高三物理一轮复习 高频考点强化（四）能量综合问题.doc

高频考点强化(四)能量综合问题(45分钟100分)一、选择题(本题共10小题,每小题7分,共70分。17题为单选题,810题为多选题)1.(2017滁州模拟)如图所示,一小孩沿粗糙的滑梯加速滑下,则该小孩()a.重力势能不变,动能增加,机械能减少b.重力势能减少,动能不变,机械能增加c.重力势能减少,动能增加,机械能减少d.重力势能减少,动能增加,机械能不变【解析】选c。小孩从滑梯上加速滑下,高度下降,所以重力势能减少;速度增大,则动能增加;除重力以外滑动摩擦力做负功,由功能关系可知小孩的机械能减少,故a、b、d错误,c正确。2.(2017揭阳模拟)如图所示,一质量为m的重物放在水平地面上,上端用一根轻弹簧相连。现用手拉弹簧的上端p缓慢向上移动,当p点位移为h时,重物离开地面一段距离h,则在此过程中()a.拉弹簧的力对系统做功为mghb.重物m的机械能守恒c.弹簧的劲度系数等于mgh-hd.弹簧和重物组成的系统机械能守恒【解析】选c。拉弹簧的力随着弹簧的伸长慢慢变大,拉力并不等于重力,故做功不是mgh,故a错误;由于弹力对重物做功,所以重物m的机械能增加,故b错误;缓慢向上移动,重物处于平衡状态,重物离开地面一段距离h,则有k(h-h)=mg,解得k=mgh-h,故c正确;由于外力对弹簧和重物组成的系统做功,所以弹簧和重物组成的系统机械能增加,故d错误。3.如图所示,有一内壁光滑的闭合椭圆形管道,置于竖直平面内,mn是通过椭圆中心o点的水平线。已知一小球从m点出发,初速率为v0,沿管道mpn运动,到n点的速率为v1,所需时间为t1;若该小球仍由m点以初速率v0出发,而沿管道mqn运动,到n点的速率为v2,所需时间为t2。则()导学号42722444a.v1=v2,t1t2b.v1t2c.v1=v2,t1t2d.v1v2,t1t2,故选项a正确。4.(2017厦门模拟)将地面上静止的货物竖直向上吊起,货物的质量为1kg,货物在3s内的v -t图象如图所示。以下判断正确的是(g取10m/s2)()a.3s内重力做功为90jb.3s内合外力对货物做功为-18jc.3s内拉力对货物做功为108jd.3s内货物的机械能守恒【解析】选c。由v -t图象可知,物体在3s内上升的高度为h=632m=9m,加速度为a=63m/s2=2m/s2,由牛顿第二定律得f合=f-mg=ma=12n=2n,解得f=12n,则重力做功wg=-mgh=-109j=-90j,a错误;合外力做功w合=f合h=29j=18j,b错误;拉力做功wf=fh=129j=108j,c正确;由于除重力以外拉力做功,故机械能不守恒,d错误。5.(2017赣州模拟)一个质量为1kg的物块从固定斜面上距挡板2m高的位置无初速度滑下,撞到下面的挡板上时,速度为6m/s,物块撞到挡板上后,反弹的速度为4m/s,重力加速度g取10m/s2,则下面说法正确的有()导学号42722445a.物块在斜面上运动的过程中机械能守恒b.物块从斜面上滑下到与挡板相碰前的过程中机械能减少了1jc.物块与挡板相碰过程中损失的机械能为10jd.物块与挡板相碰后,能返回到离挡板0.8m高处【解析】选c。物块下滑过程重力势能的减少量是ep=mgh=1102j=20j,动能的增加量为ek=12mv2=12162j=18j,由于ekep,所以物块在斜面上运动的过程中机械能不守恒,故a错误;物块从斜面上滑下到与挡板相碰前的过程中机械能减少量为e=ep-ek=20j-18j=2j,故b错误;物块与挡板相碰过程中损失的机械能为e损=12mv2-12mv2=18j-12142j=10j,故c正确;设斜面的倾角为,物块与斜面间的动摩擦因数为,根据动能定理得,下滑过程mgh-mgcoshsin=12mv2-0,上滑过程-mgh-mgcoshsin=0-12mv2,联立解得物块与挡板相碰后上滑的高度h0.73m,故d错误。6.(2017泉州模拟)如图所示,长木板a静止放在光滑的水平地面上,物体b以水平速度冲上a后,由于摩擦力作用,最后停止在木板a上,则从b冲到木板a上到相对板a静止的过程中,下述说法中正确的是()a.物体b动能的减少量等于系统增加的内能b.物体b克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量c.物体b损失的机械能等于木板a获得的机械能d.物体b克服摩擦力做的功等于木板a增加的机械能与系统增加的内能之和【解析】选d。根据能量转化和守恒定律知,物体b动能的减少量等于a获得的动能和系统产生的内能之和,故a错误;根据功能关系知,系统克服摩擦力做功等于系统内能的增加量,由动能定理可知,物体b克服摩擦力做的功等于物体b动能的减少量,故b错误;物体b损失的机械能等于木板a获得的动能与系统产生的内能之和,故c错误;由动能定理知,物体b克服摩擦力做的功等于b动能的减少量,由能量守恒定律知,即等于木板a增加的机械能与系统增加的内能之和,故d正确。【加固训练】如图所示,木块a放在木块b的左端上方,用水平恒力f将a拉到b的右端,第一次将b固定在地面上,f做功w1,生热q1;第二次让b可在光滑水平面自由滑动,f做功w2,生热q2,则下列关系中正确的是()a.w1w2,q1=q2b.w1=w2,q1=q2c.w1w2,q1q2d.w1=w2,q1q2【解析】选a。木块a从木块b左端滑到右端克服摩擦力所做的功w=ffx,因为木块b不固定时木块a的位移要比固定时长,所以w1w2,摩擦产生的热量q=ffx相对,两次都从木块b左端滑到右端,相对位移相等,所以q1=q2,故a正确。7.(2017太原模拟)如图所示,甲、乙两种粗糙面不同但高度相同的传送带,倾斜于水平地面放置。以同样恒定速率v向上运动。现将一质量为m的小物体(视为质点)轻轻放在a处,小物体在甲传送带上到达b处时恰好达到传送带的速率v;在乙传送带上到达离b竖直高度为h的c处时达到传送带的速率v。已知b处离地面高度为h,则在物体从a到b的运动过程中()导学号42722446a.两种传送带对小物体做功相等b.将小物体传送到b处,两种传送带消耗的电能相等c.两种传送带与小物体之间的动摩擦因数甲的大d.将小物体传送到b处,两种系统产生的热量相等【解析】选a。传送带对小物体做功等于小物体机械能的增加量,两种情况下物体动能的增加量相等,重力势能的增加量也相同,即机械能的增加量相等,根据功能关系知,两种传送带对小物体做功相等,故a正确;根据公式v2=2ax,可知物体加速度关系a甲a乙,由牛顿第二定律得mgcos-mgsin=ma,解得甲q乙,根据能量守恒定律,电动机消耗的电能e电等于摩擦产生的热量q与物体增加机械能之和,因物体两次从a到b增加的机械能相同,q甲q乙,所以将小物体传送到b处,两种传送带消耗的电能甲更多,故b、c、d错误。【加固训练】(多选)如图,在匀速转动的电动机带动下,足够长的水平传送带以恒定速率v1匀速向右运动。一质量为m的滑块从传送带右端以水平向左的速率v2(v2v1)滑上传送带,最终滑块又返回至传送带的右端。就上述过程,下列判断正确的有()a.滑块返回传送带右端的速率为v1b.此过程中传送带对滑块做功为12mv22-12mv12c.此过程中电动机对传送带做功为2mv12d.此过程中滑块与传送带间摩擦产生的热量为12m(v1+v2)2【解析】选a、d。由于传送带足够长,滑块减速向左滑行,直到速度减为零,然后滑块会在滑动摩擦力的作用下向右加速,由于v1v2,滑块会先在滑动摩擦力的作用下加速,当速度增大到等于传送带速度时,滑块还在传送带上,之后不受摩擦力,故滑块与传送带一起向右匀速运动,有v2=v1,故a正确;此过程中只有传送带对滑块做功,根据动能定理w=ek得w=ek=12mv12-12mv22,故b错误;设滑块向左运动的时间为t1,位移为x1,则:x1=12v2t1,摩擦力对滑块做功:w1=ffx1=ff12v2t1,又摩擦力做功等于滑块动能的减小量,即w1=12mv22,该过程中传送带的位移:x2=v1t1,摩擦力对传送带做功w2=ffx2=ffv1t1=ffv12x1v2=2ffx1v1v2=2w1v1v2=mv1v2。设滑块向右运动的时间为t2,位移为x3,则x3=12v1t2,摩擦力对滑块做功w3=ffx3=12mv12,该过程中传送带的位移x4=v1t2=2x3,滑块相对传送带的总位移x相=x1+x2+x4-x3=x1+x2+x3,滑动摩擦力对系统做功w总=ffx相=w1+w2+w3=12m(v1+v2)2,滑块与传送带间摩擦产生的热量大小等于滑动摩擦力对系统做功,q=w总=ffx相=12m(v1+v2)2,故d正确;根据能量守恒定律可知,全过程中,电动机对皮带做的功与滑块动能的减小量等于滑块与传送带间摩擦产生的热量,即q=w+12mv22-12mv12,整理得w=q-12mv22+12mv12=mv12+mv1v2,故c错误。8.(2017上饶模拟)如图所示,在固定倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环,杆与水平方向的夹角=30,圆环与竖直放置的轻质弹簧上端相连,弹簧的另一端固定在地面上的a点,弹簧处于原长h,让圆环沿杆由静止滑下,滑到杆的底端时速度恰为零。则在圆环下滑过程中()a.圆环和地球组成的系统机械能守恒b.当弹簧垂直于光滑杆时圆环的动能最大c.弹簧的最大弹性势能为mghd.弹簧转过60角时,圆环的动能为12mgh【解析】选c、d。圆环沿杆滑下,滑到杆的底端的过程中有两个力对圆环做功,即环的重力和弹簧的拉力,所以圆环和地球组成的系统的机械能不守恒,故a错误;当圆环沿杆的加速度为零时,其速度最大,动能最大,此时弹簧处于伸长状态,给圆环一个斜向下的拉力,故b错误;根据机械能守恒可知,当圆环滑到最底端时其速度为零,重力势能全部转化为弹性势能,此时弹性势能最大,等于重力势能的减小量即为mgh,故c正确;弹簧转过60角时,此时弹簧仍为原长,以圆环为研究对象,由动能定理得mgh2=12mv2,故d正确。9.(2017大同模拟)如图所示,细绳的上端固定在天花板上靠近墙壁的o点,下端拴一小球,l点为小球下垂时的平衡位置,在ol直线上固定一个钉子q。若将小球从竖直位置拉开(保持绳绷紧)到某位置p,释放后任其向l点摆动,不计空气阻力,小球到达l点后,因绳被钉子挡住,将开始沿以q为中心的圆弧继续运动。下列说法正确的是()导学号42722447a.若q与p等高,则小球向右摆到与p等高的点然后摆回来b.若q的位置比p低,则小球向右摆到与p等高的位置,然后竖直下落c.若q的位置比p低,则小球将绕q点旋转,直到绳子完全绕在钉子上为止d.若q的位置比p高,则小球向右能摆到与p等高的位置【解题指导】解答本题应注意以下两点:(1)小球运动过程机械能守恒。(2)若q的位置比p低,小球绕q点做圆周运动,可能小球能够到达圆周的最高点,也可能不能到达圆周的最高点。【解析】选a、d。若q与p等高,则小球向右摆到与p等高的点时的速度恰好为0,然后摆回来,故a正确;若q的位置比p低,则小球向右摆到与q等高的位置后速度仍然大于0,小球在绳子的拉力作用下继续做圆周运动,以后的运动可能有两种情况,一种情况是当q点的位置比较低时,小球能经过最高点;另一种情况是当q点的位置相对比较高时,小球不能沿圆周的轨迹到达q点正上方的n点,将在mn之间的某一点处离开圆周,做斜上抛运动,不能竖直下落,故b、c错误;若q的位置比p高,根据机械能守恒可知,小球向右能摆到与p等高的位置,故d正确。10.如图所示,将轻弹簧一端系于天花板上,另一端与质量为m的圆环相连,并将圆环套在粗糙的固定直杆上,直杆与水平面之间的夹角为,将环沿杆移动到a点,此时弹簧恰好处于原长状态且竖直。现将圆环由静止释放,其沿杆下滑,到达c点时的速度为零;再在c点给圆环沿杆向上的速度v,圆环又恰能回到a点,此过程中弹簧始终在弹性限度之内,ac=l,b为ac中点,重力加速度为g,下列说法正确的是()a.环下滑过程中,其速度先增大后减小b.环下滑过程中,其与杆摩擦产生的热量为12mv2c.环从c点运动到a点的过程中,弹簧对环做的功为mglsin-14mv2d.环上滑经过b点的速度小于下滑经过b点的速度【解题指导】解答本题应注意以下四点:(1)环由静止到运动再到速度为零,应先加速再减速。(2)环由a到c,再由c到a的过程弹簧弹力做的功和摩擦力做的功大小相等。(3)环上滑和下滑过程可分别列动能定理方程。(4)环克服摩擦力做的功等于摩擦产生的热量。【解析】选a、c。环从a处由静止开始下滑,初速度为零,到达c处的速度为零,所以环先做加速运动,再做减速运动,故a正确;环从a下滑到c由动能定理得mgh+wf-w弹=0-0。在c处获得一沿杆向上的速度v,恰好能回到a,由动能定理得-mgh+w弹+wf=0-12mv2,解得wf=-14mv2,由功能关系得产生的热量为14mv2,故b错误;由几何关系得h=lsin,解得w弹=mglsin-14mv2,故c正确;环从a下滑到b由动能定理得mgh+wf-w弹=12mvb2-0,环从b上滑到a过程,由动能定理得-mgh+wf+w弹=0-12mvb2,由于wf0,所以12mvb212mvb2,则环经过b时,上滑的速度大于下滑的速度,故d错误。二、计算题(本题共2小题,共30分。需写出规范的解题步骤)11.(14分)(2016浙江高考)在真空环境内探测微粒在重力场中能量的简化装置如图所示。p是一个微粒源,能持续水平向右发射质量相同、初速度不同的微粒。高度为h的探测屏ab竖直放置,离p点的水平距离为l,上端a与p点的高度差也为h。 导学号42722448(1)若微粒打在探测屏ab的中点,求微粒在空中飞行的时间。(2)求能被屏探测到的微粒的初速度范围。(3)若打在探测屏a、b两点的微粒的动能相等,求l与h的关系。【解题指导】解答本题应注意以下三点:(1)微粒在空中做平抛运动。(2)微粒打在a点初速度最大,打在b点初速度最小。(3)微粒运动过程机械能守恒。【解析】(1)打在中点的微粒3h2=12gt2t=3hg(2)打在b点的微粒v1=lt1;2h=12gt12v1=lg4h同理打在a点的微粒初速度为v2=lg2h微粒初速度范围lg4hvlg2h(3)由能量关系12mv22+mgh=12mv12+2mgh代入式l=22h答案:(1)3hg(2)lg4hvlg2h(3)l=22h12.(16分)同学们参照伽利略时期演示平抛运动的方法制作了如图所示的实验装置。图中水平放置的底板上竖直地固定有m板和n板。m板上部有一半径为r的14圆弧形的粗糙轨道,p为最高点,q为最低点,q点处的切线水平,距底板高为h。n板上固定有三个圆环。将质量为m的小球从p处静止释放,小球运动至q飞出后无阻碍地通过各圆环中心,落到底板上距q水平距离为l处。不考虑空气阻力,重力加速度为g。求:导学号42722449(