2012届高三物理二轮 专题05 机械能守恒定律及其应用精品卷

用心 爱心 专心 1 20122012 届高三物理二轮精品专题卷届高三物理二轮精品专题卷 5 5 物理物理 考点范围 功和功率 动能和动能定理 重力做功与重力势能 功能关系 机械能守恒定律考点范围 功和功率 动能和动能定理 重力做功与重力势能 功能关系 机械能守恒定律 及其应用及其应用 1 1 选择题 本题共选择题 本题共 1010 小题 每小题小题 每小题 4 4 分 共分 共 4040 分 在每小题给出的四个选项中 有的只分 在每小题给出的四个选项中 有的只 有一个选项符合题目要求 有的有多个选项符合题目要求 全部选对的得有一个选项符合题目要求 有的有多个选项符合题目要求 全部选对的得 4 4 分 选对但不分 选对但不 全的得全的得 2 2 分 有选错的得分 有选错的得 0 0 分 分 1 关于机械能下列说法中正确的是 A 做匀速运动的物体 其机械能一定守恒 B 做匀加速运动的物体 其机械能可能守恒 C 如果合外力对物体做功为零 物体的机械能可能增加 D 只要有摩擦力存在 机械能一定减少 2 测定运动员体能的一种装置如右图所示 运动员的质量为m1 绳栓在腰间沿水平方向跨 过滑轮 不计滑轮摩擦与质量 悬挂重物m2 人用力蹬传送带而人的重心不动 使传送 带以速率v向右运动 下面四种说法正确的是 A 人对传送带不做功 B 人对传送带做正功 C 传送带对人做负功 D 人对传送带做功的功率为m2gv 3 如右图所示 质量为m的物体在与水平方向成 的恒力F作用下以加速度a做匀加速度 直线运动 已知物体和地面间的动摩擦因数为 物体在地面上运动距离为x的过程中力 F做功为 A mgxB x gam tan1 C x gam tan1 D mgx tan1 4 如右图所示 物体受到水平推力F的作用在粗糙水平面上做直线运动 监测到推力F 物 体速度v随时间t变化的规律如图所示 取g 10m s2 则 A 第 1s 内推力做功为 1J B 第 2s 内物体克服摩擦力做的功W 2 0J C 第 1 5s 时推力F的功率为 2W D 第 2s 内推力F做功的平均功率W51 P 5 把动力装置分散安装在每节车厢上 使其既具有牵引动力 又可以载客 这样的客车车辆 叫做动车 而动车组是几节自带动力的车辆 动车 加几节不带动力的车辆 也叫拖车 编成一组 如右图所示 假设动车组运行过程中受到的阻力与其所受重力成正比 每节动 车与拖车的质量都相等 每节动车的额定功率都相等 若 1 节动车加3 节拖车编成的动车 组的最大速度为120km h 则 9 节动车加3 节拖车编成的动车组的最大速度为 用心 爱心 专心 2 A 120km h B 240km h C 360km h D 480km h 6 质量为 l 0kg 的物体以某初速度在水平面上滑行 由于摩擦阻力的作用 其动能随位移 变化的情况如下图所示 则下列判断正确的是 g 取 10m s2 A 物体与水平面间的动摩擦因数为 0 20 B 物体与水平面间的动摩擦因数为 0 25 C 物体滑行的总时间为 5 0s D 物体滑行的总时间为 4 0s 7 在 2011 年 5 月 15 日进行的国际田联钻石联赛上海站中 首次尝试七步上栏的刘翔以 13 秒 07 创项目赛季最好成绩夺冠 他采用蹲踞式起跑 在发令枪响后 右脚迅速蹬离起跑 器 在向前加速的同时提升身体重心 如下图所示 假设刘翔的质量为m 在起跑时前进 的距离s内 重心升高量为h 获得的速度为v 克服阻力做功为W阻 则在此过程中 A 刘翔的机械能增加了 2 2 1 mv B 刘翔的重力做功为mghW 重 C 刘翔自身做功为mghmvW 2 2 1 人 D 刘翔自身做功为 阻人 WmghmvW 2 2 1 8 如右图所示 2011 年 5 月 27 日在国际泳联大奖赛罗斯托克站中 中国选手彭健烽在男子 3 米板预赛中以 431 60 分的总成绩排名第一 晋级半决赛 若彭健烽的质量为m 他入水 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 在水中下降高度h的过程中 他的 g为当地重力加速度 A 重力势能减少了mgh B 动能减少了Fh C 机械能减少了 F mg h D 机械能减少了Fh 9 如右图所示 固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环 圆环与一橡皮绳相连 橡 皮绳的另一端固定在地面上的A点 橡皮绳竖直时处于原长h 让圆环沿杆滑下 滑到杆 的底端时速度为零 则在圆环下滑过程中 A 圆环机械能守恒 B 橡皮绳的弹性势能一直增大 C 橡皮绳的弹性势能增加了mgh D 橡皮绳再次到达原长时圆环动能最大 10 如右图所示 固定在竖直面内的光滑圆环半径为R 圆环上套有质量分别为m和 2m的小 球A B 均可看作质点 且小球A B用一长为 2R的轻质细杆相连 在小球B从最高点 用心 爱心 专心 3 由静止开始沿圆环下滑至最低点的过程中 已知重力加速度为g 下列说法正确的是 A B球减少的机械能等于A球增加的机械能 B B球减少的重力势能等于A球增加的重力势能 C B球的最大速度为 3 4gR D B球克服细杆所做的功为mgR 3 8 二 非选择题 本题共二 非选择题 本题共 6 6 小题 共小题 共 6060 分 要求写出必要的文字说明 方程式和演算步骤 分 要求写出必要的文字说明 方程式和演算步骤 11 8 分 运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演是一种刺激性很强的运动项目 如下图所示 运动员驾驶摩托车的在AB段加速 到B点时速度为v0 20m s 之后以恒定功率 P 1 8kw 冲上曲面BCDE 经t 13s 的时间到达E点时 关闭发动机后水平飞出 已知人 和车的总质量m 180 kg 坡顶高度h 5m 落地点与E点的水平距离x 16m 重力加速 度g 10m s2 求摩托车在冲上坡顶的过程中克服阻力做的功 12 10 分 液化石油燃气汽车简称 LPG 汽车 该燃气汽车的 CO 排放量比汽油车减少 90 以 上 碳氢化合物排放减少 70 以上 氮氧化合物排放减少 35 以上 是目前较为实用的低 排放汽车 如下图所示为一辆燃气车 为检验刹车功能 进行了如下实验 在路旁可以竖 起一标志杆 车以v0 72km h 的速度匀速行驶 当车头距标志杆s 20m 时 实验室工作人 员向司机下达停车的指令 司机经时间t0 0 8s 即反应时间 后开始刹车 若车在标志 杆前停止运动则符合安全要求 已知车与驾驶员总质量为M 1000kg g 10m s2 求 1 刹车过程中的制动力至少多大 2 现把该车改装为双动力系统 在平路行驶时 只采用燃气动力驱动 发动机的额定 功率为 15kw 能获得的最大速度为v1 15m s 当车驶上路面情况相同倾角为 37 足够长 的斜坡时 采用电力与燃气双动力系统发动机的总功率为 34kw 保持该功率不变 经过 2 0s 达到最大速度 求t 45s 时车沿斜面运动的路程 sin37 0 6 cos37 0 8 用心 爱心 专心 4 13 10 分 如下图所示 水平轨道AB与位于竖直面内半径为R 0 90 m 的半圆形光滑轨道 BCD相连 半圆形轨道的BD连线与AB垂直 质量为m 1 0kg 可看作质点的小滑块在恒定 外力F 17 5N 作用下从水平轨道上的A点由静止开始向右运动 物体与水平地面间的动摩 擦因数 0 5 到达水平轨道的末端B点时撤去外力 已知AB间的距离为x 1 8m 滑块 进入圆形轨道后从D点抛出 求滑块经过圆形轨道的B点和D点时对轨道的压力是多大 g取 10m s2 14 10 分 如下图所示 在水平长直的轨道上 有一长度为L的平板车在外力控制下始终 保持速度v0做匀速直线运动 某时刻将一质量为m 可视为质点的小滑块轻放到车面最右 端 滑块刚好距B端L 3 1 处的C点相对小车静止 设定平板车上表面各处粗糙程度相同 求滑块和平板车摩擦产生的内能 用心 爱心 专心 5 15 8 分 如下图所示 设AB段是距水平传送带装置高为H 1 5m 的粗糙斜面 水平段BC 使用水平传送带装置 BC长L 5m 与货物间的摩擦因数为 0 4 皮带轮的半径为 R 0 2m 转动的角速度为 15rad s 设质量为m 1kg 的小物块由静止开始从A点下滑 经过B点的拐角处无机械能损失 从B点运动到C点所用时间是 1 5s 且知货物从B点开 始做匀减速运动 到达C点前已相对传送带静止 试求货物在斜面上运动时克服摩擦力所 做的功 g取 10m s2 16 14 分 如下图所示 让摆球从图中的C位置由静止开始摆下 摆到最低点D处 摆线 刚好被拉断 小球在粗糙的水平面上由D点向左做匀减速运动 到达小A孔进入半径 R 0 3m 的竖直放置的光滑圆弧轨道 当摆球进入圆轨道立即关闭A孔 已知摆线长 L 2m 60 小球质量为m 0 5kg D点与小孔A的水平距离s 2m g取 10m s2 试求 1 求摆线能承受的最大拉力为多大 2 要使摆球能进入圆轨道并且不脱离轨道 求粗糙水平面摩擦因数 的范围 用心 爱心 专心 6 答案与解析答案与解析 1 命题立意命题立意 本题以运动 力 做功等情景来考查机械能守恒及其变化 思路点拨思路点拨 1 机械能是否守恒应从守恒的条件去分析判断 2 否定判断可用举例法 答案答案 BC 解析解析 物体在竖直方向向上做匀速运动时 其机械能是增加的 选项 A 错误 选项 C 正确 做匀加速运动的物体 其机械能可能守恒 如自由落体运动 选项 B 正确 摩擦力可以做正功 可以做负功 也可以不做功 选项 D 错误 2 命题立意命题立意 本题考查功的基本概念与功率 思路点拨思路点拨 功的正负取决于力与位移 速度 的夹角 功率P Fv求解 答案答案 BD 解析解析 传送带在人的摩擦力的作用下向右运动 摩擦力与速度方向相同 所 以人以传送带做正功 选项 A 错误 B 正确 由于人处于静止状态 在传送带给人的摩擦 力的方向无位移 故传送带对人不做功 C 选项错误 人处于静止状态故有 f m2g 由牛 顿第三运动定律可得 f f m2g 故人对传送带做功的功率为 P f v m2gv D 选项正确 3 命题立意命题立意 本题以匀加速运动的情景 考查力所做的功 思路点拨思路点拨 1 应用牛顿第二定律求得力F 2 根据功的定义式求力F所做的功 答案答案 B 解析解析 以物体为研究对象 竖直方向有 N sinFmg F 水平方向有 ma F F N cos 联立解得 gam F sincos 在此过程中F做功 x gam FxW tan1 cos 故正确选项 为 B 4 命题立意命题立意 本题以图象为切入点考查功与功率 思路点拨思路点拨 1 由v t图象寻找位移与速度 2 结合功与功率的表达式求解 用心 爱心 专心 7 答案答案 B 解析解析 第 1s 内物体保持静止状态 在推力方向没有位移产生故做功为 0 A 选项错误 由图象可知第 3s 内物体做匀速运动 F 2N 故F f 2N 由v t图象知第 2s 内物体的位移x 2 1 1 2m 1m 第 2s 内物体克服摩擦力做的功Wf fx 2 0J 故 B 选项正 确 第 1 5s 时物体的速度为 1m s 故推力的功率为 3W C 选项错误 第 2s 内推力 F 3N 推力F做功WF Fx 3 0J 故第 2s 内推力F做功的平均功率P WF t 3W 故 D 选项错 误 5 命题立意命题立意 本题以动车组为情景考查机车的功率问题 思路点拨思路点拨 1 动车与拖车的质量都相等 且受到的阻力与其所受重力成正比 2 速度最大时 牵引力等于阻力 3 应用功率公式FvP 求解 答案答案 C 解析解析 由kmvP4 和vkmP 129 解得km h3603 vv 故正确选项为 C 6 命题立意命题立意 本题以图象为情景 综合考查动能 动能定理 牛顿运动定律及运动学公式 等 思路点拨思路点拨 1 由图象获得动能 动能变化及位移相关信息 2 由动能定理求得动 摩擦因数 3 由动能定义式 牛顿第二定律及运动学公式求得时间 答案答案 AC 解析解析 由动能定理 k0 0E mgx 解得 0 20 选项 A 正确 选项 B 错误 由 2 0k0 2 1 mvE mg ma 0 v0 at 联立解得t 5 0s 选项 C 正确 选项 D 错误 7 命题立意命题立意 本题以最新的刘翔跨栏夺冠为情景 考查机械能及动能定理等 思路点拨思路点拨 1 刘翔的动能和重力势能均增加 2 本题重力做负功 3 由动能 定理求出刘翔所做的功 答案答案 D 解析解析 刘翔的机械能增加量为 mghmv 2 2 1 选项 A 错误 刘翔的重力做功为 mghW 人 选项 B 错误 由动能定理0 2 1 2 mvWmghW 人人 得 人人 WmghmvW 2 2 1 选项 C 错 误 选项 D 正确 8 命题立意命题立意 本题以彭健烽跳水为情景 综合考查动能定理 重力做功与重力势能改变及 功能关系等 思路点拨思路点拨 1 重力做正功 重力势能减少 减少的重力势能等于重力所做的功 2 动能变化从动能定理的角度去考虑 3 机械能的变化对应力F所做的功 用心 爱心 专心 8 答案答案 AD 解析解析 重力mg做正功 力F做负功 由重力做功与重力势能改变的关系知 选项 A 正确 由动能定理知动能改变对应外力所做的总功 选项 B 错误 由功能关系 机 械能的改变量在数值上等于力F做的功 选项 C 错误 选项 D 正确 9 命题立意命题立意 本题通过斜面及橡皮绳情景 考查动能 弹性势能 系统机械能守恒等 思路点拨思路点拨 1 圆环与橡皮绳构成的系统机械能守恒 圆环机械能不守恒 2 橡皮 绳只有在伸长状态下才有弹性势能 3 橡皮绳再次到达原长时 合外力仍沿杆向下 答案答案 C 解析解析 圆环与橡皮绳构成的系统机械能守恒 圆环的机械能先不变后减小 橡 皮绳的弹性势能先不变后增加 选项AB 错误 选项C 正确 橡皮绳再次到达原长时 合外 力 仍沿杆向下 圆环仍加速向下运动 选项D 错误 10 命题立意命题立意 本题以竖直平面内的圆周运动为情景 考查动能定理和机械能守恒定律的 应用 思路点拨思路点拨 1 小球A B组成的系统机械能守恒 但每一个小球机械能均不守恒 2 对两小球应用机械能守恒定律 对B球应用动能定理 答案答案 ACD 解析解析 小球A B组成的系统机械能守恒 选项 A 正确 由于A B两小球 质量不同 选项 B 错误 当B球到达最低点时 两小球速度最大 由系统机械能守恒 2 3 2 1 24mvmgRmgR 得最大速度为 3 4gR v 选项 C 正确 以B球为研究对象 由动能定 理得 02 2 1 4 2 mvmgRW 解得mgRW 3 8 选项 D 正确 11 命题立意命题立意 本题以运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演为情景 综合考查动能定理和平抛 运动规律的应用 思路点拨思路点拨 1 摩托车从B到E为复杂的曲线运动 应用动能定理 2 摩托车离开 E点后做平抛运动 答案答案 27360J 解析解析 对摩托车的平抛运动过程 有 2 2 1 gth 2 分 vtx 2 分 摩托车在斜坡上运动时 由动能定理得 2 0 2 f 2 1 2 1 mvmvmghWPt 2 分 联立解得J27360 f W 2 分 12 命题立意命题立意 本题以环保汽车 燃气车 为情景 综合考查瞬时功率的计算和机车起动 模型 用心 爱心 专心 9 思路点拨思路点拨 1 瞬时功率的计算P Fv 2 机车恒功率起动用动能定理分析 3 当 牵引力等于阻力 F f 时 机车速度最大 即 f P v m 答案答案 1 5 104N 2 370 2m 解析解析 1 在反应时间内驾驶员匀速运动的距离为 s0 v0t0 16m 1 分 若车在标志杆前停止运动 由运动学公式可得 a v 2 2 0 s s0 1 分 可求得 a 50m s2 1 分 由牛顿第二运动定律可得 F制 ma 5 104N 1 分 2 在平路行驶时获得的最大速度时 汽车匀速运动由 1 v P Mg 燃 1 分 当汽车保持总功率不变 在斜坡上运动 达到最大速度时由 Mgcos Mgsin v2 P总 1 分 可求得 v2 5m s 1 分 由动能定理可得 2 2 2 1 sincosMv Mgs MgstP 总 2 分 解得 s 370 2m 1 分 13 命题立意命题立意 本题以水平面上的匀加速度运动和竖直平面的 圆周运动模型 综合考查动能定 理及牛顿运动定律的应用 思路点拨思路点拨 1 水平面的匀加速度运动应用动能定理比较简洁 2 竖直平面内的圆 周运动应用动能定理和牛顿运动定律 答案答案 60N 0 解析解析 由动能定理 得 0 2 1 2 B mvx mgF 2 分 在B点有 R v mmgF 2 B N 2 分 联系解得 FN 60N 由牛顿第三定律知 滑块在B点对轨道的压力大小为 60N 1 分 滑块由B 点到D 点过程由动能定理 得 2 B 2 D 2 1 2 1 2mvmvmgR 2 分 在D点有 R v mmgF 2 D N2 2 分 联立解得 FN2 0 由牛顿第三定律知滑块在D点对轨道的压力大小为 0 1 分 用心 爱心 专心 10 14 命题立意命题立意 本题为多研究对象 主要考查相对运动及摩擦生热 思路点拨思路点拨 1 对于多研究对象 每一研究对象的运动规律分别分析 2 对于发生 相对运动的两物体 要注意二者之间位移关系 速度关系等 3 一对滑动摩擦力产生的 热量为 相对 LfQ 答案答案 2 0 2 1 mv 解析解析 设小滑块受平板车的滑动摩擦力大小为f 经时间t后与平板车相对静止 则 t v tvL 23 1 0 0 2 分 v0 at 2 分 f ma 2 分 LfQ 3 1 2 分 联立解得 2 0 2 1 mvQ 2 分 15 命题立意命题立意 本题以常见的传送带为情景 综合考查运动学公式 牛顿运动定律和动能 定理等的应用 思路点拨思路点拨 1 货物在传送带上的运动