【走向高考】2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第五章 第3講 機(jī)械能守恒定律和能量轉(zhuǎn)化與守恒定律（通用）

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1、第5章 第3講 一、選擇題 1．跳傘運動員在剛跳離飛機(jī)、降落傘尚未打開的一段時間內(nèi)：①空氣阻力做正功；②重力勢能增加；③動能增加；④空氣阻力做負(fù)功．以下說法中正確的是(　　) A．①②　　　　　　　 B．③④ C．②④ D．①③ [答案]　B [解析]　跳傘運動員跳離飛機(jī)，在尚未打開降落傘的這段時間內(nèi)，運動員向下運動，重力對運動員做正功，重力勢能減少；空氣阻力對運動員做負(fù)功．由于重力大于空氣阻力，運動員向下做加速運動，其動能增加，故①②錯，③④對． 2．下列敘述中正確的是(　　) A．做勻速直線運動的物體的機(jī)械能一定守恒 B．做勻速直線運動的物體的機(jī)

2、械能可能守恒 C．外力對物體做功為零，物體的機(jī)械能一定守恒 D．系統(tǒng)內(nèi)只有重力和彈力做功時，系統(tǒng)的機(jī)械能一定守恒 [答案]　BD [解析]　做勻速直線運動的物體，若只有重力對它做功時，機(jī)械能守恒，若重力以外的其他外力對物體做功的代數(shù)和不為零，則物體的機(jī)械能不守恒，故A錯誤B正確；外力對物體做功為零時，有兩種情況：若重力不做功，則其他力對物體做功的代數(shù)和也必為零，此時物體的機(jī)械能守恒；若重力做功，其他外力做功的代數(shù)和不為零，此時機(jī)械能不守恒，故C錯誤；由機(jī)械能守恒條件知D正確． 3．如圖所示，在粗糙斜面頂端固定輕彈簧的一端，另一端掛一物體，物體在A點處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)用平行于斜面向下的力

3、拉物體，第一次直接拉到B點，第二次將物體先拉到C點，再回到B點，在這兩次過程中下列說法正確的是(　　) A．重力勢能的改變量相等 B．彈性勢能的改變量相等 C．摩擦力對物體做的功相等 D．彈簧彈力對物體做的功相等 [答案]　ABD [解析]　兩次過程初末位置相同，所以重力和彈簧的彈力做的功是相同的，此題中滑動摩擦力始終做負(fù)功，大小為摩擦力與物體在摩擦力作用下運動的路程的乘積，所以兩次做功不同． 4．(2020·鄭州二調(diào))如圖所示，一物體以一定的初速度沿水平面從A點滑到B點，摩擦力做功為W1，若該物體從M點沿兩斜面滑到N點(物體始終沒有離開斜面)，摩擦力做功為W2，已知物體與各

4、接觸面的動摩擦因數(shù)均相同，則(　　) A．W1＝W2 B．W1W2 D．無法確定 [答案]　A [解析]　物體從A沿水平面滑到B摩擦力做的功為W1＝μmgLAB，物體從M沿斜面滑到N摩擦力做的功為W2＝μmgcosα＋μmgcosβ＝μmghcotα＋μmghcotβ＝μmgLAB，則W1＝W2，A正確． 5．(2020·廣東調(diào)研考試)如圖所示，一質(zhì)量為m的滑塊以初速度v0從固定于地面的斜面底端A開始沖上斜面，到達(dá)某一高度后返回A，斜面與滑塊之間有摩擦．下列各項分別表示它在斜面上運動的速度v、加速度a、勢能Ep和機(jī)械能E隨時間的變化圖象

5、，可能正確的是(　　) [答案]　C [解析]　本題考查的是力學(xué)綜合問題．由牛頓第二定律可知，滑塊上升階段有：mgsinθ＋Ff＝ma1，下滑階段有：mgsinθ－Ff＝ma2，因此a1>a2，B選項錯誤；且v>0和v<0時，速度圖象的斜率不同，故A選項錯誤；由于摩擦力始終做負(fù)功 ，機(jī)械能一直減小，故選項D錯誤；重力勢能先增大后減小，且上升階段加速度大，勢能變化快，下滑階段加速度小，勢能變化慢，故選項C正確． 6．(2020·海淀模擬)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點速度仍為7 m/s，若他以6 m/s的初速度仍由A

6、點下滑，則他運動到B點時的速度(　　) A．大于6m/s B．等于6m/s C．小于6m/s D．條件不足，無法計算 [答案]　A [解析]　當(dāng)初速度為7m/s時，由功能關(guān)系，運動員克服摩擦力做功 等于減少的重力勢能，而當(dāng)初速度變?yōu)?m/s時，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點動能大于他在A點的動能． 7．如圖所示，具有一定初速度的物塊，沿傾角為30°的粗糙斜面向上運動的過程中，受一個恒定的沿斜面向上的拉力F作用，這時物塊的加速度大小為4m/s2，方向沿斜面向下，那么，在物塊向上運動過程中，正

7、確的說法是(　　) A．物塊的機(jī)械能一定增加 B．物塊的機(jī)械能一定減小 C．物塊的機(jī)械能可能不變 D．物塊的機(jī)械能可能增加也可能減小 [答案]　A [解析]　機(jī)械能變化的原因是非重力、彈簧彈力做功，本題亦即看成F與Fμ做功大小問題，由mgsinα＋Fμ－F＝ma，知F－Fμ＝mgsin30°－ma>0，即F>Fμ，故F做正功多于克服摩擦力做功，故機(jī)械能增大． 8．如圖所示，絕緣彈簧的下端固定在斜面底端，彈簧與斜面平行，帶電小球Q(可視為質(zhì)點)固定在光滑絕緣斜面上的M點，且在通過彈簧中心的直線ab上．現(xiàn)把與Q大小相同，帶電性也相同的小球P，從直線ab上的N點由靜止釋放，在小球P

8、與彈簧接觸到速度變?yōu)榱愕倪^程中(　　) A．小球P的速度先增大后減小 B．小球P和彈簧的機(jī)械能守恒，且P速度最大時所受彈力與庫侖力的合力最大 C．小球P的動能、重力勢能、電勢能與彈簧的彈性勢能的總和增大 D．系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 [答案]　A [解析]　小球P與彈簧接觸時，沿平行斜面方向受到小球Q對P的靜電力、重力的分力、彈簧的彈力，開始時合力的方向沿斜面向下，速度先增加，后來隨著彈簧壓縮量變大，合力的方向沿斜面向上，速度逐漸減小，A項正確；小球P和彈簧組成的系統(tǒng)受到小球Q的靜電力，且靜電力做正功，所以系統(tǒng)機(jī)械能不守恒，B項錯誤；把彈簧、小球P、Q看成一個系統(tǒng)，除重力外無外力對該系

9、統(tǒng)做功，故系統(tǒng)的總能量守恒，C錯誤． 二、非選擇題 9．如圖所示滑板愛好者，脫離軌道時速度為v0，到達(dá)最高點時速度為v1，設(shè)人與滑板的總質(zhì)量為m，若不計一切阻力，則人離開軌道后上升的最大高度為________． [答案]　 [解析]　選取脫離軌道時的水平面，作為參考平面，則 E1＝mv02 E2＝mgh＋mv12 據(jù)機(jī)械能守恒定律得 E1＝E2 解得h＝ 10．(2020·鹽城模擬)如圖甲所示，豎直平面內(nèi)的光滑軌道由直軌道AB和圓軌道BC組成，小球從軌道AB上高H處的某點由靜止滑下，用力傳感器測出小球經(jīng)過圓軌道最高點C時對軌道的壓力為F，并得到如圖乙所示的壓力F隨高度H

10、的變化關(guān)系圖象．(小球在軌道連接處無機(jī)械能損失，g＝10m/s2)求： (1)小球從H＝3R處滑下，它經(jīng)過最低點B時的向心加速度的大?。? (2)小球的質(zhì)量和圓軌道的半徑． [答案]　(1)60m/s2　(2)0.1kg　0.2m [解析]　(1)由機(jī)械能守恒得： mgH＝mvB2 向心加速度a＝＝6g＝60m/s2 (2)由機(jī)械能守恒得： mgH－mg·2R＝mvC2 由牛頓第二定律得： mg＋F＝m 解得：F＝H－5mg 根據(jù)圖象代入數(shù)據(jù)得： m＝0.1kg，R＝0.2m. 11．一組數(shù)據(jù)顯示：世界煤炭的儲量還能燒200多年，我國煤炭的儲量還能燒70多年；世界

11、天然氣的儲量還能用50多年，我國天然氣的儲量還能用20年；世界石油的儲量還能用40多年，我國現(xiàn)有的石油儲量用不到20年．因此新型清潔能源的開發(fā)利用成為人類的重點課題．風(fēng)能作為一種清潔能源，對環(huán)境的破壞小，可再生，將成為人類未來大規(guī)模應(yīng)用的能量之一．假設(shè)某地區(qū)的平均風(fēng)速是6.0m/s，已知空氣密度是1.2kg/m3，此地有一風(fēng)車，它的車葉轉(zhuǎn)動時可以形成半徑為20m的圓面，假如這個風(fēng)車能將此圓面內(nèi)10%的氣流的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽畣枺? (1)在圓面內(nèi)，每秒沖擊風(fēng)車車葉的氣流的動能是多少？ (2)這個風(fēng)車平均每秒內(nèi)發(fā)出的電能是多少？ [答案]　(1)1.63×105J　(2)1.63×104J

12、[解析]　(1)在1秒內(nèi)，能和車葉發(fā)生作用的氣流體積 V＝vS＝vπr2， 則這股氣流的動能Ek＝mv2＝ρ·vπr2·v2＝ρπr2v3. 將ρ、r、v值代入上式得 Ek＝1.63×105J. (2)每秒得到的電能為 E＝ηEk＝1.63×104J. 12．(2020·山東濟(jì)南期末測試)如圖所示的“S”形玩具軌道，該軌道是用內(nèi)壁光滑的薄壁細(xì)圓管彎成，放置在豎直平面內(nèi)，軌道彎曲部分是由兩個半徑相等的半圓對接而成，圓半徑比細(xì)管內(nèi)徑大得多，軌道底端與水平地面相切，軌道在水平方向不可移動．彈射裝置將一個小球(可視為質(zhì)點)從a點水平彈射向b點并進(jìn)入軌道，經(jīng)過軌道后從最高點d水平拋出(拋出

13、后小球不會再碰軌道)，已知小球與地面ab段間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，不計其他機(jī)械能損失，ab段長L＝1.25m，圓的半徑R＝0.1m，小球質(zhì)量m＝0.01kg，軌道質(zhì)量為M＝0.26kg，g取10m/s2，求： (1)若v0＝5m/s，小球從最高點d拋出后的水平位移． (2)若v0＝5m/s，小球經(jīng)過軌道的最高點d時，管道對小球作用力的大小和方向． (3)設(shè)小球進(jìn)入軌道之間，軌道對地面的壓力大小等于軌道自身的重力，當(dāng)v0至少為多少時，小球經(jīng)過兩半圓的對接處c點時，軌道對地面的壓力為零． [答案]　(1)0.98m　(2)1.1N，方向豎直向下 (3)6m/s [解析]　(1)設(shè)

14、小球到達(dá)d點處速度為v，由動能定理，得 －μmgL－mg4R＝mv2－mv02① 小球由d點做平拋運動，有4R＝gt2② x＝vt③ 聯(lián)立①②③并代入數(shù)值，解得小球從最高點d拋出后的水平位移：x＝0.98m. (2)當(dāng)小球通過d點時，由牛頓第二定律得 FN＋mg＝m 代入數(shù)值解得管道對小球作用力FN＝1.1N，方向豎直向下． (3)設(shè)小球到達(dá)c點處速度為vc，由動能定理，得 －μmgL－mg2R＝mvc2－mv02④ 當(dāng)小球通過c點時，由牛頓第二定律得 FN′＋mg＝m⑤ 要使軌道對地面的壓力為零，則有FN′＝Mg⑥ 聯(lián)立④⑤⑥并代入數(shù)值，解得v0＝6m/s. 13

15、．如圖所示，水平桌面上有一輕彈簧，左端固定在A點，自然狀態(tài)時其右端位于B點．D點位于水平桌面最右端，水平桌面右側(cè)有一豎直放置的光滑軌道MNP，其形狀為半徑R＝0.8m的圓環(huán)剪去了左上角135°的圓弧，MN為其豎直直徑，P點到桌面的豎直距離為R，P點到桌面右側(cè)邊緣的水平距離為2R.用質(zhì)量m1＝0.4kg的物塊a將彈簧緩慢壓縮到C點，釋放后彈簧恢復(fù)原長時物塊恰停止在B點．用同種材料、質(zhì)量為m2＝0.2kg的物塊b將彈簧緩慢壓縮到C點釋放，物塊b過B點后其位移與時間的關(guān)系為x＝6t－2t2，物塊從D點飛離桌面恰好由P點沿切線落入圓弧軌道．g＝10m/s2，求： (1)BD間的水平距離． (2

16、)判斷物塊b能否沿圓弧軌道到達(dá)M點． (3)物塊b釋放后在桌面上運動的過程中克服摩擦力做的功． [答案]　(1)2.5m　(2)不能　(3)5.6J [解析]　(1)設(shè)物塊由D點以初速度vD做平拋運動，落到P點時其豎直方向分速度為： vy＝ ＝tan45° 所以vD＝4m/s 在桌面上過B點后初速度v0＝6m/s，加速度a＝－4m/s2 所以BD間位移為xBD＝＝2.5m (2)若物塊能沿圓弧軌道到達(dá)M點，其速度為vM，由機(jī)械能守恒定律得： m2vM2＝m2vD2－m2gR 軌道對物塊的壓力為FN，則：FN＋m2g＝m2 解得：FN＝(1－)m2g<0 所以物塊不能到達(dá)M點 (3)設(shè)彈簧長為AC時的彈性勢能為Ep，物體a、b與桌面間的動摩擦因數(shù)均為μ， 釋放物塊a時，Ep＝μm1gxCB 釋放物塊b時，Ep＝μm2gxCB＋m2v02 且m1＝2m2，可得Ep＝m2v02＝7.2J 物塊b釋放后在桌面上運動過程中克服摩擦力做功為Wf， 則由能量轉(zhuǎn)化及守恒定律得：Ep＝Wf＋m2vD2 可得Wf＝5.6J