2021届高考物理(江苏专用)二轮专题专讲训练：第5讲-功能关系在力学中的应用(含解析).docx

第5讲功能关系在力学中的应用一、单项选择题1(2022淮安市高三考前信息卷)某机械在每次匀速吊起货物时所能供应的功率P与所吊货物质量m的关系如图2517所示现用该机械将30个货箱吊上离地12 m高的平台，每个货箱的质量为5 kg(忽视机械从平台返回地面和装的时间，g取10 m/s2)，所需最短时间约为()图2517A360 s B720 s C1 440 s D2 400 s解析设每次提起的货箱质量为nm0，则拉力为Fnm0g，则v，所需时间为t，解得t，代入m05 kg，g10 m/s2及P的最大值25 W，解得所需最短时间约为720 s选项B正确答案B2(2022安徽卷，15)如图2518所示，有一内壁光滑的闭合椭圆形管道，置于竖直平面内，MN是通过椭圆中心O 点的水平线已知一小球从M点动身，初速率为v0，沿管道MPN运动，到N点的速率为v1，所需时间为t1；若该小球仍由M点以初速率v0动身，而沿管道MQN运动，到N点的速率为v2，所需时间为t2.则()图2518Av1v2 ，t1t2 Bv1v2，t1t2Cv1v2，t1t2 Dv1v2，t1t2解析由机械能守恒定律得，小球两次到达N点速率相同，即v1v2，画出小球由MPN及由MQN的速率时间图象如右图中、所示则图线与坐标轴所围成的“面积”表示小球的路程，两次的路程相等，故t1t2，选项A正确答案A3(2022南通市、扬州市、泰州市、宿迁市高三其次次调研)某同学用如图2519所示的装置测量一个凹形木块的质量m，弹簧的左端固定，木块在水平面上紧靠弹簧(不连接)将其压缩，登记木块右端位置A点，释放后，木块右端恰能运动到B1点在木块槽中加入一个质量m0200 g的砝码，再将木块左端紧靠弹簧，木块右端位置仍旧在A点，释放后木块离开弹簧，右端恰能运动到B2点测得AB1、AB2长分别为36.0 cm和12.0 cm，则木块的质量m为()图2519A100 g B200 g C300 g D400 g解析两次木块均由同一位置释放，故弹簧恢复原长的过程中，弹簧所做的功相同，未加砝码时，由动能定理，可得W弹mgAB10，加上砝码m0时，有W弹(mm0)gAB20，解得m100 g，选项A正确答案A4. (2022广东卷，16)如图2520所示，是安装在列车车厢之间的摩擦缓冲器结构图，图中和为楔块，和为垫板， 楔块与弹簧盒、垫板间均有摩擦，在车厢相互撞击使弹簧压缩的过程中()图2520A缓冲器的机械能守恒 B摩擦力做功消耗机械能 C垫板的动能全部转化为内能 D弹簧的弹性势能全部转化为动能解析由于楔块与弹簧盒、垫板间有摩擦力，即摩擦力做负功，则机械能转化为内能，故A错误，B正确；垫板动能转化为内能和弹性势能，故C错误；而弹簧弹性势能也转化为动能和内能，故D错误答案B5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2521甲所示，弹簧处于原长状态，物块静止且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轴坐标变化的状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(g10 m/s2)()图2521A3.1 J B3.5 J C1.8 J D2.0 J解析物块与水平面间的滑动摩擦力为fmg1 NFx图线与x轴包围的面积表示功，可知物块从静止到运动至x0.4 m时F做功W3.5 J，物块克服摩擦力做功Wffx0.4 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正确答案A6(2022合肥模拟)一滑块在水平地面上沿直线滑行，t0时速率为1 m/s.从今刻开头在与速度平行的方向上对其施加一水平作用力F，力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图2522甲和图乙所示，则(两图取同一正方向，取重力加速度g10 m/s2)()图2522A滑块的质量为0.5 kgB滑块与水平地面间的动摩擦因数为0.5C第1 s内摩擦力对滑块做功为1 JD第2 s内力F的平均功率为1.5 W解析由图甲得F11 N，F23 N，由图乙知2 s内滑块的加速度不变，即为a m/s21 m/s2，依据牛顿其次定律有F1fma，F2fma，而fmg，解得f1 N，0.05，m2 kg，选项A、B均错误；由vt图象面积法得第1 s内滑块的位移s1(1)1 m0.5 m，第1 s内摩擦力对滑块做功为W1f|s1|0.5 J，选项C错误；第2 s内力F的平均功率为F23 W1.5 W，选项D正确答案D二、多项选择题7(2022贵州六校联考)一个质量为m的物体以某一速度从固定斜面底端冲上倾角30的斜面，其加速度为g，该物体在斜面上上升的最大高度为h，则此过程中正确的是()A动能增加mghB重力做负功mghC机械能损失了mghD物体克服摩擦力做功mgh解析假设物体受到的摩擦力为Ff，依据牛顿其次定律可得Ffmgsin 30ma，将ag代入求得Ffmg.当此物体在斜面上上升的最大高度为h时，依据动能定理可得，物体动能增加为负值，选项A错误；物体竖直上上升度h时，重力做负功mgh，选项B正确；机械能的损失等于物体克服摩擦力做的功，为mgh，选项C错误；物体克服摩擦力做功mgh，选项D正确答案BD8(2022淮安市高三考前信息卷)如图2523所示，有一半径rm的圆柱体绕竖直轴OO以角速度8 rad/s匀速转动，今用水平力F把质量m1.2 kg的物体A压在圆柱体的侧面，由于受挡板上竖直光滑槽的作用，物体A在水平方向上不能随圆柱体转动，而以v01.8 m/s的速率匀速下滑已知物体A与圆柱体间的动摩擦因数0.25，g取10 m/s2.下列说法中正确的有()图2523A圆柱体对A的摩擦力大小为20 NB水平力F大小为48 NC圆柱体转动一周过程中克服摩擦力做功为9.6 JD圆柱体转动一周过程中，物体A克服摩擦力做功为5.4 J解析由于物体A匀速下滑，由共点力平衡条件可知，圆柱体对A在竖直方向的摩擦力等于f1G12 N，同时在水平方向受到大小为f212 N的滑动摩擦力，因此，圆柱体对A的摩擦力大小为f12 N，A错；由f1FN可知，由于FNF，水平力F48 N，B对；圆柱体转动一周过程中，物体所受水平方向摩擦力的作用点相对大地的位移为零，圆柱体克服摩擦力做功为零，C错；在竖直方向，物体下降的距离为svtv，克服摩擦力的功为WWff2s5.4 J，D对答案BD9. (2022山东潍坊市一模)如图2524所示，足够长粗糙斜面固定在水平面上，物块a通过平行于斜面的轻绳跨过光滑轻滑轮与物块b相连，b的质量为m.开头时，a、b均静止且a刚好不受斜面摩擦力作用现对b施加竖直向下的恒力F，使a、b做加速运动，则在b下降h高度过程中()图2524Aa的加速度为Ba的重力势能增加mghC绳的拉力对a做的功等于a机械能的增加DF对b做的功与摩擦力对a做的功之和等于a、b动能的增加解析由a、b均静止且a刚好不受斜面摩擦作用知：FTmg，FTmagsin .即：mgmagsin EPamaghsin 由得：EPamgh选项B正确当有力F作用时，物块a与斜面之间有滑动摩擦力的作用，即绳子的拉力增大，所以a的加速度小于，选项A错误；对物块a、b分别由动能定理得：WFTmagsin hWfEkaWFWFTmghEkb由式可知，选项C错、D对答案BD三、非选择题10. (2022常州市训练学会同学学业水平监测)如图2525所示是一个模拟风洞中的小试验，空气压缩机在风洞可形成竖直向上的均匀气流将质量m2 kg的圆球套在与水平面成37角的细直杆上，直杆固定不动，球内壁与杆间动摩擦因数0.5.将此装置置于风洞中，气流可对球施加竖直向上的恒力F，某时刻由静止释放小球，经过t1 s，小球通过的位移大小为s0.5 m取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.图2525(1)求小球运动的加速度大小；(2)求恒力F的大小；(3)求运动1 s内，小球机械能的变化量E.解析(1)小球做匀加速运动，a1 m/s2(2)若小球向下运动，F1mg，由牛顿其次定律有(mgF1)sin 37(mgF1)cos 37ma代入数据得，F110 N若小球向上运动，F2mg，由牛顿其次定律(F2mg)sin 37 (F2mg)cos 37ma代入数据得，F230 N(3)若小球沿杆向下运动f1(mgF1)cos 374 NEF1ssin 37f1s5 J若小球沿杆向上运动f1(F2mg)cos 374 NEF2ssin 37f2s7 J答案(1)1 m/s2(2)30 N(3)5 J或7 J11如图2526所示为某种弹射装置的示意图，光滑的水平导轨MN右端N处与水平传送带抱负连接，传送带长L4.0 m，电动机带动皮带轮沿顺时针方向转动，传送带以速率v3.0 m/s匀速运动质量为m1.0 kg的滑块置于水平导轨上，将滑块向左移动压缩弹簧，后由静止释放滑块，滑块脱离弹簧后以速度v02.0 m/s滑上传送带，并从传送带右端滑落至地面上的P点已知滑块与传送带之间的动摩擦因数0.20，g10 m/s2.图2526(1)假如水平传送带距地面的高度为h0.2 m，求滑块从传送带右端滑出点到落地点的水平距离是多少？(2)假如转变弹簧的压缩量，重复以上的试验，要使滑块总能落至P点，则弹簧弹性势能的最大值是多少？在传送带上最多能产生多少热量？解析(1)滑块滑上传送带后由mgma，得加速度ag2 m/s2设滑块从滑上传送带到速度达到传送带的速度v所用的时间为t.由vv0at，得t0.5 s在时间t内滑块的位移为xv0tat21.25 mL故滑块在传送带上加速到与传送带速度相等后匀速从右端滑出依据平抛运动规律有hgt2，xPvt，解得xP0.6 m.(2)滑块滑上传送带的初速度假如增大，要使滑块从传送带右端平抛的水平位移不变，而滑块滑上传送带的速度达到最大，则应满足滑块经过传送带减速运动到右端时，速度恰好为v3 m/s由v2v022(a)L，解得v05 m/s故弹簧的最大弹性势能为Epmmv0212.5 J在这种状况下滑块与传送带的相对路程最大，产生的热量最多，设相对路程为L，则LLv1 m则最多能产生的热量为QmmgL2 J.答案(1)0.6 m(2)2 J12(2022南通市、扬州市、泰州市、宿迁市高三其次次调研测试)如图2527所示，一劲度系数很大的轻弹簧一端固定在倾角30的斜面底端，将弹簧压缩至A点锁定，然后将一质量为m的小物块紧靠弹簧放置，物块与斜面间动摩擦因数.解除弹簧锁定，物块恰能上滑至B点，A、B两点的高度差为h0，已知重力加速度为g.图2527(1)求弹簧锁定时具有的弹性势能Ep；(2)求物块从A到B的时间t1与从B返回到A的时间t2之比；(3)若每当物块离开弹簧后，就将弹簧压缩到A点并锁定，物块返回A点时马上解除锁定设斜面最高点C的高度H2h0，试通过计算推断物块最终能否从C点抛出？解析(1)物块受到的滑动摩擦力fmgcos A到B过程由功能关系有fmgh0Ep解得Epmgh0(2)设上升、下降过程加速度大小分别为a1和a2，则mgsin mgcos ma1mgsin mgcos ma2由运动学公式推得a1ta2t解得(3)足够长时间后，上升最大高度设为hm，则由能量关系，来回克服阻力做功等于补充的弹性势能2fEp解得hmh02h0所以物块不行能到达C点答案(1)mgh0(2)(3)不能到达C点