2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 600分沖刺 專題二 能量與動(dòng)量 第6講 功能關(guān)系和能量守恒優(yōu)練（含解析）

功能關(guān)系和能量守恒一、選擇題(本題共8小題，其中14題為單選，58題為多選)1(2019·北京延慶模擬)蹦極是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員將彈性繩的一端系在身上，另一端固定在高處，然后運(yùn)動(dòng)員從高處跳下，如圖所示。圖中a點(diǎn)是彈性繩自然下垂時(shí)繩下端的位置，c點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)員所到達(dá)的最低點(diǎn)。在運(yùn)動(dòng)員從a點(diǎn)到c點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程中，忽略空氣阻力，下列說法正確的是(D)A運(yùn)動(dòng)員的速度一直增大B運(yùn)動(dòng)員的加速度始終減小C運(yùn)動(dòng)員始終處于失重狀態(tài)D運(yùn)動(dòng)員克服彈力做的功大于重力對(duì)運(yùn)動(dòng)員做的功解析該過程隨著彈性繩的伸長，拉力不斷變大，根據(jù)受力分析可知，先做加速度減小的加速，后做加速度增加的減速，A、B錯(cuò)；運(yùn)動(dòng)員有減速的過程，加速度向上是超重，C錯(cuò)；運(yùn)動(dòng)員克服彈力做的功等于重力勢(shì)能的變化量和動(dòng)能變化量之和，D對(duì)。2(2019·高三考試大綱調(diào)研卷)如圖所示，輕質(zhì)彈簧一端固定，另一端與一質(zhì)量為m、套在光滑豎直固定桿A處的圓環(huán)相連，彈簧水平且處于原長。圓環(huán)從A處由靜止開始下滑，經(jīng)過B處的速度最大，到達(dá)C處的速度為零，重力加速度為g，則下列說法不正確的是(B)A由A到C的過程中，圓環(huán)的加速度先減小后增大B由A到C的過程中，圓環(huán)的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和先增大后減少C由A到B的過程中，圓環(huán)動(dòng)能的增加量小于重力勢(shì)能的減少量D在C處時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為mgh解析圓環(huán)從A處由靜止開始下滑，經(jīng)過B處的速度最大，到達(dá)C處的速度為零，所以圓環(huán)先做加速運(yùn)動(dòng)，再做減速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過B處的速度最大，所以經(jīng)過B處的加速度為零，所以加速度先減小，后增大，故A正確；圓環(huán)的動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能之和守恒，因由A到C的過程中，彈性勢(shì)能逐漸變大，則圓環(huán)的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和逐漸減少，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由A到B的過程中，因圓環(huán)的動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能之和守恒，則彈性勢(shì)能和動(dòng)能增加量之和等于重力勢(shì)能的減小量，則圓環(huán)動(dòng)能的增加量小于重力勢(shì)能的減少量，選項(xiàng)C正確；研究圓環(huán)從A處由靜止開始下滑到C過程，由動(dòng)能定理得：mghW彈000，則W彈mgh，故D正確；故選B。3(2019·高三考試大綱調(diào)研卷)如圖甲所示，輕彈簧豎直固定在水平面上，一質(zhì)量為m0.2 kg的小球從彈簧上端某高度處自由下落，從它接觸彈簧到彈簧壓縮至最短的過程中(彈簧始終在彈性限度內(nèi))，其速度v和彈簧壓縮量x的函數(shù)圖象如圖乙所示，其中A為曲線的最高點(diǎn)，小球和彈簧接觸瞬間的機(jī)械能損失不計(jì)，取重力加速度g10 m/s2，則下列說法中不正確的是(C)A該彈簧的勁度系數(shù)為20 N/mB當(dāng)x0.3 m時(shí)，小球處于超重狀態(tài)C小球剛接觸彈簧時(shí)速度最大D從接觸彈簧到壓縮至最短的過程中，小球的加速度先減小后增大解析當(dāng)x0.1 m時(shí)，小球的重力等于彈簧對(duì)它的彈力，合力為零，小球的加速度為零，平衡狀態(tài)，可得：kxmg，解得：k N/m20 N/m，故A正確；由圖乙可知，x0.3 m時(shí)，物體的速度減小，加速度向上，故說明物體處于超重狀態(tài)，故B正確；由小球的速度圖象知，開始小球的速度增大，小球的重力大于彈簧對(duì)它的彈力，當(dāng)x為0.1 m時(shí)，小球的速度最大，然后速度減小，故C錯(cuò)誤；圖中的斜率表示加速度，則由圖可知，從接觸彈簧到壓縮至最短的過程中，小球的加速度先減小后增大，故D正確。本題選不正確的，故選C。4(2019·安徽合肥二模)如圖甲所示，置于水平地面上質(zhì)量為m的物體，在豎直拉力F作用下，由靜止開始向上運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能Ek與距地面高度h的關(guān)系如圖乙所示，已知重力加速度為g，空氣阻力不計(jì)。下列說法正確的是(C)A在0h0過程中，F(xiàn)大小始終為mgB在0h0和h02h0過程中，F(xiàn)做功之比為21C在02h0過程中，物體的機(jī)械能不斷增加D在2h03.5h0過程中，物體的機(jī)械能不斷減少解析由圖乙物體動(dòng)能Ek與距地面高度h的關(guān)系可知，當(dāng)物體距離地面高度為h0時(shí)，Ekmgh0，由功能關(guān)系可得，力F做功WFFh0 Ekmgh02mgh0，解得F2mg，即在0h0過程中，F(xiàn)大小始終為2mg，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)物體距離地面高度為2h0時(shí)，Ek1.5mgh0，在h02h0過程中，由功能關(guān)系可得，力F做功WFEkEp0.5mgh0 mgh01.5mgh0，即在0h0和h02h0過程中，F(xiàn)做功之比為21.543，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；在02h0過程中，力F做功，物體的機(jī)械能不斷增加，選項(xiàng)C正確；在2h0高度，物體的動(dòng)能為Ek1.5mgh0，重力勢(shì)能為Ep2mgh0，物體的機(jī)械能為EEkEp3.5mgh0，在3.5h0高度，物體的動(dòng)能為零，重力勢(shì)能為Ep3.5mgh0，物體的機(jī)械能為E EkEp3.5mgh0，因此在2h03.5h0過程中，物體的動(dòng)能不斷減少，機(jī)械能不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5(2019·高考大綱調(diào)研卷)把質(zhì)量是0.2 kg的小球放在豎立的彈簧上，并把球往下按至A的位置，如圖甲所示；迅速松手后，彈簧把球彈起，球升至最高位置C(圖丙)途中經(jīng)過位置B時(shí)彈簧正好處于自由狀態(tài)(圖乙)。已知B、A的高度差為0.1 m，C、B的高度差為0.2 m，彈簧的質(zhì)量和空氣阻力均忽略不計(jì)。重力加速度g10 m/s2，則有(BC)A小球從A上升至B的過程中，彈簧的彈性勢(shì)能一直減小，小球的動(dòng)能一直增加B小球從B上升到C的過程中，小球的動(dòng)能一直減小，勢(shì)能一直增加C小球在位置A時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為0.6 JD小球從位置A上升至C的過程中，小球的最大動(dòng)能為0.4 J解析球從A上升到B位置的過程中，先加速，當(dāng)彈簧的彈力kxmg時(shí)，合力為零，加速度減小到零，速度達(dá)到最大，之后小球繼續(xù)上升彈簧彈力小于重力，球做減速運(yùn)動(dòng)，故小球從A上升到B的過程中，動(dòng)能先增大后減小，A錯(cuò)誤；小球從B到C的過程中，小球的彈力小于重力，故小球的動(dòng)能一直減小；因小球高度增加，故小球的重力勢(shì)能增加；故B正確；根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒，小球在圖甲中時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能等于小球由A到C位置時(shí)增加的重力勢(shì)能：EpmgAC0.2×10×0.3 J0.6 J；故C正確；由于無法確定小球受力平衡時(shí)的彈簧的形變量，故無法求出小球的最大動(dòng)能；故D錯(cuò)誤。6(2019·湖北省荊門模擬)物體A、B之間通過勁度系數(shù)為k的輕彈簧連接，豎直放置在水平面上，物體A的質(zhì)量為m 。開始時(shí)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用豎直向上的恒力F拉物體A使之豎直向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)物體B剛要離開地面時(shí)，A的速度恰好達(dá)到最大，物體A運(yùn)動(dòng)的距離為初始時(shí)彈簧壓縮量的2倍，則(BD)A物體B的質(zhì)量為2mB在此過程中恒力F所做的功等于物體A的機(jī)械能增加量C在此過程中物體A的最大速度為D在此過程中物體與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能增加量為解析未施加力F時(shí)，對(duì)物體A分析，得到彈簧壓縮量x。當(dāng)物體B剛要離開地面時(shí)，由物體A運(yùn)動(dòng)的距離為初始時(shí)彈簧壓縮量的2倍可知，此時(shí)彈簧的伸長量為x。對(duì)此時(shí)物體B分析，得到的物體B的質(zhì)量為m，A錯(cuò)誤；此時(shí)A的速度恰好達(dá)到最大，合力為0，對(duì)A分析可得到恒力F2mg。在此過程中，彈簧的彈性勢(shì)能未發(fā)生變化，所以恒力F做的功等于物體A增加的機(jī)械能，B正確；由功能關(guān)系可知，物體與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能增加量等于恒力F做的功，即為F×2×，D正確；對(duì)物體A此段過程由動(dòng)能定理列方程：mgmv20，解得v，C錯(cuò)誤。7(2019·江蘇省四校模擬)如圖所示，小物塊套在固定豎直桿上，用輕繩連接后跨過小定滑輪與小球相連。開始時(shí)物塊與定滑輪等高。已知小球的質(zhì)量是物塊質(zhì)量的兩倍，桿與滑輪間的距離為d，重力加速度為g，繩及桿足夠長，不計(jì)一切摩擦，現(xiàn)將物塊由靜止釋放，在物塊向下運(yùn)動(dòng)過程中，下列說法正確的是(ABD)A剛釋放時(shí)物塊的加速度為gB物塊重力的功率先增大后減小C物塊下降的最大距離為dD物塊速度最大時(shí)，繩子的拉力一定大于物塊的重力解析小球剛開始釋放時(shí)，物塊水平方向受力平衡，豎直方向只受重力，根據(jù)牛頓第二定律可知其加速度為g，A正確；剛釋放時(shí)物塊的速度為零，小球重力的功率為零。物塊下降到最低點(diǎn)時(shí)小球的速度為零，小球重力的功率又為零，所以小球重力的功率先增大后減小，B正確；設(shè)物塊下降的最大距離為x，物塊的質(zhì)量為m。根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律，有：mgx2mg(d)0，解得：xd，C錯(cuò)誤；物塊的合力為零時(shí)速度最大，則繩子拉力的豎直向上的分力等于物塊的重力，所以繩子的拉力定大于物塊的重力，D正確。8(2019·江蘇省無錫市模擬)如圖所示，內(nèi)壁光滑的環(huán)形凹槽半徑為R，固定在豎直平面內(nèi)，一根長度為R的輕桿，一端固定小球甲，另一端固定小球乙，兩球質(zhì)量均為m，將兩小球放入凹槽內(nèi)，小球乙恰好位于凹槽的最低點(diǎn)，由靜止釋放后(ABD)A整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，甲球的速率始終等于乙球的速率B當(dāng)甲、乙兩球到達(dá)同一高度時(shí)，甲球的速率達(dá)到最大值C甲球在下滑過程，輕桿對(duì)甲球先做正功后做負(fù)功D甲球可沿凹槽下滑到槽的最低點(diǎn)解析根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解可得：v甲cos45°v乙cos45°，則有：v甲v乙在，所以整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，甲球的速率始終等于乙球的速率，故A正確；設(shè)甲球與圓心的連線與豎直方向的夾角為，則乙球與圓心的連線與豎直方向的夾角為90°，對(duì)于系統(tǒng)，機(jī)械能守恒，則有：mgRcosmgR(1sin)mvmv，解得：v甲v乙，當(dāng)45°時(shí)，即甲、乙兩球到達(dá)同一高度時(shí)，甲球的速率達(dá)到最大值，故B正確；甲球在下滑過程中，輕桿對(duì)甲球作用力表現(xiàn)為支持力，力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，輕桿對(duì)甲球一直做負(fù)功，故C錯(cuò)誤；根據(jù)對(duì)稱性可知，甲球沿凹槽下滑到槽的最低點(diǎn)，乙球運(yùn)動(dòng)到圓心等高點(diǎn)，對(duì)于系統(tǒng)根據(jù)機(jī)械能守恒可得v甲v乙0，故D正確。二、計(jì)算題(本題共2小題，需寫出完整的解題步驟)9. (2019·高三二輪復(fù)習(xí)測(cè)試)如圖所示，水平軌道PAB與圓弧軌道BC相切于B點(diǎn)，其中，PA段光滑，AB段粗糙，動(dòng)摩擦因數(shù)0.1，AB段長度L2 m，BC段光滑，半徑R1 m。輕質(zhì)彈簧勁度系數(shù)k200 N/m，左端固定于P點(diǎn)，右端處于自由狀態(tài)時(shí)位于A點(diǎn)，現(xiàn)用力推質(zhì)量m2 kg的小滑塊，使其緩慢壓縮彈簧，當(dāng)推力做功W25 J時(shí)撤去推力。已知彈簧彈性勢(shì)能表達(dá)式Epkx2，其中，k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量，重力加速度取g10 m/s2。(1)求推力撤去瞬間，滑塊的加速度大??；(2)求滑塊第一次到達(dá)圓弧軌道最低點(diǎn)B時(shí)對(duì)B點(diǎn)的壓力F大?。?3)判斷滑塊能否越過C點(diǎn)，如果能，求出滑塊到達(dá)C點(diǎn)的速度vC和滑塊離開C點(diǎn)再次回到C點(diǎn)所用時(shí)間t，如果不能，求出滑塊能達(dá)到的最大高度h。答案(1)50 m/s2(2)62 N(3)能1 m/s0.2 s解析 (1)推力做功全部轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能，則有WEp，即25×200×x2，得x0.5 m。由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得a50 m/s2(2)設(shè)滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度為vB，由能量關(guān)系有WmgLmv，得v21 m2/s2對(duì)小滑塊，由牛頓第二定律得FNmgm，解得FN62 N由牛頓第三定律可知，小滑塊對(duì)B點(diǎn)的壓力F62 N(3)設(shè)滑塊能夠到達(dá)C點(diǎn)，且具有速度vC，由功能關(guān)系得WmgLmgRmv代入數(shù)據(jù)解得vC1 m/s故滑塊能夠越過C點(diǎn)，從滑塊離開C點(diǎn)到再次回到C點(diǎn)過程中，滑塊做勻變速運(yùn)動(dòng)，以向下為正方向有vCvCgt，t0.2 s 10.(2019·廣東七校聯(lián)考)如圖，水平光滑桿CP上套有一個(gè)質(zhì)量為m1 kg的小物塊A(可視作質(zhì)點(diǎn))，細(xì)線跨過O點(diǎn)的輕質(zhì)小定滑輪一端連接物塊A，另一端懸掛質(zhì)量為mB2 kg的小物塊B，C點(diǎn)為O點(diǎn)正下方桿的右端點(diǎn)，定滑輪到桿的距離OCh0.4 m。開始時(shí)AO與水平方向的夾角為30°，A和B靜止。桿的右下方水平地面上有一傾角為37°固定斜面，斜面上有一質(zhì)量為M1 kg的極薄木板DE(厚度忽略)，開始時(shí)木板鎖定，木板下表面及物塊A與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)均為10.5，木板上表面的DF部分光滑(DF長為L10.53m), FE部分與物塊A間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2。木板端點(diǎn)E距斜面底端G長LEG0.26 m?，F(xiàn)將A、B同時(shí)由靜止釋放(PO與水平方向的夾角為60°)，物塊A運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)細(xì)線突然斷開，物塊從C水平滑離桿，一段時(shí)間后，恰好以平行于薄木板的方向滑上木板，與此同時(shí)解除木板的鎖定。滑塊在木板上DF段運(yùn)動(dòng)時(shí)間恰是在FE段的一半，重力加速度g取10 m/s2，求：(1)物塊A運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)滑塊A、B的速度之比；(2)木板表面FE部分的長度L2; (3)從解除鎖定開始計(jì)時(shí)，木板端點(diǎn)E經(jīng)多長時(shí)間到達(dá)斜面底端G?答案(1)21(2)0.16 m(3)0.7 s解析(1)在P點(diǎn)時(shí)，由速度關(guān)系 vAcos60vB ，得vA：vB 2：1 (2)滑塊A運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，物塊B的速度恰為零。從釋放物塊A到運(yùn)動(dòng)到C，系統(tǒng)機(jī)械能守恒：mBg(OAOC)mAv解得 vC4 m/s設(shè)剛滑上木板時(shí)的速度大小為v0，由平拋規(guī)律：v05 m/s滑上木板后，在DF段：因?yàn)槟景迮c斜面間最大靜摩擦力為： fm1(mM)gcos37°8 N而重力的分量只有Gx Mgsin6 N, 所以木板不動(dòng)，物塊A加速度a1 gsin6 m/s2對(duì)物塊A，經(jīng)過t1運(yùn)動(dòng)到F，則：L1v0t1a1t代入數(shù)值解得t10.1 svFa1t10.6 m/s滑到F后，對(duì)物塊A：ma2mgsin37°2mgcos37°代入數(shù)值解得a23 m/s2對(duì)木板MaMgsin37°2mgcos37°1(Mm)gcos37°代入數(shù)值得a1 m/s2設(shè)經(jīng)過t2時(shí)間滑塊滑到E點(diǎn)， 則木板的位移：Sat滑塊SvFt2a2t已知t22t10.2 s，L2SS代入數(shù)值解得L20.16 m(3)由(2)知，分離時(shí)木板位移Sat0.02 m, 速度 v1at2 0.2 m/s分離后，對(duì)木板：MaMgsin37°1Mgcos37°解得a2 m/s2 由LEGSv1t3at代入數(shù)值解得t30.4 s從解除鎖定開始計(jì)時(shí)，木板端點(diǎn)E到達(dá)斜面底端G的時(shí)間Tt1t2t30.7 s- 8 -