高三物理二轮高频考点突破专题25 有关功率、动能、机械能的功能图像

高考物理二轮高频考点专题突破专题25有关功率、动能、机械能的功能图像专练目标专练内容目标1F-x力位移图像（1T—2T）目标2P-t功率时间图像（3T—5T）目标3Ek-x动能位移图像（6T—9T）目标4E-x机械能位移图像（10T—15T）目标5E-t机械能时间图像（16T—17T）【典例专练】一、F-x力位移图像1．如图甲所示，一轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有质量为m物块P，弹簧形变量为x0，系统处于静止状态。现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动。用x表示P离开初始位置的位移，向上拉力F和x之间关系如图乙所示。从拉力F作用在物块上开始到弹簧恢复原长的过程中，下列说法正确的是（）A．系统机械能的变化量为（2F1-mg）x0B．物块P的动能变化量大小为（F1-mg）x0C．弹簧的弹性势能变化量大小为mgx0D．物块P的重力势能变化量大小为2mgx0【答案】BC【详解】弹簧放质量为m物块P，由平衡条件有拉力使物体向上做匀加速直线运动，由牛顿第二定律有联立可得故时，；时，；A．除重力和弹簧弹力做功之外，拉力为其它力做正功，系统的机械能增加，故系统机械能的变化量故A错误；B．物体做匀加速直线运动，则物块P的动能变化量大小为故B正确；D．由功能关系有可知物块P的重力势能增加了mgx0，故D错误；C．物体做匀加速直线运动，由动能定理有联立各物理量可得即弹簧的弹性势能减小了，故C正确；故选BC。2．一质量为2kg的物体，在水平恒定拉力的作用下以一定的初速度在粗糙的水平面上做匀速直线运动，当运动一段时间后，拉力逐渐减小，且当拉力减小到零时，物体刚好停止运动，图中给出了拉力随位移变化的关系图象．已知重力加速度g取10m/s2，由此可知()A．物体与水平面间的动摩擦因数约为0.35B．减速过程中拉力对物体所做的功约为13JC．匀速运动时的速度约为6m/sD．减速运动的时间约为1.7s【答案】ABC【详解】物体匀速运动时，受力平衡，则，，选项A正确；因为W=Fs，故拉力的功等于F-s图线包含的面积，由图线可知小格数位13，则功为13×1J=13J，选项B正确；由动能定理可知：，其中s=7m，则解得：v0=6m/s；由于不知道具体的运动情况，无法求出减速运动的时间，故D错误；故选ABC.P-t功率时间图像3．小华同学下楼时乘坐小区电梯，在坐电梯运动的过程中，重力的瞬时功率与时间的关系图像如图所示。已知小华的质量为m，重力加速度大小为g。下列说法正确的是（）A．0~t0时间内，电梯的加速度大小为B．0~t0时间内，电梯对小华的支持力大小为C．0~2t0时间内重力做的功为D．0~2t0时间内小华克服支持力做的功为【答案】AC【详解】A．重力的瞬时功率P=mgv由图像得：0~t0时间内可得则加速度不变，电梯在0~t0时间内匀加速下降，A正确；B．在0~t0时间内，根据牛顿第二定律得mg–N=ma解得，B错误；C．根据“P–t图像中图线与t轴包围的面积表示功”得：0~2t0时间内重力做的功C正确；D．当t=t0时，t0~2t0时间内重力功率不变，速度不变，即2t0时刻的速度大小v2=v10~2t0时间内，根据动能定理有解得小华克服支持力做的功D错误。故选AC。4．塔式起重机常用于修建高层建筑，在起重机将质量为m的重物沿竖直方向吊起的过程中，起重机输出功率P随时间t的变化如图乙所示，t0时刻起重机输出功率达到其额定功率P0，下列说法正确的是（）A．重物的最大速度可达B．重物做加速度减小的加速运动直到最后匀速运动C．t0时间内重物增加的机械能为D．t0时刻，重物的动能达到最大值【答案】AC【详解】A．起重机输出功率达到其额定功率P0后，保持额定功率运动，当起重机对重物的拉力等于重力大小时，达到最大速度为故A正确；B．0~t0内，功率与时间成正比，所以这段时间重物做匀加速直线运动，之后当功率达到额定功率后做加速度减小的加速运动直到最后匀速运动，故B错误；C．重物增加的机械能等于起重机对重物做的功故C正确；D．t0时刻，速度还没有达到最大值，故重物的动能没有达到最大值，故D错误。故选AC。5．一辆汽车在平直的公路上由静止开始启动，在启动过程中，汽车牵引力的功率及其瞬时速度随时间的变化情况分别如图甲、乙所示，已知汽车所受阻力恒为重力的，重力加速度g取10m/s2。下列说法正确的是（）A．该汽车的质量为3×103kgB．v0=6m/sC．在前5s内，汽车克服阻力做功为2.5×104JD．在5～15s内，汽车的位移大小约为67.19m【答案】CD【详解】A．由图象可得，汽车匀加速阶段的加速度a==1m/s2汽车匀加速阶段的牵引力F==3000N匀加速阶段由牛顿第二定律得F-mg=ma解得m=1000kg，A错误；B．牵引力功率为15kW时，汽车行驶的最大速度v0===7.5m/s，B错误；C．前5s内汽车的位移x=at2=12.5m克服阻力做功Wf=mgx=2.5×104J，C正确；D．5～15s内，由动能定理得Pt-mgs=-mv2解得s≈67.19m，D正确。故选CD。Ek-x动能位移图像6．如图甲所示，长木板在粗糙的水平地面上向左运动，某时刻一质量与长木板相等的滑块（可视为质点）水平向左以某-初速度从右端滑上木板，滑块始终在木板上且滑块的动能一位移（Ek-x）图像如图乙所示。已知小滑块与木板之间的动摩擦因数是0.6，重力加速度大小为10m/s2，则（）A．长木板与地面间的动摩擦因数为0.1 B．小滑块和木板的质量均为0.25kgC．经过小滑块和木板达到共速 D．木板长度至少要m，小滑块才不会冲出木板【答案】AC【详解】AB．由图像可知，滑块滑上木板后动能减小，滑动后与木板共速，此时滑块的动能为1J，则由动能定理，其中，解得，故B错误，A正确。CD．根据，小滑块滑上木板瞬间，滑块的初速度大小为同理共速时滑块的速度。滑块的加速度到达共速时的时间木板的加速度小滑块滑上木板瞬间木板的速度到达共速时木板的位移木块相对木板的位移即木板长度至少要，小滑块才不会冲出木板，故C正确，D错误。故选AC。7．如图甲所示，一小木块以某一初速度冲上倾角为且足够长的固定斜面。若以斜面底端为位移初始点，乙图为小木块在斜面上运动的动能随位移x变化关系图像。忽略空气阻力的影响，重力加速度，，，则下列判断正确的是（）A．小木块从斜面底端冲到最高点的过程中，损失的机械能为40JB．小木块从斜面底端出发再回到底端的过程中，系统产生的内能为20JC．小木块的质量为1kgD．小木块与斜面间的动摩擦因数为0.2【答案】BC【详解】A．小木块从底端到顶端根据动能定理有解得选项A错误；B．小木块从顶端到底端有联立解得；即小木块从斜面底端出发再回到底端的过程中，系统产生的内能为20J，选项B正确；C．重力做功大小又可得选项C正确；D．摩擦力做功大小代入数据解得选项D错误。故选BC。8．如图甲所示，置于水平地面上质量为m的物体，竖直拉力F作用下，由静止开始向上运动其动能Ek与距地面高度h的关系如图乙所示，已知重力加速度为g，空气阻力不计。下列说法正确的是（）A．在0~h0过程中，F大小始终为mgB．在0~h0和h0~2h0过程中，F做功之比为4:3C．在0~2h0过程中，物体的机械能不断增加D．在2h0~3.5h0过程中，物体的机械能不断减少【答案】BC【详解】A．0~h0过程中，Ek-h图象为一段直线，由动能定理得故F=2mg故A错误；B．由A可知，在0~h0过程中，F做功为2mgh0，在h0~2h0过程中，由动能定理可知解得WF=1.5mgh0因此在0~h0和h0~2h0过程中，F做功之比为4：3，故B正确；C．在0~2h0过程中，F一直做正功，故物体的机械能不断增加，故C正确；D．在2h0~3.5h0过程中，由动能定理得WF′-1.5mgh0=0-1.5mgh0则WF′=0故F做功为0，物体的机械能保持不变，故D错误。故选BC。9．一物块在高3.0m、长5.0m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10m/s2。则（）A．物块下滑过程中机械能不守恒B．物块下滑时加速度的大小为6.0m/s2C．物块与斜面间的动摩擦因数为0.5D．当物块下滑2.0m时机械能损失了12J【答案】AC【详解】A．由题图可知物块重力势能的减少量大于动能的增加量，所以物块下滑过程中机械能不守恒，故A正确；B．设物块的质量为m，由题图可知当物块在最高点时的重力势能为解得图线II为Ek-s图线，根据动能定理可知其斜率表示物块所受合外力的大小，即设物块下滑时加速度的大小为a，根据牛顿第二定律可得解得故B错误；C．由题意可知斜面倾角的正弦值和余弦值分别为；设物块与斜面间的动摩擦因数为μ，根据牛顿第二定律可得解得故C正确；D．当物块下滑s1=2.0m时损失的机械能等于克服摩擦力做的功，为故D错误。故选AC。E-x机械能位移图像10．地面上有一质量为M的物块，在竖直向上的拉力F作用下向上加速运动1m后撤去拉力，木块继续向上运动，到达最高点3m处。取地面为零势能参考面，物块向上运动过程中其机械能随位移h变化的图线如图所示，重力加速度g取10m/s2，运动中阻力f的大小不变，下列说法正确的是（）A．物块质量M=1kgB．空气阻力f=5NC．拉力的最大功率P=375WD．物块回到地面时的动能为Ek=40J【答案】BC【详解】A．物块运动到最高点时，速度为零，即动能为零，则其在最高点的机械能为带入数据，可得故A错误；B．根据易知，从1m到达最高点3m处图线的斜率代表阻力f，故B正确；C．从0m到1m过程，受重力、拉力和阻力作用。所以该段图线斜率代表拉力与空气阻力的合力带入数据，可得，h=1m时，物块有最大速度，此时带入数据，可得拉力的最大功率为故C正确；D．物块从3m处回到地面过程中，根据动能定理有解得故D错误。故选BC。11．如图1所示，物体以一定的初速度从倾角为的斜面底端沿斜面向上运动，上升的最大高度为。选斜面底端为参考平面，上升过程中，物体的机械能随高度的变化如图2所示。，，（）A．物体与斜面间的动摩擦因数B．物体的质量C．物体上升过程加速度大小为D．物体回到底端的动能【答案】AD【详解】B．由图知，当物体到达最高点时，机械能为E=30J，由E=EP=mgh得故B错误；A．物体上升过程中，克服摩擦力做功，机械能减少，减少的机械能等于克服摩擦力的功，则代入数据得得μ=0.25故A正确。C．物体上升过程中，由牛顿第二定律得mgsinα+μmgcosα=ma解得a=8m/s2故C错误。D．由图象可知，物体上升过程中摩擦力做功Wf=△E=（30-40）J=-10J在整个过程中由动能定理得Ek-Ek0=2Wf则物体回到底端的动能Ek=Ek0+2Wf=[40+2×（-10）]J=20J故D正确。故选AD。12．如图甲所示，在倾角为θ的固定粗糙斜面体上，有一个质量为m的物体在沿斜面方向的力F的作用下由静止开始向下运动，物体与斜面之间的动摩擦因数为μ，物体的机械能E随位移x的变化关系如图乙所示。其中0~x1过程的图线是曲线，x1~x2过程的图线为平行于x轴的直线，重力加速度为g，则下列说法中正确的是（）A．在0~x2过程中，物体先加速后匀速B．在0~x1过程中，物体的加速度一直减小C．在x1~x2过程中，物体的加速度为gsinθD．在0~x2过程中，拉力F做的功为WF＝E2－E1＋μmgcosθ·x2【答案】CD【详解】ABC．物体受力分析如图所示，物体由静止开始向下运动，根据牛顿第二定律有mgsinθ＋F－Ff＝ma且Ff＝μmgcosθ由题图乙知，在0~x1过程中物体的机械能减少，即ΔE＝（F－μmgcosθ）x<0由E－x图像斜率减小知F增大，则加速度增大，所以物体做加速度增大的加速运动，在x1~x2过程中，由题图乙知斜率为零，则F＝μmgcosθ此时加速度为gsinθ，物体做匀加速运动，AB错误，C正确；D．在0~x2过程中，拉力做的功为WF＝E2－E1＋μmgcosθ·x2，D正确。故选CD。13．如图甲所示，光滑细杆竖直固定，套在杆上的轻弹簧下端固定在地面上，套在杆上的小滑块向下压缩弹簧至离地高度h＝0.05m处，滑块与弹簧不拴接。由静止释放滑块，地面为零势能面，滑块上升过程中的机械能E和离地面的高度h之间的关系如图乙所示，g＝10m/s2，不计空气阻力。由图像可知（）A．小滑块的质量为0.2kgB．轻弹簧原长为0.1mC．弹簧的最大弹性势能为0.5JD．滑块距地面的最大高度为0.2m【答案】AC【详解】A．由图可知，初始位置重力势能为0.1J，根据可得，A正确；B．当机械能不变，弹簧恢复原长，可知弹簧原长为0.15m，B错误；C．根据机械能守恒可知解得弹簧弹性势能最大值为，C正确；D．在整个运动过程中，由能量守恒定律可得解得，D错误；故选AC。14．从地面竖直向上抛出一物体，其机械能与重力势能随它离开地面的高度h的变化如图所示。（取地面为重力势能零点，空气阻力大小恒定，重力加速度取）。由图中数据可得（）A．物体的质量为2kgB．物体落回地面时的速率为C．从地面上升至时，物体的动能D．从地面上升至m时，物体的动能减少20J【答案】BC【详解】A．由图可知，上升的最大高度为=4m由重力势能公式Ep==60J可得m=1.5kg故A错误；B．从开始到最高点，机械能减少20J，即克服阻力做功20J，由功能关系，得整理得f=5N物块的初动能为，对全程由动能定理有解得物体落地的速率为故B正确；C．从开始到上升到2m处，由动能定理可得解得Ek=40J故C正确；D．取地面为重力势能零点，物体在地面时的机械能80J即为动能80J，上升至m时速度为零，则物体的动能减少80J，故D错误；故选BC。15．如图甲所示，轻弹簧的一端栓接在倾角为30°的斜坡底端，质量为0.1kg的小物块从斜面上方某处由静止下滑。取坡底所处水平面为零势能面，以物块开始下滑的位置为原点，沿斜面向下为x轴正方向建坐标系，在物块下滑的整个过程中，物块的重力势能、弹簧的弹性势能与物块发生的位移的关系分别如图乙中图线a、b所示。已知弹簧始终在弹性限度内，取，则（）A．物块释放位置距坡底的高度为1.0m B．物块在下滑过程受到的摩擦力大小为0.25NC．物块与斜面间的动摩擦因数为 D．物块刚接触弹簧时的动能为0.15J【答案】BD【详解】A．物块在释放位置的重力势能为解得故A错误；BC．物块由释放下滑过程中，根据能量守恒；解得；故B正确，C错误；D．物块由释放下滑时刚好接触弹簧，根据能量守恒解得故D正确。故选BD。E-t机械能时间图像16．如图所示，A为一足够长的固定斜面，物块B由静止释放后能沿斜面匀加速下滑，现使物块B在t＝0时由静止释放，并同时受到一随时间变化规律为F＝kt的垂直于斜面的作用力，v、f、a和E分别表示物块的速度、物块所受的摩擦力、物块的加速度和机械能，则下列描述v、f、a和E随时间t变化规律的图像中，正确的是（）A． B．C． D．【答案】B【详解】AC．物体受重力、外力F、斜面支持力和滑动摩擦力，滑动摩擦力大小可知，小球受到的滑动摩擦力越来越大，