高考物理 知识复习与检测 第五章 机械能 第3讲 功能关系 能量守恒定律-人教版高三全册物理试题.doc

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1、第3讲功能关系能量守恒定律一、几种常见的功能关系及其表达式力做功能的变化定量关系 合力的功动能变化WEk2Ek1Ek重力的功重力势能变化(1)重力做正功，重力势能减少(2)重力做负功，重力势能增加(3)WGEpEp1Ep2弹簧弹力的功弹性势能变化(1)弹力做正功，弹性势能减少(2)弹力做负功，弹性势能增加(3)WFEpEp1Ep2只有重力、弹簧弹力做功机械能不变化机械能守恒E0除重力和弹簧弹力之外的其他力做的功机械能变化(1)其他力做多少正功，物体的机械能就增加多少(2)其他力做多少负功，物体的机械能就减少多少(3)W其他E一对相互作用的滑动摩擦力的总功机械能减少内能增加(1)作用于系统的一对

2、滑动摩擦力一定做负功，系统内能增加(2)摩擦生热QFfx相对深度思考一对相互作用的静摩擦力做功能改变系统的机械能吗？答案不能，因做功代数和为零二、两种摩擦力做功特点的比较类型比较静摩擦力滑动摩擦力不同点能量的转化方面只有机械能从一个物体转移到另一个物体，而没有机械能转化为其他形式的能(1)将部分机械能从一个物体转移到另一个物体(2)一部分机械能转化为内能，此部分能量就是系统机械能的损失量一对摩擦力的总功方面一对静摩擦力所做功的代数和总等于零一对滑动摩擦力做功的代数和总是负值相同点正功、负功、不做功方面两种摩擦力对物体均可以做正功，做负功，还可以不做功三、能量守恒定律1内容能量既不会凭空产生，也

3、不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变2表达式E减E增3基本思路(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等1上端固定的一根细线下面悬挂一摆球，摆球在空气中摆动，摆动的幅度越来越小，对此现象下列说法是否正确(1)摆球机械能守恒()(2)总能量守恒，摆球的机械能正在减少，减少的机械能转化为内能()(3)能量正在消失()(4)只有动能和重力势能的相互转化()2.如图1所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧形轨

4、道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力已知AP2R，重力加速度为g，则小球从P至B的运动过程中()图1A重力做功2mgRB机械能减少mgRC合外力做功mgRD克服摩擦力做功mgR答案D3如图2所示，质量相等的物体A、B通过一轻质弹簧相连，开始时B放在地面上，A、B均处于静止状态现通过细绳将A向上缓慢拉起，第一阶段拉力做功为W1时，弹簧变为原长；第二阶段拉力再做功W2时，B刚要离开地面弹簧一直在弹性限度内，则()图2A两个阶段拉力做的功相等B拉力做的总功等于A的重力势能的增加量C第一阶段，拉力做的功大于A的重力

5、势能的增加量D第二阶段，拉力做的功等于A的重力势能的增加量答案B4(多选)如图3所示，轻质弹簧上端固定，下端系一物体物体在A处时，弹簧处于原长状态现用手托住物体使它从A处缓慢下降，到达B处时，手和物体自然分开此过程中，物体克服手的支持力所做的功为W.不考虑空气阻力关于此过程，下列说法正确的有()图3A物体重力势能减少量一定大于WB弹簧弹性势能增加量一定小于WC物体与弹簧组成的系统机械能增加量为WD若将物体从A处由静止释放，则物体到达B处时的动能为W答案AD解析根据能量守恒定律可知，在此过程中减少的重力势能mghEpW，所以物体重力势能减少量一定大于W，不能确定弹簧弹性势能增加量与W的大小关系，

6、故A正确，B错误；支持力对物体做负功，所以物体与弹簧组成的系统机械能减少W，所以C错误；若将物体从A处由静止释放，从A到B的过程，根据动能定理：EkmghW弹mghEpW，所以D正确命题点一功能关系的理解和应用在应用功能关系解决具体问题的过程中：(1)若只涉及动能的变化用动能定理(2)只涉及重力势能的变化，用重力做功与重力势能变化的关系分析(3)只涉及机械能变化，用除重力和弹簧的弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析(4)只涉及电势能的变化，用电场力做功与电势能变化的关系分析例1(多选)(2015江苏单科9)如图4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

7、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()图4A下滑过程中，加速度一直减小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mv2mghD上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度经过B处的速度最大，到达C处的速度为零答案BD解析由题意知，圆环从A到C先加速后减速，到达B处的加速度减小为零，故加速度先减小后增大，故A错误；根据能量守恒，从A到C有mghWfEp，从C到A有mv2EpmghWf，联立解得：Wfmv2，Epmghmv2，所以B正确，

8、C错误；根据能量守恒，从A到B的过程有mvEpWfmgh，B到A的过程有mvB2EpmghWf，比较两式得vBvB，所以D正确1(多选)如图5所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮质量分别为M、m(Mm)的滑块、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若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中()图5A两滑块组成的系统机械能守恒B重力对M做的功等于M动能的增加C轻绳对m做的功等于m机械能的增加D两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功答案CD解析两滑块释放后，M下滑、m

9、上滑，摩擦力对M做负功，系统的机械能减少，减少的机械能等于M克服摩擦力做的功，选项A错误，D正确除重力对滑块M做正功外，还有摩擦力和绳的拉力对滑块M做负功，选项B错误绳的拉力对滑块m做正功，滑块m机械能增加，且增加的机械能等于拉力做的功，选项C正确2(多选)如图6所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块相连弹簧处于自然长度时物块位于O点(图中未标出)物块的质量为m，ABa，物块与桌面间的动摩擦因数为.现用水平向右的力将物块从O点拉至A点，拉力做的功为W.撤去拉力后物块由静止向左运动，经O点到达B点时速度为零重力加速度为g.则上述过程中()图6A物块在A点时，弹簧的弹性势能等于Wmga

10、B物块在B点时，弹簧的弹性势能小于WmgaC经O点时，物块的动能小于WmgaD物块动能最大时弹簧的弹性势能小于物块在B点时弹簧的弹性势能答案BC命题点二摩擦力做功的特点及应用1静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能2滑动摩擦力做功的特点相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果：(1)机械能全部转化为内能；(2)有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外一部分转化为内能例2如图7所示，质量为m1 kg的滑块，在水平力作用下静止在倾角为30的光滑斜面上，斜面的末端B与水平传送带相接(滑块经过此位置滑上传送带时无能量损失)，传送带的运行速度为v03 m/s，长

11、为l1.4 m；今将水平力撤去，当滑块滑到传送带右端C时，恰好与传送带速度相同滑块与传送带间的动摩擦因数为0.25，g取10 m/s2.求：图7(1)水平作用力F的大小；(2)滑块下滑的高度；(3)若滑块滑上传送带时速度大于3 m/s，滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量答案(1) N(2)0.1 m或0.8 m(3)0.5 J解析(1)滑块受到水平力F、重力mg和支持力FN作用处于平衡状态，水平力Fmgtan ，F N.(2)设滑块从高为h处下滑，到达斜面底端速度为v，下滑过程机械能守恒mghmv2，得v若滑块冲上传送带时的速度小于传送带速度，则滑块在传送带上由于受到向右的滑动摩擦力而做

12、匀加速运动；根据动能定理有mglmvmv2则hl，代入数据解得h0.1 m若滑块冲上传送带时的速度大于传送带的速度，则滑块由于受到向左的滑动摩擦力而做匀减速运动；根据动能定理：mglmvmv2则hl代入数据解得h0.8 m.(3)设滑块在传送带上运动的时间为t，则t时间内传送带的位移xv0t，mghmv2，v0vat，mgma滑块相对传送带滑动的位移xlx相对滑动生成的热量Qmgx代入数据解得Q0.5 J.摩擦力做功的分析方法1无论是滑动摩擦力，还是静摩擦力，计算做功时都是用力与对地位移的乘积2摩擦生热的计算：公式QFfx相对中x相对为两接触物体间的相对位移，若物体在传送带上做往复运动时，则x

13、相对为总的相对路程3如图8所示，某工厂用传送带向高处运送物体，将一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，匀速运动到传送带顶端下列说法正确的是()图8A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量C第一阶段物体和传送带间摩擦产生的热等于第一阶段物体机械能的增加量D物体从底端到顶端全过程机械能的增加量大于全过程摩擦力对物体所做的功答案C解析对物体受力分析知，其在两个阶段所受摩擦力方向都沿斜面向上，与其运动方向相同，摩擦力对物体都做正功，A错误；由动能定理知，外力做的总功等于物体

14、动能的增加量，B错误；物体机械能的增加量等于摩擦力对物体所做的功，D错误；设第一阶段运动时间为t，传送带速度为v，对物体：x1t，对传送带：x1vt，摩擦产生的热QFfx相对Ff(x1x1)Fft，机械能增加量EFfx1Fft，所以QE，C正确4(多选)如图9所示，一块长木块B放在光滑的水平面上，在B上放一物体A，现以恒定的外力F拉B，由于A、B间摩擦力的作用，A将在B上滑动，以地面为参考系，A、B都向前移动一段距离在此过程中()图9A外力F做的功等于A和B动能的增量BB对A的摩擦力所做的功等于A的动能的增量CA对B的摩擦力所做的功等于B对A的摩擦力所做的功D外力F对B做的功等于B的动能的增量

15、与B克服摩擦力所做的功之和答案BD解析A物体所受的合外力等于B对A的摩擦力，对A物体运用动能定理，则B对A的摩擦力所做的功等于A的动能的增量，B正确A对B的摩擦力与B对A的摩擦力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，但是由于A在B上滑动，A、B对地的位移不等，故二者做功不等，C错误对B应用动能定理WFWfEkB，WFEkBWf，即外力F对B做的功等于B的动能的增量与B克服摩擦力所做的功之和，D正确由上述讨论知B克服摩擦力所做的功与A的动能的增量(等于B对A的摩擦力所做的功)不等，故A错误命题点三能量守恒定律及应用例3如图10所示，固定斜面的倾角30，物体A与斜面之间的动摩擦因数，轻弹簧下

16、端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于C点用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B，滑轮右侧绳子与斜面平行，A的质量为2m，B的质量为m，初始时物体A到C点的距离为L.现给A、B一初速度v0，使A开始沿斜面向下运动，B向上运动，物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点已知重力加速度为g，不计空气阻力，整个过程中轻绳始终处于伸直状态，求：图10(1)物体A向下运动刚到C点时的速度；(2)弹簧的最大压缩量；(3)弹簧的最大弹性势能答案(1)(2)(3)解析(1)A与斜面间的滑动摩擦力Ff2mgcos 物体A从初始位置向下运动到C点的过程中，根据功能关系有2mgLsin 3mv3mv

17、2mgLFfL解得v(2)从物体A接触弹簧到将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点的整个过程中，对A、B组成的系统应用动能定理Ff2x03mv2解得x(3)弹簧从压缩到最短到恰好能弹到C点的过程中，对A、B组成的系统根据功能关系有Epmgx2mgxsin Ffx所以EpFfx.应用能量守恒定律解题的基本思路1分清有多少种形式的能量如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等在变化2明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减小，并且列出减少的能量E减和增加的能量E增的表达式3列出能量守恒关系：E减E增5如图11所示，质量为m的滑块从斜面底端以平行于斜面的初速度v0冲上固定斜面，沿斜面上升的最

18、大高度为H，已知斜面倾角为，斜面与滑块间的动摩擦因数为，且tan ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取斜面底端为零势能面，则能表示滑块在斜面上运动的机械能E、动能Ek、势能Ep与上升高度h之间关系的图象是()图11答案D解析重力势能的变化仅仅与重力做功有关，随着上升高度h的增大，重力势能增大，选项A错误；机械能的变化仅与重力和系统内弹力之外的其他力做功有关，上滑过程中有FfEE0，即EE0Ff；下滑过程中有FfEE0，即EE02FfFf，故上滑和下滑过程中Eh图线均为直线，选项B错误；动能的变化与合外力做功有关，上滑过程中有mghhEkEk0，即EkEk0(mg)h，下滑过程中有mghFfEkEk

19、0，即EkEk02Ff(mg)h，故Ekh图线为直线，但下滑过程斜率小，选项C错误，D正确6如图12所示，在竖直方向上A、B两物体通过劲度系数为k16 N/m的轻质弹簧相连，A放在水平地面上，B、C两物体通过细线绕过轻质定滑轮相连，C放在倾角30的固定光滑斜面上用手拿住C，使细线刚好拉直但无拉力作用，并保证ab段的细线竖直、cd段的细线与斜面平行已知A、B的质量均为m0.2 kg，重力加速度取g10 m/s2，细线与滑轮之间的摩擦不计，开始时整个系统处于静止状态释放C后它沿斜面下滑，A刚离开地面时，B获得最大速度，求：图12(1)从释放C到物体A刚离开地面时，物体C沿斜面下滑的距离；(2)物体

20、C的质量；(3)释放C到A刚离开地面的过程中细线的拉力对物体C做的功答案(1)0.25 m(2)0.8 kg(3)0.6 J解析(1)设开始时弹簧的压缩量为xB，得kxBmg设物体A刚离开地面时，弹簧的伸长量为xA，得kxAmg当物体A刚离开地面时，物体C沿斜面下滑的距离为hxAxB由解得h0.25 m(2)物体A刚离开地面时，物体B获得最大速度vm，加速度为零，设C的质量为M，对B有FTmgkxA0对C有Mgsin FT0由解得M4m0.8 kg(3)由于xAxB，物体B开始运动到速度最大的过程中，弹簧弹力做功为零，且B、C两物体速度大小相等，由能量守恒有Mghsin mgh(mM)v解得v

21、m1 m/s对C由动能定理可得Mghsin WTMv解得WT0.6 J.题组1功能关系的理解和应用1如图1所示，一质量为m的小球固定于轻质弹簧的一端，弹簧的另一端固定于O点将小球拉至A点，弹簧恰好无形变，由静止释放小球，当小球运动到O点正下方与A点的竖直高度差为h的B点时，速度大小为v.已知重力加速度为g，下列说法正确的是()图1A小球运动到B点时的动能等于mghB小球由A点到B点重力势能减少mv2C小球由A点到B点克服弹力做功为mghD小球到达B点时弹簧的弹性势能为mghmv2答案D解析小球由A点到B点的过程中，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，弹簧由原长到发生伸长的形变，小球动能增加量小于重

22、力势能减少量，A项错误；小球重力势能减少量等于小球动能增加量与弹簧弹性势能增加量之和，B项错误；弹簧弹性势能增加量等于小球重力势能减少量与动能增加量之差，D项正确；弹簧弹性势能增加量等于小球克服弹力所做的功，C项错误图22(多选)如图2所示，质量为m的物体(可视为质点)以某一速度由底端冲上倾角为30的固定斜面，上升的最大高度为h，其加速度大小为g.在这个过程中，物体()A重力势能增加了mghB动能减少了mghC动能减少了D机械能损失了答案AC解析物体重力势能的增加量等于克服重力做的功，选项A正确；合力做的功等于物体动能的变化，则可知动能减少量为Ekmamgh，选项B错误，选项C正确；机械能的损

23、失量等于克服摩擦力做的功，因为mgsin 30Ffma，ag，所以Ffmg，故克服摩擦力做的功WfFfmgmgh，选项D错误3小车静止在光滑的水平导轨上，一个小球用细绳悬挂在车上由图3中位置无初速度释放，在小球下摆到最低点的过程中，下列说法正确的是()图3A绳对球的拉力不做功B球克服绳拉力做的功等于球减少的机械能C绳对车做的功等于球减少的重力势能D球减少的重力势能等于球增加的动能答案B解析小球下摆的过程中，小车的机械能增加，小球的机械能减少，球克服绳拉力做的功等于减少的机械能，选项A错误，选项B正确；绳对车做的功等于球减少的机械能，选项C错误；球减少的重力势能等于球增加的动能和小车增加的机械能

24、之和，选项D错误4如图4所示，质量为M的小车静止在光滑水平面上，小车AB段是半径为R的四分之一圆弧光滑轨道，BC段是长为L的水平粗糙轨道，两段轨道相切于B点一质量为m的滑块在小车上从A点由静止开始沿轨道滑下，重力加速度为g.图4(1)若固定小车，求滑块运动过程中对小车的最大压力；(2)若不固定小车，滑块仍从A点由静止下滑，然后滑入BC轨道，最后从C点滑出小车已知滑块质量m，在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍，滑块与轨道BC间的动摩擦因数为，求：滑块运动过程中，小车的最大速度大小vm；滑块从B到C运动过程中，小车的位移大小s.答案(1)3mg(2) L解析(1)滑块滑到B点

25、时对小车压力最大，从A到B机械能守恒mgRmv滑块在B点处，由牛顿第二定律知Nmgm解得N3mg由牛顿第三定律知N3mg(2)滑块下滑到达B点时，小车速度最大由机械能守恒mgRMvm(2vm)2解得vm 设滑块运动到C点时，小车速度大小为vC，由功能关系mgRmgLMvm(2vC)2设滑块从B到C过程中，小车运动加速度大小为a，由牛顿第二定律mgMa由运动学规律vv2as解得sL.题组2摩擦力做功的特点及应用5足够长的水平传送带以恒定速度v匀速运动，某时刻一个质量为m的小物块以大小也是v、方向与传送带的运动方向相反的初速度冲上传送带，最后小物块的速度与传送带的速度相同在小物块与传送带间有相对运

26、动的过程中，滑动摩擦力对小物块做的功为W，小物块与传送带间因摩擦产生的热量为Q，则下列判断中正确的是()AW0，Qmv2 BW0，Q2mv2CW，Qmv2 DWmv2，Q2mv2答案B解析对小物块，由动能定理有Wmv2mv20，设小物块与传送带间的动摩擦因数为，则小物块与传送带间的相对路程x相对，这段时间内因摩擦产生的热量Qmgx相对2mv2，选项B正确6(多选)如图5，质量为M、长度为L的小车静止在光滑的水平面上质量为m的小物块(可视为质点)放在小车的最左端现用一水平恒力F作用在小物块上，使物块从静止开始做匀加速直线运动，物块和小车之间的摩擦力为Ff，物块滑到小车的最右端时，小车运动的距离为

27、s.在这个过程中，以下结论正确的是()图5A物块到达小车最右端时具有的动能为F(Ls)B物块到达小车最右端时，小车具有的动能为FfsC物块克服摩擦力所做的功为Ff(Ls)D物块和小车增加的机械能为Ffs答案BC解析对物块分析，物块相对于地的位移为Ls，根据动能定理得(FFf)(Ls)mv20，则知物块到达小车最右端时具有的动能为(FFf)(Ls)，故A错误；对小车分析，小车对地的位移为s，根据动能定理得FfsMv20，则知物块到达小车最右端时，小车具有的动能为Ffs，故B正确；物块相对于地的位移大小为Ls，则物块克服摩擦力所做的功为Ff(Ls)，故C正确；根据能量守恒得，外力F做的功转化为小车

28、和物块的机械能和摩擦产生的内能，则有F(Ls)EQ，则物块和小车增加的机械能为EF(Ls)FfL，故D错误7如图6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.图6答案(1)0.52(2)24.4 J解析(1)最后的D点与开始的位置A点比较：动能减少Ekmv9 J.重力势能减少Ep

29、mglADsin 3736 J.机械能减少EEkEp45 J机械能的减少量全部用来克服摩擦力做功，即WfFfl45 J，而路程l5.4 m，则Ff8.33 N.而Ffmgcos 37，所以0.52.(2)由A到C的过程：动能减少Ekmv9 J.重力势能减少EpmglACsin 3750.4 J.机械能的减少用于克服摩擦力做功WfFflACmgcos 37lAC35 J.由能量守恒定律得：EpmEkEpWf24.4 J.题组3能量守恒定律及应用8如图7为某飞船先在轨道上绕地球做圆周运动，然后在A点变轨进入返回地球的椭圆轨道运动，已知飞船在轨道上做圆周运动的周期为T，轨道半径为r，椭圆轨道的近地点B离地心的距离为kr(k1)，引力常量为G，飞船的质量为m，求：图7(1)地球的质量及飞船在轨道上的线速度大小；(2)若规定两质点相距无限远时引力势能为零，则质量分别为M、m的两个质点相距为r时的引力势能Ep，式中G为引力常量求飞船在A点变轨时发动机对飞船做的功答案(1)(2)解析(1)飞船在轨道上运动时，由牛顿第二定律有Gmr()2求得地球的质量M在轨道上的线速度大小为v.(2)设飞船在椭圆轨道上远地点速度为v1，在近地点的速度为v2，则由开普勒第二定律有rv1krv2根据能量守恒有mvGmvG求得v1因此飞船在A点变轨时，根据动能定理，发动机对飞船做的功为Wmvmv2.