2020屆高中物理 專題05 功和功率；動能和動能定理；重力做功與重力勢能；功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用

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1、2020屆同心圓夢專題五 物理 考點(diǎn)范圍：功和功率；動能和動能定理；重力做功與重力勢能；功能關(guān)系、機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用 一、 選擇題（本題共10小題，每小題4分，共40分。在每小題給出的四個選項(xiàng)中，有的只有一個選項(xiàng)符合題目要求，有的有多個選項(xiàng)符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。） 1．關(guān)于機(jī)械能下列說法中正確的是 （ ） A．做勻速運(yùn)動的物體，其機(jī)械能一定守恒 B．做勻加速運(yùn)動的物體，其機(jī)械能可能守恒 C．如果合外力

2、對物體做功為零，物體的機(jī)械能可能增加 D．只要有摩擦力存在，機(jī)械能一定減少 2．測定運(yùn)動員體能的一種裝置如右圖所示，運(yùn)動員的質(zhì)量為m1，繩栓在腰間沿水平方向跨過滑輪（不計(jì)滑輪摩擦與質(zhì)量），懸掛重物m2。人用力蹬傳送帶而人的重心不動，使傳送帶以速率v向右運(yùn)動，下面四種說法正確的是（ ） A．人對傳送帶不做功 B．人對傳送帶做正功 C．傳送帶對人做負(fù)功 D．人對傳送帶做功的功率為m2gv 3．如右圖所示，質(zhì)量為m的物體在與水平方向成θ的恒力F作用下以加速度a做勻加速度直線運(yùn)動，已知物體和地面間的動摩擦因數(shù)為μ，物體在地面上運(yùn)動距離為x的過程中力F做功為

3、 （ ） A． B． C． D． 4．如右圖所示，物體受到水平推力F的作用在粗糙水平面上做直線運(yùn)動。監(jiān)測到推力F、物體速度v隨時間t變化的規(guī)律如圖所示。取g=10m/s2，則 （ ） A．第1s內(nèi)推力做功為1J B．第2s內(nèi)物體克服摩擦力做的功W=2.0J C．第1.5s時推力F的功率為2W D．第2s內(nèi)推力F做功的平均功率 5．把動力裝置分散安裝在每節(jié)車廂上，使其既具有牽引動力，又可以載客，這樣的客車車輛叫

4、做動車。而動車組是幾節(jié)自帶動力的車輛（動車）加幾節(jié)不帶動力的車輛（也叫拖車）編成一組，如右圖所示，假設(shè)動車組運(yùn)行過程中受到的阻力與其所受重力成正比，每節(jié)動車與拖車的質(zhì)量都相等，每節(jié)動車的額定功率都相等。若1節(jié)動車加3節(jié)拖車編成的動車組的最大速度為120km/h，則9節(jié)動車加3節(jié)拖車編成的動車組的最大速度為 （ ） A．120km/h B．240km/h C．360km/h D．480km/h 6．質(zhì)量為l.0kg的物體以某初速度在水平面上滑行，由于摩擦阻力的作用，其動能隨位移變化的情況如下圖所示，則下列判斷正確的是（g取10m/s2）

5、 （ ） A．物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.20 B．物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.25 C．物體滑行的總時間為5.0s D．物體滑行的總時間為4.0s 7．在2020年5月15日進(jìn)行的國際田聯(lián)鉆石聯(lián)賽上海站中，首次嘗試七步上欄的劉翔以13秒07創(chuàng)項(xiàng)目賽季最好成績奪冠。他采用蹲踞式起跑，在發(fā)令槍響后，右腳迅速蹬離起跑器，在向前加速的同時提升身體重心。如下圖所示，假設(shè)劉翔的質(zhì)量為m，在起跑時前進(jìn)的距離s內(nèi)，重心升高量為h，獲得的速度為v，克服阻力做功為W阻，則在此過程中

6、 （ ） A．劉翔的機(jī)械能增加了 B．劉翔的重力做功為 C．劉翔自身做功為 D．劉翔自身做功為 8．如右圖所示，2020年5月27日在國際泳聯(lián)大獎賽羅斯托克站中，中國選手彭健烽在男子3米板預(yù)賽中以431.60分的總成績排名第一，晉級半決賽。若彭健烽的質(zhì)量為m，他入水后受到水的阻力而做減速運(yùn)動，設(shè)水對他的阻力大小恒為F，在水中下降高度h的過程中，他的（g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋? （

7、 ） A．重力勢能減少了mgh B．動能減少了Fh C．機(jī)械能減少了（F+mg）h D．機(jī)械能減少了Fh 9．如右圖所示，固定的傾斜光滑桿上套有一個質(zhì)量為m的圓環(huán)，圓環(huán)與一橡皮繩相連，橡皮繩的另一端固定在地面上的A點(diǎn)，橡皮繩豎直時處于原長h。讓圓環(huán)沿桿滑下，滑到桿的底端時速度為零。則在圓環(huán)下滑過程中 （ ） A．圓環(huán)機(jī)械能守恒 B．橡皮繩的彈性勢能一直增大 C．橡皮繩的彈性勢能增加了mgh D．橡皮繩再次到達(dá)原長時圓環(huán)動能最大 10．如右圖所示，固定在豎直面內(nèi)的光滑圓環(huán)半徑為R，圓環(huán)上套有質(zhì)量分別為m和2m的小球A、B（均可看作質(zhì)點(diǎn)），且小球A、B用一長

8、為2R的輕質(zhì)細(xì)桿相連，在小球B從最高點(diǎn)由靜止開始沿圓環(huán)下滑至最低點(diǎn)的過程中（已知重力加速度為g），下列說法正確的是 （ ） A．B球減少的機(jī)械能等于A球增加的機(jī)械能 B．B球減少的重力勢能等于A球增加的重力勢能 C．B球的最大速度為 D．B球克服細(xì)桿所做的功為 二、非選擇題（本題共6小題，共60分。要求寫出必要的文字說明、方程式和演算步驟。） 11．（8分）運(yùn)動員駕駛摩托車做騰躍特技表演是一種刺激性很強(qiáng)的運(yùn)動項(xiàng)目。如下圖所示，運(yùn)動員駕駛摩托車的在AB段加速，到B點(diǎn)時

9、速度為v0＝20m/s，之后以恒定功率P＝1.8kw沖上曲面BCDE，經(jīng)t＝13s的時間到達(dá)E點(diǎn)時，關(guān)閉發(fā)動機(jī)后水平飛出。已知人和車的總質(zhì)量m＝180 kg，坡頂高度h＝5m，落地點(diǎn)與E點(diǎn)的水平距離x＝16m，重力加速度g＝10m/s2。求摩托車在沖上坡頂?shù)倪^程中克服阻力做的功。 12．（10分）液化石油燃?xì)馄嚭喎QLPG汽車，該燃?xì)馄嚨腃O排放量比汽油車減少90%以上，碳?xì)浠衔锱欧艤p少70%以上，氮氧化合物排放減少35%以上，是目前較為實(shí)用的低排放汽車。如下圖所示為一輛燃?xì)廛?，為檢驗(yàn)剎車功能，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：在路旁可以豎起一標(biāo)志桿，車以v

10、0=72km/h的速度勻速行駛，當(dāng)車頭距標(biāo)志桿s=20m時，實(shí)驗(yàn)室工作人員向司機(jī)下達(dá)停車的指令，司機(jī)經(jīng)時間t0=0.8s（即反應(yīng)時間）后開始剎車，若車在標(biāo)志桿前停止運(yùn)動則符合安全要求，已知車與駕駛員總質(zhì)量為M=1000kg，g=10m/s2。求： （1）剎車過程中的制動力至少多大？ （2）現(xiàn)把該車改裝為雙動力系統(tǒng)，在平路行駛時，只采用燃?xì)鈩恿︱?qū)動，發(fā)動機(jī)的額定功率為15kw，能獲得的最大速度為v1=15m/s。當(dāng)車駛上路面情況相同傾角為37°足夠長的斜坡時，采用電力與燃?xì)怆p動力系統(tǒng)發(fā)動機(jī)的總功率為34kw，保持該功率不變，經(jīng)過20s達(dá)到最大速度，求t=45s時車沿斜面運(yùn)動的路程。（sin3

11、7°=0.6，cos37°=0.8） 13．（10分）如下圖所示，水平軌道AB與位于豎直面內(nèi)半徑為R=0.90 m的半圓形光滑軌道BCD相連，半圓形軌道的BD連線與AB垂直。質(zhì)量為m=1.0kg可看作質(zhì)點(diǎn)的小滑塊在恒定外力F=17.5N作用下從水平軌道上的A點(diǎn)由靜止開始向右運(yùn)動，物體與水平地面間的動摩擦因數(shù)μ=0.5。到達(dá)水平軌道的末端B點(diǎn)時撤去外力，已知AB間的距離為x=1.8m，滑塊進(jìn)入圓形軌道后從D點(diǎn)拋出，求滑塊經(jīng)過圓形軌道的B點(diǎn)和D點(diǎn)時對軌道的壓力是多大？（g取10m/s2） 14．（10分）如下圖所示

12、，在水平長直的軌道上，有一長度為L的平板車在外力控制下始終保持速度v0做勻速直線運(yùn)動。某時刻將一質(zhì)量為m，可視為質(zhì)點(diǎn)的小滑塊輕放到車面最右端，滑塊剛好距B端處的C點(diǎn)相對小車靜止，設(shè)定平板車上表面各處粗糙程度相同。求滑塊和平板車摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能。 15．（8分）如下圖所示，設(shè)AB段是距水平傳送帶裝置高為H=1.5m的粗糙斜面，水平段BC使用水平傳送帶裝置，BC長L=5m，與貨物間的摩擦因數(shù)為μ=0.4，皮帶輪的半徑為R=0.2m，轉(zhuǎn)動的角速度為ω=15rad/s。設(shè)質(zhì)量為m=1kg的小物塊由靜止開始從A點(diǎn)下滑，經(jīng)過B點(diǎn)的拐角處無機(jī)械能損失，從B點(diǎn)運(yùn)

13、動到C點(diǎn)所用時間是1.5s，且知貨物從B點(diǎn)開始做勻減速運(yùn)動，到達(dá)C點(diǎn)前已相對傳送帶靜止，試求貨物在斜面上運(yùn)動時克服摩擦力所做的功。（g取10m/s2） 16．（14分）如下圖所示，讓擺球從圖中的C位置由靜止開始擺下，擺到最低點(diǎn)D處，擺線剛好被拉斷，小球在粗糙的水平面上由D點(diǎn)向左做勻減速運(yùn)動，到達(dá)小A孔進(jìn)入半徑R=0.3m的豎直放置的光滑圓弧軌道，當(dāng)擺球進(jìn)入圓軌道立即關(guān)閉A孔。已知擺線長L=2m，，小球質(zhì)量為m=0.5kg，D點(diǎn)與小孔A的水平距離s=2m，g取10m/s2。試求： （1）求擺線能承受的最大拉力為多大？ （2

14、）要使擺球能進(jìn)入圓軌道并且不脫離軌道，求粗糙水平面摩擦因數(shù)μ的范圍。 2020屆同心圓夢專題卷物理專題五答案與解析 1．【命題立意】本題以運(yùn)動、力、做功等情景來考查機(jī)械能守恒及其變化。 【思路點(diǎn)撥】（1）機(jī)械能是否守恒應(yīng)從守恒的條件去分析判斷。（2）否定判斷可用舉例法。 【答案】BC【解析】物體在豎直方向向上做勻速運(yùn)動時，其機(jī)械能是增加的，選項(xiàng)A錯誤、選項(xiàng)C正確；做勻加速運(yùn)動的物體，其機(jī)械能可能守恒，如自由落體運(yùn)動，選項(xiàng)B正確；摩擦力可以做正功、可以做負(fù)功、也可以不做功，選項(xiàng)D錯誤。 2．【命題立意】本題考查功的基本概念與功率。 【思路點(diǎn)撥】功的正負(fù)取決于力與位移（速度）的

15、夾角，功率P=Fv求解。 【答案】BD【解析】傳送帶在人的摩擦力的作用下向右運(yùn)動，摩擦力與速度方向相同，所以人以傳送帶做正功，選項(xiàng)A錯誤、B正確；由于人處于靜止?fàn)顟B(tài)，在傳送帶給人的摩擦力的方向無位移，故傳送帶對人不做功，C選項(xiàng)錯誤；人處于靜止?fàn)顟B(tài)故有：f=m2g，由牛頓第三運(yùn)動定律可得：f'=f=m2g，故人對傳送帶做功的功率為：P=f'v=m2gv，D選項(xiàng)正確。 3．【命題立意】本題以勻加速運(yùn)動的情景，考查力所做的功。 【思路點(diǎn)撥】（1）應(yīng)用牛頓第二定律求得力F；（2）根據(jù)功的定義式求力F所做的功。 【答案】B【解析】以物體為研究對象，豎直方向有 ，水平方向有 ，聯(lián)立解得 ，在此過程

16、中F做功 ，故正確選項(xiàng)為B。 4．【命題立意】本題以圖象為切入點(diǎn)考查功與功率。 【思路點(diǎn)撥】（1）由v－t圖象尋找位移與速度；（2）結(jié)合功與功率的表達(dá)式求解。 【答案】B【解析】第1s內(nèi)物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，在推力方向沒有位移產(chǎn)生故做功為0，A選項(xiàng)錯誤；由圖象可知第3s內(nèi)物體做勻速運(yùn)動，F(xiàn)=2N，故F=f=2N，由v－t圖象知第2s內(nèi)物體的位移x= ×1×2m=1m，第2s內(nèi)物體克服摩擦力做的功Wf=fx=2.0J，故B選項(xiàng)正確；第1.5s時物體的速度為1m/s，故推力的功率為3W，C選項(xiàng)錯誤；第2s內(nèi)推力F=3N，推力F做功WF=Fx=3.0J，故第2s內(nèi)推力F做功的平均功率 =WF/t=

17、3W，故D選項(xiàng)錯誤。 5．【命題立意】本題以動車組為情景考查機(jī)車的功率問題。 【思路點(diǎn)撥】（1）動車與拖車的質(zhì)量都相等，且受到的阻力與其所受重力成正比；（2）速度最大時，牽引力等于阻力；（3）應(yīng)用功率公式 求解。 【答案】C【解析】由 和 ，解得 ，故正確選項(xiàng)為C。 6．【命題立意】本題以圖象為情景，綜合考查動能、動能定理、牛頓運(yùn)動定律及運(yùn)動學(xué)公式等。 【思路點(diǎn)撥】（1）由圖象獲得動能、動能變化及位移相關(guān)信息；（2）由動能定理求得動摩擦因數(shù)；（3）由動能定義式、牛頓第二定律及運(yùn)動學(xué)公式求得時間。 【答案】AC【解析】由動能定理 ，解得μ=0.20，選項(xiàng)A正確、選項(xiàng)B錯誤；由 ，

18、μmg=ma，0=v0-at，聯(lián)立解得t=5.0s，選項(xiàng)C正確、選項(xiàng)D錯誤。 7．【命題立意】本題以最新的劉翔跨欄奪冠為情景，考查機(jī)械能及動能定理等。 【思路點(diǎn)撥】（1）劉翔的動能和重力勢能均增加；（2）本題重力做負(fù)功；（3）由動能定理求出劉翔所做的功。 【答案】D【解析】劉翔的機(jī)械能增加量為 ，選項(xiàng)A錯誤；劉翔的重力做功為 ，選項(xiàng)B錯誤；由動能定理 ，得 ，選項(xiàng)C錯誤、選項(xiàng)D正確。 8．【命題立意】本題以彭健烽跳水為情景，綜合考查動能定理、重力做功與重力勢能改變及功能關(guān)系等。 【思路點(diǎn)撥】（1）重力做正功，重力勢能減少，減少的重力勢能等于重力所做的功；（2）動能變化從動能定理的

19、角度去考慮；（3）機(jī)械能的變化對應(yīng)力F所做的功。 【答案】AD【解析】重力mg做正功，力F做負(fù)功。由重力做功與重力勢能改變的關(guān)系知選項(xiàng)A正確；由動能定理知動能改變對應(yīng)外力所做的總功，選項(xiàng)B錯誤；由功能關(guān)系，機(jī)械能的改變量在數(shù)值上等于力F做的功，選項(xiàng)C錯誤、選項(xiàng)D正確。 9．【命題立意】本題通過斜面及橡皮繩情景，考查動能、彈性勢能、系統(tǒng)機(jī)械能守恒等。 【思路點(diǎn)撥】（1）圓環(huán)與橡皮繩構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，圓環(huán)機(jī)械能不守恒。（2）橡皮繩只有在伸長狀態(tài)下才有彈性勢能。（3）橡皮繩再次到達(dá)原長時，合外力仍沿桿向下。 【答案】C【解析】圓環(huán)與橡皮繩構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，圓環(huán)的機(jī)械能先不變后減小，橡

20、皮繩的彈性勢能先不變后增加，選項(xiàng)AB錯誤、選項(xiàng)C正確；橡皮繩再次到達(dá)原長時，合外力仍沿桿向下，圓環(huán)仍加速向下運(yùn)動，選項(xiàng)D錯誤。 10．【命題立意】本題以豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動為情景，考查動能定理和機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用。 【思路點(diǎn)撥】（1）小球A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，但每一個小球機(jī)械能均不守恒；（2）對兩小球應(yīng)用機(jī)械能守恒定律，對B球應(yīng)用動能定理。 【答案】ACD【解析】小球A、B組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，選項(xiàng)A正確；由于A、B兩小球質(zhì)量不同，選項(xiàng)B錯誤；當(dāng)B球到達(dá)最低點(diǎn)時，兩小球速度最大，由系統(tǒng)機(jī)械能守恒 ，得最大速度為 ，選項(xiàng)C正確；以B球?yàn)檠芯繉ο?，由動能定理得?，解得 ，選項(xiàng)D正確

21、。 11．【命題立意】本題以運(yùn)動員駕駛摩托車做騰躍特技表演為情景，綜合考查動能定理和平拋運(yùn)動規(guī)律的應(yīng)用。 【思路點(diǎn)撥】（1）摩托車從B到E為復(fù)雜的曲線運(yùn)動，應(yīng)用動能定理；（2）摩托車離開E點(diǎn)后做平拋運(yùn)動。 【答案】27360J 【解析】對摩托車的平拋運(yùn)動過程，有 （2分） （2分） 摩托車在斜坡上運(yùn)動時，由動能定理得 （2分） 聯(lián)立解得 （2分） 12．【命題立意】本題以環(huán)保汽車"燃?xì)廛?為情景，綜合考查瞬時功率的計(jì)算和機(jī)車起動模型。 【思路點(diǎn)撥】（1）瞬時功率的計(jì)算P=Fv；（2）機(jī)車恒功率起動用動能定理分析；（3）當(dāng)牽引力等于阻力（F=f）時，機(jī)車速度最大，即： 。

22、 【答案】（1）5×104N （2）370.2m 【解析】（1）在反應(yīng)時間內(nèi)駕駛員勻速運(yùn)動的距離為：s0=v0t0=16m （1分） 若車在標(biāo)志桿前停止運(yùn)動，由運(yùn)動學(xué)公式可得： ≤s-s0（1分） 可求得：a≥50m/s2 （1分） 由牛頓第二運(yùn)動定律可得：F制=ma≥5×104N （1分） （2）在平路行駛時獲得的最大速度時，汽車勻速運(yùn)動由： （1分） 當(dāng)汽車保持總功率不變，在斜坡上運(yùn)動，達(dá)到最大速度時由：(μMgcosθ+Mgsinθ)v2=P總（1分） 可求得：v2=5m/s（1分） 由動能定理可得： （2分） 解得：s=370.2m （1分） 13．【命題

23、立意】本題以水平面上的勻加速度運(yùn)動和豎直平面的圓周運(yùn)動模型，綜合考查動能定理及牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用。 【思路點(diǎn)撥】（1）水平面的勻加速度運(yùn)動應(yīng)用動能定理比較簡潔；（2）豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動應(yīng)用動能定理和牛頓運(yùn)動定律。 【答案】60N 0 【解析】由動能定理，得 （2分） 在B點(diǎn)有 （2分） 聯(lián)系解得 FN=60N 由牛頓第三定律知，滑塊在B點(diǎn)對軌道的壓力大小為60N （1分） 滑塊由B點(diǎn)到D點(diǎn)過程由動能定理，得 （2分） 在D點(diǎn)有 （2分） 聯(lián)立解得 FN2=0 由牛頓第三定律知滑塊在D點(diǎn)對軌道的壓力大小為0 （1分） 14．【命題立意】本題為多研究對象，主要

24、考查相對運(yùn)動及摩擦生熱。 【思路點(diǎn)撥】（1）對于多研究對象，每一研究對象的運(yùn)動規(guī)律分別分析；（2）對于發(fā)生相對運(yùn)動的兩物體，要注意二者之間位移關(guān)系、速度關(guān)系等；（3）一對滑動摩擦力產(chǎn)生的熱量為 。 【答案】 【解析】設(shè)小滑塊受平板車的滑動摩擦力大小為f，經(jīng)時間t后與平板車相對靜止，則 （2分） v0=at（2分） f=ma（2分） （2分） 聯(lián)立解得 （2分） 15．【命題立意】本題以常見的傳送帶為情景，綜合考查運(yùn)動學(xué)公式、牛頓運(yùn)動定律和動能定理等的應(yīng)用。 【思路點(diǎn)撥】（1）貨物在傳送帶上的運(yùn)動分勻減速和勻速兩個階段；（2）貨物在斜面上的運(yùn)動用動能定理比較簡單。 【答案】

25、2.5J 【解析】水平傳送帶的速度為v0=Rω=3m/s （1分） 由牛頓第二定律，得μmg=ma （1分） 又 v0=vB-at1 （1分） （1分） L-L1=v0t2 （1分） t1+t2=t （1分） 由動能定理，得 （1分） 聯(lián)立解得 Wf=2.5J （1分） 16．【命題立意】該題精心設(shè)計(jì)運(yùn)動過程，綜合考查小球下擺過程中的機(jī)械能守恒、水平面上動能定理和圓周運(yùn)動及其臨界問題。 【思路點(diǎn)撥】（1）小球下擺過程中機(jī)械能守恒；（2）小球在豎直位置時按圓周運(yùn)動處理；（3）水平面上勻減速過程中的動能定理；（4）小球在圓形軌道中不脫離軌道有兩種情況。 【答案】（1）10

26、N （2）0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125 【解析】（1）當(dāng)擺球由C到D運(yùn)動機(jī)械能守恒： （2分） 由牛頓第二定律可得： （1分） 可得：Fm=2mg=10N （1分） （2）小球不脫圓軌道分兩種情況：①要保證小球能達(dá)到A孔，設(shè)小球到達(dá)A孔的速度恰好為零， 由動能定理可得： （1分） 可得：μ1=0.5 （1分） 若進(jìn)入A孔的速度較小，那么將會在圓心以下做等幅擺動，不脫離軌道。其臨界情況為到達(dá)圓心等高處速度為零，由機(jī)械能守恒可得： （1分） 由動能定理可得： （2分） 可求得：μ2=0.35（1分） ②若小球能過圓軌道的最高點(diǎn)則不會脫離軌道，在圓周的最高點(diǎn)由牛頓第二定律可得： （1分） 由動能定理可得： （2分） 解得：μ3=0.125 （1分） 綜上所以摩擦因數(shù)μ的范圍為：0.35≤μ≤0.5或者μ≤0.125 （1分）