高考物理一轮复习 课时作业 第21讲 功能关系 能的转化与守恒定律.doc

2013届高三物理总复习精品课时作业第21讲 功能关系 能的转化与守恒定律1行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流上述不同现象中所包含的相同物理过程是()a重力对物体做功b物体的动能转化为其他形式的能量c物体的势能转化为其他形式的能量d物体的机械能转化为其他形式的能量【解析】汽车在水平路面上的制动过程，重力对其不做功，选项a、c错误；降落伞匀速下降时动能并没有变化，选项b错误上述各物理过程中减少的机械能转化成其他形式的能量，选项d正确【答案】d2如图所示，某人用竖直向上的力缓慢提起长为l、质量为m的置于地面上的铁链，则在将铁链提起到刚要脱离地面的过程中，提力所做的功为()amglb.mglc.mgld.mgl【解析】缓慢提起的过程中铁链动能不变，由功能原理得：wfe机mgl.【答案】b3从空中某一位置以大小为v0的速度水平抛出一质量为m的物体，经过时间t，物体下落一段距离h后，其速度大小仍为v0，但方向与初速度方向相反，如图所示下列说法错误的是()a风力对物体做功为零b风力对物体做负功，其大小等于物体机械能的变化c物体机械能减少mghd物体机械能减少mg2t2【解析】物体在空中运动的过程中，重力和风力对其做功，由动能定理得：w风mgh0可得：w风mgh由题意知，物体机械能的变化emgh若物体在竖直方向的受力恒为mg，则有：hgt2又由前面所述知风力对物体做负功，即风力方向为斜向上，则物体在竖直方向上的加速度ag，可得hgt2，故|ep|mg2t2.【答案】ad4在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项质量为m的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动，设水对他的阻力大小恒为f，那么在他减速下降深度为h的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力加速度)()a他的动能减少了fhb他的重力势能减少了mghc他的机械能减少了(fmg)hd他的机械能减少了fh【解析】动能的变化应看合外力的功，选项a错误；重力势能的减少看重力做功，机械能的变化看除重力之外的力做功，分析知选项b、d正确【答案】bd5图示为某探究活动小组设计的节能运输系统斜面轨道倾角为30，质量为m的木箱与轨道的动摩擦因数为.木箱在轨道顶端时，自动装货装置将质量为m的货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速度滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，再重复上述过程下列选项正确的是()ammbm2mc木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度d在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能【解析】设弹簧压缩最大时的弹性势能为ep，由动能定理可得，下滑过程有(mm)gsin 30s(mm)gcos 30sep0，上滑过程有epmgsin 30smgcos 30s0，解得m2m.【答案】bc6过山车是游乐场中常见的设施图甲是一种过山车的简易模型，它由水平轨道和在竖直平面内的三个圆形轨道组成，b、c、d分别是三个圆形轨道的最低点，b、c间距与c、d间距相等，半径r12.0 m、r21.4 m一个质量m1.0 kg的小球(视为质点)，从轨道的左侧a点以v012.0 m/s的初速度沿轨道向右运动，a、b间距l16.0 m小球与水平轨道间的动摩擦因数0.2，圆形轨道是光滑的假设水平轨道足够长，圆形轨道间不相互重叠重力加速度取g10 m/s2，计算结果保留小数点后一位数字试求：(1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时，轨道对小球作用力的大小(2)如果小球恰能通过第二个圆形轨道，b、c间距l应是多少(3)在满足(2)的条件下，如果要使小球不脱离轨道，在第三个圆形轨道的设计中，半径r3应满足的条件；小球最终停留点与起点a的距离【解析】(1)设小球经过第一个圆形轨道的最高点时的速度为v1，根据动能定理得：mgl12mgr1mvmv小球在最高点受到重力mg和轨道对它的作用力f，根据牛顿第二定律得：fmgm联立解得：f10.0 n.(2)设小球在第二个圆形轨道最高点的速度为v2，由题意有：mgmmg(l1l)2mgr2mvmv解得：l12.5 m.(3)要保证小球不脱离轨道，可分两种临界情况进行讨论：轨道半径较小时，小球恰能通过第三个圆轨道，设在最高点的速度为v3，应满足：mgmmg(l12l)2mgr3mvmv联立解得：r30.4 m.轨道半径较大时，小球上升的最大高度为r3，根据动能定理得：mg(l12l)mgr30mv解得：r31.0 m.为了保证圆轨道不重叠，r3的最大值应满足：(r2r3)2l2(r3r2)2解得：r327.9 m.综合、，要使小球不脱离轨道，则第三个圆轨道的半径须满足的条件为：0r30.4 m或1.0 mr327.9 m(若写成“1.0 mr327.9 m”也可)当0r30.4 m时，设小球最终停留点与起点a的距离为l，则：mgl0mv解得：l36.0 m当1.0 mr327.9 m时，小球最终停留点与起点a的距离为l，则：ll2(ll12l)26.0 m.【答案】(1)10.0 n(2)12.5 m(3)0r30.4 m或1.0 mr327.9 m当0r30.4 m时，l36.0 m；当1.0 mr327.9 m时，l26.0 m7如图所示，一根轻杆长为2l，中点a和右端点b各固定一个小球，mb2ma左端o为光滑水平转轴开始时杆静止在水平位置，释放后将向下摆动至竖直，在此过程中以下说法正确的是()aa、b两球的机械能都守恒ba、b两球的机械能不守恒，但它们组成的系统机械能守恒c这一过程o、a间轻杆对a球做正功d这一过程a、b间轻杆对a球做正功【解析】两小球及轻杆组成的系统的机械能守恒，设摆到竖直时角速度为，有：m(l)22m(2l)2mgl2mg2l解得：即a的动能ekam(l)2mgl|epa|b的动能ekb2m(2l)22mg2l|epb|故选项a错误、b正确又因为下摆的过程o、a间轻杆的弹力沿杆方向不做功，故知a、b之间轻杆对a球做负功【答案】b8如图所示，水平传送带以速度v匀速运动，一质量为m的小木块由静止轻放到传送带上若小木块与传送带之间的动摩擦因数为，当小木块与传送带相对静止时，转化为内能的能量为()amv2 b2mv2 c.mv2 d.mv2【解析】小木块在传送带上做加速运动时的加速度ag，达到速度v以前加速运动的位移x1，这段时间内传送带移动的距离x2v.可以根据以下两种方法求转化的内能解法一转化的内能等于摩擦产生的热量，由功能关系，得：qfx相mg(x2x1)mv2.解法二由能量守恒定律可知，传动轮对皮带做的功等于木块动能的增加和转化的内能由于皮带保持匀速运动，故木块加速过程中传动轮对它的牵引力大小fmg所以有：wfekq即mgmv2q所以qmv2.【答案】d9小球由地面竖直上抛，上升的最大高度为h.设所受阻力大小恒定，地面为零势能面在上升至离地高度h处，小球的动能是势能的2倍，在下落至离地高度h处，小球的势能是动能的2倍，则h等于()a. b. c. d.【解析】小球上升至最高点过程：mghfh0mv；小球上升至离地高度h处过程：mghfhmvmv，又mv2mgh；小球上升至最高点后又下降至离地高度h处过程：mghf(2hh)mvmv，又2mvmgh；以上各式联立解得hh，选项d正确【答案】d10如图所示，木板质量为m，长度为l，小木块质量mm，水平地面光滑，一根不计质量的轻绳通过定滑轮分别与木板和木块连接，小木块与木板间的动摩擦因数为，开始时木块静止在木板左端，现用水平向右的力将木块缓慢拉至右端，拉力至少做功为()amgl b. mgl c. 3mgl d5mgl【解析】由于系统动能不变，拉力做功的大小等于系统产生的内能，所以wmgl，选项a正确【答案】a11图示为放置在竖直平面内的游戏滑轨的模拟装置，滑轨由四部分粗细均匀的金属杆组成，其中倾斜直轨ab与水平直轨cd长均为l3 m，圆弧形轨道apd和bqc均光滑，bqc的半径r1 m，apd的半径r2 m，ab、cd与两圆弧形轨道相切，o2a、o1b与竖直方向的夹角均为37.现有一质量m1 kg的小球穿在滑轨上，以初动能ek0从b点开始沿ba向上运动，小球与两段直轨道间的动摩擦因数均为，设小球经过轨道连接处均无能量损失(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)(1)要使小球完成一周运动回到b点，则初动能ek0至少多大(2)若小球以第(1)问ek0数值从b出发，求小球第二次到达d点时的动能及小球在cd段上运动的总路程【解析】(1)从b点开始到轨道最高点需要的能量为：ek0mgr(1cos )mglsin mglcos 代入数据解得：ek030 j设从最高点向左返回b点剩余动能为ekbekbmg2rmgr(1cos )mgl12 j说明只要小球能从b点上升到最高点以后就可以回到b点，要使小球完成一周运动回到b点，初动能ek0至少为30 j.(2)小球第一次回到b点时的动能为12 j，小球沿ba向上运动到最高点，距离b点为x.则有：ekbmgxcos mgxsin 解得x m3 m小球掉头向下运动，当小球第二次到达d点时动能为：ekdmgr(1cos )mgxsin mgx cos