2017_2018学年高中物理重难点强化练三功能关系和能量守恒问题粤教版.docx

重难点强化练（三） 功能关系和能量守恒问题1静止在地面上的物体在竖直向上的恒力作用下上升，在某一高度撤去恒力。不计空气阻力，在整个上升过程中，物体机械能随时间变化关系是()解析：选C物体受恒力加速上升时，恒力做正功，物体的机械能增大，又因为恒力做功为：WFat2，与时间成二次函数关系，A、B项错误；撤去恒力后，物体只受重力作用，所以机械能守恒，D项错误，C项正确。2. (多选)如图1所示，劲度系数为k的轻质弹簧，一端系在竖直放置的半径为R的圆环顶点P，另一端系一质量为m的小球，小球穿在圆环上做无摩擦的运动。设开始时小球置于A点，弹簧处于自然状态，当小球运动到最低点时速率为v，对圆环恰好没有压力。下列正确的是()图1A从A到B的过程中，小球的机械能守恒B从A到B的过程中，小球的机械能减少C小球过B点时，弹簧的弹力为mgmD小球过B点时，弹簧的弹力为mgm解析：选BC运动过程中，弹力对小球做负功，小球的机械能减少，A错，B对；由牛顿第二定律得Fmgm，故小球过B点时，弹力Fmgm，C对，D错。3太阳能汽车是利用太阳能电池板将太阳能转化为电能工作的一种新型汽车，已知太阳辐射的总功率约为41026 W，太阳到地球的距离约为1.51011 m，假设太阳光传播到达地面的过程中约有40%的通量损耗，某太阳能汽车所用太阳能电池板接收到的太阳能转化为机械能的转化效率约为15%。汽车太阳能电池板的面积为8 m2，如果驱动该太阳能汽车正常行驶所需的机械功率20%来自于太阳能电池，则该太阳能汽车正常行驶所需的机械功率为(已知半径为r的球表面积为S4r2)()A0.2 kWB5 kWC100 kW D1 000 kW解析：选B太阳的总功率分布在半径是1.51011 m的球面上，则单位面积上的功率P0W/m21.42103 W/m2；汽车吸收到的太阳功率P1(140%)15%P08，则汽车需要的功率约为：P总5 kW；故选B。4(多选)如图2所示，卷扬机的绳索通过定滑轮用力F拉位于粗糙斜面上的木箱，使之沿斜面加速向上移动，在移动过程中，下列说法中正确的是()图2AF对木箱做的功等于木箱增加的动能与木箱克服摩擦力所做的功之和BF对木箱做的功等于木箱克服摩擦力和克服重力所做的功之和C木箱克服重力做功等于木箱的重力势能的增加量DF对木箱做的功等于木箱增加的机械能与木箱克服摩擦力所做的功之和解析：选CD克服重力做的功等于物体重力势能的增加量，EpWG，C正确。由动能定理得WGWfWFmv2，则WFmv2WGWf(EkEp)Wf，A、B错误，D正确。5(多选)如图3所示，在粗糙的水平面上，质量相等的两个物体A、B间用一轻质弹簧相连组成系统。且该系统在外力F作用下一起做匀加速直线运动，当它们的总动能为2Ek时撤去水平力F，最后系统停止运动。不计空气阻力，认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，从撤去拉力F到系统停止运动的过程中()图3A外力对物体A所做总功的绝对值等于EkB物体A克服摩擦阻力做的功等于EkC系统克服摩擦阻力做的功可能等于系统的总动能2EkD系统克服摩擦阻力做的功一定等于系统机械能的减小量解析：选AD它们的总动能为2Ek，则A的动能为Ek，根据动能定理知：外力对物体A所做总功的绝对值等于物体A动能的变化量，即Ek，故A正确，B错误；系统克服摩擦力做的功等于系统的动能和弹簧的弹性势能的减小量，所以系统克服摩擦阻力做的功不可能等于系统的总动能2Ek，故C错误；系统的机械能等于系统的动能加上弹簧的弹性势能，当它们的总动能为2Ek时撤去水平力F，最后系统停止运动，系统克服阻力做的功一定等于系统机械能的减小量，D正确。6(多选)物体由地面以120 J的初动能竖直向上抛出，当它上升到某一高度A点时，动能减少40 J，机械能减少10 J。设空气阻力大小不变，以地面为零势能面，则物体()A在最高点时机械能为105 JB上升到最高点后落回A点时机械能为70 JC空气阻力与重力大小之比为14D上升过程与下落过程加速度大小之比为21解析：选BD物体以120 J的初动能竖直向上抛出，做竖直上抛运动，当上升到A点时，动能减少了40 J，机械能损失了10 J。根据功能关系可知：合力做功为40 J，空气阻力做功为10 J，合力做功是阻力做功的4倍，则当上升到最高点时，动能为零，动能减小了120 J，合力做功为120 J，则阻力做功为30 J，机械能减小30 J，因此在最高点时机械能为120 J30 J90 J，故A错误；由上分析知，从A点到最高点机械能减小20 J，当下落过程中，由于阻力做功不变，所以又损失了20 J，因此该物体落回A时的机械能为110 J20 J20 J70 J，故B正确；对从抛出点到A点的过程，根据功能关系：mghfh40 J，fh10 J，则得：空气阻力与重力大小之比为fmg13，故C错误；根据牛顿第二定律得：上升过程有：mgfma1；下降过程有：mgfma2；则得a1a221，故D正确。7. (多选)如图4所示，质量为m的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速率v匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对传送带静止这一过程，下列说法正确的是()图4A电动机多做的功为mv2B摩擦力对物体做的功为mv2C电动机增加的功率为mgvD传送带克服摩擦力做功为mv2解析：选BC由能量守恒知电动机多做的功为物体动能增量和摩擦生热Q，A错误。根据动能定理，对物体列方程，Wfmv2，B正确。因为电动机增加的功率Pmgv，C正确。因为传送带与物体共速之前，传送带的路程是物体路程的2倍，所以传送带克服摩擦力做功是摩擦力对物体做功的2倍，即mv2，D错误。8(多选)如图5所示，滑块a、b的质量均为m，a套在固定竖直杆上，与光滑水平地面相距h，b放在地面上。a、b通过铰链用刚性轻杆连接，由静止开始运动。不计摩擦，a、b可视为质点，重力加速度大小为g。则()图5Aa落地前，轻杆对b一直做正功Ba落地时速度大小为Ca下落过程中，其加速度大小始终不大于gDa落地前，当a的机械能最小时，b对地面的压力大小为mg解析：选BD由题意知，系统机械能守恒。设某时刻a、b的速度分别为va、vb。此时刚性轻杆与竖直杆的夹角为，分别将va、vb分解，如图。因为刚性杆不可伸长，所以沿杆的分速度v与v是相等的，即vacos vb sin 。当a滑至地面时90，此时vb0，由系统机械能守恒得mghmva2，解得va，选项B正确。同时由于b初、末速度均为零，运动过程中其动能先增大后减小，即杆对b先做正功后做负功，选项A错误。杆对b的作用先是推力后是拉力，对a则先是阻力后是动力，即a的加速度在受到杆的向下的拉力作用时大于g，选项C错误。b的动能最大时，杆对a、b的作用力为零，此时a的机械能最小，b只受重力和支持力，所以b对地面的压力大小为mg，选项D正确。正确选项为B、D。9.小物块A的质量为m，物块与坡道间的动摩擦因数为，水平面光滑；坡道顶端距水平面高度为h，倾角为；物块从坡道进入水平滑道时，在底端O点处无机械能损失，重力加速度为g。将轻弹簧的一端连接在水平滑道M处并固定在墙上，另一自由端恰位于坡道的底端O点，如图6所示。物块A从坡顶由静止滑下，求：图6(1)物块滑到O点时的速度大小；(2)弹簧为最大压缩量时的弹性势能；(3)物块A被弹回到坡道上升的最大高度。解析：(1)由动能定理有mghmghcot mv2得v。(2)水平滑道上，由能量守恒定律得Epmv2即Epmghmghcot 。(3)设物块能上升的最大高度为h1，物块被弹回过程中，由能量守恒定律得Epmgh1mgh1cot 解得h1。答案：(1)(2)mghmghcot (3)10.如图7所示，AB为半径R0.8 m的光滑圆弧轨道，下端B恰与小车右端平滑对接。小车质量M3 kg，车长L2.06 m，车上表面距地面的高度h0.2 m，现有一质量m1 kg的滑块，由轨道顶端无初速度释放，滑到B端后冲上小车。已知地面光滑，滑块与小车上表面间的动摩擦因数0.3，当车运动了t01.5 s时，车被地面装置锁定(g10 m/s2)。试求：图7(1)滑块到达B端时，轨道对它支持力的大小；(2)车被锁定时，车右端距轨道B端的距离；(3)从车开始运动到被锁定的过程中，滑块与车面间由于摩擦而产生的内能大小。解析：(1)由机械能守恒定律和牛顿第二定律得mgRmvB2，NBmgm，则：NB30 N。(2)设m滑上小车后经过时间t1与小车同速，共同速度大小为v对滑块有：mgma1，vvBa1t1。对于小车：