同一水平面上。一小物體從右側(cè)斜槽上距BC平面高度為2h的A處由靜止起先下滑,經(jīng)圓弧槽再滑上左側(cè)斜槽,最高能到達(dá)距BC所在水平面高度為h的D處,接著小物體再向下滑回,若不考慮空氣阻力,則(C)A.小物體恰好滑回到B處時(shí)速度為零B.小物體尚未滑回到B處時(shí)速度已變?yōu)榱鉉.小物體能滑回到B處之上,但最高點(diǎn)要比D處低D.小物體最終肯定會(huì)停止在圓弧槽的最低點(diǎn)解析:小物體從A處運(yùn)動(dòng)到D處的過(guò)程中,克服摩擦力所做的功為Wf1=mgh,小物體從D處起先運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,因?yàn)樗俣容^小,小物體對(duì)圓弧槽的壓力較小,所以克服摩擦力所做的功Wf2<mgh,所以小物體能滑回到B處之上,但最高點(diǎn)要比D處低;因?yàn)樾∥矬w與圓弧槽間的動(dòng)摩擦因數(shù)未知,所以小物體可能停在圓弧槽上的任何地方。5.(2024·浙江10月選考)快艇在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力與速度的平方成正比(即Ff=kv2),若油箱中有20L燃油,當(dāng)快艇以10m/s勻速行駛時(shí),還能行駛40km,假設(shè)快艇發(fā)動(dòng)機(jī)的效率保持不變,則快艇以20m/s勻速行駛時(shí),還能行駛(C)A.80km B.40km C.10km D.5km解析:快艇在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力與速度的平方成正比,即Ff=kv2,油箱中有20L燃油,發(fā)動(dòng)機(jī)的效率保持不變,說(shuō)明在兩種狀況下供應(yīng)的能量相等;在行駛過(guò)程中,克服阻力做的功相等。由W=Fs,勻速行駛時(shí)有F=Ff=kv2,v2=2v1,由kv12s1=kv22s2,即得s6.質(zhì)量為m的物體在距地面h高處以g3A.物體的重力勢(shì)能削減13B.物體的動(dòng)能增加13C.物體的機(jī)械能削減13D.重力做功13解析:依據(jù)題意,設(shè)空氣的阻力為Ff,則有mg-Ff=m·g3,得Ff=23mg。物體在下落過(guò)程中由于空氣阻力而使機(jī)械能損失,損失大小為Ffh=23mgh,則選項(xiàng)C錯(cuò)誤;物體下落h,則重力勢(shì)能削減mgh,則A錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理得mgh-23mgh=Ek,得E7.如圖所示,小物塊從傾角為θ的傾斜軌道上A點(diǎn)由靜止釋放滑下,最終停在水平軌道上的B點(diǎn),小物塊與水平軌道、傾斜軌道之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均相同,A,B兩點(diǎn)的連線與水平方向的夾角為α,不計(jì)物塊在軌道轉(zhuǎn)折時(shí)的機(jī)械能損失,則動(dòng)摩擦因數(shù)為(B)A.tanθ B.tanαC.tan(θ+α) D.tan(θ-α)解析:如圖所示,設(shè)B,O間距離為x1,A點(diǎn)離水平面的高度為h,A,O間的水平距離為x2,物塊的質(zhì)量為m,在物塊下滑的全過(guò)程中,由動(dòng)能定理可得mgh-μmgcosθx2cosθ-μmgx1=0,解得μ=h8.(多選)從地面豎直向上拋出一物體,其機(jī)械能E總等于動(dòng)能Ek與重力勢(shì)能Ep之和。取地面為重力勢(shì)能零點(diǎn),該物體的E總和Ep隨它離開(kāi)地面的高度h的改變?nèi)鐖D所示。重力加速度取10m/s2。由圖中數(shù)據(jù)可得(AD)A.物體的質(zhì)量為2kgB.h=0時(shí),物體的速率為20m/sC.h=2m時(shí),物體的動(dòng)能Ek=40JD.從地面至h=4m,物體的動(dòng)能削減100J解析:Ep-h圖象的斜率表示物體受到的重力mg,即mg=804N=20N,解得m=2kg,故A正確;由圖象可知,物體離地面的高度h=0時(shí),重力勢(shì)能Ep=0,機(jī)械能E總=100J,則動(dòng)能Ek=E總-Ep=100J,而Ek=12mv2=100J,解得v=10m/s,故B錯(cuò)誤;同理可得,h=2m時(shí),Ep=40J,Ek=E總-E40J=50J;h=4m時(shí),Ek=E總-Ep=80J-80J=0J,從地面至h=4m,物體的動(dòng)能削減100J,故C錯(cuò)誤,D正確。9.(多選)如圖所示,輕質(zhì)彈簧的左端固定,并處于自然狀態(tài)。小物塊的質(zhì)量為m,從A點(diǎn)向左沿水平地面運(yùn)動(dòng),壓縮彈簧后被彈回,運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)恰好靜止。物塊向左運(yùn)動(dòng)的最大距離為s,與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g,彈簧未超出彈性限度。在上述過(guò)程中(BC)A.彈簧的最大彈力為μmgB.物塊克服摩擦力做的功為2μmgsC.彈簧的最大彈性勢(shì)能為μmgsD.物塊在A點(diǎn)的初速度為2解析:小物塊壓縮彈簧最短時(shí)有F彈>μmg,故A錯(cuò)誤;全過(guò)程小物塊的路程為2s,所以全過(guò)程中克服摩擦力做的功為μmg·2s,故B正確;小物塊從彈簧壓縮最短處到A點(diǎn)由能量守恒得:Epmax=μmgs,故C正確;小物塊從A點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)到再次返回A點(diǎn)由動(dòng)能定理得:-μmg·2s=0-12mv02,解得:v010.如圖所示,傾斜的傳送帶保持靜止,一木塊從頂端以肯定的初速度勻加速下滑究竟端,假如讓傳送帶沿圖中虛線箭頭所示的方向勻速運(yùn)動(dòng),同樣的木塊從頂端以同樣的初速度下滑究竟端的過(guò)程中,與傳送帶保持靜止時(shí)相比(B)A.木塊在滑究竟端的過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)時(shí)間將變長(zhǎng)B.木塊在滑究竟端的過(guò)程中,木塊克服摩擦力所做功不變C.木塊在滑究竟端的過(guò)程中,動(dòng)能的增加量減小D.木塊在滑究竟端的過(guò)程中,系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能減小解析:滑動(dòng)摩擦力的大小為Ff=μFN,與相對(duì)速度的大小無(wú)關(guān),所以,當(dāng)傳送帶運(yùn)動(dòng)時(shí),木塊所受的摩擦力未變,對(duì)地位移未變,則滑究竟端的時(shí)間、速度以及摩擦力所做的功均不變,A錯(cuò)誤,B正確;又因重力做的功相等,由動(dòng)能定理知,動(dòng)能的增加量不變,C錯(cuò)誤;由于相對(duì)滑動(dòng)的距離變長(zhǎng),所以木塊和傳送帶由于摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能變大,D錯(cuò)誤。11.有一輛質(zhì)量為170kg、輸出功率為1200W的太陽(yáng)能試驗(yàn)汽車(chē),安裝有約2m2的太陽(yáng)能電池板和蓄能電池,該電池板在有效光照條件下單位面積輸出的電功率為24W/m2。若駕駛員的質(zhì)量為70kg,汽車(chē)最大行駛速度為20mA.保持最大速度行駛1h至少須要有效光照5hB.以最大速度行駛時(shí)牽引力大小為60NC.啟動(dòng)時(shí)的加速度大小為0.25m/s2D.干脆用太陽(yáng)能電池板供應(yīng)的功率可獲得16m/s的最大行駛速度解析:由公式W=Pt及能量守恒定律得t=1200×124×2120020N=60N,故B正確;以額定功率啟動(dòng)時(shí)P額v-Ff=ma,而剛啟動(dòng)時(shí)v=0,則加速度很大,依據(jù)現(xiàn)有條件無(wú)法求出,故C錯(cuò)誤;汽車(chē)行駛時(shí)受到的空氣阻力與其速率成正比,設(shè)Ff=kv,結(jié)合前面分析有60=k×12.如圖所示,有三個(gè)斜面a,b,c,底邊的長(zhǎng)分別為L(zhǎng),L,2L,高度分別為2h,h,h。某物體與三個(gè)斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都相同,這個(gè)物體分別沿三個(gè)斜面從頂端由靜止下滑究竟端。三種狀況相比較,下列說(shuō)法正確的是(B)A.物體損失的機(jī)械能ΔEc=2ΔEb=4ΔEaB.因摩擦產(chǎn)生的熱量2Qa=2Qb=QcC.物體到達(dá)底端的動(dòng)能Eka=2Ekb=2EkcD.因摩擦產(chǎn)生的熱量4Qa=2Qb=Qc解析:物體分別從三個(gè)斜面a,b,c上滑下時(shí)克服摩擦力做的功Wf分別為μmgL,μmgL,2μmgL,由功能關(guān)系知,物體損失的機(jī)械能2ΔEa=2ΔEb=ΔEc,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由Q=Wf知因摩擦產(chǎn)生的熱量2Qa=2Qb=Qc,選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理有WG-Wf=ΔEk,物體到達(dá)底端的動(dòng)能分別為mg(2h-μL),mg(h-μL)和mg(h-2μL),選項(xiàng)C錯(cuò)誤。13.如圖所示,固定的光滑傾斜桿上套有一個(gè)質(zhì)量為m的圓環(huán),圓環(huán)與豎直放置的輕質(zhì)彈簧上端相連,彈簧的下端固定在水平地面上的A點(diǎn),起先彈簧恰好處于原長(zhǎng)h?，F(xiàn)讓圓環(huán)由靜止沿桿滑下,滑到桿的底端(未觸及地面)時(shí)速度恰好為零。則以下說(shuō)法正確的是(D)A.在圓環(huán)下滑的過(guò)程中,圓環(huán)的機(jī)械能守恒B.在圓環(huán)下滑的過(guò)程中,當(dāng)彈簧最短時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能最大C.在圓環(huán)下滑的過(guò)程中,當(dāng)彈簧再次復(fù)原原長(zhǎng)時(shí)圓環(huán)的動(dòng)能最大D.在圓環(huán)下滑到桿的底端時(shí),彈簧的彈性勢(shì)能為mgh解析:下滑過(guò)程中圓環(huán)和彈簧機(jī)械能守恒,A錯(cuò)誤;彈簧形變量最大時(shí),即圓環(huán)到最低點(diǎn)彈簧彈性勢(shì)能最大,B錯(cuò)誤;當(dāng)彈力、重力和桿的彈力合力為零時(shí)圓環(huán)的動(dòng)能最大,C錯(cuò)誤;圓環(huán)到最低點(diǎn)時(shí),圓環(huán)的勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能,D正確。實(shí)力提升14.構(gòu)建和諧型、節(jié)約型社會(huì)深得民心,遍布于生活的方方面面。自動(dòng)充電式電動(dòng)車(chē)就是很好的一例,電動(dòng)車(chē)的前輪裝有發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)與蓄電池連接。當(dāng)在騎車(chē)者用力蹬車(chē)或電動(dòng)自行車(chē)自動(dòng)滑行時(shí),自行車(chē)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(lái)。某人騎車(chē)以500J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(chē)自由滑行,其動(dòng)能隨位移改變關(guān)系如圖①所示;其次次啟動(dòng)自動(dòng)充電裝置,其動(dòng)能隨位移改變關(guān)系如圖②所示,則其次次向蓄電池所充的電能是(A)A.200J B.250J C.300J D.500J解析:第一次關(guān)閉自動(dòng)充電裝置,自由滑行時(shí)只有摩擦力做功,依據(jù)動(dòng)能定理有Ffx1=Ek,Ff=50010N=50N,其次次啟動(dòng)自動(dòng)充電裝置后,滑行直至停下來(lái)的過(guò)程,動(dòng)能一部分克服摩擦力做功,一部分轉(zhuǎn)化為電能,Ek=Ffx2+W,W=Ek-Ffx2=500J-50×15.一質(zhì)量為8.00×104kg的太空飛船從其飛行軌道返回地面。飛船在離地面高度1.60×105m處以7.5×103m/s的速度進(jìn)入大氣層,漸漸減慢至速度為(1)分別求出該飛船著地前瞬間的機(jī)械能和它進(jìn)入大氣層時(shí)的機(jī)械能;(2)求飛船從離地面高度600m處至著地前瞬間的過(guò)程中克服阻力所做的功,已知飛船在該處的速度大小是其進(jìn)入大氣層時(shí)速度大小的2.0%。解析:(1)飛船著地前瞬間的機(jī)械能為Ek0=12mv0式中,m和v0分別是飛船的質(zhì)量和著地前瞬間的速率。由①式和題給數(shù)據(jù)得Ek0=4.0×108J②設(shè)地面旁邊的重力加速度大小為g,飛船進(jìn)入大氣層時(shí)的機(jī)械能為Eh=mgh+12mvh式中,vh是飛船在高度h為1.6×105由③式和題給數(shù)據(jù)得Eh≈2.4×1012J。④(2)飛船在高度h′=600m處的機(jī)械能為Eh′,Eh′=mgh′+12m(0.02vh)2,由功能關(guān)系得W=Eh′-Ek0⑥式中,W是飛船從高度600m處至著地瞬間的過(guò)程中克服阻力所做的功。由②⑤⑥式和題給數(shù)據(jù)得W=9.8×108J。答案:(1)4.0×108J2.4×1012J(2)9.8×108J16.如圖所示,在某豎直平面內(nèi),光滑曲面AB與水平面BC平滑連接于B點(diǎn),BC右端連接內(nèi)壁光滑、半徑r=0.2m的四分之一細(xì)圓管CD,管口D端正下方直立一根勁度系數(shù)為k=100N/m的輕彈簧,彈簧一端固定,另一端恰好與管口D端平齊。一個(gè)質(zhì)量為1kg的小球放在曲面AB上,現(xiàn)從距BC的高度為h=0.6m處?kù)o止釋放小球,它與BC間的動(dòng)