新高考物理一輪復(fù)習(xí)重難點(diǎn)練習(xí)專(zhuān)題15 功能關(guān)系　能量守恒定律（原卷版）

專(zhuān)題15功能關(guān)系能量守恒定律1.熟練掌握幾種常見(jiàn)的功能關(guān)系，并會(huì)用于解決實(shí)際問(wèn)題.2.掌握一對(duì)摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系.3.會(huì)應(yīng)用能量守恒觀點(diǎn)解決綜合問(wèn)題．考點(diǎn)一功能關(guān)系的理解和應(yīng)用1．對(duì)功能關(guān)系的理解(1)做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，不同形式的能量發(fā)生相互轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)的．(2)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，功和能的關(guān)系，一是體現(xiàn)在不同的力做功，對(duì)應(yīng)不同形式的能轉(zhuǎn)化，具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，二是做功的多少與能量轉(zhuǎn)化的多少在數(shù)值上相等．2．常見(jiàn)的功能關(guān)系能量功能關(guān)系表達(dá)式勢(shì)能重力做功等于重力勢(shì)能減少量W＝Ep1－Ep2＝－ΔEp彈力做功等于彈性勢(shì)能減少量靜電力做功等于電勢(shì)能減少量分子力做功等于分子勢(shì)能減少量動(dòng)能合外力做功等于物體動(dòng)能變化量W＝Ek2－Ek1＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02機(jī)械能除重力和彈力之外的其他力做功等于機(jī)械能變化量W其他＝E2－E1＝ΔE摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能一對(duì)相互作用的滑動(dòng)摩擦力做功之和的絕對(duì)值等于產(chǎn)生的內(nèi)能Q＝Ff·x相對(duì)電能克服安培力做功等于電能增加量W電能＝E2－E1＝ΔE1．功的正負(fù)與能量增減的對(duì)應(yīng)關(guān)系(1)物體動(dòng)能的增加與減少要看合外力對(duì)物體做正功還是做負(fù)功．(2)勢(shì)能的增加與減少要看對(duì)應(yīng)的作用力(如重力、彈簧彈力、靜電力等)做負(fù)功還是做正功．(3)機(jī)械能的增加與減少要看重力和彈簧彈力之外的力對(duì)物體做正功還是做負(fù)功．2．摩擦力做功的特點(diǎn)(1)一對(duì)靜摩擦力所做功的代數(shù)和總等于零；(2)一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的代數(shù)和總是負(fù)值，差值為機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的部分，也就是系統(tǒng)機(jī)械能的損失量；(3)說(shuō)明：無(wú)論是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，都可以對(duì)物體做正功，也可以做負(fù)功，還可以不做功．【典例1】在奧運(yùn)比賽項(xiàng)目中，高臺(tái)跳水是我國(guó)運(yùn)動(dòng)員的強(qiáng)項(xiàng)．質(zhì)量為m的跳水運(yùn)動(dòng)員進(jìn)入水中后受到水的阻力而做減速運(yùn)動(dòng)，設(shè)水對(duì)他的阻力大小恒為F，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，那么在他減速下降高度為h的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A．他的動(dòng)能減少了FhB．他的重力勢(shì)能增加了mghC．他的機(jī)械能減少了(F－mg)hD．他的機(jī)械能減少了Fh【典例2】(多選)(2020·全國(guó)卷Ⅰ·20)一物塊在高3.0m、長(zhǎng)5.0m的斜面頂端從靜止開(kāi)始沿斜面下滑，其重力勢(shì)能和動(dòng)能隨下滑距離s的變化如圖中直線Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10m/s2.則()A．物塊下滑過(guò)程中機(jī)械能不守恒B．物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5C．物塊下滑時(shí)加速度的大小為6.0m/s2D．當(dāng)物塊下滑2.0m時(shí)機(jī)械能損失了12J【典例3】(多選)如圖所示，一個(gè)長(zhǎng)為L(zhǎng)，質(zhì)量為M的木板，靜止在光滑水平面上，一個(gè)質(zhì)量為m的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))，以水平初速度v0，從木板的左端滑向另一端，設(shè)物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，當(dāng)物塊與木板相對(duì)靜止時(shí)，物塊仍在長(zhǎng)木板上，物塊相對(duì)木板的位移為d，木板相對(duì)地面的位移為s，重力加速度為g.則在此過(guò)程中()A．摩擦力對(duì)物塊做功為－μmg(s＋d)B．摩擦力對(duì)木板做功為μmgsC．木板動(dòng)能的增量為μmgdD．由于摩擦而產(chǎn)生的熱量為μmgs考點(diǎn)二能量守恒定律的理解和應(yīng)用1．內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變．2．表達(dá)式ΔE減＝ΔE增．3．應(yīng)用能量守恒定律解題的步驟(1)首先確定初、末狀態(tài)，分清有幾種形式的能在變化，如動(dòng)能、勢(shì)能(包括重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、電勢(shì)能)、內(nèi)能等．(2)明確哪種形式的能量增加，哪種形式的能量減少，并且列出減少的能量ΔE減和增加的能量ΔE增的表達(dá)式．【典例4】（2022·浙江·高三專(zhuān)題練習(xí)）光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導(dǎo)體材料的光伏效應(yīng)將太陽(yáng)的輻射能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電系統(tǒng)。如圖所示，某居民的樓頂平臺(tái)安裝了SKIPIF1<0的太陽(yáng)能電池板，當(dāng)太陽(yáng)直射時(shí)滿載發(fā)電功率可達(dá)5.0kW，輸出電壓為380V的直流電。已知太陽(yáng)直射時(shí)地面附近單位時(shí)間單位面積內(nèi)的太陽(yáng)能為SKIPIF1<0，全年發(fā)電總量相當(dāng)于平均每天滿載發(fā)電4小時(shí)的總量，其中30%的電能供居民自家使用，其余電能并入國(guó)家電網(wǎng)。下列說(shuō)法正確的是（）A．該居民家全年用電總量約為SKIPIF1<0B．電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率約為2%C．太陽(yáng)能是一種清潔、安全、不可再生的能源D．太陽(yáng)能電池板輸出的電流可直接并入國(guó)家電網(wǎng)【典例5】（2022·遼寧·模擬預(yù)測(cè)）如圖（a）所示，一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球從地面豎直上拋，小球的動(dòng)能SKIPIF1<0隨它距離地面的高度SKIPIF1<0的變化關(guān)系如圖（b）所示，取小球在地面時(shí)的重力勢(shì)能為零，小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的空氣阻力大小恒定，重力加速度為SKIPIF1<0，則下列說(shuō)法正確的是（）A．小球的質(zhì)量為SKIPIF1<0B．小球受到空氣阻力的大小為SKIPIF1<0C．上升過(guò)程中，小球的動(dòng)能等于重力勢(shì)能時(shí)，小球距地面的高度為SKIPIF1<0D．下降過(guò)程中，小球的動(dòng)能等于重力勢(shì)能時(shí)，小球的動(dòng)能大小為SKIPIF1<0一、單選題1.（2022·上海·模擬預(yù)測(cè)）隨著能源危機(jī)的不斷加劇，我們不但要合理節(jié)約常規(guī)能源，還要大力開(kāi)發(fā)新能源，下列能源中屬于新能源的是（）A．石油 B．天然氣 C．太陽(yáng)能 D．煤炭2．（2022·浙江·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示是工業(yè)上疏浚河道的船只。其參數(shù)性能如下表所示：發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率SKIPIF1<0最大提升高度SKIPIF1<0單次開(kāi)挖泥沙最大量1.74噸最大輸送量SKIPIF1<0則該船只開(kāi)挖一次泥沙對(duì)泥沙做的功最大約為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．（2021·湖北十堰·高三期中）如圖所示，兩個(gè)皮帶輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水平傳送帶以不變的速率SKIPIF1<0運(yùn)行。將質(zhì)量為SKIPIF1<0的物體SKIPIF1<0（可視為質(zhì)點(diǎn)）輕輕放在傳送帶左端，經(jīng)時(shí)間SKIPIF1<0后，SKIPIF1<0的速度變?yōu)镾KIPIF1<0，再經(jīng)過(guò)時(shí)間SKIPIF1<0后，到達(dá)傳送帶右端，則整個(gè)過(guò)程（）A．物體SKIPIF1<0由傳送帶左端到右端的平均速度為SKIPIF1<0B．傳送帶對(duì)物體SKIPIF1<0做的功為SKIPIF1<0C．放上物塊SKIPIF1<0后，電動(dòng)機(jī)多消耗的電能為SKIPIF1<0D．傳送帶與物體間摩擦而產(chǎn)生熱量為SKIPIF1<04．（2022·浙江·高三專(zhuān)題練習(xí)）如圖所示，在名為“勇敢者”的課堂演示實(shí)驗(yàn)中，用不可伸長(zhǎng)的輕長(zhǎng)繩將一鐵球懸掛在天花板上。一同學(xué)靠墻站立，雙手拉球使其與鼻尖恰好接觸，然后由靜止釋放鐵球。若該同學(xué)保持圖示姿勢(shì)不變，則下列說(shuō)法中正確的是（）A．鐵球可能會(huì)撞擊該靜止不動(dòng)的同學(xué) B．鐵球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)處于失重狀態(tài)C．釋放瞬間鐵球的加速度水平向右 D．釋放瞬間長(zhǎng)繩拉力小于鐵球重力5．（2022·重慶·西南大學(xué)附中模擬預(yù)測(cè)）傳送裝置在物流快遞中的應(yīng)用使得分揀工作更加智能化。如圖所示，水平傳送帶在電機(jī)的帶動(dòng)下，始終以速度SKIPIF1<0沿圖示方向勻速運(yùn)動(dòng)：一質(zhì)量為m的快遞件以SKIPIF1<0的速度從左端水平滑上傳送帶，最終快遞件與傳送帶共速，則快遞件與傳送帶間由于摩擦產(chǎn)生的熱量為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<06．（2022·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，水平輕質(zhì)彈簧左端固定在豎直擋板上，右端與質(zhì)量為SKIPIF1<0的小物塊相連，彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)，物塊位于O點(diǎn)。將小物塊向右拉到P點(diǎn)后由靜止釋放。已知彈性勢(shì)能SKIPIF1<0，式中x為彈簧的形變量，若彈簧的勁度系數(shù)SKIPIF1<0，小物塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為SKIPIF1<0取SKIPIF1<0，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。以下判斷錯(cuò)誤的是（）A．SKIPIF1<0時(shí)，小物塊將停在P點(diǎn) B．SKIPIF1<0時(shí)，小物塊將停在P點(diǎn)與O點(diǎn)之間C．SKIPIF1<0時(shí)，小物塊將停在O點(diǎn) D．SKIPIF1<0時(shí)，小物塊將停在P點(diǎn)與O點(diǎn)之間7.（2022·云南·富寧縣第一中學(xué)高三開(kāi)學(xué)考試）如圖所示，一足夠長(zhǎng)的木板在光滑的水平面上以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)將質(zhì)量為m的物體豎直向下輕輕地放置在木板上的右端，已知物體m和木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，為保持木板的速度不變，從物體m放到木板上到它相對(duì)木板靜止的過(guò)程中，須對(duì)木板施一水平向右的作用力F，那么力F對(duì)木板做功的數(shù)值為（）A．SKIPIF1<0mv2 B．SKIPIF1<0mv2 C．mv2 D．2mv28．（2021·廣東茂名·高三階段練習(xí)）某同學(xué)在游樂(lè)場(chǎng)乘坐了過(guò)山車(chē)后，對(duì)過(guò)山車(chē)所涉及的物理知識(shí)產(chǎn)生了興趣，于是自己動(dòng)手制作了一個(gè)過(guò)山車(chē)軌道模型，如圖所示。他將質(zhì)量為m的小球從傾斜軌道上的某一位置由靜止釋放，小球?qū)⒀刂壍肋\(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)后進(jìn)入圓軌道。該同學(xué)通過(guò)測(cè)量得到圓軌道的半徑為R，軌道連接處都是平滑連接，當(dāng)小球的釋放點(diǎn)距軌道最低點(diǎn)的高度為3R時(shí)，小球恰能通過(guò)圓軌道的最高點(diǎn)。已知重力加速度為g，則小球從開(kāi)始釋放到通過(guò)圓軌道最高點(diǎn)的過(guò)程中損失的機(jī)械能為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．mgR9．（2021·廣東·高三階段練習(xí)）如圖所示，一根輕質(zhì)彈簧一端固定于水平墻上，另一端系一個(gè)重物?，F(xiàn)用手托著重物，使得彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài)，然后突然松開(kāi)手，重物豎直落下，不計(jì)空氣阻力，重物運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)過(guò)程中（）A．重物的機(jī)械能保持不變 B．重物的機(jī)械能減少C．重物的機(jī)械能增加 D．彈簧對(duì)物塊做功大于重力做功10．（2022·山東·高三學(xué)業(yè)考試）如圖甲所示，繃緊的水平傳送帶始終以恒定速率SKIPIF1<0運(yùn)行，初速度大小為SKIPIF1<0的小物塊從與傳送帶等高的光滑水平地面上的A處滑上傳送帶。若從小物塊滑上傳送帶開(kāi)始計(jì)時(shí)，小物塊在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的v-t圖象（以地面為參考系）如圖乙所示。已知SKIPIF1<0，物塊和傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為SKIPIF1<0，物塊的質(zhì)量為m。則（）A．SKIPIF1<0時(shí)刻，小物塊離A處的距離最大B．SKIPIF1<0時(shí)間內(nèi)，小物塊的加速度方向先向右后向左C．SKIPIF1<0時(shí)間內(nèi)，因摩擦產(chǎn)生的熱量為SKIPIF1<0D．SKIPIF1<0時(shí)間內(nèi)，物塊在傳送帶上留下的劃痕為SKIPIF1<0二、多選題11．（2022·廣西·南寧二中模擬預(yù)測(cè)）如圖甲所示，豎直放置的輕彈簧一端固定于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室的水平地面，質(zhì)量m=0.1kg的小球在輕彈簧正上方某處由靜止下落，同時(shí)受到一個(gè)豎直向上恒定的風(fēng)力。以小球開(kāi)始下落的位置為原點(diǎn)，豎直向下為x軸正方向，取地面為零勢(shì)能參考面，在小球下落的全過(guò)程中，小球重力勢(shì)能隨小球位移變化關(guān)系如圖乙中的圖線①，彈簧彈性勢(shì)能隨小球位移變化關(guān)系如圖乙中的圖線②，彈簧始終在彈性限度范圍內(nèi)，取重力加速度g=10m/s2，則下列說(shuō)法中正確的是（）A．彈簧原長(zhǎng)為0.6mB．小球釋放位置距地面的高度為0.7mC．小球在下落過(guò)程受到的風(fēng)力為0.2ND．小球剛接觸彈簧時(shí)的動(dòng)能為0.45J12．（2022·湖南·邵陽(yáng)市第二中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）如圖甲所示，傾角為θ的斜面足夠長(zhǎng)，質(zhì)量為m的物塊受沿斜面向上的拉力F作用，靜止在斜面中點(diǎn)O處，現(xiàn)改變拉力F的大?。ǚ较蚴冀K沿斜面向上），物塊由靜止開(kāi)始沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物塊的機(jī)械能E隨離開(kāi)O點(diǎn)的位移x變化關(guān)系如圖乙所示，其中O～x1過(guò)程的圖線為曲線x1～x2過(guò)程的圖線為直線，物塊與斜面間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。物塊從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到位移為x2的過(guò)程中（）A．O～x1過(guò)程物塊的加速度在不斷變大B．物塊減少的機(jī)械能等于物塊克服合力做的功C．物塊減少的機(jī)械能等于物塊克服摩擦力做的功D．物塊減少的機(jī)械能小于減少的重力勢(shì)能三、解答題13．（2022·云南昆明·一模）傳送帶是自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)中一種重要的輸送裝置。如圖所示，是一條罐頭生產(chǎn)線部分示意圖，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶始終以v=2m/s的速率運(yùn)動(dòng)，傳送帶兩端A、B間的距離L=4m。工作時(shí)，機(jī)器手臂將一瓶罐頭無(wú)初速放到A點(diǎn)，當(dāng)該罐頭剛離開(kāi)B點(diǎn)時(shí)，機(jī)器手臂將下一瓶罐頭放到A點(diǎn)，此后不斷重復(fù)此過(guò)程。已知每瓶罐頭質(zhì)量m=0.8kg，與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為SKIPIF1<0，罐頭可視為質(zhì)點(diǎn)且不發(fā)生滾動(dòng)，取重力加速度g=10m/s2。從第一瓶罐頭放到A點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)，求∶（1）1min內(nèi)能運(yùn)送多少瓶罐頭；（2）1min內(nèi)因運(yùn)送罐頭需要多消耗的電能。14.（2022·新疆喀什·高三期末）輕質(zhì)彈簧原長(zhǎng)為2L，將彈簧豎直放置在地面上，在其頂端將一質(zhì)量為5m的物體由靜止釋放，當(dāng)彈簧被壓縮到最短時(shí)，彈簧長(zhǎng)度為L(zhǎng)?，F(xiàn)將該彈簧水平放置，一端固定在A點(diǎn)，另一端與物塊P接觸但不連接。AB是長(zhǎng)度為5L的水平軌道，B端與半徑為L(zhǎng)的光滑半圓軌道BCD相切，半圓的直徑BD豎直，如圖所示。P的質(zhì)量為m，物塊P與AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)SKIPIF1<0。用外力推動(dòng)物塊P，將彈簧壓縮至長(zhǎng)度L，然后放開(kāi)，P開(kāi)始沿軌道運(yùn)動(dòng)。重力加速度大小為g。（1）彈簧長(zhǎng)度為L(zhǎng)時(shí)的彈性勢(shì)能為多少？（2）求P到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度的大?。唬?）求它離開(kāi)圓軌道后落回到AB上的位置與B點(diǎn)之間的距離。15．（2021·河北·滄縣中學(xué)高三階段練習(xí)）如圖所示，用火箭發(fā)射人造衛(wèi)星，假設(shè)最后一節(jié)火箭的燃料用完后，火箭殼體和衛(wèi)星一起以速度SKIPIF1<0，繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。知衛(wèi)星質(zhì)量SKIPIF1