突破练5 功能关系和能量守恒-【优化探究】2025年高考物理二轮专题复习配套PPT课件（广东专版）

第一部分　热点突破练 突破练5　功能关系和能量守恒 1.(2024·贵州毕节一模)如图,一轻质弹簧置于固定光滑斜面上,下端与固定在斜面底端的挡板连接,弹簧处于原长时上端位于A点。一物块由斜面上A点上方某位置释放,将弹簧压缩至最低点B(弹簧在弹性限度内),则物块由A点运动至B点的过程中,弹簧弹性势能的(　　) A.增加量等于物块动能的减少量 B.增加量等于物块重力势能的减少量 C.增加量等于物块机械能的减少量 D.最大值等于物块动能的最大值 2 3 4 5 6 1 C 解析:设物块在A点时的动能为Ek,斜面的倾角为θ,物块由A点运动至B点的过程中,对物块由能量守恒有Ek+mgLABsin θ=Ep,可知,物块由A点运动至B点的过程中,物块的机械能转化成了弹簧的弹性势能,因此可知,弹簧弹性势能增加量大于物块动能的减少量,同样大于物块重力势能的减少量,而等于物块机械能的减少量,故A、B错误,C正确;显然,物块由A点运动至B点的过程中,弹簧弹性势能最大时即弹簧被压缩至最短时,而物块动能最大时,弹簧的弹力等于物块重力沿斜面向下的分力,即此时弹簧已被压缩,具有了一定的弹性势能,而此后物块还要继续向下运动,直至速度减为零,弹簧被 压缩至最短,因此弹簧弹性势能的最大值大于物块动能 的最大值,而等于物块机械能的减少量,故D错误。 2 3 4 5 6 1 2.(多选)(2024·广东大湾区高三联合模拟)如图所示为高空滑索运动,游客利用轻绳通过轻质滑环悬吊着沿倾斜滑索下滑。假设某段下滑过程中游客、滑环和轻绳为整体匀速下滑,速度为v,整体重力为G,不计空气阻力,在这段下滑过程中下列说法正确的是(　　) A.整体的机械能守恒 B.轻绳保持竖直 C.整体重力势能的减少量等于系统摩擦产生的热量 D.重力的功率为Gv 2 3 4 5 6 1 BC 解析:下滑过程中游客、滑环和轻绳为整体匀速下滑,整体的重力势能减少、动能不变,所以机械能减少,机械能不守恒,故A错误;以游客为研究对象,受到重力和轻绳的拉力,整体匀速下滑,则拉力和重力平衡,则轻绳始终保持竖直,故B正确;由功能关系可知,整体重力势能的减少量与系统摩擦产生的热量相等,故C正确;重力的功率为重力乘以沿重力方向的速度,小于Gv,故D错误。 2 3 4 5 6 1 3.(多选)(2024·河南郑州三模)如图所示,足够长的水平传送带以恒定速率v1=2 m/s向右运动,一质量为m=1 kg的滑块从传送带右端以水平向左的速率v2=4 m/s滑上传送带,经过时间t=9 s,最终滑块又返回至传送带的右端。在滑块整个运动过程中(　　) A.滑块距传送带右端的最大距离为8 m B.传送带对滑块做功为零 C.传送带与滑块间的动摩擦因数为0.2 D.传送带与滑块因摩擦产生的热量为18 J 2 3 4 5 6 1 AD 解析:根据题意可知,滑块先向右匀减速到0,再向左匀加速到与传送带共速,之后和传送带一起匀速到最右端,设匀速的时间为t1,传送带与滑块间的动摩擦因数为μ,则有μmg=ma,规定向右为正方向,则有v1=v2+a(t-t1),(t-t1)+v1t1=0,联立解得t1=3 s,a=1 m/s2,μ=0.1,故C错误;滑块向左匀减速到0时,滑块距传送带右端的距离最大,则最大距离为x1==8 m,故A正确;设传送带对滑块做功为W,由动能定理有W=m-m,代入数据解得W=-6 J,故B错误;传送带与滑块的相对位移为Δx=|(t-t1)|+v1(t-t1)=18 m,传送带 与滑块因摩擦产生的热量为Q=μmgΔx=18 J,故D正确。 2 3 4 5 6 1 4.(2024·四川成都高三上期中)如图所示,固定在竖直平面内半径R=0.5 m的四分之一光滑圆弧轨道与水平面相切于B点,轨道左侧紧靠一个等高的倾角为30°的光滑斜面,在二者最高结合点A处装有一个光滑的轻质小滑轮。平行于斜面的轻绳两端分别连有质量m1=2 kg的小球P和质量m2=1 kg的小物块Q,小球P在外力的作用下处于轨道最高点A处紧靠小滑轮,小物块Q紧靠斜面最底端的固定挡板放置,细绳恰好伸直且无张力,整个系统处于静止状态。现撤去作用于小球P上的外力,当小球P运动到圆弧轨道的最低点B处时,小物块Q未与滑轮发生碰撞,重力加速度g取10 m/s2, 以下说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 1 A.小球P运动到圆弧轨道的最低点B处时的动能大小为2(4-)J B.小球P运动到圆弧轨道的最低点B处时的动能大小为4(2-)J C.小球P从A点运动到B点的过程中,绳子对小球P做的功为2(+1)J D.小球P从A点与运动到B点的过程中,绳子对小球P做的功为2(2+1)J 答案:A 2 3 4 5 6 1 解析:小球P从A运动到B的过程中,对P、Q系统由机械能守恒定律得m1gR-m2g·Rsin 30°=m1+m2,根据题意有v2=v1cos 45°,联立解得小球P运动到圆弧轨道的最低点B处时的动能大小为Ek=m1=2(4-)J,故A正确,B错误;对小球P根据动能定理得m1gR+W=Ek,解得W=-2(+1)J,小球P从A点与运动到B点的过程中,绳子对小球P做的功为-2(+1)J,故C、D错误。 2 3 4 5 6 1 5.如图所示,由电动机带动的水平传送带以速度v=2.0 m/s顺时针匀速运行,A端上方靠近传送带的料斗中装有煤,打开阀门,煤以流量Q=50 kg/s落到传送带上,煤与传送带达到共同速度后被运至B端。在运送煤的过程中,下列说法正确的是(　　) A.电动机增加的功率为100 W B.电动机增加的功率为300 W C.在1 min内因煤与传送带摩擦产生的热量为6.0×103 J D.在1 min内因煤与传送带摩擦产生的热量为1.2×104 J 2 3 4 5 6 1 C 解析:设足够小的时间Δt内落到传送带上的煤的质 量为Δm,则有Δm=QΔt,这部分煤由于摩擦力f的作 用被传送带加速,由功能关系得fx=Δmv2,煤块在摩擦力作用下做初速度为零的匀加速直线运动,则有x=t,传送带的位移为x传=vt,相对位移为Δx=x传-x=vt-t=x,可知煤的位移与煤和传送带的相对位移相同,因此摩擦产生的热量为Q热=fΔx=fx=Δmv2,根据能量守恒可知,Δt时间内电动机应增加的能量为ΔE=Q热+Δmv2=Δmv2,电动机增加的功率为ΔP=,联 2 3 4 5 6 1 立可得ΔP=Qv2=200 W,故A、B错误;由以上分析可知,单位时间内产生的热量为Q热0==v2,因此一分钟产生的热量为Q总=Q热0t0=v2t0=6.0×103 J,故C正确,D错误。 2 3 4 5 6 1 6.(多选)(2024·广东惠州一模)如图,自由式滑雪U形池半圆部分的半径为R,质量为m的运动员(可视为质点)从距池边高为h1处自由下落,由左侧上边缘A点进入池中,到达最低点C的速度大小为v,从右侧B点飞出后上升的最大高度为h2,重力加速度为g,下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 1 A.此过程中,运动员克服摩擦力和空气阻力所做的功为mg(h1-h2) B.运动员第一次滑到C点时,对轨道的压力大小为mg+m C.运动员第一次滑到C点时,重力的瞬时功率为mgv D.若h1=2h2,则运动员又恰好能从右侧返回轨道左侧边缘A点 答案:AB 2 3 4 5 6 1 解析:此过程中,由动能定理得mg(h1-h2)-W=0-0,运动员克服摩擦力和空气阻力所做的功为W=mg(h1-h2),A正确;运动员第一次滑到C点时,由牛顿第二定律有F-mg=m,由牛顿第三定律,得运动员对轨道的压力大小为F'=F=mg+m,B正确;运动员第一次滑到C点时,重力的瞬时功率为P=mgvcos 90°=0,C错误;若h1=2h2,设运动员又恰好能从右侧返回轨道左侧边缘A点,则mgh1-W'=0-0,可得全程克服摩擦力和空气阻力所做的功为W'=mgh1=2W,而实际由于存在摩擦力和空气阻力,返回过程中,同位置速度将变小,摩擦 力变小,所以W'<2W,即运动员回到A点时速度不为零, D错误。 2 3 4 5 6 1 $$