高三物理一轮复习：5-4能量转化与守恒定律(含解析)

1、5-4 能量转化与守恒定律一、选择题1跳伞运动员在刚跳离飞机、降落伞尚未打开的一段时间内：空气阻力做正功；重力势能增加；动能增加；空气阻力做负功。以下说法中正确的是()ABCD 答案 B 解析 跳伞运动员跳离飞机，在尚未打开降落伞的这段时间内，运动员向下运动，重力对运动员做正功，重力势能减少；空气阻力对运动员做负功。由于重力大于空气阻力，运动员向下做加速运动，其动能增加，故错，对。2 (2018 温州二模 ) 蹦床是青少年喜欢的一种体育活动，蹦床边框用弹簧固定有弹性，当运动员从最高点落下直至最低点的过程中，空气阻力大小恒定，则运动员()A刚接触面时，动能最大B机械能一直减少C重力做功等于克服空

2、气阻力做功D重力势能的减少量等于弹性势能的增加量 答案 B 解析 运动员从最高点落下直至最低点的过程中，先做加速运动，后做减速运动，当合力为0 时，速度最大，动能也最大，此时弹性发生形变，则选项A 错误；因为在整个过程中都受阻力作用，阻力做负功，机械能减少，选项B 正确；由动能定理，重力做功等于重力势能的减少量，为克服空气阻力做功与克服弹力做功之和，故选项C、 D错误。3(2018 广东深圳一模) 在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强项质量为m的跳水运动员入水后受到水的阻力而竖直向下做减速运动，设水对他的阻力大小恒为F。那么在他减速下降深度为h 的过程中，下列说法正确的是(g为当地的重力

3、加速度)()A他的动能减少了FhB他的重力势能减少了mghC他的动能减少了(F mg)hD他的机械能减少了Fh 答案 BCD 解析 跳水运动员入水减速下降 h 的过程中，他的重力势能减少了 mgh，则 B 选项正确；由动能定理知，动能减少了 (F mg)h，则 C 选项正确；重力以外的力做的功等于机械能的变化，则D 选项正确。4(2018 东北三省六校联考) 如图所示， 轻质弹簧的一端固定在竖直板P 上，另一端与质量为 m1 的物体 A 相连，物体A 静止于光滑桌面上，A 右边接一细线绕过光滑的定滑轮悬一质量为m2 的物体B，设定滑轮的质量不计，开始时用手托住物体B，让细线恰好拉直，然后由静止

4、释放B，直到 B 获得最大速度，下列有关此过程的分析，其中正确的是()A物体B物体B机械能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量B重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量C物体D物体 答案 B动能的增加量等于细线拉力对物体B的机械能一直增加 CB 做的功与物体B 重力做功之和 解析 物体A、B 及弹簧组成的系统机械能守恒，物体B 的机械能减少量等于弹簧弹性势能的增加量与物体A 动能的增加量之和，则选项A、B 错误；单独对物体B，在达到最大速度前，细线拉力做负功，机械能减少， 物体B 减少的机械能等于拉力做的功，则选项C 正确、D 错误。5(2018 辽宁沈阳 ) 如图所示， 甲、乙两种粗糙面不同的传

5、送带，倾斜于水平地面放置。以同样恒定速率v 向上运动。现将一质量为m的小物体 ( 视为质点 ) 轻轻放在A 处，小物体在甲传送带上到达B 处时恰好达到传送带的速率v；在乙传送带上到达离B 竖直高度为h 的处时达到传送带的速率v。已知 B 处离地面高度为H，则在物体从A 到 B 的运动过程中 (C)A两种传送带对小物体做功相等B将小物体传送到B 处，两种传送带消耗的电能相等C两种传送带与小物体之间的动摩擦因数不同D将小物体传送到B 处，两种系统产生的热量相等 答案 AC 解析 AB，由动能定理得12W MgH 2mv ，A对；动摩擦因数 明显不同，C 对；AB摩擦力做功一样，但甲一直产生热量，而

6、乙中只有AC段产生热量， 所以产生热量不同，D 错；再由能量守恒则消耗的电能不等，B 错。6(2018 潍坊模拟) 如图所示， 在升降机内固定一光滑的斜面体，一轻弹簧的一端连在位于斜面体上方的固定木板B 上，另一端与质量为m的物块A 相连，弹簧与斜面平行。整个系统由静止开始加速上升高度h 的过程中()A物块 A的重力势能增加量一定等于mghB物块 A的动能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的和C物块 A的机械能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的和D物块A 和弹簧组成系统的机械能增加量等于斜面对物块的支持力和B 对弹簧拉力做功的和 答案 CD 解析 本题考查做功与能量的转化关系

7、。由于斜面光滑，物块A 静止时弹簧弹力与斜面支持力的合力与重力平衡，当整个装置加速上升时，由牛顿第二定律可知物块A受到的合力应向上，故弹簧伸长量增加，物块A 相对斜面下滑一段距离，下滑高度小于h，故选项A错误；根据动能定理可知，物块A 动能的增加量应等于重力、支持力及弹簧弹力对其做功的代数和，故选项B 错误；物块A 机械能的增加量应等于除重力以外的其他力对其做功的代数和，选项C 正确；物块A 和弹簧组成的系统机械能增加量应等于除重力和弹簧弹力以外的其他力做功的代数和，故选项D 正确。7(2018 北京东城示范校练习) 如图所示， 一根光滑的绝缘斜槽连接一个竖直放置的半径为 R 0.50m 的圆

8、形绝缘光滑槽轨。槽轨处在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度B0.50T 。有一个质量 m 0.10g ，带电荷量为q 1.6 10 3C 的小球在斜轨道上某位置由静止自由下滑，若小球恰好能通过最高点， 则下列说法中正确的是( 重力加速度取210m/s )()A小球在最高点只受到洛伦兹力和重力的作用B小球从初始静止到达最高点的过程中机械能守恒v2C若小球到最高点的线速度为v，则小球在最高点时的关系式mg qvB mR成立21D小球滑下初位置离轨道最低点为h 20m 答案 ABD 解析 小球在运动的过程中，轨道光滑，洛伦兹力不做功，机械能守恒，B 正确；在圆周运动的过程中，洛伦兹力的方向沿半径向

9、外，若小球恰好能通过最高点，则小球和轨道之间没有正压力作用，小球在最高点只受到洛伦兹力和重力的作用，A 正确，小球在最高点v2时 mg Bqv mR， C 错误；对全过程有mghmg2R122mv，解得初位置离轨道最低点为h21m， D正确。208.(2018 湖北襄阳调研) 如图所示，质量为m的滑块从斜面底端以平行于斜面的初速度v0 冲上固定斜面，沿斜面上升的最大高度为H。已知斜面倾角为，斜面与滑块间的动摩擦因数为 ， 且 tan ， 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取斜面底端为零势能面，则能表示滑块在斜面上运动的机械能E、动能Ek、势能Ep 与上升高度h 之间关系的图象是() 答案 D 解析

10、重力势能的变化仅仅与重力做功有关，随高度h 的增大，重力势能增大，选项hA 错误。机械能的变化仅与重力和系统内弹力之外的其他力做功有关，上滑过程有 f sin h2H hHhE E0，即 E E0 f sin ；下滑过程有f sin E E0，即 E E0 2f sin f sin ，故上滑和下滑过程 E h 图象均为直线，选项 B 错误。 动能的变化与合外力做功有关，上滑过ff2H h E 程有 (mg sin )h E E，即 E E (mg sin )h ，下滑过程有 mgh f sin kk0kk0kHf Ek，即 Ek Ek0 2f sin (mg sin )h ，故 Ek h 图象

11、为直线，但下滑过程斜率小，选项 C 错误，选项 D 正确。二、非选择题9 (2018 广东深圳一模) 如图所示，在光滑水平地面上放置质量M 2kg的长木板，木板上表面与固定的竖直弧形轨道相切。一质量m 1kg 的小滑块自A 点沿弧面由静止滑下，A点距离长木板上表面高度h 0.6m。滑块在木板上滑行t 1s 后，和木板以共同速度v 1m/s匀速运动，取g 10m/s 2。求：(1) 滑块与木板间的摩擦力；(2) 滑块沿弧面下滑过程中克服摩擦力做的功；(3) 滑块相对木板滑行的距离。 答案 (1)2N(2)1.5J(3)1.5m 解析 (1) 对木板Ff Ma1由运动学公式，有 v a1t解得 F

12、f 2N。(2) 对滑块 Ff ma2设滑块滑上木板时的初速度为v0由公式 vv0 a2t解得 v0 3m/s滑块沿弧面下滑的过程，由动能定理得12mgh WFf 2mv0WF mgh122mv 1.5Jf012(3)t 1s 内木板的位移s1 2a1t20122此过程中滑块的位移 s v t 2a t故滑块相对木板滑行距离Ls2 s1 1.5m10(2018 山东威海一模 ) 如图所示为某工厂的货物传送装置，水平运输带与一斜面MP连接，运输带运行的速度为v0 5m/s。在运输带上的N 点将一小物体轻轻地放在上面，N 点距运输带的右端x 1.5m，小物体的质量为 m 0.4kg ，设货物到达斜

13、面最高点P 时速度恰好为零，斜面长度L 0.6m，它与运输带的夹角为 30，连接点M处是平滑的，小物体在此处无碰撞能量损失，小物体与斜面间的动摩擦因数为32 6 ，取 g 10m/s ，空气阻力不1计，求：(1) 小物体运动到运输带右端时的速度大小；(2) 小物体与运输带间的动摩擦因数；(3) 小物体在运输带上运动的过程中由于摩擦而产生的热量。 答案 (1)3m/s(2)0.3(3)4.2J 解析 (1) 对物体在斜面上受力分析，由牛顿第二定律得，mgsin1mgcosma1， v22a1L，联立解得： v 3m/s。(2) 因为 vv0，所以物体在运输带上一直做匀加速运动。设加速度为 a ，

14、由牛顿第二定律得，2 2a x，mg ma， v222联立解得： 0.3 。(3) 设物体在运输带上运动的时间为t ，则 t v，a2物体与传递带的相对位移为：x v t x0产生的热量为： Q mg x，联立解得： Q 4.2J 。11(2018 浙江金华 ) 跳水运动员从高于水面H10m的跳台自由落下， 身体笔直且与水面垂直。假设运动员的质量，m 50kg，其身体可等效为一长度L 1.0m、直径 d 0.30m 的圆柱体，略去空气阻力。运动员落水后，水的等效阻力f 作用于圆柱体的下端面， f 的量值随落水深度 Y 变化的函数曲线如图所示。该曲线可近似看做椭圆的一部分，该椭圆的长、短轴分别与

15、坐标轴 OY和 Of 重合。运动员入水后受到的浮力F gV(V 是排开水的体积 ) 是随着入水深度线性增加的。已知椭圆的面积公式是S ab，水的密度 1.0 10 3kg/m3，g 取10m/s 2。试求：(1) 运动员刚入水时的速度；(2) 运动员在进入水面过程中克服浮力做的功；(3) 为了确保运动员的安全，水池中水的深度h 至少应等于多少？ 答案 (1)102m/s(2) 353.25J (3)4.51m 解析 (1)v 2gH21010 102m/s(2) 浮力做功分为两个阶段， 运动员进入水面为第一阶段， 水的浮力线性增加， 其做功为：0 gV12 2WF12L 8d L gWF135

16、3.25J。(3) 设水深为 h，第二阶段浮力是恒力，其所做的功为F212W dLg(h L)4水的阻力做功为题图中曲线与横轴所围的面积：155Wf 4 2mgh 8mgh运动员的始、末状态的速度均为零，对整个过程应用动能定理：W W W W 0GF1F2f将 WG mg(H h) 及式代入式：122125mg(H h) L d g Ld g(h L) mgh8480，代入数据解得水深至少为h4.51m。12 (2018 广东四校联考) 如图所示，水平传送带以转轴间的距离L 4m。竖直光滑圆弧轨道CD所对的圆心角v4m/s 的速度逆时针转动，两个 37，圆弧半径r 2.75m。轨道末端D 点切

17、线水平，且紧贴水平转盘边缘上方。水平转盘半径R 3.6m。沿逆时针方向绕圆心匀速转动。质量m 1kg 的小物块，与传送带间的动摩擦因数 0.8 。将物块轻放到传送带右端， 物块从左端水平抛出，恰好沿C 点的切线滑入CD轨道，再由D 点水平滑落到转盘上。物块落到转盘上时的速度恰好与落点的线速度相等，物块立即无相对滑动地随盘转动。取 sin37 0.6 ，cos37 0.8 ， g 10m/s2。求：(1)物块在传送带上加速运动过程的位移x( 相对于地面 ) ；(2)传送带的上表面到水平转盘的竖直高度H；(3) 物块随转盘转动时所受摩擦力F 的大小。 答案 (1)1m(2)1m (3)10N 解析 (1) 物块在传送带上滑动时，有mg ma