届高考物理 同心圆梦专题卷专题05.docx
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届高考物理同心圆梦专题卷专题05
2012届同心圆梦专题五物理
考点范围:
功和功率;动能和动能定理;重力做功与重力势能;功能关系、机械能守恒定律及其应用
1、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。
在每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项符合题目要求,有的有多个选项符合题目要求。
全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分。
)
1.关于机械能下列说法中正确的是()
A.做匀速运动的物体,其机械能一定守恒B.做匀加速运动的物体,其机械能可能守恒
C.如果合外力对物体做功为零,物体的机械能可能增加
D.只要有摩擦力存在,机械能一定减少
2.测定运动员体能的一种装置如右图所示,运动员的质量为m1,绳栓在腰间沿水平方向跨过滑轮(不计滑轮摩擦与质量),悬挂重物m2。
人用力蹬传送带而人的重心不动,使传送带以速率v向右运动,下面四种说法正确的是()
A.人对传送带不做功
B.人对传送带做正功
C.传送带对人做负功
D.人对传送带做功的功率为m2gv
3.如右图所示,质量为m的物体在与水平方向成θ的恒力F作用下以加速度a做匀加速度直线运动,已知物体和地面间的动摩擦因数为μ,物体在地面上运动距离为x的过程中力F做功为()
A.
B.
C.
D.
4.如右图所示,物体受到水平推力F的作用在粗糙水平面上做直线运动。
监测到推力F、物体速度v随时间t变化的规律如图所示。
取g=10m/s2,则()
A.第1s内推力做功为1J
B.第2s内物体克服摩擦力做的功W=2.0J
C.第1.5s时推力F的功率为2W
D.第2s内推力F做功的平均功率
5.把动力装置分散安装在每节车厢上,使其既具有牵引动力,又可以载客,这样的客车车辆叫做动车。
而动车组是几节自带动力的车辆(动车)加几节不带动力的车辆(也叫拖车)编成一组,如右图所示,假设动车组运行过程中受到的阻力与其所受重力成正比,每节动车与拖车的质量都相等,每节动车的额定功率都相等。
若1节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为120km/h,则9节动车加3节拖车编成的动车组的最大速度为()
A.120km/h
B.240km/h
C.360km/h
D.480km/h
6.质量为l.0kg的物体以某初速度在水平面上滑行,由于摩擦阻力的作用,其动能随位移变化的情况如下图所示,则下列判断正确的是(g取10m/s2)()
A.物体与水平面间的动摩擦因数为0.20
B.物体与水平面间的动摩擦因数为0.25
C.物体滑行的总时间为5.0s
D.物体滑行的总时间为4.0s
7.在2011年5月15日进行的国际田联钻石联赛上海站中,首次尝试七步上栏的刘翔以13秒07创项目赛季最好成绩夺冠。
他采用蹲踞式起跑,在发令枪响后,右脚迅速蹬离起跑器,在向前加速的同时提升身体重心。
如下图所示,假设刘翔的质量为m,在起跑时前进的距离s内,重心升高量为h,获得的速度为v,克服阻力做功为W阻,则在此过程中()
A.刘翔的机械能增加了
B.刘翔的重力做功为
C.刘翔自身做功为
D.刘翔自身做功为
8.如右图所示,2011年5月27日在国际泳联大奖赛罗斯托克站中,中国选手彭健烽在男子3米板预赛中以431.60分的总成绩排名第一,晋级半决赛。
若彭健烽的质量为m,他入水后受到水的阻力而做减速运动,设水对他的阻力大小恒为F,在水中下降高度h的过程中,他的(g为当地重力加速度)()
A.重力势能减少了mgh
B.动能减少了Fh
C.机械能减少了(F+mg)h
D.机械能减少了Fh
9.如右图所示,固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环,圆环与一橡皮绳相连,橡皮绳的另一端固定在地面上的A点,橡皮绳竖直时处于原长h。
让圆环沿杆滑下,滑到杆的底端时速度为零。
则在圆环下滑过程中()
A.圆环机械能守恒
B.橡皮绳的弹性势能一直增大
C.橡皮绳的弹性势能增加了mgh
D.橡皮绳再次到达原长时圆环动能最大
10.如右图所示,固定在竖直面内的光滑圆环半径为R,圆环上套有质量分别为m和2m的小球A、B(均可看作质点),且小球A、B用一长为2R的轻质细杆相连,在小球B从最高点由静止开始沿圆环下滑至最低点的过程中(已知重力加速度为g),下列说法正确的是()
A.B球减少的机械能等于A球增加的机械能
B.B球减少的重力势能等于A球增加的重力势能
C.B球的最大速度为
D.B球克服细杆所做的功为
二、非选择题(本题共6小题,共60分。
要求写出必要的文字说明、方程式和演算步骤。
)
11.(8分)运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演是一种刺激性很强的运动项目。
如下图所示,运动员驾驶摩托车的在AB段加速,到B点时速度为v0=20m/s,之后以恒定功率P=1.8kw冲上曲面BCDE,经t=13s的时间到达E点时,关闭发动机后水平飞出。
已知人和车的总质量m=180kg,坡顶高度h=5m,落地点与E点的水平距离x=16m,重力加速度g=10m/s2。
求摩托车在冲上坡顶的过程中克服阻力做的功。
12.(10分)液化石油燃气汽车简称LPG汽车,该燃气汽车的CO排放量比汽油车减少90%以上,碳氢化合物排放减少70%以上,氮氧化合物排放减少35%以上,是目前较为实用的低排放汽车。
如下图所示为一辆燃气车,为检验刹车功能,进行了如下实验:
在路旁可以竖起一标志杆,车以v0=72km/h的速度匀速行驶,当车头距标志杆s=20m时,实验室工作人员向司机下达停车的指令,司机经时间t0=0.8s(即反应时间)后开始刹车,若车在标志杆前停止运动则符合安全要求,已知车与驾驶员总质量为M=1000kg,g=10m/s2。
求:
(1)刹车过程中的制动力至少多大?
(2)现把该车改装为双动力系统,在平路行驶时,只采用燃气动力驱动,发动机的额定功率为15kw,能获得的最大速度为v1=15m/s。
当车驶上路面情况相同倾角为37°足够长的斜坡时,采用电力与燃气双动力系统发动机的总功率为34kw,保持该功率不变,经过20s达到最大速度,求t=45s时车沿斜面运动的路程。
(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
13.(10分)如下图所示,水平轨道AB与位于竖直面内半径为R=0.90m的半圆形光滑轨道BCD相连,半圆形轨道的BD连线与AB垂直。
质量为m=1.0kg可看作质点的小滑块在恒定外力F=17.5N作用下从水平轨道上的A点由静止开始向右运动,物体与水平地面间的动摩擦因数μ=0.5。
到达水平轨道的末端B点时撤去外力,已知AB间的距离为x=1.8m,滑块进入圆形轨道后从D点抛出,求滑块经过圆形轨道的B点和D点时对轨道的压力是多大?
(g取10m/s2)
14.(10分)如下图所示,在水平长直的轨道上,有一长度为L的平板车在外力控制下始终保持速度v0做匀速直线运动。
某时刻将一质量为m,可视为质点的小滑块轻放到车面最右端,滑块刚好距B端
处的C点相对小车静止,设定平板车上表面各处粗糙程度相同。
求滑块和平板车摩擦产生的内能。
15.(8分)如下图所示,设AB段是距水平传送带装置高为H=1.5m的粗糙斜面,水平段BC使用水平传送带装置,BC长L=5m,与货物间的摩擦因数为μ=0.4,皮带轮的半径为R=0.2m,转动的角速度为ω=15rad/s。
设质量为m=1kg的小物块由静止开始从A点下滑,经过B点的拐角处无机械能损失,从B点运动到C点所用时间是1.5s,且知货物从B点开始做匀减速运动,到达C点前已相对传送带静止,试求货物在斜面上运动时克服摩擦力所做的功。
(g取10m/s2)
16.(14分)如下图所示,让摆球从图中的C位置由静止开始摆下,摆到最低点D处,摆线刚好被拉断,小球在粗糙的水平面上由D点向左做匀减速运动,到达小A孔进入半径R=0.3m的竖直放置的光滑圆弧轨道,当摆球进入圆轨道立即关闭A孔。
已知摆线长L=2m,
,小球质量为m=0.5kg,D点与小孔A的水平距离s=2m,g取10m/s2。
试求:
(1)求摆线能承受的最大拉力为多大?
(2)要使摆球能进入圆轨道并且不脱离轨道,求粗糙水平面摩擦因数μ的范围。
2012届同心圆梦专题卷物理专题五答案与解析
1.【命题立意】本题以运动、力、做功等情景来考查机械能守恒及其变化。
【思路点拨】
(1)机械能是否守恒应从守恒的条件去分析判断。
(2)否定判断可用举例法。
【答案】BC【解析】物体在竖直方向向上做匀速运动时,其机械能是增加的,选项A错误、选项C正确;做匀加速运动的物体,其机械能可能守恒,如自由落体运动,选项B正确;摩擦力可以做正功、可以做负功、也可以不做功,选项D错误。
2.【命题立意】本题考查功的基本概念与功率。
【思路点拨】功的正负取决于力与位移(速度)的夹角,功率P=Fv求解。
【答案】BD【解析】传送带在人的摩擦力的作用下向右运动,摩擦力与速度方向相同,所以人以传送带做正功,选项A错误、B正确;由于人处于静止状态,在传送带给人的摩擦力的方向无位移,故传送带对人不做功,C选项错误;人处于静止状态故有:
f=m2g,由牛顿第三运动定律可得:
f'=f=m2g,故人对传送带做功的功率为:
P=f'v=m2gv,D选项正确。
3.【命题立意】本题以匀加速运动的情景,考查力所做的功。
【思路点拨】
(1)应用牛顿第二定律求得力F;
(2)根据功的定义式求力F所做的功。
【答案】B【解析】以物体为研究对象,竖直方向有
,水平方向有
,联立解得
,在此过程中F做功
,故正确选项为B。
4.【命题立意】本题以图象为切入点考查功与功率。
【思路点拨】
(1)由v-t图象寻找位移与速度;
(2)结合功与功率的表达式求解。
【答案】B【解析】第1s内物体保持静止状态,在推力方向没有位移产生故做功为0,A选项错误;由图象可知第3s内物体做匀速运动,F=2N,故F=f=2N,由v-t图象知第2s内物体的位移x=
×1×2m=1m,第2s内物体克服摩擦力做的功Wf=fx=2.0J,故B选项正确;第1.5s时物体的速度为1m/s,故推力的功率为3W,C选项错误;第2s内推力F=3N,推力F做功WF=Fx=3.0J,故第2s内推力F做功的平均功率
=WF/t=3W,故D选项错误。
5.【命题立意】本题以动车组为情景考查机车的功率问题。
【思路点拨】
(1)动车与拖车的质量都相等,且受到的阻力与其所受重力成正比;
(2)速度最大时,牵引力等于阻力;(3)应用功率公式
求解。
【答案】C【解析】由
和
,解得
,故正确选项为C。
6.【命题立意】本题以图象为情景,综合考查动能、动能定理、牛顿运动定律及运动学公式等。
【思路点拨】
(1)由图象获得动能、动能变化及位移相关信息;
(2)由动能定理求得动摩擦因数;(3)由动能定义式、牛顿第二定律及运动学公式求得时间。
【答案】AC【解析】由动能定理
,解得μ=0.20,选项A正确、选项B错误;由
,
μmg=ma,0=v0-at,联立解得t=5.0s,选项C正确、选项D错误。
7.【命题立意】本题以最新的刘翔跨栏夺冠为情景,考查机械能及动能定理等。
【思路点拨】
(1)刘翔的动能和重力势能均增加;
(2)本题重力做负功;(3)由动能定理求出刘翔所做的功。
【答案】D【解析】刘翔的机械能增加量为
,选项A错误;刘翔的重力做功为
,选项B错误;由动能定理
,得
,选项C错误、选项D正确。
8.【命题立意】本题以彭健烽跳水为情景,综合考查动能定理、重力做功与重力势能改变及功能关系等。
【思路点拨】
(1)重力做正功,重力势能减少,减少的重力势能等于重力所做的功;
(2)动能变化从动能定理的角度去考虑;(3)机械能的变化对应力F所做的功。
【答案】AD【解析】重力mg做正功,力F做负功。
由重力做功与重力势能改变的关系知选项A正确;由动能定理知动能改变对应外力所做的总功,选项B错误;由功能关系,机械能的改变量在数值上等于力F做的功,选项C错误、选项D正确。
9.【命题立意】本题通过斜面及橡皮绳情景,考查动能、弹性势能、系统机械能守恒等。
【思路点拨】
(1)圆环与橡皮绳构成的系统机械能守恒,圆环机械能不守恒。
(2)橡皮绳只有在伸长状态下才有弹性势能。
(3)橡皮绳再次到达原长时,合外力仍沿杆向下。
【答案】C【解析】圆环与橡皮绳构成的系统机械能守恒,圆环的机械能先不变后减小,橡皮绳的弹性势能先不变后增加,选项AB错误、选项C正确;橡皮绳再次到达原长时,合外力仍沿杆向下,圆环仍加速向下运动,选项D错误。
10.【命题立意】本题以竖直平面内的圆周运动为情景,考查动能定理和机械能守恒定律的应用。
【思路点拨】
(1)小球A、B组成的系统机械能守恒,但每一个小球机械能均不守恒;
(2)对两小球应用机械能守恒定律,对B球应用动能定理。
【答案】ACD【解析】小球A、B组成的系统机械能守恒,选项A正确;由于A、B两小球质量不同,选项B错误;当B球到达最低点时,两小球速度最大,由系统机械能守恒
,得最大速度为
,选项C正确;以B球为研究对象,由动能定理得:
,解得
,选项D正确。
11.【命题立意】本题以运动员驾驶摩托车做腾跃特技表演为情景,综合考查动能定理和平抛运动规律的应用。
【思路点拨】
(1)摩托车从B到E为复杂的曲线运动,应用动能定理;
(2)摩托车离开E点后做平抛运动。
【答案】27360J
【解析】对摩托车的平抛运动过程,有
(2分)
(2分)
摩托车在斜坡上运动时,由动能定理得
(2分)
联立解得
(2分)
12.【命题立意】本题以环保汽车“燃气车”为情景,综合考查瞬时功率的计算和机车起动模型。
【思路点拨】
(1)瞬时功率的计算P=Fv;
(2)机车恒功率起动用动能定理分析;(3)当牵引力等于阻力(F=f)时,机车速度最大,即:
。
【答案】
(1)5×104N
(2)370.2m
【解析】
(1)在反应时间内驾驶员匀速运动的距离为:
s0=v0t0=16m(1分)
若车在标志杆前停止运动,由运动学公式可得:
≤s-s0(1分)
可求得:
a≥50m/s2(1分)
由牛顿第二运动定律可得:
F制=ma≥5×104N(1分)
(2)在平路行驶时获得的最大速度时,汽车匀速运动由:
(1分)
当汽车保持总功率不变,在斜坡上运动,达到最大速度时由:
(μMgcosθ+Mgsinθ)v2=P总(1分)
可求得:
v2=5m/s(1分)
由动能定理可得:
(2分)
解得:
s=370.2m(1分)
13.【命题立意】本题以水平面上的匀加速度运动和竖直平面的圆周运动模型,综合考查动能定理及牛顿运动定律的应用。
【思路点拨】
(1)水平面的匀加速度运动应用动能定理比较简洁;
(2)竖直平面内的圆周运动应用动能定理和牛顿运动定律。
【答案】60N0
【解析】由动能定理,得
(2分)
在B点有
(2分)
联系解得FN=60N
由牛顿第三定律知,滑块在B点对轨道的压力大小为60N(1分)
滑块由B点到D点过程由动能定理,得
(2分)
在D点有
(2分)
联立解得FN2=0
由牛顿第三定律知滑块在D点对轨道的压力大小为0(1分)
14.【命题立意】本题为多研究对象,主要考查相对运动及摩擦生热。
【思路点拨】
(1)对于多研究对象,每一研究对象的运动规律分别分析;
(2)对于发生相对运动的两物体,要注意二者之间位移关系、速度关系等;(3)一对滑动摩擦力产生的热量为
。
【答案】
【解析】设小滑块受平板车的滑动摩擦力大小为f,经时间t后与平板车相对静止,则
(2分)
v0=at(2分)
f=ma(2分)
(2分)联立解得
(2分)
15.【命题立意】本题以常见的传送带为情景,综合考查运动学公式、牛顿运动定律和动能定理等的应用。
【思路点拨】
(1)货物在传送带上的运动分匀减速和匀速两个阶段;
(2)货物在斜面上的运动用动能定理比较简单。
【答案】2.5J
【解析】水平传送带的速度为v0=Rω=3m/s(1分)
由牛顿第二定律,得μmg=ma(1分)
又v0=vB-at1(1分)
(1分)
L-L1=v0t2(1分)
t1+t2=t(1分)
由动能定理,得
(1分)
联立解得Wf=2.5J(1分)
16.【命题立意】该题精心设计运动过程,综合考查小球下摆过程中的机械能守恒、水平面上动能定理和圆周运动及其临界问题。
【思路点拨】
(1)小球下摆过程中机械能守恒;
(2)小球在竖直位置时按圆周运动处理;(3)水平面上匀减速过程中的动能定理;(4)小球在圆形轨道中不脱离轨道有两种情况。
【答案】
(1)10N
(2)0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125
【解析】
(1)当摆球由C到D运动机械能守恒:
(2分)
由牛顿第二定律可得:
(1分)
可得:
Fm=2mg=10N(1分)
(2)小球不脱圆轨道分两种情况:
①要保证小球能达到A孔,设小球到达A孔的速度恰好为零,
由动能定理可得:
(1分)
可得:
μ1=0.5(1分)
若进入A孔的速度较小,那么将会在圆心以下做等幅摆动,不脱离轨道。
其临界情况为到达圆心等高处速度为零,由机械能守恒可得:
(1分)
由动能定理可得:
(2分)
可求得:
μ2=0.35(1分)
②若小球能过圆轨道的最高点则不会脱离轨道,在圆周的最高点由牛顿第二定律可得:
(1分)
由动能定理可得:
(2分)
解得:
μ3=0.125(1分)
综上所以摩擦因数μ的范围为:
0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125(1分)