2025年高考二輪復(fù)習(xí)物理專題分層突破練5　動(dòng)能定理機(jī)械能守恒定律功能關(guān)系的應(yīng)用2

專題分層突破練5動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、功能關(guān)系的應(yīng)用選擇題:每小題6分,共54分基礎(chǔ)鞏固1.(多選)如圖所示,小陳去某商場購物,他先從一樓搭乘圖甲所示的觀光電梯到達(dá)六樓超市,再搭乘圖乙所示的自動(dòng)人行道電梯到四樓,最后搭乘圖丙所示的自動(dòng)扶梯到五樓。已知圖乙和圖丙所示的電梯均勻速運(yùn)行,圖乙的梯面傾斜程度處處相同,且小陳搭乘三種電梯的過程中都站在電梯上不動(dòng),則()A.搭乘圖甲所示電梯的過程中,合外力對(duì)小陳做功最大B.搭乘圖乙所示電梯的過程中,小陳的重力做功的功率不變C.搭乘圖乙所示電梯的過程中,摩擦力對(duì)小陳不做功D.搭乘圖丙所示電梯的過程中,小陳的機(jī)械能增大答案BD解析圖甲電梯運(yùn)動(dòng)過程中,人在電梯中的初速度與末速度均為0,圖乙與圖丙中電梯均做勻速運(yùn)動(dòng),則始末狀態(tài)動(dòng)能的變化量均為0,根據(jù)動(dòng)能定理可知,搭乘三種電梯的過程中,合外力對(duì)小陳做的功均為0,A錯(cuò)誤;圖乙的梯面傾斜程度處處相同,即電梯運(yùn)動(dòng)速度方向與豎直方向的夾角一定,根據(jù)P=mgvcosθ可知,搭乘圖乙所示電梯的過程中,小陳的重力做功的功率不變,B正確;圖乙中的梯面傾斜,勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),對(duì)人進(jìn)行分析,人受到重力、垂直于傾斜梯面的支持力與沿梯面向上的靜摩擦力,搭乘圖乙所示電梯的過程中,摩擦力對(duì)小陳做負(fù)功,C錯(cuò)誤;搭乘圖丙所示電梯的過程中,勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),對(duì)人進(jìn)行分析,人受到重力、電梯對(duì)人豎直向上的支持力,人的速度沿斜向上,則電梯對(duì)人做正功,小陳的機(jī)械能增大,D正確。2.(2023浙江1月選考)一位游客正在體驗(yàn)蹦極,綁上蹦極專用的橡皮繩后從跳臺(tái)縱身而下。游客從跳臺(tái)下落直到最低點(diǎn)過程中()A.彈性勢能減小 B.重力勢能減小C.機(jī)械能保持不變 D.繩一繃緊動(dòng)能就開始減小答案B解析游客從跳臺(tái)下落,開始階段橡皮繩未拉直,只受重力作用做自由落體運(yùn)動(dòng),下落到一定高度時(shí)橡皮繩開始繃緊,游客受重力和向上的彈力作用,彈力從零逐漸增大,游客所受合力先向下減小后向上增大,速度先增大后減小,到最低點(diǎn)時(shí)速度減小到零,彈力達(dá)到最大值,彈性勢能達(dá)到最大值,故橡皮繩繃緊后彈性勢能一直增大,A錯(cuò)誤。游客高度一直降低,重力一直做正功,重力勢能一直減小,B正確。下落階段橡皮繩對(duì)游客做負(fù)功,游客機(jī)械能減少,彈性繩的彈性勢能增大,C錯(cuò)誤。彈性繩剛繃緊開始一段時(shí)間內(nèi),彈力小于重力,合力向下做正功,游客向下運(yùn)動(dòng)的速度逐漸增大,游客動(dòng)能逐漸增加;當(dāng)彈力等于重力時(shí),游客向下運(yùn)動(dòng)的速度最大,游客的動(dòng)能最大;游客再向下運(yùn)動(dòng),彈力大于重力,合力向上對(duì)游客做負(fù)功,游客動(dòng)能逐漸減小,D錯(cuò)誤。3.(2021山東卷)如圖所示,粗糙程度處處相同的水平桌面上有一長為L的輕質(zhì)細(xì)桿,一端可繞豎直光滑軸O轉(zhuǎn)動(dòng),另一端與質(zhì)量為m的小木塊相連。木塊以水平初速度v0出發(fā),恰好能完成一個(gè)完整的圓周運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過程中,木塊所受摩擦力的大小為()A.mv02C.mv02答案B解析在運(yùn)動(dòng)過程中,只有摩擦力做功,而摩擦力做功與路徑有關(guān),根據(jù)動(dòng)能定理有f·2πL=012mv02,4.“廣湛”高鐵將茂名到廣州的通行時(shí)間縮短至2小時(shí)。假設(shè)動(dòng)車啟動(dòng)后沿平直軌道行駛,發(fā)動(dòng)機(jī)功率恒定,行車過程中受到的阻力恒為f,已知?jiǎng)榆囐|(zhì)量為m,最高行駛速度為vm,下列說法正確的是()A.動(dòng)車啟動(dòng)過程中所受合外力不變B.動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)功率為fvmC.從啟動(dòng)到最大速度過程中,動(dòng)車平均速度為vD.從啟動(dòng)到最大速度過程中,動(dòng)車牽引力做功為1答案B解析發(fā)動(dòng)機(jī)功率恒定,根據(jù)P=Fv,速度變大,牽引力變小,合外力F合=Ff,合外力變小,故A錯(cuò)誤;速度最大時(shí),動(dòng)車加速度為零,受力平衡,此時(shí)P=Fv=fvm,故B正確;從啟動(dòng)到最大速度過程中,動(dòng)車做加速度變小的加速運(yùn)動(dòng),動(dòng)車平均速度大于vm2,故C錯(cuò)誤;從啟動(dòng)到最大速度過程中,根據(jù)動(dòng)能定理WFWf=12mvm25.(多選)(2024江西高三期中)圖甲為一種新型的電動(dòng)玩具,整體質(zhì)量為m,下方的圓球里有電動(dòng)機(jī)、電池、紅外線發(fā)射器等,打開開關(guān)后葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與葉片轉(zhuǎn)動(dòng)平面垂直的推進(jìn)力F,使玩具在空中飛行。將玩具從離地面高度為4h0處靜止釋放,使玩具在豎直方向運(yùn)動(dòng),推進(jìn)力F隨離地面高度h變化的關(guān)系如乙所示,重力加速度為g,玩具只受升力和自身重力作用。對(duì)于4h0~2h0過程,下列判斷正確的是()A.玩具先做勻加速再做勻減速運(yùn)動(dòng)B.玩具下落到距地面3h0高處速度最大C.玩具下落的最大速度為gD.玩具下落的最大速度為3答案BC解析玩具從離地面高度為4h0處靜止釋放,根據(jù)牛頓第二定律可得mgF=ma,由圖乙可知,F逐漸增大,加速度逐漸減小,玩具做變加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)F=mg時(shí),加速度為零,速度達(dá)到最大,由圖乙可知,此時(shí)玩具距地面高度為3h0,此后F>mg,玩具做變減速運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)上面分析到達(dá)3h0時(shí)速度最大,F做負(fù)功,大小為圖形中與橫軸圍成的面積,所以有WF=(4h03h0)·mg·12=12mgh0,對(duì)該過程根據(jù)動(dòng)能定理有mgh012mgh0=12mvm2,解得6.(2024廣東深圳階段練習(xí))在大力士比賽中,選手豎直向上拋出一重物。取拋出點(diǎn)所在平面為零重力勢能面,上升階段重物的機(jī)械能E總和重力勢能Ep隨它離開拋出點(diǎn)的高度h的變化如圖所示。重力加速度g取10m/s2,由圖中數(shù)據(jù)可得()A.重物的質(zhì)量為2.5kgB.h=8m時(shí),重物的動(dòng)能為200JC.重物上升過程中,阻力大小恒為100ND.重物上升過程中,合外力做功為1000J答案D解析由圖可知h=8m時(shí)E總=Ep=mgh=800J,則此時(shí)的動(dòng)能為零,解得重物的質(zhì)量為m=10kg,故A、B錯(cuò)誤;根據(jù)功能關(guān)系有ΔE=fh,由圖可知ΔE=800J1000J,解得重物上升過程中,阻力大小f=25N,故C錯(cuò)誤;根據(jù)題意可知,重物從拋出到最高點(diǎn),動(dòng)能減少1000J,根據(jù)動(dòng)能定理可知合外力做功為1000J,故D正確。7.(8分)如圖所示,一滑雪運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為m=60kg,經(jīng)過一段加速滑行后從A點(diǎn)以vA=12m/s的初速度水平飛出,恰能落到B點(diǎn)。在B點(diǎn)速度方向(速度大小不變)發(fā)生改變后進(jìn)入豎直平面內(nèi)的半徑R=20m的圓弧軌道BO,并沿軌道下滑。已知在最低點(diǎn)O時(shí)運(yùn)動(dòng)員對(duì)軌道的壓力為2100N。A與B、B與O的高度差分別為H=20m、h=8m。不計(jì)空氣阻力,g取10m/s2,求:(1)A、B間的水平距離;(2)運(yùn)動(dòng)員在BO段時(shí)克服阻力做的功。答案(1)24m(2)6120J解析(1)由A到B,運(yùn)動(dòng)員做平拋運(yùn)動(dòng),豎直方向有H=12gt解得t=2代入數(shù)據(jù)得t=2s則A、B間水平距離為s=vAt=24m。(2)根據(jù)牛頓第三定律,在最低點(diǎn)O時(shí)軌道對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力為2100N,設(shè)在最低點(diǎn)時(shí)速度為vO,根據(jù)牛頓第二定律有FNmg=mv解得vO=105m/s設(shè)運(yùn)動(dòng)員在BO段時(shí)克服阻力做的功為Wf,由動(dòng)能定理得mg(H+h)Wf=1代入數(shù)據(jù),解得Wf=6120J。綜合提升8.(多選)如圖所示,A、B兩球由繞過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)線相連,B、C球放在固定不動(dòng)的、傾角為α的光滑斜面上,通過勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧相連,C球靠在與斜面垂直的擋板上?，F(xiàn)用手托住A球,并使細(xì)線剛好伸直但無拉力作用,保證滑輪左側(cè)細(xì)線與斜面平行、右側(cè)細(xì)線豎直。開始時(shí)整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),釋放A球后,A球下落的速度最大時(shí)C球恰好對(duì)擋板無壓力,已知A、B、C三球的質(zhì)量均為m,重力加速度為g,細(xì)線與滑輪之間的摩擦不計(jì),運(yùn)動(dòng)過程中A球未落地,B球未與滑輪相撞,則()A.該過程A、B、C三球及彈簧所組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒B.當(dāng)C球剛要離開擋板時(shí)B球的加速度為12C.斜面的傾角為37°D.A球速度最大時(shí),B球的速度也最大答案AD解析在運(yùn)動(dòng)過程中A、B、C三球及彈簧組成的系統(tǒng)只有重力做功,所以系統(tǒng)機(jī)械能守恒,故A正確;A球下落的速度最大時(shí)C球恰好對(duì)擋板無壓力,當(dāng)輕質(zhì)細(xì)線向上的拉力等于A球的重力時(shí),A球加速度為零,速度達(dá)到最大,此時(shí)通過細(xì)繩與A球相連的B球有相同的運(yùn)動(dòng)情況,加速度為零,速度達(dá)到最大,故B錯(cuò)誤,D正確;當(dāng)A球速度最大時(shí),將B、C兩球當(dāng)成整體進(jìn)行受力分析有2mgsinα=T,而拉力為T=mg,聯(lián)立解得sinα=12,由三角函數(shù)關(guān)系可得α=30°,故C9.(多選)(2024廣東惠州二模)圖為深坑打夯機(jī)工作示意圖。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)摩擦輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng),將夯桿從深坑豎直提起;當(dāng)夯桿的下端剛到達(dá)坑口時(shí),夯桿被松開,一段時(shí)間后又落回坑底;周而復(fù)始地這樣工作,就可將坑底夯實(shí)。已知電動(dòng)機(jī)皮帶運(yùn)行速率v=4m/s,兩摩擦輪對(duì)夯桿的壓力均為F=2×104N,與夯桿的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.3,夯桿的質(zhì)量m=1×103kg,坑深h=4.2m,重力加速度g取10m/s2,不計(jì)空氣阻力及夯實(shí)坑底引起的深度變化,則()A.夯桿在上升階段經(jīng)歷了加速運(yùn)動(dòng)、勻速運(yùn)動(dòng)和減速運(yùn)動(dòng)B.夯桿下端離坑底的最大高度為5mC.每個(gè)打夯周期中,摩擦輪對(duì)夯桿做的功為4.2×104JD.由題目所給信息,可以計(jì)算出該深坑打夯機(jī)的打夯周期為3.45s答案ABD解析夯桿在上升階段先向上做勻加速運(yùn)動(dòng),與摩擦輪共速后做勻速運(yùn)動(dòng),最后做勻減速運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)靜止,故A正確;夯桿的下端剛到達(dá)坑口時(shí),夯桿被松開,電動(dòng)機(jī)皮帶運(yùn)行速率v=4m/s,夯桿下端離坑底的最大高度為hm=v22g+h=5m,故B正確;根據(jù)能量守恒,每個(gè)打夯周期中,摩擦輪對(duì)夯桿做的功為W=mghm=5×104J,故C錯(cuò)誤;夯桿向上加速有2μFNmg=ma,加速時(shí)間t1=va=2s,加速位移s1=12vt1=4m,勻速時(shí)間t2=h-s1v=0.05s,減速時(shí)間t3=vg=0.4s,根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有hm=12gt42,解得反向運(yùn)動(dòng)時(shí)間t4=1s,運(yùn)動(dòng)總時(shí)間即周期t=t110.(2024廣東模擬預(yù)測)物體以動(dòng)能為E開始豎直向上運(yùn)動(dòng),回到出發(fā)點(diǎn)時(shí),動(dòng)能為E2。取出發(fā)點(diǎn)所在平面為零重力勢能面,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程可認(rèn)為空氣阻力大小恒定,則該物體上升階段動(dòng)能與重力勢能相等時(shí),其動(dòng)能為(A.3E10 BC.4E7 D答案B解析設(shè)上升的最大高度為h,根據(jù)功能關(guān)系有f·2h=EE2=E2,根據(jù)能量守恒可得E=mgh+fh,解得mgh=34E,fh=14E,解得f=13mg,若在上升階段離出發(fā)點(diǎn)H處動(dòng)能和重力勢能相等,由能量守恒定律有Ek+mgH=EfH,Ek=Ep=mgH,聯(lián)立解得Ek11.(10分)為拍攝鳥類活動(dòng),攝影師用輕繩將質(zhì)量為m=2.0kg的攝影機(jī)跨過樹枝,懸掛于離地面H=8.5m高的B點(diǎn),繩子另一端連著質(zhì)量m0=4kg的沙袋,并將沙袋控制在地面上的A點(diǎn),某時(shí)刻,沙袋突然失控,當(dāng)沙袋水平滑動(dòng)到較長的斜坡底端C時(shí),攝影機(jī)下落到距地面上方h=5.0m高的D點(diǎn),斜坡傾角為37°,此時(shí)細(xì)繩與斜面平行,最終攝影機(jī)恰好沒有撞擊地面,已知沙袋與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.175,不計(jì)細(xì)繩與樹枝間的摩擦,不計(jì)C處的能量損失,sin37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2。(1)從D點(diǎn)開始下落的過程中,攝影機(jī)做什么運(yùn)動(dòng)?(2)求攝影機(jī)在D點(diǎn)時(shí)的速度大小。(3)在攝影機(jī)下落全過程中,求沙袋及攝影機(jī)組成的系統(tǒng)克服摩擦阻力所做的功。答案(1)勻減速直線運(yùn)動(dòng)(2)4m/s(3)50J解析(1)攝影機(jī)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。(2)對(duì)攝影機(jī)和沙袋組成的系統(tǒng),根據(jù)牛頓第二定律有mgm0gsinθμm0gcosθ=(m+m0)a解得a=1.6m/s2由D到地面的過程中,根據(jù)勻減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律有0vD2=解得vD=4m/s。(3)從B點(diǎn)到地面,對(duì)攝影機(jī)和沙袋組成的系統(tǒng),全過程由功能關(guān)系可知Wf=mgHm0ghsinθ解得Wf=50J。12.(13分)(2024廣東二模)如圖所示,某升降電梯的轎廂A、配重B和電動(dòng)機(jī)由輕質(zhì)纜繩連接,電動(dòng)機(jī)拉動(dòng)B,使A運(yùn)動(dòng)。某次運(yùn)行時(shí),A(含載重)的質(zhì)量mA=1000kg,t=0時(shí),A從1樓由靜止開始以0.5m/s2的加速度加速運(yùn)動(dòng),然后以v=1m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng),最后以大小為0.5m/s2的加速度減速上升至3樓停止,A上升的高度h=7m。已知B的質(zhì)量mB=800kg,不計(jì)空氣阻力和摩擦阻力,g取10m/s2。求:(1)此次電梯勻速運(yùn)行的時(shí)間;(2)t=1s時(shí),B下端纜繩的拉力大小;(3)A(含載重)從靜止開始上升到5m的過程,A(含載重)的機(jī)械能增量。答案(1)5s(2)2900N(3)50500J解析(1)電梯加速運(yùn)行的時(shí)間t1=va=2位移h1=v2t1=1減速運(yùn)行的時(shí)間t2=va=2位移h2=v2t2=1勻速運(yùn)行的時(shí)間t3=h-h1-h(2)由(1)可知t=1s時(shí),A勻加速上升,B勻加速下降,設(shè)B下端纜繩的拉力大小為F,B上端纜繩的拉力大小為T,對(duì)A有TmAg=mAa,對(duì)B有F+mBgT=mBa代入數(shù)據(jù)解得F=2900N。(3)由(1)可知A上升到5m時(shí),速度大小為1m/s,機(jī)械能增量ΔE=12mAv2+mAgΔ代入數(shù)據(jù)解得ΔE=50500J。13.(15分)(2024廣東惠州二模)如圖所示,水平平臺(tái)上一輕彈簧左端固定在A點(diǎn),原長時(shí)在其右端B處放置一質(zhì)量為m=2kg的滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn)),平臺(tái)AB段光滑,BC段長x=2m,與滑塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=0.25。平臺(tái)右端與水平傳送帶相接于C點(diǎn),傳送帶長L=5m,與滑塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=0.4。傳送帶右端D點(diǎn)與一光滑豎直圓形軌道相切,圓形軌道半徑R=0.4m,最高點(diǎn)E處有一彈性擋板,滑塊碰撞擋板前后無機(jī)械能損失?，F(xiàn)將滑塊向左壓縮彈簧后突然釋放,滑塊可在靜止的傳送帶上滑行至距C點(diǎn)1.5m處停下。已知傳動(dòng)帶只可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),重力加速度g取10m/s2。(1)求釋放滑塊時(shí)彈簧的彈性勢能Ep。(2)若在相同位置釋放滑塊,要使滑塊恰好上升到E點(diǎn),求傳送帶的速度v。(3)若在相同位置釋放滑塊,要使滑塊不脫離圓弧形軌道,且不再返回壓縮彈簧,求傳送帶的速度大小范圍。答案(1)22J(2)25m/s(3)0<v≤22m/s或25m/s≤v≤52m/