专题分类高三物理一轮复习练习卷功能关系与能量守恒.docx

1、专题分类高三物理一轮复习练习卷功能关系与能量守恒功能关系与能量守恒题型一与摩擦生热相关的两个物理模型滑块滑板模型中能量的转化问题【例1】.(多选)如图所示，长木板A放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度v0冲上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中，下述说法中正确的是()A物体B动能的减少量等于系统损失的机械能B物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量C物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和D摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量【变式1】(2019河北定州中学模拟)如图所示，质量为M的木块静止在光滑

2、的水平面上，质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块并最终留在木块中与木块一起以速度v运动已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离L，子弹进入木块的深度为L，木块对子弹的阻力为F(F 视为恒力)，则下列判断正确的是 ()A子弹和木块组成的系统机械能不守恒 B子弹克服阻力所做的功为FLC系统产生的热量为F(LL) D子弹对木块做的功为Mv2【变式2】如图所示，木块A放在木块B的左端上方，用水平恒力F将A拉到B的右端，第一次将B固定在地面上，F做功W1，生热Q1；第二次让B在光滑水平面上可自由滑动，F做功W2，生热Q2.则下列关系中正确的是()AW1W2，Q1Q2 BW1W2，Q1Q2 CW1W2

3、，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2传送带模型中能量的转化问题【例2】.(2019福建八县联考)如图所示，足够长的传送带以恒定速率顺时针运行，将一个物体轻轻放在传送带底端，第一阶段物体被加速到与传送带具有相同的速度，第二阶段与传送带相对静止，匀速运动到达传送带顶端下列说法正确的是()A第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体不做功B第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加C第一阶段物体和传送带间的摩擦生热等于第一阶段物体机械能的增加D物体从底端到顶端全过程机械能的增加等于全过程物体与传送带间的摩擦生热【例2】(2019山西大学附属中学模拟)如图甲所示，一倾角为37的传送带以恒定

4、速度运行现将一质量m1 kg的物体抛上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，取沿传送带向上为正方向，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.则下列说法正确的是()A08 s内物体位移的大小是18 m B08 s内物体机械能增量是90 JC08 s内物体机械能增量是84 J D08 s内物体与传送带因摩擦产生的热量是126 J【变式2】(2019泉州模拟)如图所示为地铁站用于安全检查的装置，主要由水平传送带和X光透视系统两部分组成，传送过程传送带速度不变假设乘客把物品轻放在传送带上之后，物品总会先、后经历两个阶段的运动，用v表示传送带速率，用表示物品与传送带间

5、的动摩擦因数，则()A前阶段，物品可能向传送方向的相反方向运动B后阶段，物品受到摩擦力的方向跟传送方向相同Cv相同时，不同的等质量物品与传送带摩擦产生的热量相同D相同时，v增大为原来的2倍，前阶段物品的位移也增大为原来的2倍题型二 对功能关系的理解和应用【例3】(2018高考全国卷)如图，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R; bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点一质量为m的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动重力加速度大小为g.小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为()A2mgR B4mgR C5mgR D6mgR【变式

6、1】起跳摸高是学生经常进行的一项体育活动一质量为m的同学弯曲两腿向下蹲，然后用力蹬地起跳，从该同学用力蹬地到刚离开地面的起跳过程中，他的重心上升了h，离地时他的速度大小为v.下列说法正确的是()A起跳过程中该同学机械能增加了mgh B起跳过程中该同学机械能增量为mghmv2C地面的支持力对该同学做的功为mghmv2 D该同学所受的合外力对其做的功为mv2mgh【变式2】轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m0.5 kg的物块相连，如图甲所示，弹簧处于原长状态，物块静止，物块与水平面间的动摩擦因数0.2.以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴，现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化

7、的情况如图乙所示，物块运动至x0.4 m处时速度为零，则此时弹簧的弹性势能为g取10 m/s()A3.1 J B3.5 J C1.8 J D2.0 J题型三能量守恒定律的应用【例4】如图所示，一物体质量m2 kg，在倾角37的斜面上的A点以初速度v03 m/s下滑，A点距弹簧上端B的距离AB4 m当物体到达B点后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC0.2 m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到的最高位置为D点，D点距A点的距离AD3 m挡板及弹簧质量不计，g取10 m/s2，sin 370.6，求：(1)物体与斜面间的动摩擦因数；(2)弹簧的最大弹性势能Epm.【变式】如图所示，光滑水平面AB与竖直面内

8、的半圆形导轨在B点相切，半圆形导轨的半径为R.一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧，当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍，之后向上运动恰能到达最高点C.不计空气阻力，试求：(1)物体在A点时弹簧的弹性势能；(2)物体从B点运动至C点的过程中产生的内能题型四 功能原理的综合应用功能原理处理斜面问题【例5】(2019河南林州一中高三质量监测)如图所示，倾角为30的斜面上，质量为m的物块在恒定拉力作用下沿斜面以加速度a(g为重力加速度)向上加速运动距离x的过程中，下列说法正确的是()A重力势能增加mgx B动能增加 C机械能增加

9、mgx D拉力做功为【变式1】(2019江西十校模拟)将三个木板1、2、3固定在墙角，木板与墙壁和地面构成了三个不同的三角形，如图所示，其中1与2底边相同，2和3高度相同现将一个可以视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放，并沿斜面下滑到底端，物块与木板之间的动摩擦因数均相同在这三个过程中，下列说法不正确的是()A沿着1和2下滑到底端时，物块的速率不同，沿着2和3下滑到底端时物块的速率相同B沿着1下滑到底端时，物块的速度最大C物块沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量是最多的D物块沿着1和2下滑到底端的过程中，产生的热量是一样多的【变式2】(2019安徽安庆高三质检)安徽首家滑雪场正式落户国

10、家AAAA级旅游景区安庆巨石山，现已正式“开滑”如图所示，滑雪者从O点由静止沿斜面自由滑下，接着在水平面上滑至N点停下斜面、水平面与滑雪板之间的动摩擦因数都为0.1.滑雪者(包括滑雪板)的质量为m50 kg，g取 10 m/s2，O、N两点间的水平距离为s100 m在滑雪者经过ON段运动的过程中，克服摩擦力做的功为()A1 250 J B2 500 J C5 000 J D7 500 J功能原理处理弹簧问题【例6】(2019江苏启东中学月考)如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧

11、，上升到一定高度后再下落，如此反复通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，则()At1时刻小球动能最大 Bt2时刻小球动能最大Ct2t3这段时间内，小球的动能先增加后减少Dt2t3这段时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能【变式2】(2019四川成都诊断)如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与一质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连，弹簧水平且处于原长圆环从A处由静止开始下滑，经过B处的速度最大，到达C处的速度为零，ACh.圆环在C处获得一竖直向上的速度v，恰好能回到A.弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g.则圆环()A下滑过程中，加速度一直

12、减小 B下滑过程中，克服摩擦力做的功为mv2C在C处，弹簧的弹性势能为mv2mgh D上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度参考答案题型一与摩擦生热相关的两个物理模型滑块滑板模型中能量的转化问题【例1】.(多选)如图所示，长木板A放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度v0冲上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中，下述说法中正确的是()A物体B动能的减少量等于系统损失的机械能B物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量C物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和D摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量【答案】

13、CD.【解析】物体B以水平速度冲上木板A后，由于摩擦力作用，B减速运动，木板A加速运动，根据能量守恒定律，物体B动能的减少量等于木板A增加的动能和产生的热量之和，选项A错误；根据动能定理，物体B克服摩擦力做的功等于物体B损失的动能，选项B错误；由能量守恒定律可知，物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和，选项C正确；摩擦力对物体B做的功等于物体B动能的减少量，摩擦力对木板A做的功等于木板A动能的增加量，由能量守恒定律，摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量，选项D正确【变式1】(2019河北定州中学模拟)如图所示，质量为M的木块静止在光滑的水平面上，

14、质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射中木块并最终留在木块中与木块一起以速度v运动已知当子弹相对木块静止时，木块前进距离L，子弹进入木块的深度为L，木块对子弹的阻力为F(F 视为恒力)，则下列判断正确的是 ()A子弹和木块组成的系统机械能不守恒 B子弹克服阻力所做的功为FLC系统产生的热量为F(LL) D子弹对木块做的功为Mv2【答案】AD【解析】子弹打入木块，子弹和木块位移不相等，所以相互作用力对子弹做的功即子弹动能的减少量，与相互作用力对木块做的功即木块动能的增加量不相等，因此有内能产生，系统机械能不守恒，二者之差即为产生的内能力做的功等于力乘以物体在力的方向上的位移此过程中由于有内能产生，

15、子弹和木块组成的系统机械能不守恒，A正确；子弹克服阻力所做的功即阻力所做的功的大小为F(LL)，B错误；根据能量守恒得，摩擦力与相对位移的乘积等于系统能量的损失，系统产生的热量为FL，C错误；对木块运用动能定理得，fLMv2，D正确【变式2】如图所示，木块A放在木块B的左端上方，用水平恒力F将A拉到B的右端，第一次将B固定在地面上，F做功W1，生热Q1；第二次让B在光滑水平面上可自由滑动，F做功W2，生热Q2.则下列关系中正确的是()AW1W2，Q1Q2 BW1W2，Q1Q2 CW1W2，Q1Q2 DW1W2，Q1Q2【答案】A【解析】在A、B分离过程中，第一次和第二次A相对于B的位移是相等的

16、，而热量等于滑动摩擦力乘以相对位移，因此Q1Q2；在A、B分离过程中，第一次A的对地位移要小于第二次A的对地位移，而功等于力乘以对地位移，因此W1W2，所以选项A正确传送带模型中能量的转化问题【例2】.(2019福建八县联考)如图所示，足够长的传送带以恒定速率顺时针运行，将一个物体轻轻放在传送带底端，第一阶段物体被加速到与传送带具有相同的速度，第二阶段与传送带相对静止，匀速运动到达传送带顶端下列说法正确的是()A第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体不做功B第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加C第一阶段物体和传送带间的摩擦生热等于第一阶段物体机械能的增加D物体从底端到

17、顶端全过程机械能的增加等于全过程物体与传送带间的摩擦生热【答案】C.【解析】第一阶段物体受到沿斜面向上的滑动摩擦力；第二阶段物体受到沿斜面向上的静摩擦力做功，两个阶段摩擦力方向都跟物体运动方向相同，所以两个阶段摩擦力都做正功，故A错误；根据动能定理得知，外力做的总功等于物体动能的增加，第一阶段，摩擦力和重力都做功，则第一阶段摩擦力对物体做的功不等于第一阶段物体动能的增加，故B错误；由功能关系可知，第一阶段摩擦力对物体做的功(除重力之外的力所做的功)等于物体机械能的增加，即EW阻F阻s物，摩擦生热为QF阻s相对，又由于s传送带vt，s物t，所以s物s相对s传送带，即QE，故C正确；第二阶段没有摩

18、擦生热，但物体的机械能继续增加，故D错误【例2】(2019山西大学附属中学模拟)如图甲所示，一倾角为37的传送带以恒定速度运行现将一质量m1 kg的物体抛上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，取沿传送带向上为正方向，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.则下列说法正确的是()A08 s内物体位移的大小是18 m B08 s内物体机械能增量是90 JC08 s内物体机械能增量是84 J D08 s内物体与传送带因摩擦产生的热量是126 J【答案】BD【解析】从题图乙求出08 s内物体位移的大小s14 m，A错误；08 s内，物体上升的高度hssin 8.4

19、 m，物体机械能增量EEpEk90 J，B正确，C错误；06 s内物体的加速度agcos gsin 1 m/s2，得，传送带速度大小为4 m/s，s18 m,08 s内物体与传送带摩擦产生的热量Qmgcos s126 J，D正确【变式2】(2019泉州模拟)如图所示为地铁站用于安全检查的装置，主要由水平传送带和X光透视系统两部分组成，传送过程传送带速度不变假设乘客把物品轻放在传送带上之后，物品总会先、后经历两个阶段的运动，用v表示传送带速率，用表示物品与传送带间的动摩擦因数，则()A前阶段，物品可能向传送方向的相反方向运动B后阶段，物品受到摩擦力的方向跟传送方向相同Cv相同时，不同的等质量物品

20、与传送带摩擦产生的热量相同D相同时，v增大为原来的2倍，前阶段物品的位移也增大为原来的2倍【答案】C【解析】.物品轻放在传送带上，前阶段，物品受到向前的滑动摩擦力，所以物品的运动方向一定与传送带的运动方向相同，故A错误；后阶段，物品与传送带一起做匀速运动，不受摩擦力，故B错误；设物品匀加速运动的加速度为a，由牛顿第二定律得Ffmgma，物品的加速度大小为ag，匀加速的时间为t，位移为xt，传送带匀速的位移为xvt，物品相对传送带滑行的距离为xxx，物品与传送带摩擦产生的热量为Qmgxmv2，则知v相同时，不同的等质量物品与传送带摩擦产生的热量相同，故C正确；前阶段物品的位移为x，则知相同时，v

21、增大为原来的2倍，前阶段物品的位移增大为原来的4倍，故D错误题型二 对功能关系的理解和应用【例3】(2018高考全国卷)如图，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R; bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点一质量为m的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动重力加速度大小为g.小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为()A2mgR B4mgR C5mgR D6mgR【答案】C【解析】.设小球运动到c点的速度大小为vc，则对小球由a到c的过程，由动能定理有F3RmgRmv，又Fmg，解得vc2，小球离开c点后，在水平方向做初速度为零的

22、匀加速直线运动，竖直方向在重力作用下做匀减速直线运动，由牛顿第二定律可知，小球离开c点后水平方向和竖直方向的加速度大小均为g，则由竖直方向的运动可知，小球从离开c点到其轨迹最高点所需的时间为t2，在水平方向的位移大小为xgt22R.由以上分析可知，小球从a点开始运动到其轨迹最高点的过程中，水平方向的位移大小为5R，则小球机械能的增加量为EF5R5mgR，C正确，A、B、D错误【变式1】起跳摸高是学生经常进行的一项体育活动一质量为m的同学弯曲两腿向下蹲，然后用力蹬地起跳，从该同学用力蹬地到刚离开地面的起跳过程中，他的重心上升了h，离地时他的速度大小为v.下列说法正确的是()A起跳过程中该同学机械

23、能增加了mgh B起跳过程中该同学机械能增量为mghmv2C地面的支持力对该同学做的功为mghmv2 D该同学所受的合外力对其做的功为mv2mgh【答案】B【解析】该同学重心升高了h，重力势能增加了mgh，又知离地时获得动能为mv2，则机械能增加了mghmv2，A错误，B正确；该同学在与地面作用过程中，在支持力方向上的位移为零，则支持力对该同学做功为零，C错误；该同学所受合外力做的功等于动能的增量，则W合mv2，D错误【变式2】轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m0.5 kg的物块相连，如图甲所示，弹簧处于原长状态，物块静止，物块与水平面间的动摩擦因数0.2.以物块所在处为原点，水平向右为正

24、方向建立x轴，现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图乙所示，物块运动至x0.4 m处时速度为零，则此时弹簧的弹性势能为g取10 m/s()A3.1 J B3.5 J C1.8 J D2.0 J【答案】A【解析】物块与水平面间的摩擦力为Ffmg1 N现对物块施加水平向右的外力F，由Fx图象面积表示功可知，物块运动至x0.4 m处时F做功W3.5 J，克服摩擦力做功WfFfx0.4 J由功能关系可知WWfEp，此时弹簧的弹性势能为Ep3.1 J，选项A正确题型三能量守恒定律的应用【例4】如图所示，一物体质量m2 kg，在倾角37的斜面上的A点以初速度v03 m/s下滑，A点距弹簧

25、上端B的距离AB4 m当物体到达B点后将弹簧压缩到C点，最大压缩量BC0.2 m，然后物体又被弹簧弹上去，弹到的最高位置为D点，D点距A点的距离AD3 m挡板及弹簧质量不计，g取10 m/s2，sin 370.6，求：(1)物体与斜面间的动摩擦因数；(2)弹簧的最大弹性势能Epm.【答案】(1)0.52(2)24.5 J【解析】(1)物体从开始位置A点到最后D点的过程中，弹簧弹性势能没有发生变化，物体动能和重力势能减少，机械能的减少量为EEkEpmvmglADsin 37 物体克服摩擦力产生的热量为QFfx 其中x为物体的路程，即x5.4 m Ffmgcos 37 由能量守恒定律可得EQ 由式

26、解得0.52.(2)由A到C的过程中，动能减少Ekmv 重力势能减少EpmglACsin 37 摩擦生热QFflACmgcos 37lAC 由能量守恒定律得弹簧的最大弹性势能为EpmEkEpQ 联立解得Epm24.5 J.【变式】如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的半圆形导轨在B点相切，半圆形导轨的半径为R.一个质量为m的物体将弹簧压缩至A点后由静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右的速度后脱离弹簧，当它经过B点进入导轨的瞬间对轨道的压力为其重力的8倍，之后向上运动恰能到达最高点C.不计空气阻力，试求：(1)物体在A点时弹簧的弹性势能；(2)物体从B点运动至C点的过程中产生的内能【答案】(1)

27、mgR(2)mgR【解析】(1)设物体在B点的速度为vB，所受弹力为FNB，由牛顿第二定律得：FNBmgm由牛顿第三定律FNB8mgFNB由能量守恒定律可知物体在A点时的弹性势能EpmvmgR(2)设物体在C点的速度为vC，由题意可知mgm物体由B点运动到C点的过程中，由能量守恒定律得Qmv(mv2mgR)解得QmgR.题型四 功能原理的综合应用功能原理处理斜面问题【例5】(2019河南林州一中高三质量监测)如图所示，倾角为30的斜面上，质量为m的物块在恒定拉力作用下沿斜面以加速度a(g为重力加速度)向上加速运动距离x的过程中，下列说法正确的是()A重力势能增加mgx B动能增加 C机械能增加

28、mgx D拉力做功为【答案】C【解析】.物块上升的高度为，因而增加的重力势能为Epmgx，A错误；根据动能定理可得增加的动能为Ekmaxmgx，B错误；根据能量守恒定律可得EEpEk，故增加的机械能为Emgx，C正确；由于斜面是否光滑未知，因而不能确定拉力的大小，不能得到拉力做的功，D错误【变式1】(2019江西十校模拟)将三个木板1、2、3固定在墙角，木板与墙壁和地面构成了三个不同的三角形，如图所示，其中1与2底边相同，2和3高度相同现将一个可以视为质点的物块分别从三个木板的顶端由静止释放，并沿斜面下滑到底端，物块与木板之间的动摩擦因数均相同在这三个过程中，下列说法不正确的是()A沿着1和2

29、下滑到底端时，物块的速率不同，沿着2和3下滑到底端时物块的速率相同B沿着1下滑到底端时，物块的速度最大C物块沿着3下滑到底端的过程中，产生的热量是最多的D物块沿着1和2下滑到底端的过程中，产生的热量是一样多的【答案】A【解析】.设1、2、3木板与地面的夹角分别为1、2、3，木板长分别为l1、l2、l3，当物块沿木板1下滑时，由动能定理有mgh1mgl1cos 1mv0，当物块沿木板2下滑时，由动能定理有mgh2mgl2cos 2mv0，又h1h2，l1cos 1l2cos 2，可得v1v2；当物块沿木板3下滑时，由动能定理有mgh3mgl3cos 3mv0，又h2h3，l2cos 2l3cos 3，可得v2v3，故A错、B对；三个过程中产生的热量分别为Q1mgl1cos 1，Q2mgl2cos 2，Q3mgl3cos 3，则Q1Q2Q3，故C、D对【变式2】(2019安徽安庆高三质检)安徽首家滑雪场正式落户国家AAAA级旅游景区安庆巨石山，现已正式“开滑”如图所示，滑雪者从O点由静止沿斜面自由滑下，接着在水平面上滑至N点停下斜面、水平面与滑雪板之间的动摩擦因数都为0.1.滑雪者(