2022年高考物理一輪復習 課時作業(yè)17 功能關系 能量守恒定律（含解析）

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1、2022年高考物理一輪復習 課時作業(yè)17 功能關系 能量守恒定律（含解析） 　 　　　　　　　　　　　　 一、單項選擇題 1．2013年2月15日中午12時30分左右，俄羅斯車里雅賓斯克州發(fā)生天體墜落事件．根據(jù)俄緊急情況部的說法，墜落的是一顆隕石．這顆隕石重量接近1萬噸，進入地球大氣層的速度約為4萬英里每小時，隨后與空氣摩擦而發(fā)生劇烈燃燒，并在距離地面上空12至15英里處發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量碎片，假定某一碎片自爆炸后落至地面并陷入地下一定深度過程中，其質(zhì)量不變，則(　　) A．該碎片在空中下落過程中重力做的功等于動能的增加量 B．該碎片在空中下落過程中重力做的功小于動能的增加量

2、C．該碎片在陷入地下的過程中重力做的功等于動能的改變量 D．該碎片在整個過程中克服阻力做的功等于機械能的減少量 解析：由能量轉化和守恒定律可知，該碎片在空氣中下落過程中，重力和空氣阻力做功之和等于動能的增加量，因空氣阻力做負功，故重力做的功大于動能的增加量，A、B均錯誤；該碎片陷入地下的過程中，因有阻力做負功，且克服阻力做的功等于其機械能的減少量，故D正確，C錯誤． 答案：D 2．如圖所示，質(zhì)量為m的滑塊以一定初速度滑上傾角為θ的固定斜面，同時施加一沿斜面向上的恒力F＝mgsinθ；已知滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝tanθ，取出發(fā)點為參考點，能正確描述滑塊運動到最高點過程中產(chǎn)生的熱

3、量Q，滑塊動能Ek、勢能Ep、機械能E隨時間t、位移x關系的是(　　) 解析：根據(jù)滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝tanθ可知，滑動摩擦力等于重力沿斜面向下的分力．施加一沿斜面向上的恒力F＝mgsinθ，物體機械能保持不變，重力勢能隨位移x均勻增大，選項C正確，D錯誤．產(chǎn)生的熱量Q＝Ffx，隨位移均勻增大，滑塊動能Ek隨位移x均勻減小，選項A、B錯誤． 答案：C 3．(xx·北京豐臺一模)某同學利用如圖實驗裝置研究擺球的運動情況，擺球由A點由靜止釋放，經(jīng)過最低點C到達與A等高的B點，D、E、F是OC連線上的點，OE＝DE，DF＝FC，OC連線上各點均可釘釘子．每次均將擺球從A點由靜止

4、釋放，不計繩與釘子碰撞時機械能的損失．下列說法正確的是(　　) A．若只在E點釘釘子，擺球最高可能擺到AB連線以上的某點 B．若只在D點釘釘子，擺球最高可能擺到AB連線以下的某點 C．若只在F點釘釘子，擺球最高可能擺到D點 D．若只在F點以下某點釘釘子，擺球可能做完整的圓周運動 解析：若釘子在D點及以上，則由機械能守恒定律可知，小球最高只能擺到AB連線上的某點，故A、B錯誤；若在F點放釘子，則根據(jù)機械能守恒小球應該擺到D點，且速度為零，但由于小球在豎直面內(nèi)做圓周運動，由豎直面內(nèi)圓周運動的臨界條件可知，到達D點時的最小速度應為，所以說明小球達不到D點即已下落，C錯誤；若在F點以下某點釘

5、釘子，則小球半徑很小，只要小球到達最高點時，重力小于小球轉動需要的向心力，即滿足v≥，則小球可以做完整的圓周運動，D正確． 答案：D 4．如圖所示，A、B、C三個一樣的滑塊從粗糙斜面上的同一高度同時開始運動，A由靜止釋放，B的初速度方向沿斜面向下，大小為v0，C的初速度方向沿斜面水平向左，大小也為v0.下列說法中正確的是(　　) A．A和C將同時滑到斜面底端 B．滑到斜面底端時，B的機械能減少最多 C．滑到斜面底端時，B的動能最大 D．C的重力勢能減少最多 解析：滑塊A和C通過的路程不同，在沿斜面方向的加速度大小也不相同，故A錯；三個滑塊滑到底端時重力勢能減少量相同，故D錯；

6、滑塊A和B滑到底端時經(jīng)過的位移相等，克服摩擦力做功相等，而滑塊C的路程較大，機械能減少得較多，故B錯C對． 答案：C 5．滑板是現(xiàn)在非常流行的一種運動，如圖所示，一滑板運動員以7 m/s的初速度從曲面的A點下滑，運動到B點的速度仍為7 m/s，若他以6 m/s的初速度仍由A點下滑，則他運動到B點時的速度(　　) A．大于6 m/s B．等于6 m/s C．小于6 m/s D．條件不足，無法計算 解析：當初速度為7 m/s時，由功能關系知，運動員克服摩擦力做的功等于減少的重力勢能．運動員做曲線運動可看成圓周運動，當初速度變?yōu)? m/s時，所需的向心力變小，因而運動員對軌道的壓力變小

7、，由Ff＝μFN知運動員所受的摩擦力減小，故從A到B過程中克服摩擦力做的功減少，而重力勢能變化量不變，故運動員在B點的動能大于他在A點的動能，A正確． 答案：A 二、多項選擇題 6．如圖甲所示，在傾角為θ的光滑斜面上，有一個質(zhì)量為m的物體在沿斜面方向的力F的作用下由靜止開始運動，物體的機械能E隨位移x的變化關系如圖乙所示．其中0～x1過程的圖線是曲線，x1～x2過程的圖線為平行于x軸的直線，則下列說法中正確的是(　　) A．物體沿斜面向下運動 B．在0～x1過程中，物體的加速度一直減小 C．在0～x2過程中，物體先減速再勻速 D．在x1～x2過程中，物體的加速度為gsinθ

8、 解析：由圖乙可知，0～x1階段，物體的機械能E隨x減小，故力F一定對物體做負功，物體在沿斜面向下運動，A正確；由E＝E0－Fx，即圖乙中0～x1階段圖線的斜率大小為F，故力F減小，至x1后變?yōu)榱悖蒻gsinθ－F＝ma得物體的加速度先增大，后不變，勻加速時的加速度大小為a＝gsinθ，B、C錯誤，D正確． 答案：AD 7．山東電視臺“快樂向前沖”欄目最后一關，選手需要抓住固定在支架上的繩子向上攀登，才可沖上領獎臺，如圖所示．如果某選手剛剛勻速攀爬到繩子頂端時，突然因抓不住繩子而加速下滑，對該過程進行分析(不考慮腳蹬墻壁的作用)，下述說法正確的是(　　) A．上行時，人受到繩子的拉

9、力與重力和摩擦力平衡 B．上行時，繩子拉力對人做的功等于人重力勢能的增加 C．下滑時，人受到的重力大于摩擦力，加速度小于g D．下滑時，重力勢能的減小大于動能的增加，機械能的減少量等于克服摩擦力做的功 解析：人勻速上升時，繩子對人的摩擦力等于人的重力，A錯誤；人上升過程中，人拉繩子，對自身做功，繩子并不對人做功，B錯誤；人下滑時，由mg－Ff＝ma，可知，F(xiàn)f

10、已知小球在運動過程中受到的空氣阻力與速率成正比．設拋出點重力勢能為零，則小球在運動過程中，下圖中關于小球的動能Ek、重力勢能Ep、機械能E隨高度h，速率v隨時間t變化的圖線可能正確的有(　　) 解析：小球上升過程，重力和空氣阻力做負功，動能減小，且至最高點時，動能為零，A錯誤；小球的重力勢能隨高度增加而增大，且Ep＝mgh，B正確；除重力之外，空氣阻力始終做負功，由功能關系可知，小球的機械能隨高度的變化一直減小，又因為上升過程中空氣阻力逐漸減小，機械能隨高度的變化越來越慢，下降過程中空氣阻力逐漸增大，機械能隨高度的變化越來越快，C正確；v－t圖象的斜率表示小球運動的加速度，小球上升過程空

11、氣阻力隨速度的減小而減小，合力逐漸減小，其加速度逐漸減小，小球下降過程中空氣阻力隨速度的增大而增大，合力逐漸減小，其加速度逐漸減小，速率v隨時間t變化的圖線只考慮速度的大小變化，不考慮方向變化，D正確． 答案：BCD 三、非選擇題 9．如圖所示，傳送帶始終保持v＝3 m/s的速度順時針運動，一個質(zhì)量為m＝1.0 kg，初速度為零的小物體放在傳送帶的左端，若物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15，傳送帶左右兩端距離為x＝4.5 m(g＝10 m/s2)． (1)求物體從左端到右端的時間； (2)求物體從左端到右端的過程中產(chǎn)生的內(nèi)能； (3)設帶輪由電動機帶動，求為了使物體從傳送

12、帶左端運動到右端而多消耗的電能． 解析：(1)滑動摩擦力產(chǎn)生的加速度為a＝μg＝0.15×10 m/s2＝1.5 m/s2 所以速度達到3 m/s的時間為t1＝＝＝2 s 2 s內(nèi)物體發(fā)生的位移為x1＝at＝3 m<4.5 m 所以物體先加速后勻速到達另一端．t2＝＝0.5 s，總時間為t＝t1＋t2＝2.5 s (2)物體與傳送帶之間的相對位移為Δx＝vt1－x1＝3 m，所以產(chǎn)生的熱量為 Q＝μmgΔx＝0.15×1×10×3 J＝4.5 J (3)解法1：物體在傳送帶上滑行時皮帶受到向后的摩擦力和電動機的牽引力做勻速直線運動．故摩擦力對傳送帶做功與電動機做的功(電動機多消

13、耗的電能)大小相等． 故ΔE電＝μmgx2＝μmgvt＝9 J. 解法2：電動機多消耗的電能等于物體的動能的增加量與產(chǎn)生的內(nèi)能之和，故有 ΔE電＝Q＋mv2＝9 J. 答案：(1)2.5 s　(2)4.5 J　(3)9 J 10．如圖所示，在豎直平面內(nèi)固定有兩個很靠近的同心圓形軌道，外圓ABCD光滑，內(nèi)圓的上半部分B′C′D′粗糙，下半部分B′A′D′光滑．一質(zhì)量為m＝0.2 kg的小球從外軌道的最低點A處以初速度v0向右運動，小球的直徑略小于兩圓的間距，小球運動的軌道半徑R＝0.2 m，取g＝10 m/s2. (1)若要使小球始終緊貼著外圓做完整的圓周運動，初速度v0至少為多

14、少？ (2)若v0＝3 m/s，經(jīng)過一段時間后小球到達最高點，內(nèi)軌道對小球的支持力FC＝2 N，則小球在這段時間內(nèi)克服摩擦力做的功是多少？ (3)若v0＝3.1 m/s，經(jīng)過足夠長的時間后，小球經(jīng)過最低點A時受到的支持力為多少？小球在整個運動過程中減少的機械能是多少？ 解析：(1)設此情形下小球到達外軌道的最高點的最小速度為vC，則由牛頓第二定律可得mg＝ 由動能定理可知－2mgR＝mv－mv 代入數(shù)據(jù)解得：v0＝ m/s. (2)設此時小球到達最高點的速度為v′C，克服摩擦力做的功為W，則由牛頓第二定律可得mg－FC＝ 由動能定理可知－2mgR－W＝mv′－mv 代入數(shù)據(jù)

15、解得：W＝0.1 J (3)經(jīng)足夠長的時間后，小球在下半圓軌道內(nèi)做往復運動．設小球經(jīng)過最低點的速度為vA，受到的支持力為FA，則由動能定理可知mgR＝mv 根據(jù)牛頓第二定律可得FA－mg＝ 代入數(shù)據(jù)解得：FA＝3mg＝6 N 設小球在整個運動過程中減少的機械能為ΔE，由功能關系有ΔE＝mv－mgR 代入數(shù)據(jù)解得：ΔE＝0.561 J. 答案：(1) m/s　(2)0.1 J　(3)0.561 J 11．如圖所示，由于街道上的圓形污水井蓋破損，臨時更換了一個稍大于井口的紅色圓形平板塑料蓋．為了測試因塑料蓋意外移動致使蓋上的物塊滑落入污水井中的可能性，有人做了一個實驗：將一個可視

16、為質(zhì)點、質(zhì)量為m的硬橡膠塊置于塑料蓋的圓心處，給塑料蓋一個沿徑向的水平向右的初速度v0，實驗的結果是硬橡膠塊恰好與塑料蓋分離．設硬橡膠塊與塑料蓋間的動摩擦因數(shù)為μ，塑料蓋的質(zhì)量為2m、半徑為R，假設塑料蓋與地面之間的摩擦可忽略，且不計塑料蓋的厚度． (1)求硬橡膠塊與塑料蓋剛好分離時的速度大?。? (2)通過計算說明實驗中的硬橡膠塊是落入井內(nèi)還是落在地面上． 解析：(1)設硬橡膠塊與塑料蓋恰好分離時，兩者的共同速度為v，從開始滑動到分離經(jīng)歷時間為t，在此期間硬橡膠塊與塑料蓋的加速度大小分別為a1、a2，由牛頓第二定律得： μmg＝ma1① μmg＝2ma2② v＝a1t＝v0－a2t③ 由以上各式得v＝v0.④ (2)設硬橡膠塊與塑料蓋恰好分離時，硬橡膠塊移動的位移為x，取硬橡膠塊分析，應用動能定理得μmgx＝mv2⑤ 由系統(tǒng)能量關系可得μmgR＝(2m)v－(m＋2m)v2⑥ 由④⑤⑥式可得x＝R⑦ 因x