高中物理机构讲义 必修2 专题 功能关系同步练习

专题：功能关系功能关系同步练习（答题时间：30分钟）1.水平地面上有两个固定的、高度相同的粗糙斜面甲和乙，底边长分别为L1、L2，且L1＜L2，如图所示。两个完全相同的小滑块A、B（可视为质点）与两个斜面间的动摩擦因数相同，将小滑块A、B分别从甲、乙两个斜面的顶端同时由静止开始释放，取地面所在的水平面为参考平面，则（）A.从顶端到底端的运动过程中，由于克服摩擦而产生的热量一定相同B.滑块A到达底端时的动能一定比滑块B到达底端时的动能大C.两个滑块从顶端运动到底端的过程中，重力对滑块A做功的平均功率比滑块B小D.两个滑块加速下滑的过程中，到达同一高度时，机械能可能相同2.如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连，弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑，经过B处的速度最大（B为杆AC中某一点），到达C处的速度为零，AC＝h。如果圆环在C处获得一竖直向上的速度v，恰好能回到A。弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g。则圆环（）A.下滑过程中，加速度一直减小B.下滑过程中，克服摩擦力做的功为mv2C.从A下滑到C过程中弹簧的弹性势能增加量等于mghD.在C处，弹簧的弹性势能为mv2－mgh3.质量为600g的篮球在空中自由下落，与水平刚性地面相碰后反弹，之后又上升到某一高度。此过程中，小球的速度随时间变化规律的图象如图所示。不计空气阻力。下列说法中正确的是（）A.篮球能弹起的最大高度为0.45mB.地面对篮球做功的大小为4.8JC.篮球与地面接触过程中机械能损失4.8JD.篮球刚与地面接触时重力的瞬时功率为30W4.如图所示，轨道ABCD平滑连接，其中AB为光滑的曲面，BC为粗糙水平面，CD为半径为r的内壁光滑的四分之一圆管，管口D正下方直立一根劲度系数为k的轻弹簧，弹簧下端固定，上端恰好与D端齐平。质量为m的小球在曲面AB上距BC高为3r处由静止下滑，进入管口C端时与圆管恰好无压力作用，通过CD后压缩弹簧，压缩过程中小球速度最大时弹簧弹性势能为Ep。已知小球与水平面BC间的动摩擦因数为μ，求：（1）水平面BC的长度s；（2）小球向下压缩弹簧过程中的最大动能Ekm。5.为了研究过山车的原理，某物理小组提出了下列设想：取一个与水平方向夹角为θ＝60°、长为L1＝2m的倾斜轨道AB，通过微小圆弧与长为L2＝m的水平轨道BC相连，然后在C处设计一个竖直完整的光滑圆轨道，出口为水平轨道上D处，如图所示。现将一个小球从距A点高为h＝0.9m的水平台面上以一定的初速度v0水平弹出，到A点时小球的速度方向恰沿AB方向，并沿倾斜轨道滑下。已知小球与AB和BC间的动摩擦因数均为μ＝，g取10m/s2。（1）求小球初速度v0的大小；（2）求小球滑过C点时的速率vC；（3）要使小球不离开轨道，则竖直圆弧轨道的半径R应该满足什么条件？6.如图所示为固定在竖直平面内的光滑轨道ABCD，其中ABC部分为半径R＝0.9m的半圆形轨道，CD部分为水平轨道，在C点与半圆形轨道平滑连接。一个质量m＝1kg的小球经压缩的弹簧弹射出去后，通过最高点A时对轨道的压力为其重力的3倍。小球运动过程中所受空气阻力忽略不计，g取10m/s2。求：（1）小球在A点时的速度大小；（2）小球落回水平面CD上时距C点的距离；（3）弹簧对小球所做的功。7.如图所示，质量为m的自行车特技运动员（可视为质点）从B点由静止出发，经BC圆弧，从C点竖直冲出，完成空翻，完成空翻的时间为t。由B到C的过程中，克服摩擦力做功为W。空气阻力忽略不计，重力加速度为g，试求：自行车特技运动员从B到C至少做多少功？

功能关系同步练习参考答案1.【答案】B【解析】设斜面长为L，倾角为θ，物块质量为m，动摩擦因数为μ，则A、B滑块从斜面顶端分别运动到底端的过程中，摩擦力做功W＝－Ff＝－μmgcosθL，则A摩擦力做功为WA＝－μmgL1，B摩擦力做功WB＝－μmgL2，所以摩擦力做功不同，所以克服摩擦而产生的热量一定不同，故A错误；由于B物块受到的摩擦力Ff＝μmgcosθ大，且通过的位移大，则克服摩擦力做功多，滑块A克服摩擦力做功少，损失的机械能少，根据动能定理，可知滑块A到达底端时的动能一定比B到达底端时的动能大，故B正确；整个过程中，两物块所受重力做功相同，但由于A先到达底端，故重力对滑块A做功的平均功率比滑块B的大，故C错误；两个滑块在斜面上加速下滑的过程中，到达同一高度时，重力做功相同，由于乙的斜面倾角大，所以在斜面上滑行的距离不等，即摩擦力做功不等，所以机械能不同，故D错误。2.【答案】B【解析】圆环从A处由静止开始下滑，经过B处的速度最大，到达C处的速度为零，所以圆环先做加速运动，再做减速运动，经过B处的速度最大，所以经过B处的加速度为零，所以加速度先减小，后增大，故A错误；研究圆环从A处由静止开始下滑到C的过程，运用动能定理列出等式mgh－Wf－W弹＝0－0＝0在C处获得一竖直向上的速度v，恰好能回到A，运用动能定理列出等式－mgh＋W弹－Wf＝0－mv2解得：Wf＝－mv2，则克服摩擦力做的功为mv2，故B正确；由B中的公式得：W弹＝mv2－mgh，所以在C处，弹簧的弹性势能为mgh－mv2，则从A下滑到C过程中弹簧的弹性势能增加量等于mgh－mv2，故C、D错误。3.【答案】ACD【解析】篮球能弹起的最大高度为t轴下方图象与坐标轴所包围的面积，为0.45m，A正确；由能量守恒可知，ΔE＝mv－mv＝m（v－v）＝×0.6×（32－52）J＝－4.8J，能量损失包括克服地面弹力做的功和自身损耗的能量，B错误；篮球与地面接触过程中机械能损失即为动能损失ΔE＝－4.8J，C正确；刚与地面接触时重力的瞬时功率为P＝mgv1＝0.6×10×5W＝30W，D正确。4.【答案】（1）（2）mgr＋－Ep【解析】（1）由小球在C点对轨道没有压力，有mg＝m小球从出发点运动到C点的过程中，由动能定理得3mgr－μmg·s＝mv解得s＝。（2）速度最大时，小球加速度为0，设弹簧压缩量为x。由kx＝mg，得x＝由C点到速度最大时，小球和弹簧构成的系统机械能守恒设速度最大时的位置为零势能面，有mv＋mg（r＋x）＝Ekm＋Ep解得Ekm＝mgr＋－Ep。5.【答案】（1）m/s（2）3m/s（3）0<R≤1.08m【解析】（1）小球开始时做平抛运动：v＝2gh，代入数据解得vy＝＝m/s＝3m/s，A点：tan60°＝，得vx＝v0＝＝m/s＝m/s。（2）从水平抛出到C点的过程中，由动能定理得mg（h＋L1sinθ）－μmgL1cosθ－μmgL2＝mv－mv，代入数据解得vC＝3m/s。（3）小球刚好能过最高点时，重力提供向心力，则mg＝，mv＝2mgR1＋mv2，代入数据解得R1＝1.08m，当小球刚能到达与圆心等高时，有mv＝mgR2，代入数据解得R2＝2.7m，当圆轨道与AB相切时R3＝BC·tan60°＝1.5m，即圆轨道的半径不能超过1.5m，综上所述，要使小球不离开轨道，R应该满足的条件是0<R≤1.08m。6.【答案】（1）6m/s（2）3.6m（3）36J【解析】（1）在A点，由牛顿第二定律得：F＋mg＝m，已知：F＝3mg，代入数据解得：vA＝6m/s；（2）小球离开A后做平抛运动，在竖直方向上：2R＝gt2，水平方向：x＝vAt，代入数据解得：x＝3.6m；（3）从小球开始运动到A点过程中，由能量守恒定律得：W＝mg·2R＋mv，代入数据解得：W＝36J7.【答案】W＋mg2t2【解析】自行车由C点冲出后做竖直上抛运动上升高度等于下降高度：h＝gt①上升和下降时间相等：t上＝t下＝②由功能关系知，从B到C再到最高点D的过程中，自行车特技运动员做的功W人应当等于他克服摩擦力做的功W与增加的重力势能之和，W人＝W＋mgh③联立①②③式得W人＝W＋mg2t2

摩擦力做功与内能转化同步练习（答题时间：30分钟）1.如图所示，倾斜的传送带保持静止，一木块从顶端以一定的初速度匀加速下滑到底端，如果让传送带沿图中虚线箭头所示的方向匀速运动，同样的木块从顶端以同样的初速度下滑到底端的过程中，与传送带保持静止时相比（）A.木块在滑到底端的过程中，运动时间将变长B.木块在滑到底端的过程中，木块克服摩擦力所做的功不变C.木块在滑到底端的过程中，动能的增加量减小D.木块在滑到底端的过程中，系统产生的内能减小2.（多选）如图所示，水平传送带正以v＝2m/s的速度运行，两端的距离为l＝8m。把一质量为m＝1kg的物体轻轻放到传送带上，物体在传送带的带动下向右运动。物体与传送带间的动摩擦因数μ＝0.1，则把这个物体从传送带左端传送到右端的过程中，摩擦力对其做的功及摩擦力做功的平均功率分别为（）A.2J B.8JC.1W D.0.4W3.如图甲所示，静止在光滑水平面上的长木板B（长木板足够长）的左端放着小物块A。某时刻，A受到水平向右的外力F作用，F随时间t的变化规律如图乙所示，即F＝kt，其中k为已知常数。若物体之间的滑动摩擦力Ff的大小等于最大静摩擦力，且A、B的质量相等，则下列图中可以定性地描述长木板B运动的v－t图象的是（）A. B. C. D.4.如图所示，质量为M、长度为l的小车静止在光滑水平面上，质量为m的小物块放在小车的最左端。现用一水平恒力F作用在小物块上，使它从静止开始运动，物块和小车之间摩擦力的大小为Ff，当小车运动的位移为x时，物块刚好滑到小车的最右端。若小物块可视为质点，则（）A.物块受到的摩擦力对物块做的功与小车受到的摩擦力对小车做功的代数和为零B.整个过程物块和小车间摩擦产生的热量为FflC.小车的末动能为FfxD.整个过程物块和小车增加的机械能为F（x＋l）5.如图所示，一足够长的木板在光滑的水平面上以速度v向右匀速运动，现将质量为m的物体竖直向下轻轻地放置在木板上的右端，已知物体m和木板之间的动摩擦因数为μ，为保持木板的速度不变，从物体m放到木板上到它相对木板静止的过程中，须对木板施一水平向右的作用力F，那么力F对木板做功的数值为（）A.mv2/4 B.mv2/2C.mv2 D.2mv26.如图所示，表面粗糙的小车足够长，小车放在光滑的水平地面上，一木块以一定速度由小车左端滑上小车，当小车与木块相对静止时，木块相对小车的位移为d，小车相对地面的位移为l，木块与小车间的滑动摩擦力为Ff，求：（1）滑动摩擦力对木块做的功；（2）滑动摩擦力对小车做的功；（3）两滑动摩擦力做功之和；（4）系统机械能的变化量及系统产生的热量。7.如图所示，传送带与水平面之间的夹角为θ＝30°，其上A、B两点间的距离为L＝10m，传送带在电动机的带动下以v＝5m/s的速度匀速运动，现将一质量为m＝10kg的小物体（可视为质点）轻放在传送带的A点，已知小物体与传送带之间的动摩擦因数μ＝，在传送带将小物体从A点传送到B点的过程中，求：（g＝10m/s2）（1）小物体运动到B点需要多少时间？（2）传送带对小物体做的功；（3）与没有放小物体相比，在小物体从A到B的过程中，电动机多做多少功？8.如图所示，AB为半径R＝0.8m的1/4光滑圆弧轨道，下端B恰与小车右端平滑对接。小车质量M＝3kg，车长L＝2.06m，车上表面距地面的高度h＝0.2m，现有一质量m＝1kg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μ＝0.3，当车运动了t0＝1.5s时，车被地面装置锁定（g＝10m/s2）。试求：（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。9.如图一水平传送带以4m/s的速度逆时针传送，水平部分长L＝6m，其左端与一倾角为θ＝30°的光滑斜面平滑相连，斜面足够长，一个质量为m＝1.0kg的物块无初速度地放在传送带最右端，已知物块与传送带间动摩擦因数μ＝0.2，g＝10m/s2，求物块从放到传送带上到第一次滑回传送带最远处的过程中因摩擦而产生的热量。10.如图甲所示，半径R＝0.45m的光滑圆弧轨道固定在竖直平面内，B为轨道的最低点，B点右侧的光滑水平面上紧挨B点有一静止的小平板车，平板车质量M＝1kg，长度l＝1m，小车的上表面与B点等高，距地面高度h＝0.2m。质量m＝1kg的物块（可视为质点）从圆弧最高点A由静止释放。取g＝10m/s2。试求：（1）物块滑到轨道上的B点时对轨道的压力大小；（2）若锁定平板车并在上表面铺上一种特殊材料，其动摩擦因数从左向右随距离均匀变化，如图乙所示，求物块滑离平板车时的速率；（3）若解除平板车的锁定并撤去上表面铺的材料后，物块与平板车上表面间的动摩擦因数μ＝0.2，物块仍从圆弧最高点A由静止释放，求物块落地时距平板车右端的水平距离。

摩擦力做功与内能转化同步练习参考答案1.【答案】B【解析】滑动摩擦力的大小为Ff＝μFN，与相对速度的大小无关，所以，当传送带运动时，木块所受的摩擦力未变，空间位移未变，则滑到底端的时间、速度以及摩擦力所做的功均不变，故A错误，B正确，C错误；但由于相对滑动的距离变长，所以木块和传送带由于摩擦产生的内能变大，故D错误。2.【答案】AD【解析】物体在传送带摩擦力作用下做匀加速运动，根据牛顿第二定律知，物体加速运动的加速度为：a＝μg＝1m/s2所以物体匀加速运动的时间为：t1＝＝s＝2s物体做匀加速运动的位移为：x1＝at＝×1×22m＝2m所以物体匀速运动的位移为：x2＝l－x1＝8－2m＝6m物体匀速运动的时间为：t2＝＝s＝3s则摩擦力对物体做的功为：Wf＝Ffx1＝μmgx1＝0.1×1×10×2J＝2J运动过程中摩擦力做功的平均功率＝＝W＝0.4W。故A、D正确，B、C错误。3.【答案】B【解析】在A、B相对滑动前，对A、B整体由牛顿第二定律得a＝＝，故A、B的加速度随时间的增大而增大，速度－时间图象是一向上弯曲的曲线；A相对于B刚要滑动时，对B由牛顿第二定律得a＝，由于＝，故t＝；在A相对B滑动后，B的加速度a＝为一恒量，速度－时间图象是一倾斜向上的直线，故B正确。4.【答案】BC【解析】物块与小车之间的摩擦力为滑动摩擦力，这一对滑动摩擦力做功，做功之和应小于零，选项A错误；由功能关系知，系统机械能的增加量为F（l＋x）－Ffl，B项正确，D项错误。对小车应用动能定理知Ffx＝Mv2，C项正确。5.【答案】C【解析】由能量转化和守恒定律可知，拉力F对木板所做的功W一部分转化为物体m的动能，一部分转化为系统内能，故W＝mv2＋μmg·s相，s相＝vt－t，v＝μgt，以上三式联立可得：W＝mv2，故C正确。6.【答案】（1）－Ff（d＋l）（2）Ffl（3）－Ffd（4）－FfdFfd【解析】（1）由题意知木块的位移x＝l＋d，所以滑动摩擦力对木块做的功W木＝－Ff（d＋l）（2）滑动摩擦力对小车做的功W车＝Ffl（3）两滑动摩擦力做功之和W＝W木＋W车＝－Ffd（4）由动能定理知小车动能的增量为ΔEk车＝Ffl木块动能的增量为ΔEk木＝－Ff（d＋l）系统机械能的变化量即为小车、木块动能增量之和ΔE＝ΔEk车＋ΔEk木＝－Ffd由能量守恒知，系统损失的机械能等于系统产生的热量Q＝|ΔE|＝Ffd。7.【答案】（1）3s（2）625J（3）1000J【解析】（1）物体放上传送带后，由于刚开始一段时间内，物体的速度小于传送带的速度，所以物体相对于传动带向后运动，受到沿传送带向前的摩擦力，故物体受到的合力为：μmgcos30°－mgsin30°＝mg由牛顿第二定律得物体的加速度为a＝＝g当物体的速度达到和传送带的速度相同时，两者之间没有相对运动趋势，一起做匀速直线运动，因为物体从静止开始运动，所以v＝at1，得t1＝s＝2s，根据公式x＝at可得，物体的加速位移x1＝5m故物体做匀速直线运动位移是x2＝L－x1＝5m所以物体的匀速直线运动的时间为t2＝＝1s，所以物体从A到B的时间为t＝t1＋t2＝3s（2）传送带对物体的做功为W1＝mv2＋mgh＝mv2＋mgL＝×10×25＋10×10×5＝625J（3）如果没有放小物体，电动机就不需要克服摩擦力做功，所以在小物体从A到B的过程中，电动机做功为W＝W1＋μmgx1cos30°＝625J＋375J＝1000J8.【答案】（1）30N（2）1m（3）6J【解析】（1）由机械能守恒定律和牛顿第二定律得mgR＝mv，FNB－mg＝m则：FNB＝30N。（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：μmg＝ma1，v＝vB－a1t1对于小车：μmg＝Ma2，v＝a2t1解得：v＝1m/s，t1＝1s，因t1<t0故滑块与小车同速后，小车继续向左匀速行驶了0.5s，则小车右端