2021高考物理一轮复习高频考点强化练二能量综合问题含解析鲁科版

1、能量综合问题(45分钟100分)一、选择题(本题共8小题,每小题8分,共64分,其中15题为单选题,68题为多选题)1.蹦极是一项非常刺激的户外休闲活动。北京青龙峡蹦极跳塔高度为68米,身系弹性蹦极绳的蹦极运动员从高台跳下,下落高度大约为50米。假定空气阻力可忽略,运动员可视为质点。下列说法正确的是()a.运动员到达最低点前加速度先不变后增大b.蹦极过程中,运动员的机械能守恒c.蹦极绳张紧后的下落过程中,动能一直减小d.蹦极绳张紧后的下落过程中,弹力一直增大【解析】选d。蹦极绳张紧前,运动员只受重力,加速度不变,蹦极绳张紧后,运动员受重力、弹力,开始时重力大于弹力,加速度向下,后来重力小于弹力

2、,加速度向上,则蹦极绳张紧后,运动员加速度先减小为零再反向增大,故a错误。蹦极过程中,运动员和蹦极绳组成的系统的机械能守恒,故b错误。蹦极绳张紧后的下落过程中,运动员加速度先减小为零再反向增大,运动员速度先增大再减小,运动员动能先增大再减小,故c错误。蹦极绳张紧后的下落过程中,蹦极绳的伸长量增大,弹力一直增大,故d正确。2.(2020佛山模拟)如图甲所示,质量为0.1 kg的小球从最低点a冲入竖直放置在水平地面上、半径为0.4 m的半圆轨道,小球速度的平方与其高度的关系图象如图乙所示。已知小球恰能到达最高点c,轨道粗糙程度处处相同,空气阻力不计。g取10 m/s2,b为ac轨道中点。下列说法中

3、不正确的是()a.图乙中x=4 m2s-2b.小球从b到c损失了0.125 j的机械能c.小球从a到c合外力对其做的功为-1.05 jd.小球从c抛出后,落地点到a的距离为0.8 m【解析】选b。当h=0.8 m时小球在c点,由于小球恰能到达最高点c,故mg=mvc2r,所以vc2=gr=100.4 m2s-2=4 m2s-2,故选项a正确;由已知条件无法计算出小球从b到c损失了0.125 j的机械能,故选项b错误;小球从a到c,由动能定理可知w合=12mvc2-12mva2=120.14 j-120.125 j=-1.05 j,故选项c正确;小球离开c点后做平抛运动,故2r=12gt2,落地

4、点到a的距离x1=vct,解得x1=0.8 m,故选项d正确。【加固训练】一质量为m的铝球用细线悬挂静止在足够深的油槽中(图甲),某时刻剪断细线,铝球开始在油槽中下沉,通过传感器得到铝球的加速度随下沉速度变化的图象如图乙所示,已知重力加速度为g,下列说法正确的是()a.铝球刚开始运动的加速度a0=gb.铝球下沉的速度将会一直增大c.铝球下沉过程所受到油的阻力ff=ma0vv0d.铝球下沉过程机械能的减少量等于克服油阻力所做的功【解析】选c。铝球刚开始释放时,铝球所受的阻力为0,受到重力、浮力,由牛顿第二定律可得,加速度a0kdc.物块a的加速度为f-kdm1d.弹簧弹性势能的增加量为fd-m1

5、gdsin 【解析】选c。拉力的瞬时功率p=fv,故a错误;开始时系统处于静止状态,弹簧的弹力等于a的重力沿斜面向下的分力,当b刚离开c时,弹簧的弹力等于b的重力沿斜面向下的分力,则m2gsin=kx2,由于开始时弹簧是压缩的,所以dx2,因此m2gsinmgr,则mgrmgr+mgr,因此wf1292 m=9 m,ab重力势能减少量ep=(ma+mb)gh2109 j=180 j,动能增加量ek=12(ma+mb)v2=12292 j=81 j,则ab机械能减少量e=ep-ek180 j-81 j=99 j,故d正确。二、计算题(本题共2小题,共36分)9.(16分)弹跳杆运动是一项广受青少

6、年欢迎的运动,弹跳杆的结构如图甲所示,一根弹簧的下端固定在跳杆的底部,上端固定在一个套在跳杆上的脚踏板底部,质量为5m的小明站在脚踏板上,当他和跳杆处于竖直静止状态时,弹簧的压缩量为x0,小明先保持稳定姿态竖直弹跳。某次弹跳中,从弹簧处于最大压缩量为5x0开始计时,如图乙(a)所示;上升到弹簧恢复原长时,小明抓住跳杆,使得他和弹跳杆瞬间达到共同速度,如图乙(b)所示;紧接着他保持稳定姿态竖直上升到最大高度,如图乙(c)所示;已知全程弹簧始终处于弹性限度内(弹簧弹性势能满足ep=12kx2,k为弹簧劲度系数,x为弹簧形变量),跳杆的质量为m,重力加速度为g,空气阻力、弹簧和脚踏板的质量以及弹簧和

7、脚踏板与跳杆间的摩擦均可忽略不计。求:(1)弹跳杆中弹簧的劲度系数k;(2)从开始计时至竖直上升到最大高度过程中小明的最大速度vm。【解析】(1)小明和跳杆处于竖直静止状态时,受力平衡,重力与弹簧弹力等大反向。5mg=kx0。解得,k=5mgx0。(2)小明的合力为零时,速度最大。此时小孩上升高度为4x0。根据系统能量守恒定律可知,12k(5x0)2=5mg4x0+12kx02+125mvm2。解得vm=4gx0。答案:(1)5mgx0(2)4gx010.(20分)(2020年山东新高考模拟)如图所示,不可伸长的轻质细线下方悬挂一可视为质点的小球,另一端固定在竖直光滑墙面上的o点。开始时,小球

8、静止于a点,现给小球一水平向右的初速度,使其恰好能在竖直平面内绕o点做圆周运动。垂直于墙面的钉子n位于过o点竖直线的左侧,on与oa的夹角为(0),且细线遇到钉子后,小球绕钉子在竖直平面内做圆周运动,当小球运动到钉子正下方时,细线刚好被拉断。已知小球的质量为m,细线的长度为l,细线能够承受的最大拉力为7mg,g为重力加速度。(1)求小球初速度的大小v0;(2)求小球绕钉子做圆周运动的半径r与的关系式;(3)在细线被拉断后,小球继续向前运动,试判断它能否通过a点。若能,请求出细线被拉断时的值;若不能,请通过计算说明理由。【解析】(1)设在最高点速度为v1,在最高点,重力恰好提供向心力,所以mg=mv12l根据动能定理,对球从a点到最高点,有-mg2l=12mv12-12mv02解得v0=5gl(2)以n为圆心,设最低点为m,落到最低点速度为v,有7mg-mg=mv2r对a到m过程列动能定理方程-mgh=12mv2-12mv02h=l-r-(l-r)cos解得r