高考物理总复习训练 高频考点专项练（五）能量综合问题（含解析）试题

高频考点专项练(五)能量综合问题(45分钟100分)一、选择题(本题共9小题,每小题6分,共54分。多选题已在题号后标出)1.关于功和能的关系,下列说法正确的是()A.物体受拉力作用向上运动,拉力做的功是1J,则物体重力势能的增加量也是1JB.一个重10N的物体,在15N的水平拉力的作用下,分别在光滑水平面和粗糙水平面上发生相同的位移,拉力做的功相等C.一辆汽车的速度从10km/h增加到20km/h,或从50km/h增加到60km/h,两种情况下牵引力做的功一样多D.“神舟十号”载人飞船的返回舱在大气层以外向着地球做无动力飞行的过程中,机械能增大【解析】选B。物体向上运动,重力以外的力(拉力)做功1J,机械能的增加量为1J,选项A错误;由W=Flcosα知,水平拉力F和位移x均相同,拉力做的功相等,选项B正确;由动能定理可知,一辆汽车的速度从10km/h加速到20km/h比从50km/h加速到60km/h合外力做的功少,牵引力做功无法比较,选项C错误;“神舟十号”载人飞船的返回舱在大气层以外仅在引力作用下运动,机械能守恒,选项D错误。2.一带电小球在空中由A点运动到B点的过程中,受重力、电场力和空气阻力三个力作用。若重力势能增加3J,机械能增加0.5J,电场力对小球做功1J,则小球()A.重力做功为3J B.电势能增加1JC.克服空气阻力做功0.5J D.动能减少3.5J【解析】选C。重力做功等于重力势能的减小量,重力势能增加3J,即重力做功-3J,故A错误。电场力做功等于电势能的减小量,电场力做功1J,即电势能减小1J,故B错误。除重力外的各个力做的总功等于机械能的增加量,电场力做功1J,机械能增加0.5J,所以克服空气阻力做功0.5J,故C正确。合力做功等于动能的增加量,合力做功等于各个力做的总功为-2.5J,所以动能减小2.5J,故D错误。3.(多选)(2015·潍坊模拟)如图所示,轻弹簧上端通过一轻绳固定,下端拴一小球,小球与光滑的三角形斜面接触,弹簧处于竖直状态。现用力F竖直向上推斜面,使斜面缓慢向上运动直至弹簧与斜面平行,则在此过程中,以下说法正确的是()A.小球对斜面的压力一直增大B.弹簧对小球不做功C.斜面对小球做正功D.推力F做的功等于斜面与小球机械能的增加【解析】选A、C。在用力F推动斜面上升时,刚开始斜面对小球的作用力为零,弹簧变为水平后,小球对斜面有一定的压力,故小球对斜面的压力一直增大,A正确;在使小球上升时,小球会沿斜面向下滑动,同时弹簧的弹力减小,小球在弹簧的作用下又会略上升,故弹簧对小球会做功,B错误;小球在斜面作用力的作用下向上移动了一段距离,故斜面对小球做了功,C正确;在整个过程中,推力F与弹簧对小球做的功等于斜面与小球机械能的增加,故D错误。4.如图所示,A、B、C三个一样的滑块从粗糙斜面上的同一高度同时开始运动,A由静止释放,B的初速度方向沿斜面向下,大小为v0,C的初速度方向沿斜面水平向左,大小也为v0。下列说法中正确的是()A.A和C将同时滑到斜面底端B.滑到斜面底端时,B的机械能减少最多C.滑到斜面底端时,B的动能最大D.C的重力势能减少最多【解题指南】解答本题时要明确以下两点：(1)由于斜面粗糙,所以A和C不能同时到达底端。(2)滑块C通过的路程最大,克服摩擦力做的功最多。【解析】选C。滑块A和C通过的路程不同,在沿斜面方向的加速度大小也不相同,故A错,三个滑块滑到底端时重力势能减少量相同,故D错。滑块A和B滑到底端时经过的位移相等,克服摩擦力做功相等,而滑块C的路程较大,机械能减少得较多,故B错C对。5.(多选)蹦床是一项好看又惊险的运动,如图所示为运动员在蹦床运动中完成某个动作的示意图,图中虚线PQ是弹性蹦床的原始位置,A为运动员抵达的最高点,B为运动员刚抵达蹦床时的位置,C为运动员抵达的最低点。不考虑空气阻力和运动员与蹦床作用时的机械能损失,在A、B、C三个位置上运动员的速度分别是vA、vB、vC,机械能分别是EA、EB、EC,则它们的大小关系是()A.vA<vB,vB>vC B.vA>vB,vB<vCC.EA=EB,EB>EC D.EA>EB,EB=EC【解析】选A、C。运动员在最高点A的速度为零,刚抵达B位置时的速度不为零,vA<vB,在最低点C的速度也为零,vB>vC,故A对,B错;以运动员为研究对象,B→A机械能守恒,EA=EB,B→C弹力对运动员做负功,机械能减小,EB>EC,故C对,D错。6.(多选)(2014·东北师大附中模拟)如图所示,一轻弹簧的左端固定,右端与一小球相连,小球处于光滑水平面上。现对小球施加一个方向水平向右的恒力F,使小球从静止开始运动,则小球在向右运动的整个过程中()A.小球和弹簧组成的系统机械能守恒B.小球和弹簧组成的系统机械能逐渐增大C.小球的动能逐渐增大D.小球的动能先增大然后减小【解析】选B、D。小球在向右运动的整个过程中,力F做正功,由功能关系知小球和弹簧组成的系统机械能逐渐增大,A项错误,B项正确;弹力一直增大,当弹力等于F时,小球的速度最大,动能最大,当弹力大于F时,小球开始做减速运动,速度减小,动能减小,C项错误,D项正确。【加固训练】(多选)如图所示,一质量为m的小球固定于轻质弹簧的一端,弹簧的另一端固定于O点处,将小球拉至A处,弹簧恰好无形变,由静止释放小球,它运动到O点正下方B点的速度为v,与A点的竖直高度差为h,则()A.由A至B重力做功为mghB.由A至B重力势能减少12mvC.由A至B小球克服弹力做功为mghD.小球到达位置B时弹簧的弹性势能为(mgh-12mv2【解析】选A、D。由A到B,高度减小h,重力做功mgh,重力势能减少mgh,但因弹簧伸长,弹性势能增加,由能量守恒得：mgh=12mv2+Ep,可得：Ep=mgh-12mv7.(多选)如图所示,倾角θ=30°的粗糙斜面固定在地面上,长为l、质量为m、粗细均匀、质量分布均匀的软绳置于斜面上,其上端与斜面顶端齐平。用细线将物块与软绳连接,物块由静止释放后向下运动直到软绳刚好全部离开斜面(此时物块未到达地面),在此过程中()A.物块的机械能逐渐增加B.软绳重力势能共减少了14mgC.物块重力势能的减少等于软绳克服摩擦力所做的功D.软绳重力势能的减少小于其动能的增加与克服摩擦力所做功之和【解题指南】解答本题时可按以下思路分析：(1)分析物块和软绳的受力及各力的做功情况。(2)确定各力做功所对应的能量如何变化。【解析】选B、D。因物块所受的细线的拉力做负功,所以物块的机械能逐渐减小,A错误;软绳重力势能共减少mg[(-12lsinθ)-(-12l)]=14mgl,B正确;物块和软绳组成的系统受重力和摩擦力作用,由动能定理可得：重力做功(包括物块和软绳)减去软绳克服摩擦力做功等于系统(包括物块和软绳)动能的增加,设物块的质量为M,即WM+Wm-Wf=ΔEkM+ΔEkm,物块重力势能的减少等于WM,所以C错误。对软绳有Wm-Wf+WF=ΔEkm【加固训练】在倾角为30°的斜面上,某人用平行于斜面的力把原静止于斜面上的质量为2kg的物体沿斜面向下推了2m的距离,并使物体获得1m/s的速度,已知物体与斜面间的动摩擦因数为33,g取10m/s2,则在这过程中()A.人对物体做功21JB.合外力对物体做功1JC.物体克服摩擦力做功21JD.物体重力势能减小40J【解析】选B。根据动能定理可知,合外力对物体做的功等于物体动能的增加量,即W合=12mv2=12×2kg×(1m/s)2=1J,所以选项B正确;对物体受力分析,根据物体在垂直斜面方向上的合力为零求出物体与斜面间的正压力N=mgcosθ,从而计算出斜面对物体沿斜面向上的滑动摩擦力大小为f=μN=μmgcosθ,所以物体克服摩擦力做功Wf=fs=μmgscosθ,代入数据可得Wf=20J,所以选项C错误;物体重力势能的减小量等于重力做的功WG=mgssinθ=2kg×10m/s2×2m×12=20J,选项D错误;对物体受力分析可知,物体共受到四个力的作用,其中只有3个力对物体做功,即人对物体的推力做正功,摩擦力做负功,重力做正功,它们三个力做功的代数和就等于合外力做的功,所以若设人对物体做功为W人,则应满足W人+WG-Wf=W合8.(多选)由光滑细管组成的轨道如图所示,其中AB段和BC段是半径为R的四分之一圆弧,轨道固定在竖直平面内。一质量为m的小球,从距离水平地面高为H的管口D处静止释放,最后能够从A端水平抛出落到地面上。下列说法正确的是()A.小球落到地面时相对于A点的水平位移值为2RB.小球落到地面时相对于A点的水平位移值为22C.小球能从细管A端水平抛出的条件是H>2RD.小球能从细管A端水平抛出的最小高度Hmin=52【解题指南】解答本题可按以下思路进行：(1)用动能定理(或机械能守恒定律)求出小球运动到A点的速度大小。(2)根据平抛运动规律求解水平位移值。(3)能从A端水平抛出的条件是小球到达A点的速率大小必须大于零,若等于零的话,小球刚好静止在管口不能抛出去。【解析】选B、C。设小球运动到A点的速度为vA,根据动能定理,有12mvA2=mg(H-2R),得vA=2g(H-2R),小球做平抛运动,有x=vAt,2R=12gt2,所以水平位移x=229.(2014·襄阳模拟)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α,斜面与滑块间的动摩擦因数为μ,且μ<tanα,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之间关系的图像是()【解析】选D。势能先随高度增加而变大,后随高度减小而变小,上行与下行图线重合为一条第一象限内过原点的倾斜线段,A选项错误;机械能变化参考摩擦力做功,上行和下行过程中摩擦力随高度变化均匀做功,机械能随高度变化均匀减小,B选项错误;动能变化参考合外力做功,上行过程的合外力大于下行过程的合外力,且合外力在运动过程中大小恒定,随高度变化均匀做功,D选项正确、C选项错误。二、计算题(本题共3小题,共46分。需写出规范的解题步骤)10.(14分)如图所示,静止放在水平桌面上的纸带,其上有一质量为m=1.0kg的铁块,它与纸带右端的距离为L=0.5m,所有接触面之间的动摩擦因数相同。现用水平向左的恒力,经1s时间将纸带从铁块下抽出,当纸带全部抽出时铁块恰好到达桌面边缘且速度为v=2m/s。已知桌面高度为H=0.8m,不计纸带重力,铁块可视为质点。重力加速度g取10m/s2,求：(1)铁块抛出后落地点离抛出点的水平距离。(2)纸带抽出过程中系统产生的内能。【解析】(1)铁块离开桌面后做平抛运动,水平方向：x=vt1竖直方向：H=12g解得：x=0.8m(2)设铁块的加速度为a1,由牛顿第二定律得μmg=ma1纸带抽出时,铁块的速度v=a1t1联立解得：μ=0.2设纸带的位移为x2,铁块的位移：x1=12a1由题意知：x2-x1=L由功能关系可得系统产生的内能E=μmgx2+μmg(x2-x1)联立解得E=4J。答案：(1)0.8m(2)4J11.(16分)如图甲所示,一倾角为θ=37°的传送带以恒定速度运行。现将一质量m=1kg的小物体抛上传送带,物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示,取沿传送带向上为正方向,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求：(1)0～8s内物体位移的大小。(2)物体与传送带间的动摩擦因数。(3)0～8s内物体机械能增量及因与传送带摩擦产生的热量Q。【解析】(1)从图乙中求出物体位移x=-2×2×12m+4×4×12m+2×4m(2)由图像知,物体相对传送带滑动时的加速度a=1m/s2对此过程中物体受力分析得μmgcosθ-mgsinθ=ma得μ=0.875(3)物体被送上的高度h=xsinθ=8.4m重力势能增量ΔEp=mgh=84J动能增量ΔEk=12mv22-1机械能增加ΔE=ΔEp+ΔEk=90J0～8s内只有前6s发生相对滑动。0～6s内传送带运动距离x1=4×6m=24m0～6s内物体位移x2=6m产生的热量Q=μmgcosθ·Δx=μmgcosθ(x1-x2)=126J答案：(1)14m(2)0.875(3)90J126J12.(16分)如图所示,在竖直平面内,粗糙的斜面轨道AB的下端与光滑的圆弧轨道BCD相切于B点,C点是最低点,圆心角∠BOC=37°,D点与圆心O等高,圆弧轨道半径R=1.0m,现在一个质量为m=0.2kg可视为质点的小物体,从D点的正上方E点处自由下落,DE距离h=1.6m,小物体与斜面AB之间的动摩擦因数μ=0.5。取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2。求：(1)小物体第一次通过C点时轨道对小物体的支持力FN的大小。(2)要使小物体不从斜面顶端飞出,斜面的长度LAB至少要多长。(3)若斜面已经满足(2)中的要求,小物体从E点开始下落,直至最后在光滑圆弧轨道上做周期性运动,在此过程中系统因摩擦