2021年高考物理二輪總復(fù)習(xí)專題五功能關(guān)系與能量守恒

1、專題強(qiáng)化訓(xùn)練(五)一、選擇題(共10個(gè)小題，69為多選，其余為單選，每題5分共50分)1.如圖所示是籃球比賽中易建聯(lián)投籃的照片若在某次投籃中將球由靜止快速出手，籃球不碰籃筐直接入網(wǎng)，已知出手時(shí)籃球距離地面高度為h1，出手時(shí)籃球的速度為v，籃筐距地面高度為h2，籃球質(zhì)量為m，不計(jì)空氣阻力，籃球可看成質(zhì)點(diǎn)，以地面為零勢(shì)能面，則籃球()A出手過程中手對(duì)籃球做功為mg(h2h1)B進(jìn)筐時(shí)的動(dòng)能為mv2mg(h1h2)C進(jìn)筐時(shí)，籃球的機(jī)械能為mv2mgh1D從出手到進(jìn)筐的過程中，運(yùn)動(dòng)總時(shí)間為答案C解析出手過程，籃球的動(dòng)能增加，勢(shì)能不變，故手對(duì)籃球做功為mv2，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；籃球從出手到進(jìn)筐過程中，部分動(dòng)能

2、轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，故進(jìn)筐時(shí)的動(dòng)能為mv2mg(h2h1)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；籃球從出手到進(jìn)筐過程機(jī)械能守恒，進(jìn)筐時(shí)籃球的機(jī)械能等于出手時(shí)籃球的機(jī)械能為mv2mgh1，故C項(xiàng)正確；籃球做斜拋運(yùn)動(dòng)，斜拋的最高點(diǎn)及初速度的方向均未知，故不能求時(shí)間，D項(xiàng)錯(cuò)誤故選C項(xiàng)2.如圖所示，將質(zhì)量分別為M、m的物塊和小球通過輕繩固定，并跨過兩個(gè)水平固定的定滑輪(滑輪光滑且較小)，物塊放在水平放置的壓力傳感器上已知壓力傳感器能測(cè)量物體對(duì)其正壓力的大小現(xiàn)將小球從偏離豎直方向60的角度處由靜止釋放，小球擺到最低點(diǎn)時(shí)，壓力傳感器示數(shù)為0，滑輪O到小球間細(xì)線長(zhǎng)度為l0.5 m，重力加速度為g10 m/s2，則下列說法正確的是()A小球

3、釋放時(shí)繩對(duì)小球的拉力大于小球重力B小球釋放時(shí)小球的瞬時(shí)加速度方向水平向左C小球擺到最低點(diǎn)時(shí)繩對(duì)小球的拉力等于小球重力D物塊和小球的質(zhì)量比2答案D解析當(dāng)小球釋放時(shí)，v00，則小球的重力沿繩子的分力等于繩子的拉力，即：Tmgcos600.5mg，則繩子的拉力小于重力，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；釋放時(shí)加速度的方向與繩子垂直斜向下，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；小球擺到最低點(diǎn)時(shí)，有向上的向心加速度，處于超重狀態(tài)，繩對(duì)小球的拉力大于小球重力，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；從釋放到最低點(diǎn)，由動(dòng)能定理可得：mgl(1cos60)mv2，在最低位置時(shí)，壓力傳感器示數(shù)為0，即繩的拉力TMg，又由牛頓第二定律可得：Tmgm，聯(lián)立解得：M2m，即物塊和小球的質(zhì)量比

4、為：2，故D項(xiàng)正確故選D項(xiàng)3.如圖所示，用質(zhì)量相同，粗細(xì)不同的均勻同種金屬絲做成邊長(zhǎng)分別為L(zhǎng)和2L的兩只閉合線框a和b，以相同的速度從磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速拉出磁場(chǎng)，若外力對(duì)線框做的功分別為Wa、Wb，則WaWb為()A14 B12C11 D不能確定答案B解析閉合線框a產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EaBLv，外力對(duì)線框a做的功：Wa，Ra，閉合線框b產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EbB2Lv2BLv，外力對(duì)線框b做的功：Wb，Rb.兩線框質(zhì)量相同，橫截面積不同，故有4LS8LS解得：S.聯(lián)立解得：WaWb12，故A、C、D三項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確4. (2015課標(biāo)全國(guó))如圖，一半徑為R，粗糙程度處處相同的半圓形軌道

5、如圖放置，三點(diǎn)POQ水平一質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)自P點(diǎn)上方高度R處由靜止開始下落，恰好從P點(diǎn)進(jìn)入軌道，質(zhì)點(diǎn)滑到軌道最低點(diǎn)N時(shí)，對(duì)軌道的壓力為4mg，g為重力加速度的大小，用W表示質(zhì)點(diǎn)從P運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過程中克服摩擦力所做的功，則()AWmgR，質(zhì)點(diǎn)恰好可以到達(dá)Q點(diǎn)BWmgR，質(zhì)點(diǎn)不能到達(dá)Q點(diǎn)CWmgR，質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q點(diǎn)后，繼續(xù)上升一段距離DWmgR，質(zhì)點(diǎn)到達(dá)Q點(diǎn)后，繼續(xù)上升一段距離答案C解析根據(jù)動(dòng)能定理可得質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)的動(dòng)能EkPmgR，在圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿半徑方向的合力提供所需的向心力，即FNmgsinm，經(jīng)過N點(diǎn)時(shí)，根據(jù)牛頓第三定律，軌道對(duì)質(zhì)點(diǎn)的支持力FN與質(zhì)點(diǎn)對(duì)軌道的壓力FN大小相等為4mg，由牛頓第二定律

6、和向心力公式有：4mgmgm，得vN，所以N點(diǎn)的動(dòng)能EkNmgR，從P到N點(diǎn)過程由動(dòng)能定理，可得mgRWmgRmgR，得克服摩擦力做功WmgR，滑動(dòng)摩擦力FfFN，根據(jù)功能關(guān)系可知質(zhì)點(diǎn)克服摩擦力做功機(jī)械能減少，根據(jù)對(duì)稱性再結(jié)合前面可知從N到Q過程中的速度小于P到N過程中對(duì)應(yīng)高度的速度，軌道彈力小于P到N過程中對(duì)應(yīng)高度的彈力，軌道摩擦力小于P到N過程中對(duì)應(yīng)高度的摩擦力，故從N到Q質(zhì)點(diǎn)克服摩擦力做功WNQ0，質(zhì)點(diǎn)仍會(huì)向上運(yùn)動(dòng)一段距離，C項(xiàng)正確5低空跳傘是一種極限運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，一般在高樓、懸崖等固定物上起跳人在空中降落過程中所受空氣阻力隨下落速度的增大而變大，而且速度越大空氣阻力增大得越快，因此

7、低空跳傘下落的高度有限，導(dǎo)致在空中調(diào)整姿態(tài)、打開傘包的時(shí)間較短，所以其危險(xiǎn)性比高空跳傘還要高一名質(zhì)量為70 kg的跳傘運(yùn)動(dòng)員背有質(zhì)量為10 kg的傘包從某高層建筑跳下，且一直沿豎直方向下落，其整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的vt圖象如圖2所示，已知2 s末的速度為18 m/s，10 s末拉開繩索開啟降落傘，16.2 s時(shí)安全落地，并穩(wěn)穩(wěn)的站在地面上，則由圖象可估算()A開傘前空氣阻力對(duì)跳傘運(yùn)動(dòng)員(包括其隨身攜帶的全部裝備)所做的功為1.76105 JB起跳后2 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員(包括其隨身攜帶的全部裝備)所受平均阻力大小為720 NC運(yùn)動(dòng)員從腳觸地到最后速度減為0的過程中(不計(jì)傘的質(zhì)量及此過程中的空氣阻力)，運(yùn)動(dòng)員所

8、需承受地面的平均沖擊力大小為1 750 ND在打開傘的前10 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的平均速度為20 m/s答案A解析由vt圖可知，10 s末開傘時(shí)的速度v40 m/s，開傘前10 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員下落的高度約為：h3010 m300 m，設(shè)10 s內(nèi)空氣阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)員所做功為W，根據(jù)動(dòng)能定理，有：m總ghWm總v2，代入數(shù)據(jù)解得：W1.76105 J，故A項(xiàng)正確；由vt圖可知，起跳后前2 s內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)近似是勻加速運(yùn)動(dòng)，其加速度為：a m/s29.0 m/s2，設(shè)運(yùn)動(dòng)員所受平均阻力為f，根據(jù)牛頓第二定律有：m總gfm總a，解得：fm總(ga)(7010)(109) N800 N，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；vt圖可知，運(yùn)動(dòng)員

9、腳觸地時(shí)的速度v25.0 m/s，經(jīng)時(shí)間t20.2 s速度減為0；設(shè)此過程中運(yùn)動(dòng)員所受平均沖擊力大小為F，根據(jù)牛頓第二定律，有：Fmgma，由速度公式得：0v2at2，代入數(shù)據(jù)解得：F2.4103 N，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；由平均速度的定義知 m/s30 m/s，故D項(xiàng)錯(cuò)誤故選A項(xiàng)6.如圖所示，一輕彈簧的一端固定在傾角為37的光滑斜面底端，另一端連接一質(zhì)量為2 kg的物塊A，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)若在物塊A的上方斜面上緊靠A處輕放一質(zhì)量為3 kg的物塊B，A、B一起向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過10 cm運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)已知sin370.6，cos370.8，重力加速度g取10 m/s2，則下列說法正確的是()A兩物塊沿斜面向下

10、運(yùn)動(dòng)的過程中，A、B間的彈力先減小后增大B在物塊B剛放上的瞬間，A、B間的彈力大小為7.2 NC兩物塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過程中，重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能之和先減少后增加D兩物塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過程中，彈簧彈性勢(shì)能的最大值為3.0 J答案BC解析兩物塊沿斜面向下運(yùn)動(dòng)的過程中，先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，后做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng)，所以A、B間的彈力一直增大，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；物塊A剛放上去的瞬間，由于彈簧的彈力不能突變，所以物塊A、B整體受到的合力為mBgsin37，設(shè)加速度為a，則有mBgsin37(mAmB)a，設(shè)A、B間的彈力為FN，對(duì)物塊B有mBgsin37FNmBa，聯(lián)立解得FN7.2 N，故B項(xiàng)正確；

11、由功能關(guān)系，針對(duì)彈簧和兩物塊組成的系統(tǒng)，重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能之和的減少量等于兩物塊動(dòng)能的增加量，兩物塊的動(dòng)能先增加后減少，故重力勢(shì)能與彈性勢(shì)能之和先減少后增加，故C項(xiàng)正確；在物塊B放上去之前，彈簧是壓縮的，所以彈簧的最大彈性勢(shì)能應(yīng)大于(mAmB)gxsin3.0 J，故D項(xiàng)錯(cuò)誤故選B、C兩項(xiàng)7如圖所示，曲線表示電場(chǎng)中關(guān)于x軸對(duì)稱的等勢(shì)面，在x軸上有a、b兩點(diǎn)若一帶電粒子沿x軸從a點(diǎn)移到b點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，則下列說法正確的是()Aa點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向與x軸方向相反Ba點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于b點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度C帶電粒子的電勢(shì)能一定增加D帶電粒子的動(dòng)能一定增加答案BC解析沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低，所以a點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度

12、方向與x軸方向相同，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；b點(diǎn)的等勢(shì)面比a點(diǎn)的等勢(shì)面密，則b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)比a點(diǎn)的大，即a點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)小于b點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，故B項(xiàng)正確；若一帶電粒子沿x軸從a點(diǎn)移到b點(diǎn)，電場(chǎng)力做負(fù)功，則帶電粒子的電勢(shì)能一定增加，若只有電場(chǎng)力做功，則動(dòng)能減小，故C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤8如圖所示，傾角為30的光滑絕緣直角斜面ABC，D是斜邊AB的中心，在C點(diǎn)固定一個(gè)帶電荷量為Q的點(diǎn)電荷一質(zhì)量為m，電荷量為q的小球從A點(diǎn)由靜止釋放，小球經(jīng)過D點(diǎn)時(shí)的速度為v，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度為0，則()A小球從A到D的過程中靜電力做功為mv2B小球從A到D的過程中電勢(shì)能逐漸減小C小球從A到B的過程中電勢(shì)能先減小后增加DA、B兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為UAB

13、答案CD解析斜面的傾角為30，斜面上ADDB，由幾何關(guān)系可知，ACADCD，即A到C的距離與D到C的距離是相等的，所以D與A的電勢(shì)相等，則由WqU，知A到D的過程中電場(chǎng)力做的功等于0，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；由于A到C的距離與D到C的距離是相等的，由幾何關(guān)系可知，沿AD的方向上的各點(diǎn)到C的距離先減小后增大，距離減小的過程中電場(chǎng)力對(duì)負(fù)電荷做正功，所以從A點(diǎn)到D點(diǎn)的過程中負(fù)電荷的電勢(shì)能先減小后增大，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合B的分析，同理可知，小球從A到B的過程中電勢(shì)能先減小后增加，故C項(xiàng)正確；設(shè)AB的長(zhǎng)度為2L，則ADDBL，在小球從A點(diǎn)到D點(diǎn)的過程中，由動(dòng)能定理有：mgLsinmv20在小球從A到B的過程中有：mg

14、2L(q)UAB00所以：UAB，故D項(xiàng)正確9如圖所示，有一根固定的足夠長(zhǎng)的光滑直桿與水平面的夾角為，桿上套著一個(gè)質(zhì)量為m的滑塊A(可視為質(zhì)點(diǎn))用不可伸長(zhǎng)的輕繩將滑塊A與另一個(gè)質(zhì)量為2m的物塊B通過光滑的定滑輪相連接，先將A鎖定在O點(diǎn)，此時(shí)輕繩繃緊，滑輪左側(cè)輕繩恰好水平，其長(zhǎng)度為L(zhǎng).現(xiàn)將滑塊A從圖中O點(diǎn)由靜止釋放，在滑塊A從O點(diǎn)滑到最低點(diǎn)的過程中(整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中A和B不會(huì)觸地，B不會(huì)觸及滑輪和直桿)，下列說法正確的是()A繩的拉力對(duì)A先做正功后做負(fù)功B繩與桿垂直時(shí)，A的機(jī)械能最大，B的機(jī)械能最小C繩與桿垂直時(shí)，A的動(dòng)能最大，B的動(dòng)能最小D物塊B所受重力的功率一直增大答案AB解析滑塊A下滑的過程

15、中，繩對(duì)A的拉力與vA夾角先小于90，后大于90，則繩的拉力對(duì)A先做正功后做負(fù)功，故A項(xiàng)正確；繩與桿垂直時(shí)，B下降到最低點(diǎn)，且速度為零，則B的機(jī)械能減小的最多，A機(jī)械能增加的最多，故B項(xiàng)正確；A所受的合外力為零時(shí)，速度最大，動(dòng)能最大，而在繩與桿垂直位置，A的合力不為零，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；B在運(yùn)動(dòng)的過程中先是加速下降后減速下降，后加速上升又減速上升，根據(jù)Pmgv可知，物塊B所受重力的功率不是一直增大，故D項(xiàng)錯(cuò)誤故選A、B兩項(xiàng)10.如圖所示，兩根長(zhǎng)直軌道與一半徑為R的半圓形圓弧軌道相接于M、N兩點(diǎn)，O點(diǎn)為軌道最低點(diǎn)，軌道各處光滑且固定在豎直平面內(nèi)質(zhì)量相同的兩小環(huán)A、B用長(zhǎng)為R的輕桿連接在一起，套在軌道上

16、將A、B兩環(huán)從距離地面H(HR)處由靜止釋放，整個(gè)過程中輕桿和軌道始終不接觸，重力加速度為g，下列說法正確的是()AA環(huán)進(jìn)入半圓形軌道前，會(huì)受到桿的推力BA環(huán)由M運(yùn)動(dòng)到N的過程中，A、B兩環(huán)速率始終相等CA環(huán)到達(dá)O時(shí)兩環(huán)速率相等DA環(huán)由M運(yùn)動(dòng)到O的過程中，其重力做功的功率一直增大答案C解析對(duì)A、B整體受力分析，根據(jù)牛頓第二定律得：ag，即A下滑的加速度為g，故A環(huán)進(jìn)入半圓形軌道前，不會(huì)受到桿的推力，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；A環(huán)由M運(yùn)動(dòng)到N的過程中，兩環(huán)沿桿方向的分速度相同，夾角在變化，A、B兩環(huán)的速率不是始終相等，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；A環(huán)到達(dá)O時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系有：vAcos45vBcos45，解得：vAvB，故C

17、項(xiàng)正確；A環(huán)由M運(yùn)動(dòng)到O的過程中，沿重力方向的速度在減小，故重力的瞬時(shí)功率在減小，故D項(xiàng)錯(cuò)誤故選C項(xiàng)二、計(jì)算題(共4個(gè)小題，11題10分，12題12分，13題14分，14題14分，共50分)11一質(zhì)量為8.0104 kg的太空飛船從其飛行軌道返回地面飛船在離地面高度1.6105 m處以7.5103 m/s的速度進(jìn)入大氣層，逐漸減慢至速度為100 m/s時(shí)下落到地面取地面為重力勢(shì)能零點(diǎn)，在飛船下落過程中，重力加速度可視為常量，大小取為9.8 m/s2.(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(1)分別求出該飛船著地前瞬間的機(jī)械能和它進(jìn)入大氣層時(shí)的機(jī)械能；(2)求飛船從離地面高度600 m處至著地前瞬間的過程中克

18、服阻力所做的功(已知飛船在該處的速度大小是其進(jìn)入大氣層時(shí)速度大小的2.0%)答案(1)4.0108 J2.41012 J(2)9.7108 J解析(1)落地時(shí)的重力勢(shì)能為零，動(dòng)能為Ek2mv281041002 J4.0108 J；進(jìn)入大氣層的機(jī)械能EEk1Ep1mv2mgH2.41012 J.(2)此時(shí)的速度大小為v37.51030.02 m/s150 m/s；從600 m處到落地之間，重力做正功，阻力做負(fù)功，根據(jù)動(dòng)能定理得：mghWfmv22mv32代入數(shù)據(jù)，可得Wf9.7108 J.12.如圖，一根長(zhǎng)為L(zhǎng)1.25 m的輕繩一端固定在O點(diǎn)，另一端系一質(zhì)量m1 kg的小球?qū)⑤p繩拉至水平并將小球

19、由位置A靜止釋放，小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)O時(shí)，輕繩剛好被拉斷O點(diǎn)下方有一以O(shè)點(diǎn)為圓心，半徑R5 m的圓弧狀的曲面，己知重力加速度為g10 m/s2，求：(1)輕繩所能承受的最大拉力Fm的大??；(2)小球從繩子斷裂到落至曲面上的時(shí)間和到達(dá)曲面時(shí)的動(dòng)能答案(1)30 N(2)1 s62.5 J解析(1)物體從A運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)，由機(jī)械能守恒定律：mgLmv02，得：v05 m/s，在O點(diǎn)，由牛頓第二定律：Fmmgm，得：Fm3mg30 N.(2)設(shè)從繩子斷裂到小球到達(dá)曲面經(jīng)歷的時(shí)間為t，水平位移為：xv0t；豎直位移為：ygt2；由勾股定理得：x2y2R2，解得：t1 s，豎直速度：vygt10 m/s，可得

20、小球的動(dòng)能為：Ekmv2m(v02vy2)62.5 J.13.如圖所示，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傾角為37的傳送帶以v8 m/s的速度逆時(shí)針勻速運(yùn)動(dòng)，傳送帶下端點(diǎn)C與水平面CDP平滑連接，B、C間距L20 m；傳送帶在上端B點(diǎn)恰好與固定在豎直平面內(nèi)的半徑為R0.5 m的光滑圓弧軌道相切，一輕質(zhì)彈簧的右端固定在P處的擋板上，質(zhì)量M2 kg可看作質(zhì)點(diǎn)的物體靠在彈簧的左端D處，此時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)，C、D間距x1 m，PD段光滑，DC段粗糙現(xiàn)將M壓縮彈簧一定距離后由靜止釋放，M經(jīng)過DC沖上傳送帶，經(jīng)B點(diǎn)沖上光滑圓弧軌道，通過最高點(diǎn)A時(shí)對(duì)A點(diǎn)的壓力為8 N上述過程中，M經(jīng)C點(diǎn)滑上傳送帶時(shí)，速度大小不變，方向變?yōu)檠貍魉蛶?/p>

21、方向已知與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為10.8，與CD段間的動(dòng)摩擦因數(shù)為20.5，重力加速度大小g10 m/s2.求：(1)在圓弧軌道的B點(diǎn)時(shí)物體的速度；(2)M在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的過程中，帶動(dòng)傳送帶的電動(dòng)機(jī)由于運(yùn)送M所輸出的電能E；(3)M釋放前，系統(tǒng)具有的彈性勢(shì)能Ep.答案(1)5.0 m/s(2)512 J(3)19 J解析(1)M過A點(diǎn)時(shí)，由牛頓第二定律：MgFAM，解得：vA m/s，從B到A由機(jī)械能守恒得：Mg(RRcos)MvA2MvB2，解得：vB5.0 m/s.(2)M在傳送帶上運(yùn)動(dòng)時(shí)由于vB小于皮帶速度，可知物體一直做加速運(yùn)動(dòng)，由1MgcosMgsinMa，解得：a0.4 m/s2，由公式：vB2vC22aL，解得vC3 m/s，由vBvCat解得t5 s；傳送帶在t時(shí)間內(nèi)的位移：x1vt40 m，由于物體對(duì)皮帶有沿皮帶向下的摩擦力，要維持皮帶勻速運(yùn)動(dòng)，故電動(dòng)機(jī)要額外給皮帶一個(gè)沿皮帶向上的牽引力，大小與物體受到的摩擦力一樣大，所做的功W1M