高考物理二轮复习专题机械能及守恒定律通用型练习及答案.docx
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高考物理二轮复习专题机械能及守恒定律通用型练习及答案
2020届高考物理机械能及其守恒定律(通用型)练习及答案
*机械能及其守恒定律*
一、选择题
1、(2019·唐山模拟)如图所示,轻质弹簧劲度系数为k,一端与固定在倾角为θ的光滑斜面底端的传感器连接,另一端与木块连接,木块处于静止状态,此时传感器示数为F0。
若在木块的上端加一沿斜面向上的恒力F,当传感器示数再次为F0时。
下面说法正确的是( )
A.木块上升的高度为
B.木块的机械能增加量为
C.木块的动能增加量为
(F-F0)
D.木块的质量为
2、(2019·龙岩质检)
如图所示,固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环,圆环与一根轻质弹性橡皮绳相连,橡皮绳的另一端固定在地面上的A点,橡皮绳竖直且处于原长,原长为h,现让圆环沿杆从静止开始下滑,滑到杆的底端时速度为零。
则在圆环下滑过程中(整个过程中橡皮绳始终处于弹性限度内),下列说法中正确的是( )
A.圆环的机械能守恒
B.圆环的机械能先增大后减小
C.圆环滑到杆的底端时机械能减少了mgh
D.橡皮绳再次恰好恢复原长时,圆环动能最大
3、(2019·芜湖模拟)
一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为m的重物,当重物的速度为v1时,起重机的功率达到最大值P,之后起重机保持该功率不变,继续提升重物,最后重物以最大速度v2匀速上升,不计钢绳重力。
则整个过程中,下列说法正确的是( )
A.钢绳的最大拉力为
B.重物匀加速过程的时间为
C.重物匀加速过程的加速度为
D.速度由v1增大至v2的过程中,重物的平均速度
<
4、(多选)如图所示,重球用细绳跨过轻小光滑滑轮与小球相连,细绳处于水平拉直状态.小球由静止释放运动到最低点过程中,重球始终保持静止,不计空气阻力.下列说法正确的有( )
A.细绳偏离竖直方向成θ角时,细绳拉力为mgcosθ
B.地面对重球的摩擦力一直增大
C.上述过程中小球重力的功率先增大后减小
D.细绳对小球不做功
5、(2019·全国卷Ⅲ)从地面竖直向上抛出一物体,物体在运动过程中除受到重力外,还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。
距地面高度h在3m以内时,物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示。
重力加速度取10m/s2。
该物体的质量为( )
A.2kgB.1.5kgC.1kgD.0.5kg
6、(双选)如图所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是( )
甲 乙 丙 丁
A.甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,物体A的机械能守恒
B.乙图中,物体A固定,物体B沿斜面匀速下滑,物体B的机械能守恒
C.丙图中,不计任何阻力和定滑轮质量时,A加速下落,B加速上升过程中,A、B组成的系统机械能守恒
D.丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒
7、(2019·烟台测试)
质量为m的物体在竖直向上的恒定拉力F的作用下,由静止开始向上运动H高度,所受空气阻力恒为f,g为当地的重力加速度。
则此过程中,下列说法正确的是( )
A.物体的动能增加了(F-mg)H
B.物体的重力势能增加了mgH
C.物体的机械能减少了fH
D.物体的机械能增加了FH
8、如图甲所示,某同学用拖把直行拖地,沿推杆方向对拖把施加推力F,此时推力与水平面的夹角为θ1,且拖把刚好做匀速直线运动。
从某时刻开始,拖把推杆与水平方向的夹角变为θ2,如图乙所示,保持拖把的速度大小和方向不变,则( )
A.推力F变大B.推力F的功率增大
C.地面对拖把的支持力变小D.地面对拖把的摩擦力变小
9、在如图所示的物理过程示意图中,甲图一端固定有小球的轻杆,从右偏上30°角释放后绕光滑支点摆动;乙图为末端固定有小球的轻质直角架,释放后绕通过直角顶点的固定轴O无摩擦转动;丙图为轻绳一端连着一小球,从右偏上30°角处自由释放;丁图为置于光滑水平面上的带有竖直支架的小车,把用细绳悬挂的小球从图示位置释放,小球开始摆动,则关于这几个物理过程(空气阻力忽略不计),下列判断中正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A.甲图中小球机械能守恒
B.乙图中小球A机械能守恒
C.丙图中小球机械能守恒
D.丁图中小球机械能守恒
10、(2019·吉林五地六校合作体联考)
一辆小汽车在水平路面上由静止启动,在前5s内做匀加速直线运动,5s末达到额定功率,之后保持以额定功率运动,其vt图象如图所示。
已知汽车的质量为m=1×103kg,汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍,g取10m/s2,则以下说法正确的是( )
A.汽车在前5s内的牵引力为5×102N
B.汽车速度为25m/s时的加速度为5m/s2
C.汽车的额定功率为100kW
D.汽车的最大速度为80m/s
二、非选择题
1、(2019·信阳模拟)如图所示AB和CDO都是处于竖直平面内的光滑圆弧形轨道,OA处于水平位置。
AB是半径为R=1m的
圆周轨道,CDO是半径为r=0.5m的半圆轨道,最高点O处固定一个竖直弹性挡板(可以把小球弹回,不损失能量,图中没有画出),D为CDO轨道的中点。
BC段是水平粗糙轨道,与圆弧形轨道平滑连接。
已知BC段水平轨道长L=2m,与小球之间的动摩擦因数μ=0.2。
现让一个质量为m=1kg的小球从A点的正上方距水平线OA高H的P处自由落下。
(g取10m/s2)
(1)当H=2m时,求此时小球第一次到达D点对轨道的压力大小;
(2)为使小球仅仅与弹性挡板碰撞一次,且小球不会脱离CDO轨道,求H的取值范围。
思路点拨:
解此题可按以下思路
(1)小球由P到D全过程,由动能定理列方程求小球第一次到达D点的速度。
(2)小球仅仅与弹性挡板碰撞一次且刚好不脱离CDO轨道的两个临界条件是在O点重力提供向心力,碰后再返回最高点恰能上升到D点。
2、(2019年天一大联考)如图所示,倾角α=37°的斜面固定在水平面上,质量为m=1kg的滑块(可视为质点)由斜面上最低点P以初动能Ek0=20J沿斜面向上运动,当其向上经过A点时动能EkA=8J,机械能的变化量ΔE机=-3J.重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,求:
(1)物块所受摩擦力的大小;
(2)物块回到P点时速度的大小.
2020届高考物理机械能及其守恒定律(通用型)练习及答案
*机械能及其守恒定律*
一、选择题
1、(2019·唐山模拟)如图所示,轻质弹簧劲度系数为k,一端与固定在倾角为θ的光滑斜面底端的传感器连接,另一端与木块连接,木块处于静止状态,此时传感器示数为F0。
若在木块的上端加一沿斜面向上的恒力F,当传感器示数再次为F0时。
下面说法正确的是( )
A.木块上升的高度为
B.木块的机械能增加量为
C.木块的动能增加量为
(F-F0)
D.木块的质量为
【解析】选B、C。
木块原来静止时有F0=kx1,当传感器示数再次为F0时有F0=kx2,木块上升的高度h=(x1+x2)sinθ=
sinθ,故A错误;由于初末状态弹簧的弹性势能相等,由功能关系知,木块的机械能增加量等于F做的功,则ΔE增=F(x1+x2)=
,故B正确;在此过程中,弹簧的弹力做功为0,由动能定理得ΔEk=F(x1+x2)-mg(x1+x2)sinθ,初状态时有F0=mgsinθ,联立解得木块的动能增加量为ΔEk=
(F-F0),故C正确;由F0=mgsinθ得m=
,故D错误。
2、(2019·龙岩质检)
如图所示,固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m的圆环,圆环与一根轻质弹性橡皮绳相连,橡皮绳的另一端固定在地面上的A点,橡皮绳竖直且处于原长,原长为h,现让圆环沿杆从静止开始下滑,滑到杆的底端时速度为零。
则在圆环下滑过程中(整个过程中橡皮绳始终处于弹性限度内),下列说法中正确的是( )
A.圆环的机械能守恒
B.圆环的机械能先增大后减小
C.圆环滑到杆的底端时机械能减少了mgh
D.橡皮绳再次恰好恢复原长时,圆环动能最大
【答案】C [圆环沿杆滑下,滑到杆的底端的过程中有两个力对圆环做功,即环的重力和橡皮绳的拉力,所以圆环的机械能不守恒,如果把圆环和橡皮绳组成的系统作为研究对象,则系统的机械能守恒,因为橡皮绳的弹性势能先不变再增大,所以圆环的机械能先不变后减小,故A、B错误;圆环滑到杆的底端时动能为零,重力势能减小了mgh,即圆环的机械能减少了mgh,故C正确;在圆环下滑过程中,橡皮绳再次恢复原长时,该过程中圆环动能一直增大,但不是最大,沿杆方向合力为零的时刻,圆环加速度为零,圆环的速度最大,故D错误。
]
3、(2019·芜湖模拟)
一起重机的钢绳由静止开始匀加速提起质量为m的重物,当重物的速度为v1时,起重机的功率达到最大值P,之后起重机保持该功率不变,继续提升重物,最后重物以最大速度v2匀速上升,不计钢绳重力。
则整个过程中,下列说法正确的是( )
A.钢绳的最大拉力为
B.重物匀加速过程的时间为
C.重物匀加速过程的加速度为
D.速度由v1增大至v2的过程中,重物的平均速度
<
【答案】B [匀加速过程物体处于超重状态,钢绳拉力较大,匀加速运动阶段钢绳的拉力为F=
,故A错误;根据牛顿第二定律可知F-mg=ma,结合v=at解得a=
-g,t=
,故B正确,C错误;在速度由v1增大至v2的过程中,重物做加速度减小的变加速运动,平均速度
>
,故D错误。
]
4、(多选)如图所示,重球用细绳跨过轻小光滑滑轮与小球相连,细绳处于水平拉直状态.小球由静止释放运动到最低点过程中,重球始终保持静止,不计空气阻力.下列说法正确的有( )
A.细绳偏离竖直方向成θ角时,细绳拉力为mgcosθ
B.地面对重球的摩擦力一直增大
C.上述过程中小球重力的功率先增大后减小
D.细绳对小球不做功
【参考答案】BCD 小球向下摆动的过程中,沿绳子方向的合力充当向心力,根据牛顿第二定律得,F-mgcosθ=m
,解得,F=mgcosθ+m
,A选项错误;随着θ减小,v增大,绳子拉力不断增大,地面对重球的摩擦力一直增大,B选项正确;小球竖直方向的分速度先增大后减小,重力瞬时功率为P=mgvy,重力的功率先增大后减小,C选项正确;细绳的拉力始终与小球的速度垂直,对小球不做功,D选项正确.
5、(2019·全国卷Ⅲ)从地面竖直向上抛出一物体,物体在运动过程中除受到重力外,还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。
距地面高度h在3m以内时,物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示。
重力加速度取10m/s2。
该物体的质量为( )
A.2kgB.1.5kgC.1kgD.0.5kg
【答案】C [设物体的质量为m,则物体在上升过程中,受到竖直向下的重力mg和竖直向下的恒定外力F,由动能定理结合题图可得-(mg+F)×3m=(36-72)J;物体在下落过程中,受到竖直向下的重力mg和竖直向上的恒定外力F,再由动能定理结合题图可得(mg-F)×3m=(48-24)J,联立解得m=1kg、F=2N,选项C正确,A、B、D均错误。
]
6、(双选)如图所示,下列关于机械能是否守恒的判断正确的是( )
甲 乙 丙 丁
A.甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,物体A的机械能守恒
B.乙图中,物体A固定,物体B沿斜面匀速下滑,物体B的机械能守恒
C.丙图中,不计任何阻力和定滑轮质量时,A加速下落,B加速上升过程中,A、B组成的系统机械能守恒
D.丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒
【答案】CD [甲图中重力和系统内弹力做功,物体A和弹簧组成的系统机械能守恒,但物体A的机械能不守恒,A错误。
乙图中物体B除受重力外,还受到弹力和摩擦力作用,弹力不做功,但摩擦力做负功,物体B的机械能不守恒,B错误。
丙图中绳子张力对A做负功,对B做正功,代数和为零,A、B组成的系统机械能守恒,C正确。
丁图中小球的动能不变,势能不变,机械能守恒,D正确。
]
7、(2019·烟台测试)
质量为m的物体在竖直向上的恒定拉力F的作用下,由静止开始向上运动H高度,所受空气阻力恒为f,g为当地的重力加速度。
则此过程中,下列说法正确的是( )
A.物体的动能增加了(F-mg)H
B.物体的重力势能增加了mgH
C.物体的机械能减少了fH
D.物体的机械能增加了FH
【答案】B [物体受到重力、拉力以及空气的阻力,由动能定理有ΔEk=(F-mg-f)H,选项A错误;重力的功为-mgH,所以物体的重力势能增加了mgH,选项B正确;除重力外物体受到拉力和阻力,所以物体的机械能增加ΔE=(F-f)H,选项C、D错误。
]
8、如图甲所示,某同学用拖把直行拖地,沿推杆方向对拖把施加推力F,此时推力与水平面的夹角为θ1,且拖把刚好做匀速直线运动。
从某时刻开始,拖把推杆与水平方向的夹角变为θ2,如图乙所示,保持拖把的速度大小和方向不变,则( )
A.推力F变大
B.推力F的功率增大
C.地面对拖把的支持力变小
D.地面对拖把的摩擦力变小
【解析】选A、B。
设拖把与地面之间的动摩擦因数为μ,则拖把匀速运动时,处于平衡状态,受力如图所示,由平衡条件得,水平方向Fcosθ1-Ff=0,竖直方向Fsinθ1+mg=FN,联立解得F=
=
,又有tanα==μ,拖把与水平方向的夹角变为θ2,因为θ2>θ1,保持拖把的速度大小和方向不变,由以上分析,推力F变大,故A正确;推力F的功率P=Fvcosθ1=
=
,拖把与水平方向的夹角变为θ2,因为θ2>θ1,所以推力F的功率增大,故B正确;地面对拖把的支持力FN=mg+Fsinθ1=mg+
,保持拖把的速度大小和方向不变,因为θ2>θ1,则拖把对地面的压力增大,滑动摩擦力增大,故C、D错误。
9、在如图所示的物理过程示意图中,甲图一端固定有小球的轻杆,从右偏上30°角释放后绕光滑支点摆动;乙图为末端固定有小球的轻质直角架,释放后绕通过直角顶点的固定轴O无摩擦转动;丙图为轻绳一端连着一小球,从右偏上30°角处自由释放;丁图为置于光滑水平面上的带有竖直支架的小车,把用细绳悬挂的小球从图示位置释放,小球开始摆动,则关于这几个物理过程(空气阻力忽略不计),下列判断中正确的是( )
甲 乙
丙 丁
A.甲图中小球机械能守恒
B.乙图中小球A机械能守恒
C.丙图中小球机械能守恒
D.丁图中小球机械能守恒
【答案】A [甲图过程中轻杆对小球不做功,小球的机械能守恒,A项正确;乙图过程中轻杆对小球A的弹力不沿杆的方向,会对小球做功,所以小球A的机械能不守恒,但两个小球组成的系统机械能守恒,B项错误;丙图中小球在绳子绷紧的瞬间有动能损失,机械能不守恒,C项错误;丁图中小球和小车组成的系统机械能守恒,但小球的机械能不守恒,这是因为摆动过程中小球的轨迹不是圆弧,细绳会对小球做功,D项错误。
]
10、(2019·吉林五地六校合作体联考)
一辆小汽车在水平路面上由静止启动,在前5s内做匀加速直线运动,5s末达到额定功率,之后保持以额定功率运动,其vt图象如图所示。
已知汽车的质量为m=1×103kg,汽车受到地面的阻力为车重的0.1倍,g取10m/s2,则以下说法正确的是( )
A.汽车在前5s内的牵引力为5×102N
B.汽车速度为25m/s时的加速度为5m/s2
C.汽车的额定功率为100kW
D.汽车的最大速度为80m/s
C [由图象可知匀加速直线运动的加速度为a=
=
m/s2=4m/s2,根据牛顿第二定律得F-f=ma,解得牵引力为F=f+ma=0.1×1×104N+1×103×4N=5×103N,故A错误。
额定功率为P=Fv=5000×20W=100kW,故C正确。
当车的速度是25m/s时,牵引力F′=
=
N=4000N,此时车的加速度a′=
=
m/s2=3m/s2,故B错误。
当牵引力与阻力相等时,速度最大,最大速度为vm=
=
=
m/s=100m/s,故D错误。
]
二、非选择题
1、(2019·信阳模拟)如图所示AB和CDO都是处于竖直平面内的光滑圆弧形轨道,OA处于水平位置。
AB是半径为R=1m的
圆周轨道,CDO是半径为r=0.5m的半圆轨道,最高点O处固定一个竖直弹性挡板(可以把小球弹回,不损失能量,图中没有画出),D为CDO轨道的中点。
BC段是水平粗糙轨道,与圆弧形轨道平滑连接。
已知BC段水平轨道长L=2m,与小球之间的动摩擦因数μ=0.2。
现让一个质量为m=1kg的小球从A点的正上方距水平线OA高H的P处自由落下。
(g取10m/s2)
(1)当H=2m时,求此时小球第一次到达D点对轨道的压力大小;
(2)为使小球仅仅与弹性挡板碰撞一次,且小球不会脱离CDO轨道,求H的取值范围。
思路点拨:
解此题可按以下思路
(1)小球由P到D全过程,由动能定理列方程求小球第一次到达D点的速度。
(2)小球仅仅与弹性挡板碰撞一次且刚好不脱离CDO轨道的两个临界条件是在O点重力提供向心力,碰后再返回最高点恰能上升到D点。
[解析]
(1)设小球第一次到达D的速度为vD,对小球从P到D点的过程,根据动能定理得:
mg(H+r)-μmgL=
mv
-0
在D点轨道对小球的支持力FN提供向心力,则有:
FN=m
联立解得:
FN=84N
由牛顿第三定律得,小球对轨道的压力为:
F′N=FN=84N。
(2)为使小球仅仅与挡板碰撞一次,且小球不会脱离CDO轨道,H最小时必须满足能上升到O点,由动能定理得:
mgHmin-μmgL=
mv
-0
在O点有:
mg=m
代入数据解得:
Hmin=0.65m
仅仅与弹性挡板碰撞一次,且小球不会脱离CDO轨道,H最大时,碰后再返回最高点能上升到D点,则有:
mg(Hmax+r)-3μmgL=0
代入数据解得:
Hmax=0.7m
故有:
0.65m≤H≤0.7m。
[答案]
(1)84N
(2)0.65m≤H≤0.7m
2、(2019年天一大联考)如图所示,倾角α=37°的斜面固定在水平面上,质量为m=1kg的滑块(可视为质点)由斜面上最低点P以初动能Ek0=20J沿斜面向上运动,当其向上经过A点时动能EkA=8J,机械能的变化量ΔE机=-3J.重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,求:
(1)物块所受摩擦力的大小;
(2)物块回到P点时速度的大小.
【答案】
(1)2N
(2)2
m/s
【解析】
(1)由P到A由动能定理得
-(mgsinα+f)s1=EkA-Ek0
而-fs1=ΔE机
联立解得s1=1.5m,f=2N.
(2)由P到最高点由动能定理得
-(mgsinα+f)s2=0-Ek0
解得s2=2.5m
滑块从最高点到P点由动能定理得
(mgsinα-f)s2=
mv2-0
解得v=2
m/s
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