(完整版)高三物理一轮复习：5-4能量转化与守恒定律(含解析)

1、5-4 能量转化与守恒定律一、选择题1 跳伞运动员在刚跳离飞机、降落伞尚未打开的一段时间内：空气阻力做正功；重力势能增加；动能增加；空气阻力做负功。以下说法中正确的是（）A.B.C.D. 答案 B 解析 跳伞运动员跳离飞机，在尚未打开降落伞的这段时间内，运动员向下运动，重力对运动员做正功，重力势能减少；空气阻力对运动员做负功。由于重力大于空气阻力，运动员向下做加速运动，其动能增加，故错，对。2 . （2018 温州二模）蹦床是青少年喜欢的一种体育活动，蹦床边框用弹簧固定有弹性，当运动员从最高点落下直至最低点的过程中，空气阻力大小恒定，则运动员（）A.刚接触面时，动能最大B.机械能一直减少C.重

2、力做功等于克服空气阻力做功D.重力势能的减少量等于弹性势能的增加量 答案 B 解析 运动员从最高点落下直至最低点的过程中，先做加速运动，后做减速运动，当合力为0时，速度最大，动能也最大，此时弹性发生形变，则选项A错误；因为在整个过程中都受阻力作用，阻力做负功，机械能减少，选项B 正确；由动能定理，重力做功等于重力势能的减少量，为克服空气阻力做功与克服弹力做功之和，故选项 C D错误。3. （2018 广东深圳一模）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 的跳水运动员入水后受到水的阻力而竖直向下做减速运动，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

3、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.他的动能减少了 （F mg）hD.他的机械能减少了 Fh 答案 BCD解析跳水运动员入水减速下降h的过程中，他的重力势能减少了mgh,则B选项正确；由动能定理知，动能减少了（F-mg）h,则C选项正确；重力以外的力做的功等于机械能的变化，则D 选项正确。4. （2018 东北三省六校联考）如图所示，轻质弹簧的一端固定在竖直板P上，另一端与质量为m的物体A相连，物体A静止于光滑桌面上，A右边接一细线绕过光滑的定滑轮悬一质量为m2的物体B,设定滑轮的质量不计，开始时用手托住物体B,让细线恰好拉直，然后由静

4、止释放B,直到B获得最大速度，下列有关此过程的分析，其中正确的是 （）A.物体B机械能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量B.物体B重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量C.物体B动能的增加量等于细线拉力对物体B做的功与物体B重力做功之和D.物体B的机械能一直增加答案C解析物体A B及弹簧组成的系统机械能守恒，物体B的机械能减少量等于弹簧弹性势能的增加量与物体 A动能的增加量之和，则选项 A B错误；单独对物体 B,在达到最大速 度前，细线拉力做负功，机械能减少，物体B减少的机械能等于拉力做的功，则选项C正确、D错误。5. （2018 辽宁沈阳）如图所示，甲、乙两种粗糙面不同的传送带， 倾斜于水

5、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（）BBA.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不同D.将小物体传送到 B处，两种系统产生的热量相等答案AC,，一 1。, 一 .解析 2B,由动能定理得 W MgHk/mV, A对；动摩擦因数 科明显不同，C对；AfB 摩擦力做功一样，但甲一直产生热

6、量， 而乙中只有AC段产生热量，所以产生热量不同，D错;再由能量守恒则消耗的电能不等，B错。6. （2018 潍坊模拟）如图所示，在升降机内固定一光滑的斜面体，一轻弹簧的一端连在 位于斜面体上方的固定木板 B上，另一端与质量为 m的物块A相连，弹簧与斜面平行。整个系统由静止开始加速上升高度h的过程中（）A.物块A的重力势能增加量一定等于mghB.物块A的动能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的和C.物块A的机械能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的和D.物块A和弹簧组成系统的机械能增加量等于斜面对物块的支持力和B对弹簧拉力做功的和答案CD解析本题考查做功与能量的转化关系。由于斜

7、面光滑，物块A静止时弹簧弹力与斜面支持力的合力与重力平衡，当整个装置加速上升时，由牛顿第二定律可知物块A受到的合力应向上，故弹簧伸长量增加，物块A相对斜面下滑一段距离，下滑高度小于 h,故选项A错误；根据动能定理可知，物块A动能的增加量应等于重力、支持力及弹簧弹力对其做功的代数和，故选项 B错误；物块A机械能的增加量应等于除重力以外的其他力对其做功的代数 和，选项C正确；物块A和弹簧组成的系统机械能增加量应等于除重力和弹簧弹力以外的其 他力做功的代数和，故选项D正确。7. （2018 北京东城示范校练习）如图所示，一根光滑的绝缘斜槽连接一个竖直放置的半 径为R= 0.50m的圆形绝缘光滑槽轨。

8、槽轨处在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度B=0.50T。有一个质量 m= 0.10g ,带电荷量为 q = + 1.6X103C的小球在斜轨道上某位置由静 止自由下滑，若小球恰好能通过最高点， 则下列说法中正确的是（重力加速度取10m/s2）（）A.小球在最高点只受到洛伦兹力和重力的作用B.小球从初始静止到达最高点的过程中机械能守恒2V .C.右小球到取局点的线速度为v,则小球在取局点时的关系式m时qvB=m成立RD.小球滑下初位置离轨道最低点为21h=六m20答案ABD解析小球在运动的过程中，轨道光滑，洛伦兹力不做功，机械能守恒，B正确；在圆周运动的过程中，洛伦兹力的方向沿半径向外，若小

9、球恰好能通过最高点，则小球和轨道之间没有正压力作用，小球在最高点只受到洛伦兹力和重力的作用，A正确，小球在最高点-V2”12时mg- Bqv= mR-, C错反；对全过程有 mgh= mcg- 2R+ 2mv,解得初位置离轨道取低点为 h = 21m, D正确。20 '8.（2018 湖北襄阳调研）如图所示，质量为 m的滑块从斜面底端以平行于斜面的初速度Vo冲上固定斜面，沿斜面上升的最大高度为H。已知斜面倾角为 a ,斜面与滑块间的动摩擦最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取斜面底端为零势能面，则能表示滑块在斜面上运动的机械能E、动能Ek、势能Ep与上升高度h之间关系的图象是（）mh答案解析重

10、力势能的变化仅仅与重力做功有关，随高度h的增大，重力势能增大，选项hA错误。机械能的变化仅与重力和系统内弹力之外的其他力做功有关，上滑过程有一fsnr=rh2H h,. ,HhE0即 E=E0fsnr, 下滑过程有一fsnr=E 一曰,即E =E02fsnr+f. ,故上滑和下滑过程 E- h图象均为直线，选项B错误。动能的变化与合外力做功有关，上滑过程有一 (mg + -:)h = Ek E<o,即 Ek= Ek0 (mg+ )h ,下滑过程有一 mgh fl= Esin asin asin a Ek,即= E<o-2f-(mg-f)h ,故&h图象为直线，但下滑过程斜率

11、小，选 sin asin a项C错误，选项D正确。二、非选择题9. (2018 广东深圳一模)如图所示，在光滑水平地面上放置质量蚌2kg的长木板，木板上表面与固定的竖直弧形轨道相切。一质量m= 1kg的小滑块自A点沿弧面由静止滑下，A点距离长木板上表面高度h= 0.6m。滑块在木板上滑行t=1s后，和木板以共同速度 v= 1m/s2匀速运动，取 g=10m/s 。求：(1)滑块与木板间的摩擦力；(2)滑块沿弧面下滑过程中克服摩擦力做的功;(3)滑块相对木板滑行的距离。答案(1)2N (2)1.5J(3)1.5m解析(1)对木板Ff=Ma由运动学公式，有v=ait解得Ff = 2No(2)对滑块

12、一Ff = ma设滑块滑上木板时的初速度为V0由公式v vo = a2t解得 vo= 3m/s滑块沿弧面下滑的过程，由动能定理得1 _ 2mgh WF = 2mvoWF = mgh 2mv2= 1.5J12(3)t = is内木板的位移 si = 2ait12此过程中滑块的位移 S2= vot + 2a2t故滑块相对木板滑行距离L = S2- si= 1.5m10. (2018 山东威海一模)如图所示为某工厂的货物传送装置，水平运输带与一斜面 MP连接，运输带运行的速度为vo=5m/s。在运输带上的 N点将一小物体轻轻地放在上面，N点距运输带的右端x= 1.5m,小物体的质量为 m= 0.4k

13、g ,设货物到达斜面最高点P时速度恰好为零，斜面长度L=0.6m,它与运输带的夹角为0 = 30° ,连接点 M处是平滑的，小物体在此处无碰撞能量损失，小物体与斜面间的动摩擦因数为邛=*，取g=10m/s；空气阻力不 计，求:(1)小物体运动到运输带右端时的速度大小；(2)小物体与运输带间的动摩擦因数；(3)小物体在运输带上运动的过程中由于摩擦而产生的热量。答案(1)3m/s(2)0.3(3)4.2J解析(1)对物体在斜面上受力分析，由牛顿第二定律得，mgsin 0imgcos。= ma, v2= 2a 1L,联立解得：v=3m/s。(2)因为v<V0,所以物体在运输带上一直做

14、匀加速运动。设加速度为a2,由牛顿第二定律得，mg= ma, v2=2a2x, 联立解得：= 0.3 。v(3)设物体在运输带上运动的时间为t ,则t =一,a2物体与传递带的相对位移为：A x= vot - x产生的热量为：Q= m mgA x,联立解得：Q= 4.2J。11. (2018 浙江金华)跳水运动员从高于水面 H= 10m的跳台自由落下，身体笔直且与水 面垂直。假设运动员的质量，m= 50kg,其身体可等效为一长度L=1.0m、直径d= 0.30m的圆柱体，略去空气阻力。运动员落水后，水的等效阻力 f作用于圆柱体的下端面，f的量值 随落水深度Y变化的函数曲线如图所示。该曲线可近似

15、看做椭圆的一部分，该椭圆的长、短 轴分别与坐标轴 OY和Of重合。运动员入水后受到的浮力F= p gV(V是排开水的体积)是随着入水深度线性增加的。已知椭圆的面积公式是S=Ttab,水的密度 p =1.0X10 3kg/m3, g取210m/s 。试求：(1)运动员刚入水时的速度；(2)运动员在进入水面过程中克服浮力做的功；(3)为了确保运动员的安全，水池中水的深度h至少应等于多少？答案(1)10 m/s (2) 353.25J(3)4.51m解析(1)v = 42gH= 42X10X10 = 1好m/s(2)浮力做功分为两个阶段，运动员进入水面为第一阶段，水的浮力线性增加，其做功为:W1 =

16、 0+ : gVL ：兀 p d 2L2g2 8W1 = 353.25J。(3)设水深为h,第二阶段浮力是恒力，其所做的功为 12WF2=- p -Ttd2Lg(h -L)4水的阻力做功为题图中曲线与横轴所围的面积：155_W = 7兀 2mgh= 8 % mgh运动员的始、末状态的速度均为零，对整个过程应用动能定理：WG+ W1+W2+W = 0将W= mg(H+ h)及式代入式：mg(H+ h) -Tt p L 2d2g k L Ld2g(h L) -u mgh= 0,848代入数据解得水深至少为h = 4.51m。12. (2018 广东四校联考)如图所示，水平传送带以v = 4m/s的

17、速度逆时针转动，两个转轴间的距离L= 4s竖直光滑圆弧轨道 CD所对的圆心角。=37°,圆弧半径r = 2.75m。轨道末端D点切线水平，且紧贴水平转盘边缘上方。水平转盘半径R= 3.6m。沿逆时针方向绕圆心匀速转动。质量 m= 1kg的小物块，与传送带间的动摩擦因数科=0.8。将物块轻放到传送带右端，物块从左端水平抛出，恰好沿C点的切线滑入CD轨道，再由D点水平滑落到转盘上。物块落到转盘上时的速度恰好与落点的线速度相等，物块立即无相对滑动地随盘转动。2取 sin37 = 0.6 , cos37 = 0.8 , g= 10m/s。求：(1)物块在传送带上加速运动过程的位移x(相对于地面);(2)传送带的上表面到水平转盘的竖直高度H;物块随转盘转动时所受摩擦力F的大小。答案(1)1m (2)1m (3)10N解析(1)物块在传送带上滑动时，有mg= maa=g= 8m/s2由 v2=