5.4 能量守恒定律和功能关系 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

5.4能量守恒定律和功能关系专项训练 2027届高考物理一轮复习 一、单选题 1．如图，质量为m的物体静止在地面上，物体上端连着一个轻弹簧。当拉住弹簧上端缓缓上移高度H时，物体上升高度h，此过程拉力F做功为。则（    ） A．重力做功，重力势能增加 B．弹力做功，弹性势能增加 C．重力势能增加mgh，弹性势能增加FH D．重力势能增加mgh，弹性势能增加 2．如图所示，一个长为L，质量为M的木板，静止在光滑水平面上，一个质量为m的物块（可视为质点），以水平初速度，从木板的左端滑向另一端，设物块与木板间的动摩擦因数为，当物块与木板相对静止时，物块仍在长木板上，物块相对木板的位移为d，木板相对地面的位移为s，重力加速度为g。则在此过程中（　　） A．摩擦力对物块做功为 B．摩擦力对木板做功为 C．木板动能的增量为 D．由于摩擦而产生的热量为 3．如图所示，一固定斜面倾角为，一质量为m的小物块自斜面底端以一定的初速度沿斜面向上做匀减速运动，加速度大小等于重力加速度的大小g。物块上升的最大高度为，则此过程中，物块的（　　） A．重力势能增加2mgH B．动能损失了mgH C．机械能损失了mgH D．摩擦生热 4．从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和。取地面为重力势能零点，该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。由图中数据可得（ ） A．物体的质量为4 kg B．h=0时，物体的速率为20 m/s C．h=2 m时，物体的动能Ek=40 J D．从地面至h=4 m，物体的动能减少100 J 5．一辆电动小车上的光伏电池，将太阳能转换成的电能全部给电动机供电，刚好维持小车以速度v匀速运动，此时电动机的效率为。已知小车的质量为m，运动过程中受到的阻力（k为常量），该光伏电池的光电转换效率为，则光伏电池单位时间内获得的太阳能为（　　） A． B． C． D． 6．如图所示，质量为m的滑块（视为质点）与水平面上MN段的动摩擦因数为，与其余部分的动摩擦因数为，且。第一次，滑块从I位置以速度向右滑动，通过MN段后停在水平面上的某一位置，整个运动过程中，滑块的位移大小为，所用时间为；第二次，滑块从Ⅱ位置以相同速度向右滑动，通过MN段后停在水平面上的另一位置，整个运动过程中，滑块的位移大小为，所用时间为。忽略空气阻力，则（　　） A． B． C． D． 7．如图甲所示，一个可视为质点的小球从地面竖直上抛，小球的动能随它距离地面的高度h的变化关系如图乙所示，取小球在地面时的重力势能为零，小球运动过程中受到的空气阻力大小恒定，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A．小球的质量为 B．小球受到空气阻力的大小为 C．上升过程中，小球的动能等于重力势能时，小球距地面的高度为 D．下降过程中，小球的动能等于重力势能时，小球的动能大小为 二、多选题 8．如图所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab与水平面的夹角为60°，光滑斜面bc与水平面的夹角为30°，顶角b处安装一定滑轮。质量分别为M、m（M>m）的两滑块A和B，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行。两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动，A、B不会与定滑轮碰撞。若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中（　　） A．轻绳对滑轮作用力的方向竖直向下 B．拉力和重力对M做功之和大于M动能的增加量 C．拉力对M做的功等于M机械能的增加量 D．两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功 9．如图甲所示，小物块（可以看成质点）以一定的初速度从倾角为的斜面底端A点沿斜面向上运动。选择地面为参考平面，上滑过程中，物块的机械能E随物块离A点距离s的变化关系如图乙所示。小物块上滑时离A最远距离为，重力加速度大小g取，则（　　） A．物体的质量 B．物体与斜面间的动摩擦因数 C．物体上滑过程中的加速度大小 D．物体回到斜面底端时的速度为 10．轻质弹簧原长为L，现将该弹簧水平放置，一端固定在A点，另一端与物块P接触但不连接。AB是长度为3L的水平轨道，B端与半径为的光滑半圆轨道BCD相切，半圆的直径BD竖直，如图所示。物块P与AB间的动摩擦因数μ=0.2。用外力推动物块P，将弹簧压缩至长度，使其具有2mgL的弹性势能然后静止释放，P开始沿轨道运动。重力加速度大小为g。则下列说法正确的是（　　） A．P与弹簧相互作用的过程中，P与弹簧组成的系统机械能守恒 B．若P的质量为m，则P到达B点时速度的大小为 C．若P的质量为m，它能沿圆弧轨道到达D点 D．若P能滑上圆轨道，但仍能沿圆轨道滑下，则P的质量的取值范围mM<4m 三、实验题 11．某同学采用如图甲所示的装置验证机械能守恒定律。图乙为实验得到的一条点迹清晰的纸带，将第一个点标记为0，之后的点依次标记为1、2、3……，测得部分数据如图乙所示。已知当地重力加速度为，交流电频率为，图中数据、、、、、均为已知量。 (1)该实验________（选填“需要”或“不需要”）测量重物的质量。 (2)打下点“8”至点“18”过程中，若重物机械能守恒，则应满足的关系式为_______（用题中字母表示）。 (3)某次实验，重物重力势能的减少量为，动能的增加量为，由于存在阻力（设阻力大小恒定），会略大于，若相对误差小于，则可认为验证成功。该同学实验操作正确，利用纸带求得重物下落的加速度为，若_____，则可认为验证成功。 12．某学习小组用如图所示的装置验证动能定理，实验步骤如下： （1）右侧带定滑轮的长木板水平放置，质量为的小车（含遮光条）与砂桶用跨过定滑轮的细线相连，调节定滑轮的高度使定滑轮与小车间的细线与长木板平行； （2）向砂桶中加入适量细砂，直到轻推小车后，小车上的遮光条通过光电门A、B时的遮光时间相等，用天平称出此时细砂及砂桶的总质量为； （3）将小车放回原位置，再向砂桶中加入适量的细砂，释放后小车加速向右运动，小车上的遮光条通过光电门A、B的遮光时间分别为、，用天平称出此时细砂及砂桶的总质量为； （4）测出两光电门间的距离及小车上遮光条的宽度，重力加速度为，则小车上的遮光条通过光电门A、B的过程中，小车、细砂及砂桶组成系统的动能增加量可表示为_____，合外力对系统所做的总功可表示为_____；（均用题中已知量及测量物理量字母表示） （5）多次重复实验，在误差允许的范围内，若，则动能定理得以验证。 四、解答题 13．某工厂利用传送带连续传送货物，如图所示，每个货物可视为质点、质量均为，初速度为零，经由水平顺时针转动的传送带从最左端A送到最右端B。已知传送带速度大小恒为，传送带AB间长度，每个货物与传送带间的动摩擦因数均为0.4，货物到B时立即脱离传送带，每隔0.1s就有一个货物被放上传送带，不计空气阻力，g取。求： (1)传送一个货物从A到B所用的时间 (2)待传送带稳定工作后，传送带因传送货物多消耗的电功率 14．哈尔滨冰雪大世界的冰块采集自松花江，步骤为开锯、切分、打捞、运送。图甲是某次运送冰块的示意图，水平冰面AB段由于清理了积雪可视为光滑冰面、BC段动摩擦因数。长方体冰块长，质量均匀分布且总质量为开始时，静止在AB段内，现给冰块一个水平向右的初速度使冰块向着BC运动，重力加速度。求： (1)冰块中点到达B点时，冰块的加速度大小a； (2)冰块静止时，冰块右端与B点的距离d； (3)如图乙，在冰块静止后，质量为，可视为质点的与冰块动摩擦因数的破冰工具，以的速度从冰块左端水平向右滑上冰块，求整个运动过程冰块与地面摩擦产热Q。 15．如图所示，粗糙水平面与竖直面内的粗糙半圆形导轨在B点相切，导轨半径为。一质量为的物体（可视为质点）将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一速度后脱离弹簧，之后沿半圆形导轨恰好运动至最高点C。已知物块与水平面间的动摩擦因数，AB之间的距离为，物块沿半圆形导轨由B运动至C过程中损失的机械能为，重力加速度取。不计空气阻力影响。求： (1)物体在C点的速度的大小； (2)物块刚进入圆轨道B点时所受到的支持力大小； (3)弹簧最初压缩时储存的弹性势能。 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D B C D A A C BD AD BD 11．(1)不需要 (2) (3)0.95 12． 13．(1)1.5s (2)160W 【详解】（1）货物在传送带上的加速度大小为 a＝μg＝0.4×10m/s2＝4m/s2 货物达到与传送带相同速度时，所用时间为 货物达到与传送带相同速度时的位移为 ＜L＝4m 则货物到达B端前已经与传送带共速，共速后，与传送带一起匀速运动，则匀速运动的时间为 所以传送一个货物从A到B所用的时间为 （2）传送一个货物从A到B的过程货物相对传送带的位移为 传送一个货物消耗的电能为 其中 解得 待传送带稳定工作后，传送带因传送货物多消耗的电功率为 14．(1) (2)1.25m (3)37.5J 【详解】（1）根据牛顿第二定律 由 解得 （2）设冰块进入段长度为时，冰块所受摩擦力 由式子可知此阶段摩擦力正比于冰块进入段的长度，则此阶段克服摩擦力做功 根据能量守恒定律 由，解得 （3）对冰块 工具到达最右端恰好共速 位移关系 解得 对冰块 共速后，工具和冰块相对静止一起减速，加速度为，有 冰块减速位移 解得 冰块与地面摩擦产热 15．(1) (2) (3) 【详解】（1）物体恰好运动至半圆形导轨最高点，此时重力提供圆周运动的向心力，由向心力公式 代入， 解得 （2）设在B点的速度大小为，从B点到C点过程中由能量守恒定律 解得 根据牛顿第二定律 得 得 （3）物块从A到B的过程中，根据功能关系 解得弹簧最初压缩时储存的弹性势能 学科网（北京）股份有限公司 $