高考物理二轮总复习专题能力训练6能量转化与守恒定律

专题能力训练6能量转化与守恒定律(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共8小题,每小题7分,共56分。在每小题给出的四个选项中,1~5题只有一个选项符合题目要求,6~8题有多个选项符合题目要求。全部选对的得7分,选对但不全的得4分,有选错的得0分)1.如图所示,可视为质点的小球A、B用不可伸长的细软轻线连接,跨过固定在地面上半径为R的光滑圆柱,ma=5mb。当B位于地面时,A恰与圆柱轴心等高。将A由静止释放,B上升的最大高度是()A.R B.2C.5R3 D.2.(2021·江西鹰潭高三二模)如图所示,竖直墙上固定有光滑的小滑轮D,质量相等的物体A和B用轻弹簧连接,物体B放在地面上。用一根不可伸长的轻绳一端与物体A连接,另一端跨过定滑轮与小环C连接,小环C穿过竖直固定的光滑均匀细杆,小环C位于位置R时,绳与细杆的夹角为θ,此时物体B对地面刚好无压力。图中SD水平,位置R和Q关于S对称。现让小环从R处由静止释放,环下落过程中绳始终处于拉直状态,且环到达Q时速度最大。下列关于小环C下落过程中的描述正确的是()A.小环C下落到位置S时的机械能一定最大B.小环C从位置R运动到位置Q的过程中,C与A组成的系统机械能守恒C.小环C到达位置Q时,物体A速度刚好为零D.小环C从位置R运动到位置Q的过程中,C、A和轻弹簧组成的系统机械能不守恒3.(2022·江苏扬州模拟)如图所示,长度为l的轻杆上端连着一质量为m的小球A(可视为质点),杆的下端用铰链固接于水平面上的O点。置于同一水平面上的立方体B恰与A接触,立方体B的质量为m'。今有微小扰动,使杆向右倾倒,各处摩擦均不计,而A与B刚脱离接触的瞬间,杆与地面夹角恰为30°。重力加速度为g。下列说法正确的是()A.A落地时速率为2B.A、B质量之比为1∶2C.A与B刚脱离接触的瞬间,B的速率为glD.A与B刚脱离接触的瞬间,A、B速率之比为1∶24.(2022·山东济宁三模)如图甲所示,一质量为2kg的物体静止在水平地面上,水平推力F随位移x变化的关系如图乙所示,已知物体与地面间的动摩擦因数为0.1,g取10m/s2,下列说法正确的是()甲乙A.物体运动的最大速度为3m/sB.在运动中由于摩擦产生的热量为6JC.物体在水平地面上运动的最大位移是4.5mD.物体先做加速运动,推力撤去时开始做减速运动5.(2021·江苏盐城一模)极限跳伞是世界上最流行的空中极限运动之一,它的独特魅力在于跳伞者通常起跳后伞并不是马上自动打开,而是由跳伞者自己控制开伞时间。伞打开前可认为跳伞者做自由落体运动,打开伞后空气阻力与速度的二次方成正比,跳伞者先减速下降,最后匀速下落。如果用h表示下落的高度,t表示下落的时间,Ep表示重力势能(以地面为零势能面),Ek表示动能,E表示机械能,v表示下落时的速度。在整个过程中下列图像可能符合事实的是()6.如图所示,两位同学同时在等高处抛出手中初始静止的篮球A、B,A以速度v1斜向上抛出,B以速度v2竖直向上抛出,当A到达最高点时恰与B相遇。不计空气阻力,A、B质量相等且均可视为质点,重力加速度为g。以下判断正确的是()A.相遇时A的速度一定不为零B.两位同学抛球时对A、B做功一样多C.从抛出到相遇A、B动能的变化量不同D.从抛出到相遇A、B两篮球重力势能的变化量相同7.(2021·江苏苏州模拟)大部分过山车的竖直回环轨道均不是正圆,而是上下高、左右窄的扁轨道结构,下图为简化后的示意图。一辆小车(可视为质点)从倾斜轨道某一确定高度由静止释放,不计一切阻力,当小车运动到扁轨道最高点时,与在相同高度的正圆轨道最高点相比()A.在扁轨道上小车向心力更大,对轨道压力更大B.在扁轨道上小车速度更大,对轨道压力更大C.在扁轨道上小车加速度更大,对轨道压力更大D.在扁轨道上小车机械能更小,对轨道压力更小8.已知一足够长的传送带与水平面的倾斜角为θ,传送带以一定的速度匀速运动。某时刻在传送带适当的位置放上具有一定初速度的物块(如图甲所示),以此时为t=0时刻记录了小物块之后在传送带上运动速度随时间的变化关系,如图乙所示(图中取沿斜面向上的运动方向为正方向,其中两坐标大小v1>v2)。已知传送带的速度保持不变。(g取10m/s2)则下列判断正确的是()A.0~t1内,物块对传送带做正功B.物块与传送带间的动摩擦因数为μ,μ>tanθC.0~t2内,传送带对物块做功为1D.系统产生的热量一定比物块动能的减少量大二、非选择题(本题共3小题,共44分)9.(14分)如图所示,固定在水平面上的光滑斜面AB与水平方向的夹角θ=45°,A、B两点的高度差h=4m,在B点左侧的水平面上有一左端固定的轻质弹簧,自然伸长时弹簧右端到B点的距离s=3m。质量为m=1kg的物块从斜面顶点A由静止释放,物块进入水平面后向左运动压缩弹簧的最大压缩量x=0.2m。已知物块与水平面间的动摩擦因数μ=0.5,g取10m/s2,不计物块在B点的机械能损失。求:(1)弹簧的最大弹性势能;(2)物块最终停止位置到B点的距离;(3)物块在斜面上滑行的总时间(结果可用根式表示)。10.(15分)如图所示,倾角为37°的粗糙斜面AB的底端与半径R=0.4m的光滑半圆轨道BC平滑相连,O点为圆心,BC为直径且处于竖直方向,A、C两点等高。质量m=1kg的滑块从A点由静止开始下滑,恰能滑到与O点等高的D点,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数μ。(2)若使滑块能到达C点,求滑块从A点沿斜面滑下时的初速度v0的最小值。(3)若滑块离开C处的速度大小为4m/s,求滑块从C点飞出至落到斜面上所经历的时间t。11.(15分)(2020·浙江7月选考)小明将如图所示的装置放在水平地面上,该装置由弧形轨道、竖直圆轨道、水平直轨道AB和倾角θ=37°的斜轨道BC平滑连接而成。质量m=0.1kg的小滑块从弧形轨道离地高H=1.0m处静止释放。已知R=0.2m,lAB=lBC=1.0m,滑块与轨道AB和BC间的动摩擦因数均为μ=0.25,弧形轨道和圆轨道均可视为光滑轨道,忽略空气阻力,sin37°=0.6,cos37°=0.8。(1)求滑块运动到与圆心O等高的D点时对轨道的压力。(2)通过计算判断滑块能否冲出斜轨道的末端C点。(3)若滑下的滑块与静止在水平直轨道上距A点x处的质量为2m=0.2kg的小滑块相碰,碰后黏在一起一起运动,动摩擦因数仍为0.25,求它们在轨道BC上到达的高度h与x之间的关系。(碰撞时间不计)

专题能力训练6能量转化与守恒定律1.C解析:设B的质量为m,则A的质量为5m,以A、B组成的系统为研究对象,在A落地前,由系统的机械能守恒可得5mgRmgR=125m+mv2,解得v=2gR3;A落地后,以B为研究对象,在B上升过程中,由动能定理可得mgh=012mv2,解得h=232.A解析:小环C从R运动到S的过程中,轻绳对小环的拉力一直做正功,小环C从S运动到Q的过程中,轻绳对小环的拉力一直做负功,而整个过程中杆对小环C的支持力不做功,所以小环C下落到位置S时的机械能一定最大,故A正确;小环C从位置R运动到位置Q的过程中,杆对C与A组成的系统不做功,但弹簧弹力会对C与A组成的系统做功,所以系统的机械能不守恒,故B错误;小环C到达位置Q时速度不为零,所以此时小环C的速度在沿绳子方向的分量不为零,则物体A的速度不为零,故C错误;小环C从位置R运动到位置Q的过程中,C、A和轻弹簧组成的系统内只有重力和弹力做功,机械能守恒,故D错误。3.C解析:A与B刚脱离时刻,两者之间无弹力,水平方向加速度为0,故小球A只受重力,杆对A的弹力为零,根据牛顿第二定律得mgsin30°=mvA2l,解得vA=gl2;A与B分离后继续下落的过程中机械能守恒,则12mvA2+mglsin30°=12mv2,联立可得v=3gl2,选项A错误。A与B刚脱离接触的瞬间,A的速度方向垂直于杆,水平方向的分速度与B速度大小一样,设B运动的速度为vB,如图所示,则vAcos60°=vB,因此,vA∶vB=2∶1,可知vB=gl8,根据A与B4.C解析:当推力等于摩擦力时,加速度为零,速度最大,根据函数关系可知,F=(62x)(N),且Ff=μmg=0.1×2×10N=2N,可知当F=Ff时即在x=2m处速度最大,根据动能定理得Wμmgx=12mv20,可知6+22×2J0.1×2×10×2J=12×2kg×v2,可得v=2m/s,选项A错误。对整个运动过程根据功能关系有Q=W',W'=12×6×3J=9J,所以运动中由于摩擦产生的热量为9J,选项B错误。由题图得到推力对物体做功为9J,根据动能定理得Wμmgxm=0,代入数据解得xm=4.5.B解析:开始下落阶段跳伞者做自由落体运动,则Ep=Ep0mgh,可知此过程中Eph图线为直线,故A错误;开始下落阶段跳伞者做自由落体运动,动能等于减小的重力势能,即Ek=mgh,则Ekh图线为直线,在开始减速后的过程中先减速后匀速,可知动能先减小后不变,故B正确;开始阶段跳伞者做自由落体运动,机械能不变,打开伞后,由于受阻力作用机械能逐渐减小,最后匀速下落阶段机械能仍不断减小,故C错误;开始阶段跳伞者做自由落体运动,速度随时间均匀增加,打开伞后空气阻力与速度的二次方成正比,则加速度满足mgkv2=ma,加速度随时间逐渐减小,vt图线不是直线,故D错误。6.AD解析:A的运动分解为竖直向上的匀减速直线运动与水平方向的匀速直线运动,相遇时A达到最高点,则其竖直方向的速度为0,水平方向速度不为零,合速度不为0,故A正确;A同学抛出的小球在竖直方向的分速度等于B同学抛球的速度,根据动能定理可知,两位同学抛球时对A、B做功等于两个小球抛出时的动能,则A同学对小球做功多,故B错误;从抛出到相遇A、B动能的变化量等于重力做的功,而重力做的功相同,所以动能的变化量相同,故C错误;从抛出到相遇A、B两篮球重力势能的变化量等于克服重力做的功,克服重力做的功相同,重力势能的变化量相同,故D正确。7.AC解析:从释放点到最高点,由动能定理得mgΔh=12mv2,由于扁轨道与正圆轨道最高点相同,所以在最高点速度相同,在最高点时,扁轨道的轨道半径小于圆轨道的轨道半径,根据向心力公式Fn=m8.BD解析:由题图知,物块先向下运动后向上运动,则知传送带应顺时针转动。0~t1内,物块对传送带的摩擦力方向沿传送带向下,则物块对传送带做负功,A错误;在t1~t2内,物块向上运动,则有μmgcosθ>mgsinθ,得μ>tanθ,B正确;0~t2内,由图“面积”等于位移可知,物块的总位移沿斜面向下,高度下降,重力对物块做正功,设为WG,根据动能定理得W+WG=12mv22-129.答案:(1)24J(2)1.6m(3)42解析:(1)物块从开始位置到压缩弹簧至速度为0的过程,由功能关系可得mghμmg(s+x)=Ep解得Ep=24J。(2)物块从开始位置到最终静止在水平面上的过程,由功能关系有mghμmgl=0解得l=8m所以物块停止位置到B点距离为Δl=l2(s+x)=1.6m<3m即物块最终停止位置距B点1.6m。(3)物块在光滑斜面上运动时,由牛顿第二定律有mgsinθ=ma解得a=gsinθ设物块第一次在斜面上运动的时间为t1,则h解得t1=25设物块从水平面返回斜面时的速度为v,由动能定理可得mgh2μmg(s+x)=12mv解得v=4m/s所以,物块第二次在斜面上滑行的时间为t2=2vg物块在斜面上滑行总时间为t=t1+t2=4210.答案:(1)0.375(2)23m/s(3)0.2s解析:(1)滑块从A点到D点的过程中,根据动能定理有mg(2RR)μmgcos37°·2Rsin37解得μ=12tan37°=0.(2)若滑块能到达C点,根据牛顿第二定律有mg+FN=mvC≥Rg=2m/s滑块从A点到C点的过程中,根据动能定理有μmgcos37°·2v0=vC2+2(3)滑块离开C点做平抛运动,有x=vC't,y=12gttan37°=25t2+3t0.8=0解得t=0.2s。11.答案:(1)8N,方向水平向左(2)不会冲出(3)h=16x54858解析:(1)根据机械能守恒定律得