2022年高三物理二輪復(fù)習(xí) 第1部分 專題2 功和能 第2講 機(jī)械能守恒定律 功能關(guān)系課時(shí)作業(yè)集訓(xùn)
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1、2022年高三物理二輪復(fù)習(xí) 第1部分 專題2 功和能 第2講 機(jī)械能守恒定律 功能關(guān)系課時(shí)作業(yè)集訓(xùn) 一、選擇題(1~5題只有一項(xiàng)符合題目要求,6、7題有多項(xiàng)符合題目要求) 1.把小球放在豎立的彈簧上,并把球往下按至A位置,如圖甲所示.迅速松手后,球升高至最高位置C(圖丙),途中經(jīng)過(guò)位置B時(shí)彈簧正處于原長(zhǎng)(圖乙).忽略彈簧的質(zhì)量和空氣阻力.則小球從A運(yùn)動(dòng)到C的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( ) A.經(jīng)過(guò)位置B時(shí)小球的加速度為0 B.經(jīng)過(guò)位置B時(shí)小球的速度最大 C.小球、地球、彈簧所組成系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 D.小球、地球、彈簧所組成系統(tǒng)的機(jī)械能先增大后減小 解析: 分析小球從A到B的過(guò)程
2、中受力情況,開(kāi)始是彈力大于重力,中間某一位置彈力和重力相等,接著彈力小于重力,在B點(diǎn)時(shí),彈力為零,小球從B到C的過(guò)程中,只受重力.根據(jù)牛頓第二定律可以知道小球從A到B的過(guò)程中,先向上加速再向上減速,所以速度最大位置應(yīng)該是加速度為零的位置,在AB之間某一位置,A、B錯(cuò);從A到C過(guò)程中對(duì)于小球、地球、彈簧組成的系統(tǒng)只有重力和彈力做功,所以系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,C對(duì),D錯(cuò). 答案: C 2.(xx·福建理綜·17)如圖,在豎直平面內(nèi),滑道ABC關(guān)于B點(diǎn)對(duì)稱,且A、B、C三點(diǎn)在同一水平線上.若小滑塊第一次由A滑到C,所用的時(shí)間為t1,第二次由C滑到A,所用的時(shí)間為t2,小滑塊兩次的初速度大小相同且運(yùn)動(dòng)
3、過(guò)程始終沿著滑道滑行,小滑塊與滑道的動(dòng)摩擦因數(shù)恒定,則( )
A.t1
4、r時(shí),引力勢(shì)能可表示為Ep=-G,其中G為引力常量,M為地球質(zhì)量.該衛(wèi)星原來(lái)在半徑為R1的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由于受到極稀薄空氣的摩擦作用,飛行一段時(shí)間后其圓周運(yùn)動(dòng)的半徑變?yōu)镽2,此過(guò)程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量為( ) A.GMm B.GMm C.GMm D.GMm 解析: 衛(wèi)星降低軌道,減少的引力勢(shì)能為ΔEp=-G-=GMm.由G=,可得衛(wèi)星在半徑為R1的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek1=mv=,衛(wèi)星在半徑為R2的軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek2=mv=,動(dòng)能增加ΔEk=-,由能量守恒得ΔEp=ΔEk+Q,聯(lián)立解得:此過(guò)程中因摩擦而產(chǎn)生的熱量為Q=GMm,所以正確選項(xiàng)
5、為C. 答案: C 4.滑沙是人們喜愛(ài)的游樂(lè)活動(dòng),如圖是滑沙場(chǎng)地的一段斜面,其傾角為30°,設(shè)參加活動(dòng)的人和滑車總質(zhì)量為m,人和滑車從距底端高為h處的頂端A沿滑道由靜止開(kāi)始勻加速下滑,加速度為0.4g,人和滑車可視為質(zhì)點(diǎn),則從頂端向下滑到底端B的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是( ) A.人和滑車減少的重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 B.人和滑車獲得的動(dòng)能為0.4mgh C.整個(gè)下滑過(guò)程中人和滑車減少的機(jī)械能為0.2mgh D.人和滑車克服摩擦力做功為0.6mgh 解析: 由牛頓第二定律有mgsin 30°-Ff=ma,得Ff=0.1mg,人和滑車受重力、支持力、摩擦力作用,摩擦力做負(fù)功,
6、機(jī)械能不守恒,A錯(cuò)誤;由動(dòng)能定理得W合=0.4mg·=Ek,Ek=0.8mgh,B錯(cuò)誤;由功能關(guān)系知,摩擦力做功Wf=-Ff=-0.2mgh,機(jī)械能減少0.2mgh,人和滑車克服摩擦力做的功為0.2mgh,C正確,D錯(cuò)誤. 答案: C 5.(xx·山西太原一模)將小球以10 m/s的初速度從地面豎直向上拋出,取地面為零勢(shì)能面,小球在上升過(guò)程中的動(dòng)能Ek、重力勢(shì)能Ep與上升高度h間的關(guān)系分別如圖中兩直線所示.取g=10 m/s2,下列說(shuō)法正確的是( ) A.小球的質(zhì)量為0.2 kg B.小球受到的阻力(不包括重力)大小為0.2 N C.小球動(dòng)能與重力勢(shì)能相等時(shí)的高度為 m D.
7、小球上升到2 m時(shí),動(dòng)能與重力勢(shì)能之差為0.5 J 解析: 在最高點(diǎn),Ep=mgh=4 J,得m=0.1 kg,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由除重力以外其他力做功W其他=ΔE可知,-F阻h=E高-E低,E為機(jī)械能,解得F阻=0.25 N,B項(xiàng)錯(cuò)誤;設(shè)小球動(dòng)能和重力勢(shì)能相等時(shí)的高度為H,此時(shí)有mgH=mv2,由動(dòng)能定理有-F阻H-mgH=mv2-mv,得H= m,故C項(xiàng)錯(cuò);當(dāng)小球上升h′=2 m時(shí),由動(dòng)能定理有-F阻h′-mgh′=Ek2-mv,得Ek2=2.5 J,Ep2=mgh′=2 J,所以動(dòng)能和重力勢(shì)能之差為0.5 J,故D項(xiàng)正確. 答案: D 6.(xx·銀川一模)如圖所示,一根長(zhǎng)為L(zhǎng)不可伸長(zhǎng)的輕
8、繩跨過(guò)光滑的水平軸O,兩端分別連接質(zhì)量為2m的小球A和質(zhì)量為m的物塊B,由圖示位置釋放后,當(dāng)小球轉(zhuǎn)動(dòng)到水平軸正下方時(shí)輕繩的中點(diǎn)正好在水平軸O點(diǎn),且此時(shí)物塊B的速度剛好為零,則下列說(shuō)法中正確的是( ) A.物塊B一直處于靜止?fàn)顟B(tài) B.小球A從圖示位置運(yùn)動(dòng)到水平軸正下方的過(guò)程中機(jī)械能守恒 C.小球A運(yùn)動(dòng)到水平軸正下方時(shí)的速度小于 D.小球A從圖示位置運(yùn)動(dòng)到水平軸正下方的過(guò)程中,小球A與物塊B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒 解析: 當(dāng)小球轉(zhuǎn)動(dòng)到水平軸正下方時(shí)輕繩的中點(diǎn)正好在水平軸O點(diǎn),所以小球A下降的高度為,物塊B會(huì)上升一定的高度h,A錯(cuò)誤;由機(jī)械能守恒定律得·2m·v2=2mg·-mgh,所
9、以小球A運(yùn)動(dòng)到水平軸正下方時(shí)的速度v<,C正確;在整個(gè)過(guò)程中小球A與物塊B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒,B錯(cuò)誤,D正確. 答案: CD 7.如圖所示,豎直平面內(nèi)有一足夠長(zhǎng)的寬度為L(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌,質(zhì)量為m的金屬導(dǎo)體棒ab可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦地上下滑動(dòng),且導(dǎo)體棒ab與金屬導(dǎo)軌接觸良好,ab電阻為R,其他電阻不計(jì).導(dǎo)體棒ab由靜止開(kāi)始下落,過(guò)一段時(shí)間后閉合開(kāi)關(guān)S,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體棒ab立刻做變速運(yùn)動(dòng),則在以后導(dǎo)體棒ab的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.導(dǎo)體棒ab做變速運(yùn)動(dòng)期間加速度一定減小 B.單位時(shí)間內(nèi)克服安培力做的功全部轉(zhuǎn)化為電能,電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C.導(dǎo)體棒減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為閉合電路中的電
10、能和電熱之和,符合能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 D.導(dǎo)體棒ab最后做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),速度大小為v= 解析: 導(dǎo)體棒由靜止下落,在豎直向下的重力作用下做加速運(yùn)動(dòng).開(kāi)關(guān)閉合時(shí),由右手定則判定,導(dǎo)體中產(chǎn)生的電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍儆勺笫侄▌t,可判定導(dǎo)體棒受到的安培力方向向上,F(xiàn)=BIL=BL,導(dǎo)體棒受到的重力和安培力的合力變小,加速度變小,物體做加速度越來(lái)越小的運(yùn)動(dòng),A正確;最后合力為零,加速度為零,做勻速運(yùn)動(dòng).由F-mg=0得,BL=mg,v=,D正確;導(dǎo)體棒克服安培力做功,減少的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,由于電流的熱效應(yīng),電能又轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,B正確. 答案: ABD 二、非選擇題 8.如圖甲所示,MN、PQ為
11、間距L=0.5 m且足夠長(zhǎng)的粗糙平行導(dǎo)軌,NQ⊥MN,導(dǎo)軌的電阻不計(jì).導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角θ=37°,N、Q間連接有一個(gè)阻值R=4 Ω的電阻.有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌平面且方向向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0=1 T.將一根質(zhì)量為m=0.05 kg、電阻為r的金屬棒ab緊靠NQ放置在導(dǎo)軌上,且與導(dǎo)軌接觸良好.現(xiàn)由靜止釋放金屬棒,當(dāng)金屬棒滑行至cd處時(shí)剛好達(dá)到穩(wěn)定速度,已知在此過(guò)程中通過(guò)金屬棒橫截面的電荷量q=0.2 C,且金屬棒的加速度a與速度v的關(guān)系如圖乙所示,設(shè)金屬棒沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與NQ平行.(g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)求: (1)金屬棒與
12、導(dǎo)軌平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ和金屬棒的內(nèi)阻r; (2)金屬棒滑行至cd處的過(guò)程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量. 解析: (1)當(dāng)a=2 m/s2時(shí),由牛頓第二定律得mgsin θ-μmgcos θ=ma 解得μ=0.5 當(dāng)v=2 m/s時(shí),由平衡條件得mgsin θ=μmgcos θ+B0IL 且I= 解得I=0.2 A,r=1 Ω. (2)金屬棒由靜止釋放到速度穩(wěn)定的過(guò)程中,通過(guò)金屬棒的電荷量 q=Δt==,解得s=2 m 由動(dòng)能定理得mgssin θ-μmgscos θ+W安=mv2 解得Q=-W安=0.1 J 電阻R上產(chǎn)生的熱量QR=Q=0.08 J. 答案: (1)0.5
13、1 Ω (2)0.08 J 9.(xx·重慶理綜·8)同學(xué)們參照伽利略時(shí)期演示平拋運(yùn)動(dòng)的方法制作了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,圖中水平放置的底板上豎直地固定有M板和N板.M板上部有一半徑為R的圓弧形的粗糙軌道,P為最高點(diǎn),Q為最低點(diǎn),Q點(diǎn)處的切線水平,距底板高為H.N板上固定有三個(gè)圓環(huán).將質(zhì)量為m的小球從P處?kù)o止釋放,小球運(yùn)動(dòng)至Q飛出后無(wú)阻礙地通過(guò)各圓環(huán)中心,落到底板上距Q水平距離為L(zhǎng)處,不考慮空氣阻力,重力加速度為g.求: (1)距Q水平距離為的圓環(huán)中心到底板的高度; (2)小球運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)時(shí)速度的大小以及對(duì)軌道壓力的大小和方向; (3)摩擦力對(duì)小球做的功. 解析: (1)小球在Q點(diǎn)處的
14、速度為v0,從Q到距Q水平距離為的圓環(huán)中心處的時(shí)間為t1,落到底板上的時(shí)間為t,距Q水平距離為的圓環(huán)中心到底板的高度為h,由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得 L=v0t① =v0t1② H=gt2③ H-h(huán)=gt④ 聯(lián)立①②③④式解得h=H⑤ (2)聯(lián)立①③式解得v0=L ⑥ 在Q點(diǎn)處對(duì)球由牛頓第二定律得FN-mg=⑦ 聯(lián)立⑥⑦式解得FN=mg⑧ 由牛頓第三定律得小球?qū)壍赖膲毫Υ笮? FN′=FN=mg⑨ 方向豎直向下 (3)從P到Q對(duì)小球由動(dòng)能定理得 mgR+Wf=mv 聯(lián)立⑥⑩式解得Wf=mg? 答案: (1)H (2)L mg,方向豎直向下 (3)mg 10.如圖所示,
15、豎直平面內(nèi)的軌道ABCD固定在水平地面上,其中半圓形軌道ABC光滑,水平軌道CD粗糙,且二者在C點(diǎn)相切,A與C分別是半徑R=0.1 m的半圓形軌道的最高點(diǎn)和最低點(diǎn).一根輕彈簧固定在水平軌道的最右端,將一質(zhì)量m=0.02 kg、電荷量q=8×10-5 C的絕緣小物塊緊靠彈簧并向右壓縮彈簧,直到小物塊和圓弧最低點(diǎn)的距離L=0.5 m.現(xiàn)在由靜止釋放小物塊,小物塊被彈出后恰好能夠通過(guò)圓弧軌道的最高點(diǎn)A,已知小物塊與水平軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.4,小物塊可視為質(zhì)點(diǎn),g取10 m/s2,求: (1)小物塊釋放前彈簧具有的彈性勢(shì)能Ep; (2)若在此空間加一方向水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)度E=
16、2×103 V/m,小物塊仍由原位置釋放后通過(guò)A點(diǎn)再落回水平軌道,在此過(guò)程中小物塊電勢(shì)能變化量為多少. 解析: (1)設(shè)小物塊到達(dá)圓弧軌道的最高點(diǎn)時(shí)速度為v1,因?yàn)樾∥飰K恰好能到達(dá)圓弧軌道的最高點(diǎn),故向心力剛好由重力提供:mg=m v1==1 m/s 小物塊從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)至到圓弧軌道最高點(diǎn)A的過(guò)程中,由能量守恒定律得: Ep=μmgL+mg2R+mv 解得:Ep=9×10-2 J (2)存在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),設(shè)小物塊運(yùn)動(dòng)到圓弧軌道最高點(diǎn)A時(shí)的速度為v2,由功能關(guān)系得: W彈=-ΔEp=-(-Ep)=9×10-2 J W彈+EqL-μmgL-mg2R=mv 解得:v2=3 m/s 小物塊由A飛出后豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng),水平方向做勻變速直線運(yùn)動(dòng),由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律有: 豎直方向:2R=gt2 t= =0.2 s 水平方向:Eq=ma a==8 m/s2 x=v2t-at2=0.44 m 在整個(gè)過(guò)程中由電場(chǎng)力做功與電勢(shì)能變化關(guān)系可得: W電=Eq(L-x)=9.6×10-3 J W電=-ΔEp電 ΔEp電=-9.5×10-3 J 即:此過(guò)程中小物塊電勢(shì)能減小了9.6×10-3 J. 答案: (1)9×10-2 J (2)減小了9.6×10-3 J
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