高考物理總復(fù)習(xí)訓(xùn)練 高頻考點(diǎn)專項(xiàng)練（五）能量綜合問題（含解析）試題

高頻考點(diǎn)專項(xiàng)練(五)能量綜合問題(45分鐘100分)一、選擇題(本題共9小題,每小題6分,共54分。多選題已在題號(hào)后標(biāo)出)1.關(guān)于功和能的關(guān)系,下列說法正確的是()A.物體受拉力作用向上運(yùn)動(dòng),拉力做的功是1J,則物體重力勢(shì)能的增加量也是1JB.一個(gè)重10N的物體,在15N的水平拉力的作用下,分別在光滑水平面和粗糙水平面上發(fā)生相同的位移,拉力做的功相等C.一輛汽車的速度從10km/h增加到20km/h,或從50km/h增加到60km/h,兩種情況下牽引力做的功一樣多D.“神舟十號(hào)”載人飛船的返回艙在大氣層以外向著地球做無動(dòng)力飛行的過程中,機(jī)械能增大【解析】選B。物體向上運(yùn)動(dòng),重力以外的力(拉力)做功1J,機(jī)械能的增加量為1J,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由W=Flcosα知,水平拉力F和位移x均相同,拉力做的功相等,選項(xiàng)B正確;由動(dòng)能定理可知,一輛汽車的速度從10km/h加速到20km/h比從50km/h加速到60km/h合外力做的功少,牽引力做功無法比較,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;“神舟十號(hào)”載人飛船的返回艙在大氣層以外僅在引力作用下運(yùn)動(dòng),機(jī)械能守恒,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.一帶電小球在空中由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中,受重力、電場(chǎng)力和空氣阻力三個(gè)力作用。若重力勢(shì)能增加3J,機(jī)械能增加0.5J,電場(chǎng)力對(duì)小球做功1J,則小球()A.重力做功為3J B.電勢(shì)能增加1JC.克服空氣阻力做功0.5J D.動(dòng)能減少3.5J【解析】選C。重力做功等于重力勢(shì)能的減小量,重力勢(shì)能增加3J,即重力做功-3J,故A錯(cuò)誤。電場(chǎng)力做功等于電勢(shì)能的減小量,電場(chǎng)力做功1J,即電勢(shì)能減小1J,故B錯(cuò)誤。除重力外的各個(gè)力做的總功等于機(jī)械能的增加量,電場(chǎng)力做功1J,機(jī)械能增加0.5J,所以克服空氣阻力做功0.5J,故C正確。合力做功等于動(dòng)能的增加量,合力做功等于各個(gè)力做的總功為-2.5J,所以動(dòng)能減小2.5J,故D錯(cuò)誤。3.(多選)(2015·濰坊模擬)如圖所示,輕彈簧上端通過一輕繩固定,下端拴一小球,小球與光滑的三角形斜面接觸,彈簧處于豎直狀態(tài)?，F(xiàn)用力F豎直向上推斜面,使斜面緩慢向上運(yùn)動(dòng)直至彈簧與斜面平行,則在此過程中,以下說法正確的是()A.小球?qū)π泵娴膲毫σ恢痹龃驜.彈簧對(duì)小球不做功C.斜面對(duì)小球做正功D.推力F做的功等于斜面與小球機(jī)械能的增加【解析】選A、C。在用力F推動(dòng)斜面上升時(shí),剛開始斜面對(duì)小球的作用力為零,彈簧變?yōu)樗胶?小球?qū)π泵嬗幸欢ǖ膲毫?故小球?qū)π泵娴膲毫σ恢痹龃?A正確;在使小球上升時(shí),小球會(huì)沿斜面向下滑動(dòng),同時(shí)彈簧的彈力減小,小球在彈簧的作用下又會(huì)略上升,故彈簧對(duì)小球會(huì)做功,B錯(cuò)誤;小球在斜面作用力的作用下向上移動(dòng)了一段距離,故斜面對(duì)小球做了功,C正確;在整個(gè)過程中,推力F與彈簧對(duì)小球做的功等于斜面與小球機(jī)械能的增加,故D錯(cuò)誤。4.如圖所示,A、B、C三個(gè)一樣的滑塊從粗糙斜面上的同一高度同時(shí)開始運(yùn)動(dòng),A由靜止釋放,B的初速度方向沿斜面向下,大小為v0,C的初速度方向沿斜面水平向左,大小也為v0。下列說法中正確的是()A.A和C將同時(shí)滑到斜面底端B.滑到斜面底端時(shí),B的機(jī)械能減少最多C.滑到斜面底端時(shí),B的動(dòng)能最大D.C的重力勢(shì)能減少最多【解題指南】解答本題時(shí)要明確以下兩點(diǎn)：(1)由于斜面粗糙,所以A和C不能同時(shí)到達(dá)底端。(2)滑塊C通過的路程最大,克服摩擦力做的功最多?！窘馕觥窟xC?；瑝KA和C通過的路程不同,在沿斜面方向的加速度大小也不相同,故A錯(cuò),三個(gè)滑塊滑到底端時(shí)重力勢(shì)能減少量相同,故D錯(cuò)?；瑝KA和B滑到底端時(shí)經(jīng)過的位移相等,克服摩擦力做功相等,而滑塊C的路程較大,機(jī)械能減少得較多,故B錯(cuò)C對(duì)。5.(多選)蹦床是一項(xiàng)好看又驚險(xiǎn)的運(yùn)動(dòng),如圖所示為運(yùn)動(dòng)員在蹦床運(yùn)動(dòng)中完成某個(gè)動(dòng)作的示意圖,圖中虛線PQ是彈性蹦床的原始位置,A為運(yùn)動(dòng)員抵達(dá)的最高點(diǎn),B為運(yùn)動(dòng)員剛抵達(dá)蹦床時(shí)的位置,C為運(yùn)動(dòng)員抵達(dá)的最低點(diǎn)。不考慮空氣阻力和運(yùn)動(dòng)員與蹦床作用時(shí)的機(jī)械能損失,在A、B、C三個(gè)位置上運(yùn)動(dòng)員的速度分別是vA、vB、vC,機(jī)械能分別是EA、EB、EC,則它們的大小關(guān)系是()A.vA<vB,vB>vC B.vA>vB,vB<vCC.EA=EB,EB>EC D.EA>EB,EB=EC【解析】選A、C。運(yùn)動(dòng)員在最高點(diǎn)A的速度為零,剛抵達(dá)B位置時(shí)的速度不為零,vA<vB,在最低點(diǎn)C的速度也為零,vB>vC,故A對(duì),B錯(cuò);以運(yùn)動(dòng)員為研究對(duì)象,B→A機(jī)械能守恒,EA=EB,B→C彈力對(duì)運(yùn)動(dòng)員做負(fù)功,機(jī)械能減小,EB>EC,故C對(duì),D錯(cuò)。6.(多選)(2014·東北師大附中模擬)如圖所示,一輕彈簧的左端固定,右端與一小球相連,小球處于光滑水平面上?，F(xiàn)對(duì)小球施加一個(gè)方向水平向右的恒力F,使小球從靜止開始運(yùn)動(dòng),則小球在向右運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中()A.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒B.小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能逐漸增大C.小球的動(dòng)能逐漸增大D.小球的動(dòng)能先增大然后減小【解析】選B、D。小球在向右運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程中,力F做正功,由功能關(guān)系知小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能逐漸增大,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;彈力一直增大,當(dāng)彈力等于F時(shí),小球的速度最大,動(dòng)能最大,當(dāng)彈力大于F時(shí),小球開始做減速運(yùn)動(dòng),速度減小,動(dòng)能減小,C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確?！炯庸逃?xùn)練】(多選)如圖所示,一質(zhì)量為m的小球固定于輕質(zhì)彈簧的一端,彈簧的另一端固定于O點(diǎn)處,將小球拉至A處,彈簧恰好無形變,由靜止釋放小球,它運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)正下方B點(diǎn)的速度為v,與A點(diǎn)的豎直高度差為h,則()A.由A至B重力做功為mghB.由A至B重力勢(shì)能減少12mvC.由A至B小球克服彈力做功為mghD.小球到達(dá)位置B時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為(mgh-12mv2【解析】選A、D。由A到B,高度減小h,重力做功mgh,重力勢(shì)能減少mgh,但因彈簧伸長,彈性勢(shì)能增加,由能量守恒得：mgh=12mv2+Ep,可得：Ep=mgh-12mv7.(多選)如圖所示,傾角θ=30°的粗糙斜面固定在地面上,長為l、質(zhì)量為m、粗細(xì)均勻、質(zhì)量分布均勻的軟繩置于斜面上,其上端與斜面頂端齊平。用細(xì)線將物塊與軟繩連接,物塊由靜止釋放后向下運(yùn)動(dòng)直到軟繩剛好全部離開斜面(此時(shí)物塊未到達(dá)地面),在此過程中()A.物塊的機(jī)械能逐漸增加B.軟繩重力勢(shì)能共減少了14mgC.物塊重力勢(shì)能的減少等于軟繩克服摩擦力所做的功D.軟繩重力勢(shì)能的減少小于其動(dòng)能的增加與克服摩擦力所做功之和【解題指南】解答本題時(shí)可按以下思路分析：(1)分析物塊和軟繩的受力及各力的做功情況。(2)確定各力做功所對(duì)應(yīng)的能量如何變化?！窘馕觥窟xB、D。因物塊所受的細(xì)線的拉力做負(fù)功,所以物塊的機(jī)械能逐漸減小,A錯(cuò)誤;軟繩重力勢(shì)能共減少mg[(-12lsinθ)-(-12l)]=14mgl,B正確;物塊和軟繩組成的系統(tǒng)受重力和摩擦力作用,由動(dòng)能定理可得：重力做功(包括物塊和軟繩)減去軟繩克服摩擦力做功等于系統(tǒng)(包括物塊和軟繩)動(dòng)能的增加,設(shè)物塊的質(zhì)量為M,即WM+Wm-Wf=ΔEkM+ΔEkm,物塊重力勢(shì)能的減少等于WM,所以C錯(cuò)誤。對(duì)軟繩有Wm-Wf+WF=ΔEkm【加固訓(xùn)練】在傾角為30°的斜面上,某人用平行于斜面的力把原靜止于斜面上的質(zhì)量為2kg的物體沿斜面向下推了2m的距離,并使物體獲得1m/s的速度,已知物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為33,g取10m/s2,則在這過程中()A.人對(duì)物體做功21JB.合外力對(duì)物體做功1JC.物體克服摩擦力做功21JD.物體重力勢(shì)能減小40J【解析】選B。根據(jù)動(dòng)能定理可知,合外力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的增加量,即W合=12mv2=12×2kg×(1m/s)2=1J,所以選項(xiàng)B正確;對(duì)物體受力分析,根據(jù)物體在垂直斜面方向上的合力為零求出物體與斜面間的正壓力N=mgcosθ,從而計(jì)算出斜面對(duì)物體沿斜面向上的滑動(dòng)摩擦力大小為f=μN(yùn)=μmgcosθ,所以物體克服摩擦力做功Wf=fs=μmgscosθ,代入數(shù)據(jù)可得Wf=20J,所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤;物體重力勢(shì)能的減小量等于重力做的功WG=mgssinθ=2kg×10m/s2×2m×12=20J,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;對(duì)物體受力分析可知,物體共受到四個(gè)力的作用,其中只有3個(gè)力對(duì)物體做功,即人對(duì)物體的推力做正功,摩擦力做負(fù)功,重力做正功,它們?nèi)齻€(gè)力做功的代數(shù)和就等于合外力做的功,所以若設(shè)人對(duì)物體做功為W人,則應(yīng)滿足W人+WG-Wf=W合8.(多選)由光滑細(xì)管組成的軌道如圖所示,其中AB段和BC段是半徑為R的四分之一圓弧,軌道固定在豎直平面內(nèi)。一質(zhì)量為m的小球,從距離水平地面高為H的管口D處靜止釋放,最后能夠從A端水平拋出落到地面上。下列說法正確的是()A.小球落到地面時(shí)相對(duì)于A點(diǎn)的水平位移值為2RB.小球落到地面時(shí)相對(duì)于A點(diǎn)的水平位移值為22C.小球能從細(xì)管A端水平拋出的條件是H>2RD.小球能從細(xì)管A端水平拋出的最小高度Hmin=52【解題指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行：(1)用動(dòng)能定理(或機(jī)械能守恒定律)求出小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的速度大小。(2)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解水平位移值。(3)能從A端水平拋出的條件是小球到達(dá)A點(diǎn)的速率大小必須大于零,若等于零的話,小球剛好靜止在管口不能拋出去?！窘馕觥窟xB、C。設(shè)小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的速度為vA,根據(jù)動(dòng)能定理,有12mvA2=mg(H-2R),得vA=2g(H-2R),小球做平拋運(yùn)動(dòng),有x=vAt,2R=12gt2,所以水平位移x=229.(2014·襄陽模擬)如圖所示,質(zhì)量為m的滑塊從斜面底端以平行于斜面的初速度v0沖上固定斜面,沿斜面上升的最大高度為h。已知斜面傾角為α,斜面與滑塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,且μ<tanα,最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,取斜面底端為零勢(shì)能面,則能表示滑塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能E、動(dòng)能Ek、勢(shì)能Ep與上升高度h之間關(guān)系的圖像是()【解析】選D。勢(shì)能先隨高度增加而變大,后隨高度減小而變小,上行與下行圖線重合為一條第一象限內(nèi)過原點(diǎn)的傾斜線段,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;機(jī)械能變化參考摩擦力做功,上行和下行過程中摩擦力隨高度變化均勻做功,機(jī)械能隨高度變化均勻減小,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;動(dòng)能變化參考合外力做功,上行過程的合外力大于下行過程的合外力,且合外力在運(yùn)動(dòng)過程中大小恒定,隨高度變化均勻做功,D選項(xiàng)正確、C選項(xiàng)錯(cuò)誤。二、計(jì)算題(本題共3小題,共46分。需寫出規(guī)范的解題步驟)10.(14分)如圖所示,靜止放在水平桌面上的紙帶,其上有一質(zhì)量為m=1.0kg的鐵塊,它與紙帶右端的距離為L=0.5m,所有接觸面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同?，F(xiàn)用水平向左的恒力,經(jīng)1s時(shí)間將紙帶從鐵塊下抽出,當(dāng)紙帶全部抽出時(shí)鐵塊恰好到達(dá)桌面邊緣且速度為v=2m/s。已知桌面高度為H=0.8m,不計(jì)紙帶重力,鐵塊可視為質(zhì)點(diǎn)。重力加速度g取10m/s2,求：(1)鐵塊拋出后落地點(diǎn)離拋出點(diǎn)的水平距離。(2)紙帶抽出過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能?！窘馕觥?1)鐵塊離開桌面后做平拋運(yùn)動(dòng),水平方向：x=vt1豎直方向：H=12g解得：x=0.8m(2)設(shè)鐵塊的加速度為a1,由牛頓第二定律得μmg=ma1紙帶抽出時(shí),鐵塊的速度v=a1t1聯(lián)立解得：μ=0.2設(shè)紙帶的位移為x2,鐵塊的位移：x1=12a1由題意知：x2-x1=L由功能關(guān)系可得系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能E=μmgx2+μmg(x2-x1)聯(lián)立解得E=4J。答案：(1)0.8m(2)4J11.(16分)如圖甲所示,一傾角為θ=37°的傳送帶以恒定速度運(yùn)行?，F(xiàn)將一質(zhì)量m=1kg的小物體拋上傳送帶,物體相對(duì)地面的速度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖乙所示,取沿傳送帶向上為正方向,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求：(1)0～8s內(nèi)物體位移的大小。(2)物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)。(3)0～8s內(nèi)物體機(jī)械能增量及因與傳送帶摩擦產(chǎn)生的熱量Q?！窘馕觥?1)從圖乙中求出物體位移x=-2×2×12m+4×4×12m+2×4m(2)由圖像知,物體相對(duì)傳送帶滑動(dòng)時(shí)的加速度a=1m/s2對(duì)此過程中物體受力分析得μmgcosθ-mgsinθ=ma得μ=0.875(3)物體被送上的高度h=xsinθ=8.4m重力勢(shì)能增量ΔEp=mgh=84J動(dòng)能增量ΔEk=12mv22-1機(jī)械能增加ΔE=ΔEp+ΔEk=90J0～8s內(nèi)只有前6s發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。0～6s內(nèi)傳送帶運(yùn)動(dòng)距離x1=4×6m=24m0～6s內(nèi)物體位移x2=6m產(chǎn)生的熱量Q=μmgcosθ·Δx=μmgcosθ(x1-x2)=126J答案：(1)14m(2)0.875(3)90J126J12.(16分)如圖所示,在豎直平面內(nèi),粗糙的斜面軌道AB的下端與光滑的圓弧軌道BCD相切于B點(diǎn),C點(diǎn)是最低點(diǎn),圓心角∠BOC=37°,D點(diǎn)與圓心O等高,圓弧軌道半徑R=1.0m,現(xiàn)在一個(gè)質(zhì)量為m=0.2kg可視為質(zhì)點(diǎn)的小物體,從D點(diǎn)的正上方E點(diǎn)處自由下落,DE距離h=1.6m,小物體與斜面AB之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5。取sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2。求：(1)小物體第一次通過C點(diǎn)時(shí)軌道對(duì)小物體的支持力FN的大小。(2)要使小物體不從斜面頂端飛出,斜面的長度LAB至少要多長。(3)若斜面已經(jīng)滿足(2)中的要求,小物體從E點(diǎn)開始下落,直至最后在光滑圓弧軌道上做周期性運(yùn)動(dòng),在此過程中系統(tǒng)因摩擦