高考物理二轮复习精讲精练专题05 三大力场中的功能关系（精练）（原卷版）

专题05三大力场中的功能关系（精练）一、单项选择题1．水平桌面上，长6m的轻绳一端固定于O点，如图所示（俯视图），另一端系一质量m=2.0kg的小球。现对小球施加一个沿桌面大小不变的力F=10N，F拉着物体从M点运动到N点，F的方向始终与小球的运动方向成37°角。已知小球与桌面间的动摩擦因数μ=0.2，不计空气阻力，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，则下列说法正确的是（）A．拉力F对小球做的功为16π（J） B．拉力F对小球做的功为8π（J）C．小球克服摩擦力做的功为16π（J） D．小球克服摩擦力做的功为4π（J）2．如图所示，建筑工地常使用打桩机将圆柱体打入地下一定深度，设定某打桩机每次打击过程对圆柱体做功相同，圆柱体所受泥土阻力f与进入泥土深度h成正比（即SKIPIF1<0，k为常量），圆柱体自重及空气阻力可忽略不计，打桩机第一次打击过程使圆柱体进入泥土深度为SKIPIF1<0，则打桩机第n次打击过程使圆柱体进入泥土深度为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．地面上物体在变力F作用下由静止开始竖直向上运动，力F随高度x的变化关系如图所示，物体能上升的最大高度为h，h＜H，重力加速度为g。上升过程中物体加速度的最大值为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<04．如图所示，斜面倾角为SKIPIF1<0，BC段粗糙且足够长，其余段光滑，10个质量均为m的小球（可视为质点）放在斜面上，相邻小球间用长为d的轻质细杆连接，细杆与斜面平行，小球与BC段间的动摩擦因数为SKIPIF1<0。若1号小球在B处时，10个小球由静止一起释放，已知重力加速度为g，下列说法正确的是（）A．在4号小球刚进入BC段时，4号小球运动的加速度为0.3gB．在4号球刚进入BC段时，6号球与7号球间细杆的弹力为1.2mgC．1号球运动过程中的最大速度为SKIPIF1<0D．10号球不能到达B点5．如图所示，挡板P固定在倾角为SKIPIF1<0的斜面左下端，斜面右上端M与半径为R的圆弧轨道MN连接，其圆心O在斜面的延长线上。M点有一光滑轻质小滑轮，SKIPIF1<0。质量均为m的小物块B、C由一轻质弹簧拴接（弹簧平行于斜面），其中物块C紧靠在挡板P处，物块B用跨过滑轮的轻质细绳与一质量为4m、大小可忽略的小球A相连，初始时刻小球A锁定在M点，细绳与斜面平行，且恰好绷直而无张力，B、C处于静止状态。某时刻解除对小球A的锁定，当小球A沿圆弧运动到最低点N时（物块B未到达M点），物块C对挡板的作用力恰好为0。已知重力加速度为g，不计一切摩擦，下列说法正确的是（）A．弹簧的劲度系数为SKIPIF1<0B．小球A到达N点时的速度大小为SKIPIF1<0C．小球A到达N点时的速度大小为SKIPIF1<0D．小球A由M运动到N的过程中，小球A和物块B的机械能之和一直在增大6．如图所示，半径为R的圆环固定在竖直平面内，圆心为O，SKIPIF1<0为两个轻质定滑轮，其中SKIPIF1<0在O点正上方SKIPIF1<0处。跨过定滑轮的轻绳，一端连接着位于圆环最低点的小球P（P套在圆环上），另一端连接着小球Q，某时刻小球P获得水平向右的初速度，沿着圆环恰好能上升到E点，SKIPIF1<0与竖直方向的夹角为SKIPIF1<0。已知小球P、Q的质量分别SKIPIF1<0、m，重力加速度为g，忽略一切摩擦。下列说法正确的是（）A．P到达E点时，其加速度大小为SKIPIF1<0B．P到达E点时，其加速度大小为SKIPIF1<0C．P从最低点运动到E点过程中，其机械能先增大后减小D．P运动到圆心等高处的F点时，P与Q的速度大小之比为SKIPIF1<07．如图所示，弹性绳一端系于A点，绕过固定在B处的光滑小滑轮，另一端与套在粗糙竖直固定杆M处的小球相连，此时ABM在同一水平线上，弹性绳原长恰好等于AB间距。小球从M点由静止释放，滑到N点时速度恰好为零，P为MN的中点，弹性绳始终遵循胡克定律，则此过程中小球（）A．受到的3个力的作用B．受到的摩擦力逐渐增大C．在P点时重力的瞬时功率最大D．在MP过程损失的机械能比在PN过程的大8．水电站常用水库出水管道处水流的动能发电，如图，出水管道的直径与管道到水库的水面高度差H相比很小，管道横截面积为S，水的密度为ρ，出水口距离地面的竖直高度为SKIPIF1<0，假设液面不可压缩且忽略流体各部分的黏性力和液面高度的变化，不考虑液体流出后受到的空气阻力，重力加速度为g，取地面为零势面，则下列说法正确的是（）A．出水口出的流速为SKIPIF1<0B．出水口的流量为SKIPIF1<0C．出水口距地面间这段水柱的机械能为SKIPIF1<0D．从喷水口喷出水的水平位移为SKIPIF1<09．如图所示，滑块A和足够长的木板B叠放在水平地面上，A和B之间的动摩擦因数是B和地面之间的动摩擦因数的4倍，A和B的质量均为m。现对A施加一水平向右逐渐增大的力F，当F增大到F0时A开始运动，之后力F按图乙所示的规律继续增大，图乙中的x为A运动的位移，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力。对两物块的运动过程，以下说法正确的是（）A．当F＞2F0，木块A和木板B开始相对滑动B．当F＞F0，木块A和木板B开始相对滑动C．自x=0至木板x=x0木板B对A做功大小为SKIPIF1<0D．x=x0时，木板B的速度大小为SKIPIF1<010．如图所示，一个带有挡板的光滑斜面固定在地面上，斜面倾角为θ，轻弹簧的上端固定于挡板，下端连接滑块P，开始处于平衡状态。现用一平行于斜面向下的力F作用在P上，使滑块向下匀加速（a<gsinθ）运动一段距离。以x表示P离开初位置的位移，t表示P运动的时间，E表示P的机械能（设初始时刻机械能为零），重力加速度为g，则下列图像可能正确的是（）A． B．C． D．二、多项选择题11．如图甲所示为某缓冲装置模型，劲度系数为k（足够大）的轻质弹簧与轻杆相连，轻杆可在固定的槽内移动，与槽间的滑动摩擦力为定值f。轻杆向右移动不超过l时，装置可安全工作。一质量为m的小车以速度撞击弹簧后，轻杆恰好向右移动l，此过程其速度v随时间t变化的SKIPIF1<0图象如图乙所示。已知在SKIPIF1<0时间内，图线为曲线，在SKIPIF1<0时间内，图线为直线。已知装置安全工作时，轻杆与槽间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且不计小车与地面间的摩擦。下列说法正确的是（）A．在SKIPIF1<0时间内，小车运动的位移为SKIPIF1<0B．在SKIPIF1<0时刻，小车速度SKIPIF1<0C．在SKIPIF1<0时刻，小车速度SKIPIF1<0D．在SKIPIF1<0时间内，系统摩擦产生热量SKIPIF1<012．北京冬奥会引发了全国的冰雪运动热潮。如图所示为某滑雪爱好者的滑雪场景，他由静止开始从一较陡斜坡滑到较为平缓的斜坡，假设整个过程未用雪杖加速，而且在两斜坡交接处无机械能损失，两斜坡的动摩擦因数相同。下列图像中x、Ek、E分别表示滑雪爱好者水平位移、动能和机械能，下列图像正确的是（）A． B．C． D．13．如图所示，水平面上O点的左侧光滑，O点的右侧粗糙。有8个质量均为m的完全相同的小滑块（可视为质点），用轻质的细杆相连，相邻小滑块间的距离为L，滑块1恰好位于O点左侧，滑块2、3、…、8依次沿直线水平向左排开。现将水平恒力F作用于滑块1上，经观察发现，在第3个小滑块过O点进入粗糙地带后再到第4个小滑块过O点进入粗糙地带前这一过程中，小滑块做匀速直线运动，已知重力加速度为g，则下列判断中正确的是（）A．滑块匀速运动时，各段轻杆上的弹力大小相等B．滑块3匀速运动的速度是SKIPIF1<0C．第5个小滑块完全进入粗糙地带到第6个小滑块进入粗糙地带前这一过程中，8个小滑块的加速度大小为SKIPIF1<0D．整个系统在第7个滑块刚到O点时停止运动14．如图所示，一足够长的光滑直杆水平固定，半圆形光滑细轨道竖直固定在地面上，水平轨道与水平地面的间距为SKIPIF1<0，半圆轨道的半径为SKIPIF1<0。小球A、B用不可伸长的细线连接，小球A套在水平杆上，小球B套在半圆形细轨道上，初始时两球均静止且轻绳呈竖直伸直状态。A、B两球的质量分别为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，杆和圆轨道在同一竖直面内，重力加速度g取SKIPIF1<0。现对A球施加一水平向右的恒力F，使A球沿杆向右运动，则下列说法正确的是（）A．当A球运动到O点正上方时，B球重力势能的增加量为SKIPIF1<0B．当A球运动到O点正上方时，A、B两球的速度大小之比为SKIPIF1<0C．若水平恒力SKIPIF1<0，当两球速度大小相等时，它们的速度大小为SKIPIF1<0D．若水平恒力SKIPIF1<0，当两球速度大小相等时，它们的速度大小为SKIPIF1<015．如图所示，左侧竖直墙面上固定半径为0.3m的光滑半圆环，右侧竖直墙面上与圆环的圆心O等高处固定一水平光滑直杆。质量为0.2kg的小球a套在半圆环上，质量为0.1kg的小球b套在直杆上，两者之间用长为SKIPIF1<0m的轻杆通过两铰链连接。现将a从半圆环的最高处静止释放，让其沿圆环自由下滑，不计一切摩擦，a、b均视为质点，g取10m/s2.则以下说法正确的是（）A．小球a滑到与圆心O等高的P点过程中，b球的速度一直增大B．小球a滑到与圆心O等高的P点过程中，a球的机械能先减小后增大C．小球a滑到与圆心O等高的P点时，a的速度大小为SKIPIF1<0m/sD．小球a从P点下滑至杆与圆环相切的Q点（图中未画出）的过程中，杆对小球b做的功为SKIPIF1<0J16．如图所示，劲度系数为SKIPIF1<0的轻弹簧下端固定于倾角为SKIPIF1<0的光滑斜面底端，上端连接质量为5kg的物块Q，Q同时与和斜面平行的轻绳相连，轻绳跨过固定在斜面顶端O点的定滑轮与套在光滑竖直固定杆上的物块P连接，图中O、B两点等高，其间距SKIPIF1<0。当整个系统静止时，P在A点静止不动，A、B间距离SKIPIF1<0，此时轻绳中张力大小为SKIPIF1<0。现将P从杆上B点上方0.4m处的C点由静止释放，P从C点到A点过程中绳子一直存在张力，不计滑轮大小及摩擦。SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，下列说法正确的是（）A．P的质量为4kgB．P的质量为3kgC．P到达A时的速度大小为SKIPIF1<0D．P到达A时的速度大小为SKIPIF1<017．如图甲所示，一足够长的传送带倾斜放置，倾角为θ，以恒定速率v=4m/s顺时针转动。一质量m=1kg的煤块以初速度v0=12m/s从A端冲上传送带，煤块的速度随时间变化的图像如图乙所示，取g=10m/s2，则下列说法正确的是（）A．倾斜传送带与水平方向夹角的正切值tanθ=0.75B．煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5C．煤块从冲上传送带到返回A端所用的时间为4sD．全过程煤块与传送带间由于摩擦而产生的热量为（32＋8SKIPIF1<0）J18．如图所示，有两条位于同一竖直平面内的光滑水平轨道，相距为h，轨道上有两个物体A和B质量均为m，它们通过一根绕过定滑轮O的不可伸长的轻绳相连接。在轨道间的绳子与轨道成SKIPIF1<0角的瞬间，物体A在下面的轨道上的运动速率为v。此时绳子SKIPIF1<0段的中点处有一与绳相对静止的小水滴P与绳子分离。设绳长SKIPIF1<0远大于滑轮直径，不计轻绳与滑轮间的摩擦，则下列说法正确的是（）A．图示位置时物体B的速度大小为SKIPIF1<0B．小水滴P与绳分离的瞬间做平抛运动C．在之后的运动过程中当轻绳SKIPIF1<0与水平轨道成SKIPIF1<0角时物体B的动能为SKIPIF1<0D．小水滴P脱离绳子时速度的大小为SKIPIF1<019．如图甲所示，劲度系数为k的竖直轻弹簧下端固定在地面上，上端与物块B相连并处于静止状态。一物块A在外力作用下静止在弹簧正上方某高度处，取物块A静止时的位置为原点O、竖直向下为正方向建立x轴。某时刻撤去外力，物块A自由下落，与物块B碰撞后以相同的速度向下运动，碰撞过程用时极短。测得物块A的动能Ek与其位置坐标x的关系如图乙所示（弹簧始终处于弹性限度内），图中除0～x1之间的图线为直线外，其余部分均为曲线。已知物块A、B均可视为质点，重力加速度为g，则（）A．物块A、B的质量之比为1：3B．弹簧的劲度系数SKIPIF1<0C．从x1到x3的过程中，物块A、B一起运动加速度的最大值SKIPIF1<0D．从x1到x3的过程中，弹簧的弹性势能增加了SKIPIF1<020．将某物体以一定的初速度v0水平抛出，一段时间后落在水平地面上，其下落过程中动能Ek、重力势能Ep随离地高度h的变化如图。忽略空气阻力，重力加速度g取10m/s2，结合图中数据可得（）A．物体的质量为3kgB．物体的初速度v0大小为3m/sC．物体落地时，速度方向与水平方向夹角为37°D．物体落地时，水平位移与竖直位移大小之比为3：2三、计算题21．如图为某机械装备中的一种智能减震装置，劲度系数为k的轻质弹簧套在固定于地面的竖直杆上，弹簧上端与质量为m的圆环P相连，初始时P处于静止状态，且弹簧弹力等于P的重力，P与杆之间涂有一层能调节阻力的智能材料。在P上方H处将另一质量也为m的光滑圆环Q由静止释放，Q接触P后发生碰撞（碰撞时间极短）并一起做匀减速运动，下移距离为SKIPIF1<0时速度减为0，忽略空气阻力，重力加速度为g。求：（1）Q与P发生碰撞瞬间时的共同速度的大小；（2）碰撞后PQ一起下移距离d（SKIPIF1<0）时，智能材料对P阻力的大小；（3）PQ一起下移距离d（SKIPIF1<0）过程中，智能材料对P阻力所做的功W。22．绝缘圆弧轨道BCD与绝缘直轨道AB相切于B点，直径CD与竖直方向的夹角θ=37°，在BD右侧的空间加上水平向右的匀强电场。质量为m，电荷量为q的带正电小球静止于A处。现在水平向右的推力F作用下，从A处由静止开始向右运动，推力的功率恒定，经时间t到达B处，此时撤去推力，小球沿圆弧轨道运动到C点时速率最大并恰好通过D点，之后落到水平轨道上的S处（S未在图中画出）。已知小球与水平轨道间的动摩擦因数为0.5，重力加速度大小为g，推力的恒定功率为SKIPIF1<0，圆弧半径为R，不计小球电荷转移，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：（1）小球通过D点时的速度大小vD；（2）A、B两点间的距离x；（3）S、B两点间的距离L。23．如图甲所示，竖直平面内的轨道由倾斜直轨道AB和光滑圆轨道BCD组成，AB和BCD相切于B点，AB与水平面夹角为SKIPIF1<0，O为圆心，C、D为圆轨道的最低点和最高点。可视为质点的小滑块SKIPIF1<0，从轨道AB上某点由静止滑下，该点到B点的竖直高度为H。小滑块与AB间动摩擦因数SKIPIF1<0，用力传感器测出滑块经过C点时对轨道的压力大小为F，如图乙所示压力大小F与高度H的关系图像。SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，求：（1）圆轨道的半径R；（2）若要滑块在轨道上的运动过程中不脱离轨道，求其在AB上静止滑下的高度H的范围。24．如图甲所示为一款磁性轨道车玩具，轨道造型可以自由调节，小车内装有发条，可储存一定弹性势能。如图乙所示为小明同学搭建的轨道的简化示意图，它由水平直轨道AB、竖直圆轨道BCD、水平直轨道DM和两个四分之一圆弧轨道MN与NP平滑连接而组成，圆弧轨道MN的圆心SKIPIF1<0与圆弧轨道NP的圆心SKIPIF1<0位于同一高度。已知小车的质量m=50g，小车在轨道上运动时受到的磁吸引力始终垂直轨道面，在轨道ABCDM段所受的磁力大小恒为其重力的0.5倍，在轨道MNP段所受的磁力大小恒为其重力的2.5倍，小车脱离轨道后磁力影响忽略不计。现小明将具有弹性势能SKIPIF1<0的小车从A点由静止释放，小车恰好能通过竖直圆轨道BCD，最终从P点水平飞出，小车在圆弧轨道BCD上运动过程中的最小速度为1m/s。假设小车在轨道AB段运动时所受阻力大小等于轨道与小车间弹力的0.2倍，其余轨道均光滑，不计其他阻力，小车可视为质点，小车在到达B点前发条的弹性势能已经完全释放，重力加速度SKIPIF1<0。（1）求小车与圆轨道BCD之间的最大作用力；（2）求直轨道AB部分的长度；（3）同时调节圆弧轨道MN与NP的半径r，其他条件不变，求小车落地点与P点的最大水平距离SKIPIF1<0。25．小明将如图所示的装置放在水平地面上，该