2020版高考物理總復(fù)習(xí) 沖A方案 課時(shí)訓(xùn)練（十三）第13講 機(jī)械能守恒定律與能量守恒定律（含解析）新人教版

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1、課時(shí)訓(xùn)練(十三)【機(jī)械能守恒定律與能量守恒定律】【基礎(chǔ)過關(guān)】1.下列關(guān)于機(jī)械能守恒的說法中正確的是()A.若只有重力做功,則物體機(jī)械能一定守恒B.若物體的機(jī)械能守恒,則其一定只受重力C.做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體機(jī)械能一定守恒D.物體所受合外力不為零,機(jī)械能一定守恒2.如圖Z13-1所示,下列關(guān)于機(jī)械能是否守恒的判斷正確的是()圖Z13-1A.甲圖中,火箭升空的過程中,若勻速升空則機(jī)械能守恒,若加速升空則機(jī)械能不守恒B.乙圖中物體勻速運(yùn)動(dòng),機(jī)械能守恒C.丙圖中小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),機(jī)械能守恒D.丁圖中,輕彈簧將A、B兩小車彈開,兩小車組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒3.高空“蹦極”是勇敢者的游戲.蹦極運(yùn)動(dòng)員將彈性長(zhǎng)

2、繩(質(zhì)量忽略不計(jì))的一端系在雙腳上,另一端固定在高處的跳臺(tái)上,運(yùn)動(dòng)員無初速度地從跳臺(tái)上落下.若不計(jì)空氣阻力,則()圖Z13-2A.彈性繩開始伸直時(shí),運(yùn)動(dòng)員的速度最大B.整個(gè)下落過程中,重力對(duì)運(yùn)動(dòng)員所做的功等于運(yùn)動(dòng)員克服彈性繩彈力所做的功C.整個(gè)下落過程中,運(yùn)動(dòng)員的機(jī)械能守恒D.從彈性繩開始伸直到最低點(diǎn)的過程中,運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能與彈性繩的彈性勢(shì)能之和不斷增大4.如圖Z13-3所示,一表面光滑的木板可繞固定的水平軸O轉(zhuǎn)動(dòng),木板從水平位置OA轉(zhuǎn)到位置OB的過程中,木板上重為5 N的物塊從靠近轉(zhuǎn)軸的位置由靜止開始滑到圖中虛線所示位置,在這一過程中,物塊的重力勢(shì)能減少了4 J.以下說法正確的是(g取10

3、 m/s2)()圖Z13-3A.物塊的豎直高度降低了0.8 mB.由于木板轉(zhuǎn)動(dòng),物塊下降的豎直高度一定大于0.8 mC.物塊獲得的動(dòng)能為4 JD.由于木板轉(zhuǎn)動(dòng),物塊的機(jī)械能一定增加5.一質(zhì)點(diǎn)在015 s內(nèi)豎直向上運(yùn)動(dòng),其加速度時(shí)間圖像如圖Z13-4所示,若取豎直向下為正方向,g取10 m/s2,則下列說法正確的是()圖Z13-4A.質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能不斷增加B.在05 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能增加C.在1015 s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能一直增加D.t=15 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能大于t=5 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能6.利用傳感器和計(jì)算機(jī)可以研究快速變化的力的大小.實(shí)驗(yàn)時(shí),把圖Z13-5甲中的小球舉高到懸點(diǎn)O處,然后讓小球自由下落,

4、并開始計(jì)時(shí).用這種方法獲得彈性繩的拉力F隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖乙所示.重力加速度為g.下列說法中正確的是()圖Z13-5A.根據(jù)題中所給條件,不能求出繩長(zhǎng)B.t2、t5、t8三個(gè)時(shí)刻,小球所受的拉力可能小于重力C.t2時(shí)刻小球與彈性繩組成的系統(tǒng)的機(jī)械能一定等于t5時(shí)刻的機(jī)械能D.t4與t3之差大于t7與t6之差7.2019嘉興模擬 如圖Z13-6所示為某研究小組利用對(duì)接斜面研究圖Z13-6“做功與能量變化關(guān)系”的裝置:固定在水平地面上的傾角均為的兩斜面以光滑小圓弧相連接.有一可視為質(zhì)點(diǎn)的滑塊從左側(cè)頂端由靜止釋放,經(jīng)最低點(diǎn)滑上右側(cè)斜面并減速到0,滑塊在上述過程中重力做功WG、克服摩擦力做功Wf

5、、動(dòng)能Ek及機(jī)械能E隨滑行路程s的變化圖線(以斜面連接處為參考平面,滑塊與兩斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同)正確的是圖Z13-7中的()圖Z13-78.如圖Z13-8所示,質(zhì)量m=1 kg的物體從高為h=0.2 m的光滑軌道上P點(diǎn)由靜止開始下滑,滑到水平傳送帶上的A點(diǎn),物體和傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.2,傳送帶AB的長(zhǎng)度為L(zhǎng)=5 m,傳送帶一直以v=4 m/s 的速度勻速運(yùn)動(dòng),g取10 m/s2,則()圖Z13-8A.物體從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間是0.5 sB.物體從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,摩擦力對(duì)物體做功為2 JC.物體從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,產(chǎn)生的熱量為2 JD.物體從A運(yùn)動(dòng)到B的過程中,帶動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)的

6、電動(dòng)機(jī)多做的功為10 J【領(lǐng)先沖A】9.風(fēng)能是可再生能源中目前發(fā)展最快的清潔能源,近年來,我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大,已成為能源發(fā)展的重要領(lǐng)域.在風(fēng)電技術(shù)發(fā)展方面,由于相同風(fēng)速時(shí)發(fā)電功率的不同,我國(guó)目前正逐步采用變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)替代定槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī),來提高風(fēng)力發(fā)電的效率.具體風(fēng)速對(duì)應(yīng)的功率如圖乙所示,設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)每個(gè)葉片長(zhǎng)度為30 m,所處地域全天風(fēng)速均為7.5 m/s,空氣的密度為1.29 kg/m3,圓周率取3.14,下列說法不正確的是()圖Z13-9A.變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的效率為52%B.用變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)替代定槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)后,每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)每天能多發(fā)電

7、7200 kWhC.無論是采用變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)還是采用定槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī),每臺(tái)發(fā)電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)化的空氣動(dòng)能為7.69105 JD.若煤的熱值為3.2107 J/kg,那么一臺(tái)變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)每小時(shí)獲得的風(fēng)能與完全燃燒45 kg煤所產(chǎn)生的內(nèi)能相等10.2019金華十校期末 金華某商場(chǎng)門口根據(jù)金華“雙龍”元素設(shè)計(jì)了一個(gè)精美的噴泉雕塑,如圖Z13-10甲所示.兩條龍噴出的水恰好相互銜接(不碰撞)形成一個(gè)“”字形.某學(xué)習(xí)小組為了研究噴泉的運(yùn)行原理,將噴泉簡(jiǎn)化成如圖乙所示的模型,兩條龍可以看成兩個(gè)相同的對(duì)稱的圓的一部分(近似看成在同一平面內(nèi)),E、B兩點(diǎn)為圓的最高點(diǎn).抽水機(jī)M使水獲得一定的初速度

8、后沿ABCDEFG運(yùn)動(dòng),水在C、F兩處恰好沿切線進(jìn)入管道,最后回到池中.圓的半徑為R=1 m,角度=53,忽略一切摩擦.g取10 m/s2,sin 53=0.8,cos 53=0.6.(1)水從B點(diǎn)噴出的速度為多大?(2)取B處質(zhì)量為m=0.1 kg的一小段水,管道對(duì)這一小段水的作用力為多大?方向如何?(3)若管道B處橫截面積為S=4 cm2,則抽水機(jī)M的輸出功率是多少?(水的密度=1103 kg/m3)圖Z13-1011.2019舟山中學(xué)模擬 某高中興趣學(xué)習(xí)小組成員,在學(xué)習(xí)完必修1與必修2后設(shè)計(jì)出如圖Z13-11所示的實(shí)驗(yàn).OA為一水平彈射器,彈射口為A.ABCD為一光滑曲桿,其中AB水平,

9、BC為豎直桿(長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)),CD為四分之一圓軌道,其圓心為O,半徑為R=0.2 m,各段均平滑連接.D的正下方E右側(cè)水平放置一塊橡皮泥板EF,長(zhǎng)度足夠大.現(xiàn)讓彈射器彈射出一質(zhì)量m=0.1 kg的小環(huán),小環(huán)從彈射口A射出后沿光滑曲桿運(yùn)動(dòng)到D處飛出,不計(jì)小環(huán)在各個(gè)連接處的能量損失和空氣阻力.已知彈射器每次彈射出的小環(huán)具有相同的初速度.某次實(shí)驗(yàn)中,小組成員調(diào)節(jié)BC長(zhǎng)度為h=0.8 m,彈出的小環(huán)從D處飛出,測(cè)得小環(huán)從D處飛出時(shí)速度vD=4 m/s.(g取10 m/s2)(1)求彈射器釋放的彈性勢(shì)能及小環(huán)在D處時(shí)對(duì)14圓軌道的壓力大小;(2)求小環(huán)在橡皮泥板EF上的落點(diǎn)到E的距離(已知小環(huán)與橡皮泥板接

10、觸后不再運(yùn)動(dòng));(3)若不改變彈射器彈性勢(shì)能,改變BC長(zhǎng)度h使其在02 m之間,求小環(huán)下落到橡皮泥板EF上時(shí)與E的距離的范圍.圖Z13-11課時(shí)訓(xùn)練(十三)1.A解析 若只有重力做功,則物體的動(dòng)能和重力勢(shì)能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化,物體的機(jī)械能一定守恒,A正確;若物體的機(jī)械能守恒,則物體不一定只受重力,也許還受其他力,但其他力做功的代數(shù)和為零,B錯(cuò)誤;做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體,只有除重力和彈力外的其他力做功為零時(shí),機(jī)械能才守恒,C錯(cuò)誤;物體所受合外力不為零,如果除重力和彈力外的其他力做功不為零,則機(jī)械能不守恒,D錯(cuò)誤.2.C解析 甲圖中,不論是勻速升空還是加速升空,由于推力對(duì)火箭做功,故火箭的機(jī)械能不守恒,是增

11、加的,A錯(cuò)誤.物體勻速上升,動(dòng)能不變,重力勢(shì)能增加,則機(jī)械能一定增加,B錯(cuò)誤.小球在運(yùn)動(dòng)過程中,細(xì)線的拉力不做功,機(jī)械能守恒,C正確.輕彈簧將A、B兩小車彈開,彈簧的彈力對(duì)兩小車做功,則兩車組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒,但兩小車和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,D錯(cuò)誤.3.B4.A解析 由重力勢(shì)能的表達(dá)式Ep=mgh可知,重力勢(shì)能減少了4 J,而mg=5 N,故h=0.8 m,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;木板轉(zhuǎn)動(dòng),木板的支持力對(duì)物塊做負(fù)功,則物塊機(jī)械能一定減少,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤.5.D解析 由圖像可以看出,05 s內(nèi)的加速度等于g,質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能不變,故A錯(cuò)誤;在05 s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)速度方向向上,加速度方向向下,加速

12、度與速度方向相反,則質(zhì)點(diǎn)速度減小,則動(dòng)能減小,故B錯(cuò)誤;在1015 s內(nèi),質(zhì)點(diǎn)向上減速的加速度大于g,說明質(zhì)點(diǎn)受到了方向向下的外力,外力做負(fù)功,機(jī)械能減少,故C錯(cuò)誤;根據(jù)牛頓第二定律,510 s內(nèi),有mg-F=ma,解得F=2m,方向向上,做正功,質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能增加,1015 s內(nèi),有mg+F=ma,解得F=2m,方向向下,質(zhì)點(diǎn)的機(jī)械能減少,質(zhì)點(diǎn)一直向上做減速運(yùn)動(dòng),1015 s內(nèi)的速度小于510 s內(nèi)的速度,則1015 s內(nèi)的位移小于510 s內(nèi)的位移,故質(zhì)點(diǎn)在t=15 s時(shí)的機(jī)械能大于t=5 s時(shí)的機(jī)械能,D正確.6.D解析 由圖像可知,在0t1時(shí)間內(nèi)小球做自由落體運(yùn)動(dòng),根據(jù)h=12gt12可

13、求得繩長(zhǎng),故A錯(cuò)誤;t2、t5、t8三個(gè)時(shí)刻,繩子的拉力最大,處于最低點(diǎn),拉力大于重力,故B錯(cuò)誤;由圖像可知,在上下運(yùn)動(dòng)的過程中,到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的拉力逐漸減小,故整個(gè)過程中需克服阻力做功,t2時(shí)刻小球與彈性繩組成的系統(tǒng)的機(jī)械能一定大于t5時(shí)刻的機(jī)械能,故C錯(cuò)誤;t3t4時(shí)間內(nèi)和t6t7時(shí)間內(nèi)小球都做豎直上拋運(yùn)動(dòng),由于t3時(shí)刻的速度大于t6時(shí)刻的速度,由豎直上拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=2v0g知,t4與t3之差大于t7與t6之差,故D正確.7.C解析 重力先做正功,后做負(fù)功,WG=mgssin ,從斜率上看,可知k=mgsin 不變,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;克服摩擦力做功等于產(chǎn)生的熱量,即Wf=Q=mgscos ,從斜

14、率上看,可知k=mgcos ,因此斜率不變,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)能定理得F合s=Ek,從斜率上看,可知斜率代表滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的合外力,滑塊下滑時(shí)的加速度小,上滑時(shí)的加速度大,選項(xiàng)C正確;減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱量,因此滑塊的機(jī)械能是一直減小的,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.8.C解析 設(shè)物體下滑到A點(diǎn)的速度為v0,從P到A過程,由機(jī)械能守恒定律得12mv02=mgh,解得v0=2gh=2 m/sv=4 m/s,則物體滑上傳送帶后,在滑動(dòng)摩擦力的作用下做勻加速運(yùn)動(dòng),加速度大小為a=mgm=g=2 m/s2,當(dāng)物體的速度與傳送帶的速度相等時(shí)用時(shí)t1=v-v0a=4-22 s=1 s,勻加速運(yùn)動(dòng)的位移x1=v0+v2t1=2+

15、421 m=3 mL=5 m,所以物體與傳送帶共速后向右做勻速運(yùn)動(dòng),勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2=L-x1v=5-34 s=0.5 s,故物體從A運(yùn)動(dòng)到B的時(shí)間為t=t1+t2=1.5 s,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;物體運(yùn)動(dòng)到B時(shí)的速度v=4 m/s,根據(jù)動(dòng)能定理得,摩擦力對(duì)物體做功W=12mv2-12mv02=12142 J-12122 J=6 J,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在t1時(shí)間內(nèi),傳送帶做勻速運(yùn)動(dòng)的位移x帶=vt1=4 m,故產(chǎn)生熱量Q=mgx=mg(x帶-x1),解得Q=2 J,選項(xiàng)C正確;電動(dòng)機(jī)多做的功一部分轉(zhuǎn)化成了物體的動(dòng)能,另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,則電動(dòng)機(jī)多做的功W=12mv2-12mv02+Q=121(42-22

16、) J+2 J=8 J,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤.9.D解析 設(shè)在時(shí)間t內(nèi)發(fā)電機(jī)獲得的風(fēng)能為Ek,由于m=V=r2vt,所以Ek=12mv2=12r2v3t=121.293.143027.53t(J)768 981t(J),故變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能的效率為=PtEk=400103t768 981t=52%,故A正確;由圖像可知,當(dāng)風(fēng)速為7.5 m/s時(shí),變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率為400 kW,定槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率為100 kW,所以每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)每天能多發(fā)電E=(P1-P2)t=(400-100)24 kWh=7200 kWh,故B正確;空氣的動(dòng)能為Ek768 981t (J),所以

17、每臺(tái)發(fā)電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)化的空氣動(dòng)能為Ek0=768 981t0 (J)=768 9811 J7.69105 J,故C正確;完全燃燒45 kg煤所產(chǎn)生的內(nèi)能為E=mq=453.2107 J=1.44109 J,一臺(tái)變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)每小時(shí)獲得的風(fēng)能為Ek=Ekt=768 9813600 J2.77109 J ,故一臺(tái)變槳距控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)每小時(shí)獲得的風(fēng)能與完全燃燒45 kg煤所產(chǎn)生的內(nèi)能不相等,故D錯(cuò)誤.10.(1)32 m/s(2)0.8 N豎直向下(3)49.2 W解析 (1)水做平拋運(yùn)動(dòng),豎直方向上,有h=R+Rcos =1.6 m根據(jù)vCy2=2gh解得vCy=42 m/s因?yàn)樗贑點(diǎn)剛好沿

18、切線進(jìn)入管道,所以tan =vCyvB故vB=32 m/s(2)以一小段水為研究對(duì)象.當(dāng)水在最高點(diǎn)B受到管道的作用力為0時(shí),有mg=mv臨2R解得v臨=10 m/s32 m/s故水在B點(diǎn)時(shí),有mg+FN=mvB2R解得FN=0.8 N,方向豎直向下(3)以單位時(shí)間(t=1 s)從B點(diǎn)噴出的水為研究對(duì)象,有m0=SvBt由能量守恒定律得Pt=m0g2R+12m0vB2解得P=34.82 W49.2 W11.(1)1.8 J7 N(2)455 m (3)01.8 m解析 (1)根據(jù)機(jī)械能守恒定律得Ep=12mvD2+mg(h+R)=1.8 J在最高點(diǎn)D對(duì)小環(huán)受力分析,由牛頓第二定律得FN+mg=mvD2R解得FN=7 N,方向豎直向下由牛頓第三定律知,小環(huán)對(duì)14圓軌道的壓力大小為7 N,方向豎直向上.(2)小環(huán)離開D點(diǎn)后做平拋運(yùn)動(dòng),由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得h+R=12gt2x=vDt解得x=455 m.3小環(huán)剛好到達(dá)D點(diǎn)的條件為mg(h1+R)=Ep解得h1=1.6 m改變h,小環(huán)做平拋運(yùn)動(dòng),小環(huán)水平方向的位移應(yīng)有最大值根據(jù)機(jī)械能守恒定律得Ep-mg(h2+R)=12mvD2小環(huán)平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t=2(h2+R)g可得x=vDt=21.8-(h2+R)(h2+R)當(dāng)h2+R=0.9 m時(shí),水平位移最大,為x=1.8 m,故小環(huán)落點(diǎn)在E點(diǎn)右側(cè)01.8 m的范圍內(nèi).- 7 -