2020版高考物理总复习课时训练（十三）第13讲机械能守恒定律与能量守恒定律（含解析）新人教版.docx

课时训练(十三)【机械能守恒定律与能量守恒定律】【基础过关】1.下列关于机械能守恒的说法中正确的是()A.若只有重力做功,则物体机械能一定守恒B.若物体的机械能守恒,则其一定只受重力C.做匀变速运动的物体机械能一定守恒D.物体所受合外力不为零,机械能一定守恒2.如图Z13-1所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是()图Z13-1A.甲图中,火箭升空的过程中,若匀速升空则机械能守恒,若加速升空则机械能不守恒B.乙图中物体匀速运动,机械能守恒C.丙图中小球做匀速圆周运动,机械能守恒D.丁图中,轻弹簧将A、B两小车弹开,两小车组成的系统机械能守恒3.高空“蹦极”是勇敢者的游戏.蹦极运动员将弹性长绳(质量忽略不计)的一端系在双脚上,另一端固定在高处的跳台上,运动员无初速度地从跳台上落下.若不计空气阻力,则()图Z13-2A.弹性绳开始伸直时,运动员的速度最大B.整个下落过程中,重力对运动员所做的功等于运动员克服弹性绳弹力所做的功C.整个下落过程中,运动员的机械能守恒D.从弹性绳开始伸直到最低点的过程中,运动员的重力势能与弹性绳的弹性势能之和不断增大4.如图Z13-3所示,一表面光滑的木板可绕固定的水平轴O转动,木板从水平位置OA转到位置OB的过程中,木板上重为5 N的物块从靠近转轴的位置由静止开始滑到图中虚线所示位置,在这一过程中,物块的重力势能减少了4 J.以下说法正确的是(g取10 m/s2)()图Z13-3A.物块的竖直高度降低了0.8 mB.由于木板转动,物块下降的竖直高度一定大于0.8 mC.物块获得的动能为4 JD.由于木板转动,物块的机械能一定增加5.一质点在015 s内竖直向上运动,其加速度时间图像如图Z13-4所示,若取竖直向下为正方向,g取10 m/s2,则下列说法正确的是()图Z13-4A.质点的机械能不断增加B.在05 s内质点的动能增加C.在1015 s内质点的机械能一直增加D.t=15 s时质点的机械能大于t=5 s时质点的机械能6.利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小.实验时,把图Z13-5甲中的小球举高到悬点O处,然后让小球自由下落,并开始计时.用这种方法获得弹性绳的拉力F随时间变化的关系图像如图乙所示.重力加速度为g.下列说法中正确的是()图Z13-5A.根据题中所给条件,不能求出绳长B.t2、t5、t8三个时刻,小球所受的拉力可能小于重力C.t2时刻小球与弹性绳组成的系统的机械能一定等于t5时刻的机械能D.t4与t3之差大于t7与t6之差7.2019嘉兴模拟 如图Z13-6所示为某研究小组利用对接斜面研究图Z13-6“做功与能量变化关系”的装置:固定在水平地面上的倾角均为的两斜面以光滑小圆弧相连接.有一可视为质点的滑块从左侧顶端由静止释放,经最低点滑上右侧斜面并减速到0,滑块在上述过程中重力做功WG、克服摩擦力做功Wf、动能Ek及机械能E随滑行路程s的变化图线(以斜面连接处为参考平面,滑块与两斜面间的动摩擦因数相同)正确的是图Z13-7中的()图Z13-78.如图Z13-8所示,质量m=1 kg的物体从高为h=0.2 m的光滑轨道上P点由静止开始下滑,滑到水平传送带上的A点,物体和传送带之间的动摩擦因数为=0.2,传送带AB的长度为L=5 m,传送带一直以v=4 m/s 的速度匀速运动,g取10 m/s2,则()图Z13-8A.物体从A运动到B的时间是0.5 sB.物体从A运动到B的过程中,摩擦力对物体做功为2 JC.物体从A运动到B的过程中,产生的热量为2 JD.物体从A运动到B的过程中,带动传送带转动的电动机多做的功为10 J【领先冲A】9.风能是可再生能源中目前发展最快的清洁能源,近年来,我国风电产业规模逐渐扩大,已成为能源发展的重要领域.在风电技术发展方面,由于相同风速时发电功率的不同,我国目前正逐步采用变桨距控制风力发电机替代定桨距控制风力发电机,来提高风力发电的效率.具体风速对应的功率如图乙所示,设风力发电机每个叶片长度为30 m,所处地域全天风速均为7.5 m/s,空气的密度为1.29 kg/m3,圆周率取3.14,下列说法不正确的是()图Z13-9A.变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率为52%B.用变桨距控制风力发电机替代定桨距控制风力发电机后,每台风力发电机每天能多发电7200 kWhC.无论是采用变桨距控制风力发电机还是采用定桨距控制风力发电机,每台发电机每秒钟转化的空气动能为7.69105 JD.若煤的热值为3.2107 J/kg,那么一台变桨距控制风力发电机每小时获得的风能与完全燃烧45 kg煤所产生的内能相等10.2019金华十校期末 金华某商场门口根据金华“双龙”元素设计了一个精美的喷泉雕塑,如图Z13-10甲所示.两条龙喷出的水恰好相互衔接(不碰撞)形成一个“”字形.某学习小组为了研究喷泉的运行原理,将喷泉简化成如图乙所示的模型,两条龙可以看成两个相同的对称的圆的一部分(近似看成在同一平面内),E、B两点为圆的最高点.抽水机M使水获得一定的初速度后沿ABCDEFG运动,水在C、F两处恰好沿切线进入管道,最后回到池中.圆的半径为R=1 m,角度=53,忽略一切摩擦.g取10 m/s2,sin 53=0.8,cos 53=0.6.(1)水从B点喷出的速度为多大?(2)取B处质量为m=0.1 kg的一小段水,管道对这一小段水的作用力为多大?方向如何?(3)若管道B处横截面积为S=4 cm2,则抽水机M的输出功率是多少?(水的密度=1103 kg/m3)图Z13-1011.2019舟山中学模拟 某高中兴趣学习小组成员,在学习完必修1与必修2后设计出如图Z13-11所示的实验.OA为一水平弹射器,弹射口为A.ABCD为一光滑曲杆,其中AB水平,BC为竖直杆(长度可调节),CD为四分之一圆轨道,其圆心为O,半径为R=0.2 m,各段均平滑连接.D的正下方E右侧水平放置一块橡皮泥板EF,长度足够大.现让弹射器弹射出一质量m=0.1 kg的小环,小环从弹射口A射出后沿光滑曲杆运动到D处飞出,不计小环在各个连接处的能量损失和空气阻力.已知弹射器每次弹射出的小环具有相同的初速度.某次实验中,小组成员调节BC长度为h=0.8 m,弹出的小环从D处飞出,测得小环从D处飞出时速度vD=4 m/s.(g取10 m/s2)(1)求弹射器释放的弹性势能及小环在D处时对14圆轨道的压力大小;(2)求小环在橡皮泥板EF上的落点到E的距离(已知小环与橡皮泥板接触后不再运动);(3)若不改变弹射器弹性势能,改变BC长度h使其在02 m之间,求小环下落到橡皮泥板EF上时与E的距离的范围.图Z13-11课时训练(十三)1.A解析 若只有重力做功,则物体的动能和重力势能之间发生转化,物体的机械能一定守恒,A正确;若物体的机械能守恒,则物体不一定只受重力,也许还受其他力,但其他力做功的代数和为零,B错误;做匀变速运动的物体,只有除重力和弹力外的其他力做功为零时,机械能才守恒,C错误;物体所受合外力不为零,如果除重力和弹力外的其他力做功不为零,则机械能不守恒,D错误.2.C解析 甲图中,不论是匀速升空还是加速升空,由于推力对火箭做功,故火箭的机械能不守恒,是增加的,A错误.物体匀速上升,动能不变,重力势能增加,则机械能一定增加,B错误.小球在运动过程中,细线的拉力不做功,机械能守恒,C正确.轻弹簧将A、B两小车弹开,弹簧的弹力对两小车做功,则两车组成的系统机械能不守恒,但两小车和弹簧组成的系统机械能守恒,D错误.3.B4.A解析 由重力势能的表达式Ep=mgh可知,重力势能减少了4 J,而mg=5 N,故h=0.8 m,选项A正确,选项B错误;木板转动,木板的支持力对物块做负功,则物块机械能一定减少,选项C、D错误.5.D解析 由图像可以看出,05 s内的加速度等于g,质点的机械能不变,故A错误;在05 s内,质点速度方向向上,加速度方向向下,加速度与速度方向相反,则质点速度减小,则动能减小,故B错误;在1015 s内,质点向上减速的加速度大于g,说明质点受到了方向向下的外力,外力做负功,机械能减少,故C错误;根据牛顿第二定律,510 s内,有mg-F=ma,解得F=2m,方向向上,做正功,质点的机械能增加,1015 s内,有mg+F=ma,解得F=2m,方向向下,质点的机械能减少,质点一直向上做减速运动,1015 s内的速度小于510 s内的速度,则1015 s内的位移小于510 s内的位移,故质点在t=15 s时的机械能大于t=5 s时的机械能,D正确.6.D解析 由图像可知,在0t1时间内小球做自由落体运动,根据h=12gt12可求得绳长,故A错误;t2、t5、t8三个时刻,绳子的拉力最大,处于最低点,拉力大于重力,故B错误;由图像可知,在上下运动的过程中,到达最低点时的拉力逐渐减小,故整个过程中需克服阻力做功,t2时刻小球与弹性绳组成的系统的机械能一定大于t5时刻的机械能,故C错误;t3t4时间内和t6t7时间内小球都做竖直上抛运动,由于t3时刻的速度大于t6时刻的速度,由竖直上抛运动的时间t=2v0g知,t4与t3之差大于t7与t6之差,故D正确.7.C解析 重力先做正功,后做负功,WG=mgssin ,从斜率上看,可知k=mgsin 不变,选项A错误;克服摩擦力做功等于产生的热量,即Wf=Q=mgscos ,从斜率上看,可知k=mgcos ,因此斜率不变,选项B错误;根据动能定理得F合s=Ek,从斜率上看,可知斜率代表滑块运动时的合外力,滑块下滑时的加速度小,上滑时的加速度大,选项C正确;减少的机械能转化为热量,因此滑块的机械能是一直减小的,选项D错误.8.C解析 设物体下滑到A点的速度为v0,从P到A过程,由机械能守恒定律得12mv02=mgh,解得v0=2gh=2 m/sv=4 m/s,则物体滑上传送带后,在滑动摩擦力的作用下做匀加速运动,加速度大小为a=mgm=g=2 m/s2,当物体的速度与传送带的速度相等时用时t1=v-v0a=4-22 s=1 s,匀加速运动的位移x1=v0+v2t1=2+421 m=3 mL=5 m,所以物体与传送带共速后向右做匀速运动,匀速运动的时间为t2=L-x1v=5-34 s=0.5 s,故物体从A运动到B的时间为t=t1+t2=1.5 s,选项A错误;物体运动到B时的速度v=4 m/s,根据动能定理得,摩擦力对物体做功W=12mv2-12mv02=12142 J-12122 J=6 J,选项B错误;在t1时间内,传送带做匀速运动的位移x带=vt1=4 m,故产生热量Q=mgx=mg(x带-x1),解得Q=2 J,选项C正确;电动机多做的功一部分转化成了物体的动能,另一部分转化为内能,则电动机多做的功W=12mv2-12mv02+Q=121(42-22) J+2 J=8 J,故选项D错误.9.D解析 设在时间t内发电机获得的风能为Ek,由于m=V=r2vt,所以Ek=12mv2=12r2v3t=121.293.143027.53t(J)768 981t(J),故变桨距控制风力发电机将风能转化成电能的效率为=PtEk=400103t768 981t=52%,故A正确;由图像可知,当风速为7.5 m/s时,变桨距控制风力发电机的功率为400 kW,定桨距控制风力发电机的功率为100 kW,所以每台风力发电机每天能多发电E=(P1-P2)t=(400-100)24 kWh=7200 kWh,故B正确;空气的动能为Ek768 981t (J),所以每台发电机每秒钟转化的空气动能为Ek0=768 981t0 (J)=768 9811 J7.69105 J,故C正确;完全燃烧45 kg煤所产生的内能为E=mq=453.2107 J=1.44109 J,一台变桨距控制风力发电机每小时获得的风能为Ek=Ekt=768 9813600 J2.77109 J ,故一台变桨距控制风力发电机每小时获得的风能与完全燃烧45 kg煤所产生的内能不相等,故D错误.10.(1)32 m/s(2)0.8 N竖直向下(3)49.2 W解析 (1)水做平抛运动,竖直方向上,有h=R+Rcos =1.6 m根据vCy2=2gh解得vCy=42 m/s因为水在C点刚好沿切线进入管道,所以tan =vCyvB故vB=32 m/s(2)以一小段水为研究对象.当水在最高点B受到管道的作用力为0时,有mg=mv临2R解得v临=10 m/s32 m/s故水在B点时,有mg+FN=mvB2R解得FN=0.8 N,方向竖直向下(3)以单位时间(t=1 s)从B点喷出的水为研究对象,有m0=SvBt由能量守恒定律得Pt=m0g2R+12m0vB2解得P=34.82 W49.2 W11.(1)1.8 J7 N(2)455 m (3)01.8 m解析 (1)根据机械能守恒定律得Ep=12mvD2+mg(h+R)=1.8 J在最高点D对小环受力分析,由牛顿第二定律得FN+mg=