高考物理总复习《功能关系、能量守恒定律》专项检测卷及答案

第第页高考物理总复习《功能关系、能量守恒定律》专项检测卷及答案学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________A级基础对点练对点练1功能关系的理解与应用1.(2023·1月浙江选考)一位游客正在体验蹦极，绑上蹦极专用的橡皮绳后从跳台纵身而下。游客从跳台下落直到最低点过程中()A.弹性势能减小 B.重力势能减小C.机械能保持不变 D.绳一绷紧动能就开始减小2.(多选)(2024·广东广州统考)航天员在地面模拟失重训练的一种方式是在水下进行(如图1)。航天员需要穿水槽训练航天服浸没在水中，通过配重使其在水中受到的浮力和重力大相等，假设其总质量为m，训练空间的重力加速度为g且不变，在某次出舱作业过程中，给自己一个初速度后竖直向上匀速漂浮的距离为h，以下说法正确的是()图1A.航天员所受的合力为零，合力不做功，其机械能守恒B.上升h的过程中，动能不变C.上升h的过程中，重力势能减小了mghD.上升h的过程中，机械能增加了mgh3.(多选)(2024·湖南长郡中学模拟)如图2，广州地铁3号线北延段使用了节能坡。某次列车以64.8km/h(18m/s)的速度冲上高度为4m的坡顶车站时，速度减为7.2km/h(2m/s)，设该过程节能坡的转化率为η(列车重力势能的增加量与其动能减小量之比)，g取9.8N/kg，则()图2A.该过程列车的机械能守恒B.该过程列车的机械能减少C.η约为10%D.η约为25%4.(多选)(2024·北京四中期中)一质量为m的滑块在拉力F作用下从固定斜面的顶端下滑至底端的过程中，拉力F做功为W1，重力做功为W2，克服摩擦力做功为W3，则下列说法正确的是()A.因摩擦而产生的热量为Q＝W2＋W3B.动能的变化量为ΔEk＝W1＋W2－W3C.重力势能的变化量为ΔEp＝W2D.机械能的变化量为ΔE＝W1－W35.(多选)如图3甲所示，用竖直向上的力F拉静止在水平地面上的物体，物体在向上运动的过程中，其机械能E与位移s的关系如图乙，其中AB为曲线，其余部分为直线，下列说法正确的是()图3A.0～s2过程中，物体所受拉力不变B.s1～s2过程中，物体的加速度先减小后增大C.0～s3过程中，物体的动能先增大后减小D.0～s3过程中，物体的机械能一直增大对点练2能量守恒定律的理解和应用6.某同学用如图4所示的装置测量一个凹形木块的质量m，弹簧的左端固定，木块在水平面上紧靠弹簧(不连接)并将其压缩，记下木块右端位置A点，静止释放后，木块右端恰能运动到B1点。在木块槽中加入一个质量m0＝800g的砝码，再将木块左端紧靠弹簧，木块右端位置仍然在A点，静止释放后木块离开弹簧，右端恰能运动到B2点，测得AB1、AB2长分别为27.0cm和9.0cm，则木块的质量m为()图4A.100g B.200gC.300g D.400g7.轻质弹簧的劲度系数k＝30N/m，右端固定在墙上，左端与一质量m＝0.5kg的物块相连，如图5(a)所示弹簧处于原长状态，物块静止且与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，弹簧的弹性势能与形变量的关系为Ep＝eq\f(1,2)kx2。以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴，现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图(b)所示，g＝10m/s2，则物块向右运动至x＝0.4m处的动能为()图5A.0.7J B.1.1JC.3.1J D.3.5JB级综合提升练8.(多选)(2024·四川成都石室中学期中)图6如图6所示，滑块以一定的初速度冲上足够长的粗糙固定斜面，取斜面底端O点为运动的起点和零势能点，并以滑块由O点出发时为t＝0时刻，在滑块运动到最高点的过程中，下列描述滑块的动能Ek、重力势能Ep、机械能E随位移s、时间t变化的图像中，正确的是()9.如图7所示，质量为M、长度为L的小车静止在光滑的水平面上，质量为m的小物块放在小车的最左端，现用一水平力F作用在小物块上，小物块与小车之间的摩擦力为f，经过一段时间小车运动的位移为s，小物块刚好滑到小车的右端，则下列说法正确的是()图7A.此时小物块的动能为F(s＋L)B.此时小车的动能为fsC.这一过程中，小物块和小车增加的机械能为Fs－fLD.这一过程中，因摩擦而产生的热量为f(L＋s)10.如图8所示，在某竖直平面内，光滑曲面AB与粗糙水平面BC平滑连接于B点，BC右端连接内壁光滑、半径r＝0.2m的eq\f(1,4)细圆管CD，管口D端正下方直立一根劲度系数为k＝100N/m的轻弹簧，弹簧一端固定于地面上，另一端恰好与管口D端平齐。一个质量为1.0kg的物块放在曲面AB上，现从距BC高度为h＝0.6m处由静止释放物块，它与BC间的动摩擦因数μ＝0.5，物块进入管口C端时，它对上管壁有FN＝2.5mg的作用力，通过CD后，在压缩弹簧过程中物块速度最大时弹簧的弹性势能Ep＝0.5J。重力加速度g取10m/s2。求：图8(1)在压缩弹簧过程中物块的最大动能Ekm；(2)物块最终停止的位置。C级培优加强练11.如图9所示，在光滑水平台面上，一个质量m＝1kg的小物块压缩弹簧后被锁扣K锁住。现打开锁扣K，物块与弹簧分离后将以一定的水平速度向右滑离平台，并恰好从B点沿切线方向进入光滑竖直的圆弧轨道BC。已知A、B的高度差h＝0.8m，水平距离s＝1.2m，圆弧轨道的半径R＝1m，C点在圆弧轨道BC的圆心O的正下方，并与水平地面上长为L＝2m的粗糙直轨道CD平滑连接，小物块沿轨道BCD运动并与右边的竖直墙壁会发生碰撞，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，空气阻力忽略不计。试求：图9(1)小物块运动到平台末端A的速度大小v0；(2)弹簧被锁扣锁住时所储存的弹性势能Ep；(3)圆弧BC所对的圆心角θ；(4)若小物块与墙壁碰撞后以原速率反弹，且只会与墙壁发生一次碰撞并最终停在轨道CD间，那么小物块与轨道CD之间的动摩擦因数μ应满足什么条件。参考答案1.B[橡皮绳绷紧后弹性势能一直增大，A错误；游客高度一直降低，重力一直做正功，重力势能一直减小，B正确；下落阶段橡皮绳对游客做负功，游客机械能减少，转化为弹性势能，C错误；橡皮绳刚绷紧的一段时间内，弹力小于重力，合力向下，游客的速度继续增加，游客动能继续增加；当弹力大于重力后，合力向上，游客动能逐渐减小，D错误。]2.BD[航天员在上升过程中，根据题意，由平衡条件可得F浮＝mg，浮力向上，位移向上，浮力对其做正功，所做功为W浮＝mgh，因此机械能增加了mgh，故A错误，D正确；匀速上升过程动能不变，故B正确；上升h的过程，重力势能增加了mgh，故C错误。]3.BD[列车在冲上坡顶车站时，需要克服阻力做功，减小的动能一部分转化成了列车的重力势能，一部分克服了阻力做功，该过程中列车增加的重力势能与减小的动能之间的关系为ΔEp＝mgh<ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,初)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,末)，因此该过程列车的机械能减少，故A错误，B正确；则该过程节能坡的转化率为η＝eq\f(ΔEp,ΔEk)＝eq\f(mgh,\f(1,2)m（veq\o\al(2,初)－veq\o\al(2,末)）)×100%≈25%，故C错误，D正确。]4.BD[摩擦产生的热量等于滑块克服摩擦力做的功，则Q＝W3，故A错误；根据动能定理，合力做的功等于动能的变化量，即ΔEk＝W1＋W2－W3，故B正确；根据重力做功与重力势能变化的关系ΔEp＝－W2，故C错误；除重力外其他力做的功等于机械能的变化量，即ΔE＝W1－W3，故D正确。]5.BC[物体的机械能变化等于力F做的功，即E＝Fs，故图线的斜率表示F，又0～s1过程中斜率不变，而s1～s2过程中斜率减小，故0～s2过程中物体所受拉力先不变后减小，故A错误；s1～s2过程中，斜率变小，故拉力逐渐减小，则加速度先减小后反向增大，故B正确；由前面分析知，物体先向上匀加速，然后做加速度逐渐减小的加速运动，再做加速度逐渐增大的减速运动，最终F＝0，物体做减速运动，则在0～s3过程中，物体的速度先增大后减小，即动能先增大后减小，故C正确；由于题图为物体的机械能E与位移s的关系，则根据题图0～s2过程中物体的机械能一直增大，s2～s3过程中物体机械能保持不变，故D错误。]6.D[根据能量守恒定律，有μmg·AB1＝Ep，μ(m0＋m)g·AB2＝Ep，联立解得m＝400g，D正确。]7.A[全过程根据能量守恒定律有WF＝μmg·x＋Ep＋Ek，其中根据图像可得外力F做的功为图线与横轴围成的面积，所以有WF＝(5＋10)×0.2×eq\f(1,2)J＋10×0.2J＝3.5J，弹性势能Ep＝eq\f(1,2)kx2＝2.4J，代入数据联立解得Ek＝0.7J，故A正确。]8.AB[根据动能定理可得Ek－Ek0＝－mgssinθ－μmgscosθ，可得Ek＝Ek0－(mgsinθ＋μmgcosθ)s，可知Ek与位移s成线性关系，故A正确；滑块的重力势能为Ep＝mgs·sinθ，可知Ep与位移成正比，故B正确；滑块以速度v0冲上粗糙的斜面，加速度大小为a＝gsinθ＋μgcosθ，则有v＝v0－(gsinθ＋μgcosθ)t，滑块动能与时间的关系为Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)m[v0－(gsinθ＋μgcosθ)t]2，故C错误；上滑过程中，摩擦力对滑块做负功，滑块的机械能不断减小，故D错误。]9.B[对小物块由动能定理得F(s＋L)－f(s＋L)＝Ek物－0，整理有Ek物＝F(s＋L)－f(s＋L)，故A项错误；对小车由动能定理有fs＝Ek车－0，整理有Ek车＝fs，故B项正确；设水平面为零势能面，初始时物块和小车均静止，其机械能为0，经过水平外力作用后，小车和小物块的动能之和为Ek＝Ek车＋Ek物＝F(s＋L)－f(s＋L)＋fs＝F(s＋L)－fL，此时物块和小车的机械能等于其两者的动能之和，所以该过程机械能增加了F(s＋L)－fL，故C项错误；根据功能关系可知，摩擦产生的热量等于摩擦力与相对位移的乘积，即Q＝fL，故D项错误。]10.(1)6J(2)停在BC上距离C端0.3m处(或距离B端0.2m处)解析(1)在压缩弹簧过程中，物块速度最大时所受合力为零。设此时物块离D端的距离为x0，则有kx0＝mg解得x0＝0.1m在C点，由牛顿第三定律知，物块受到上管壁向下的作用力FN′＝2.5mg，有FN′＋mg＝meq\f(veq\o\al(2,C),r)解得vC＝eq\r(7)m/s物块从C点到速度最大时，由能量守恒定律有mg(r＋x0)＝Ep＋Ekm－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)解得Ekm＝6J。(2)物块从A点运动到C点的过程中，由动能定理得mgh－μmgs＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)－0解得B、C间距离s＝0.5m物块与弹簧作用后返回C处时动能不变，物块的动能最终消耗在与BC水平面相互作用的过程中。设物块第一次与弹簧作用返回C处后，物块在BC上运动的总路程为s′，由能量守恒定律有μmgs′＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,C)解得s′＝0.7m故最终物块在BC上与C点的距离为s1＝0.5m－(0.7m－0.5m)＝0.3m或距离B端为s2＝0.7m－0.5m＝0.2m处停下。11.(1)3m/s(2)4.5J(3)53°(4)eq\f(5,16)<μ<eq\f(33,40)解析(1)根据平抛运动特点，可得h＝eq\f(1,2)gt2，s＝v0t解得v0＝3m/s。(2)根据能量守恒定律有Ep＝Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝4.5J。(3)物块运动到B点时，竖直方向速度为vy，则有