鲁科版高中物理必修第二册第1章功和机械能综合拔高练含答案

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第1章　功和机械能综合拔高练五年高考练考点1　功和功率、机车启动问题1.(2023北京,11)如图所示,一物体在力F作用下沿水平桌面做匀加速直线运动。已知物体质量为m,加速度大小为a,物体和桌面之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g。在物体移动距离为x的过程中 (　　)A.摩擦力做功大小与F方向无关B.合力做功大小与F方向有关C.F为水平方向时,F做功为μmgxD.F做功的最小值为max2.(2021湖南,3)“复兴号”动车组用多节车厢提供动力,从而达到提速的目的。总质量为m的动车组在平直的轨道上行驶。该动车组有四节动力车厢,每节车厢发动机的额定功率均为P,若动车组所受的阻力与其速率成正比(F阻=kv,k为常量),动车组能达到的最大速度为vm。下列说法正确的是 (　　)A.动车组在匀加速启动过程中,牵引力恒定不变B.若四节动力车厢输出功率均为额定值,则动车组从静止开始做匀加速运动C.若四节动力车厢输出的总功率为2.25P,则动车组匀速行驶的速度为 34vmD.若四节动力车厢输出功率均为额定值,动车组从静止启动,经过时间t达到最大速度vm,则这一过程中该动车组克服阻力做的功为 12mvm2-Pt考点2　动能和动能定理3.(2023江苏,11)滑块以一定的初速度沿粗糙斜面从底端上滑,到达最高点B后返回到底端。利用频闪仪分别对上滑和下滑过程进行拍摄,频闪照片示意图如图所示。与图乙中相比,图甲中滑块 (　　)A.受到的合力较小B.经过A点的动能较小C.在A、B之间的运动时间较短D.在A、B之间克服摩擦力做的功较小4.(2022浙江6月选考,13)小明用额定功率为1 200 W、最大拉力为300 N的提升装置,把静置于地面的质量为20 kg的重物竖直提升到高为85.2 m的平台,先加速再匀速,最后做加速度大小不超过5 m/s2的匀减速运动,到达平台的速度刚好为零,g取10 m/s2,则提升重物的最短时间为 (　　)A.13.2 s　　　　　　　　B.14.2 sC.15.5 s　　　　　　　　D.17.0 s5.(多选题)(2022广东,9)如图所示,载有防疫物资的无人驾驶小车,在水平MN段以恒定功率200 W、速度5 m/s匀速行驶,在斜坡PQ段以恒定功率570 W、速度2 m/s匀速行驶。已知小车总质量为50 kg,MN=PQ=20 m,PQ段的倾角为30°,重力加速度g取10 m/s2,不计空气阻力。下列说法正确的有 (　　)A.从M到N,小车牵引力大小为40 NB.从M到N,小车克服摩擦力做功800 JC.从P到Q,小车重力势能增加1×104 JD.从P到Q,小车克服摩擦力做功700 J6.(多选题)(2021全国甲,20)一质量为m的物体自倾角为α的固定斜面底端沿斜面向上滑动。该物体开始滑动时的动能为Ek,向上滑动一段距离后速度减小为零,此后物体向下滑动,到达斜面底端时动能为Ek5。已知sin α=0.6,重力加速度大小为g。则 (　　)A.物体向上滑动的距离为Ek2mgB.物体向下滑动时的加速度大小为g5C.物体与斜面间的动摩擦因数等于0.5D.物体向上滑动所用的时间比向下滑动的时间长考点3　机械能守恒定律7.(多选题)(2022河北,9)如图,轻质定滑轮固定在天花板上,物体P和Q用不可伸长的轻绳相连,悬挂在定滑轮上,质量mQ>mP,t=0时刻将两物体由静止释放,物体Q的加速度大小为g3。T时刻轻绳突然断开,物体P能够达到的最高点恰与物体Q释放位置处于同一高度。取t=0时刻物体P所在水平面为零势能面,此时物体Q的机械能为E。重力加速度大小为g,不计摩擦和空气阻力,两物体均可视为质点。下列说法正确的是 (　　)A.物体P和Q的质量之比为1∶3B.2T时刻物体Q的机械能为E2C.2T时刻物体P重力的功率为3E2TD.2T时刻物体P的速度大小为2gT3考点4　实验:验证机械能守恒定律8.(2021河北,12)某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系。所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、50 g的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为200 g,其上可放钩码)、刻度尺。当地重力加速度为9.80 m/s2。实验操作步骤如下:①安装器材,调整两个光电门距离为50.00 cm,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图1所示;②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光电门的速度;③保持绳下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量ΔEk及系统总机械能的减少量ΔE,结果如下表所示。回答下列问题:(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为　　　　J(保留三位有效数字); (2)步骤④中的表格所缺数据为　　　　; (3)以M为横轴,ΔE为纵轴,选择合适的标度,在图2中绘出ΔE-M图像;若不计轻细绳与滑轮之间的摩擦力做功,则滑块与木板之间的动摩擦因数为　　　　(保留两位有效数字)。 考点5　功能关系与机械能守恒9.(2022浙江6月选考,12)风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示,风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为9 m/s时,输出电功率为405 kW,风速在5~10 m/s范围内,转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为A,空气密度为ρ,风场风速为v,并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是 (　　)A.该风力发电机的输出电功率与风速成正比B.单位时间流过面积A的流动空气动能为12ρAv2C.若每天平均有1.0×108 kW的风能资源,则每天发电量为2.4×109 kW·hD.若风场每年有5 000 h风速在6~10 m/s范围内,则该发电机年发电量至少为6.0×105 kW·h10.(2021全国甲,24)如图,一倾角为θ的光滑斜面上有50个减速带(图中未完全画出),相邻减速带间的距离均为d,减速带的宽度远小于d;一质量为m的无动力小车(可视为质点)从距第一个减速带L处由静止释放。已知小车通过减速带损失的机械能与到达减速带时的速度有关。观察发现,小车通过第30个减速带后,在相邻减速带间的平均速度均相同。小车通过第50个减速带后立刻进入与斜面光滑连接的水平地面,继续滑行距离s后停下。已知小车与地面间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g。(1)求小车通过第30个减速带后,经过每一个减速带时损失的机械能;(2)求小车通过前30个减速带的过程中在每一个减速带上平均损失的机械能;(3)若小车在前30个减速带上平均每一个损失的机械能大于之后每一个减速带上损失的机械能,则L应满足什么条件?三年模拟练应用实践1.(多选题)(2021山东济宁任城期中)复兴号动车在世界上首次实现速度350 km/h自动驾驶功能,成为我国高铁自主创新的又一重大标志性成果。一列质量为m的动车,从静止开始,以恒定功率P在平直轨道上运动,经时间t达到该功率下的最大速度vm,设动车行驶过程所受到的阻力F阻保持不变。则动车在时间t内 (　　)A.加速度逐渐增大B.牵引力的功率P=F阻vmC.当动车速度为vm2时,加速度大小为PmvmD.牵引力做功W=12mvm22.(多选题)(2023福建永安三中月考)质量为m的物体从地面上方H高处无初速度释放,落在地面后出现一个深度为h的坑,如图所示,忽略空气阻力,重力加速度为g,在此过程中 (　　)A.外力对物体做的总功为零B.重力对物体做功为mg(H+h)C.重力对物体做功为mgHD.地面对物体的平均阻力为mg(H+h)/h3.(多选题)(2022福建福州模拟)如图所示,平潭海峡公铁两用大桥建设中,需用到起重机吊运材料。若起重机用钢索吊运质量为m的货物,以0.1g的加速度竖直向上加速运动h,则关于此过程中的说法正确的是(重力加速度为g) (　　)A.钢索对货物做功0.1mghB.货物的动能增加0.1mghC.货物的重力势能增加1.1mghD.货物的机械能增加1.1mgh4.(多选题)(2023山东泰安期末)倾角θ=37°的传送带以速度v=1.0 m/s顺时针转动,位于其底部的煤斗每秒钟向其输送k=4.0 kg的煤屑,煤屑刚落到传送带上的速度为零,传送带将煤屑送到h=3.0 m的高处,煤屑与传送带间的动摩擦因数μ=0.8,且煤屑在到达最高点前已经和传送带的速度相等。重力加速度g=10 m/s2,传送带直径大小可忽略,则下列说法中正确的是　 (　　)A.煤屑从落到传送带开始,运动到与传送带速度相等时前进的位移是2.5 mB.煤屑从落到传送带开始,运动到与传送带速度相等时所用的时间是2.5 sC.传送带电机因输送煤屑而多产生的输出功率是122 WD.传送带电机因输送煤屑而多产生的输出功率是154 W5.(多选题)(2022广东模拟)如图甲所示,倾角为37°的传送带以速度v0=3 m/s顺时针运转,两传动轮之间的距离足够长,质量m=2 kg的滑块从左侧底端以一定速度滑上传送带,0~4 s内滑块在传送带上运动的v-t图像如图乙所示,已知此过程传送带的速度保持不变(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g=10 m/s2),则 (　　)A.滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.875B.0~4 s内,传送带对滑块做功56 JC.0~4 s内,滑块对传送带做功156 JD.0~4 s内,系统产生的内能为28 J迁移创新6.(多选题)(2023福建厦门外国语学校石狮分校月考)如图为某商家为吸引顾客设计的趣味游戏,4块相同木板a、b、c、d紧挨着放在水平地面上。某顾客使小滑块(可视为质点)以某一水平初速度从a的左端滑上木板,若滑块分别停在a、b、c、d上,则分别获得四、三、二、一等奖,若滑离木板则不得奖。已知每块木板的长度为L、质量为m,木板下表面与地面间的动摩擦因数均为μ,滑块质量为M=2m,滑块与木板a、b、c、d上表面间的动摩擦因数分别为μ、2μ、2μ、4μ,重力加速度大小为g,最大静摩擦力与滑动摩擦力视为相等,下列说法正确的是 (　　)A.若木板全部固定,要想获奖,滑块初速度v0≤32μgLB.若木板不固定,顾客获得四等奖,滑块初速度的最大值v0=μgLC.若木板不固定,滑块初速度为v1=3μgL,则顾客获三等奖D.若木板不固定,顾客获得一等奖,因摩擦产生的总热量的范围为10μmgL≤Q≤28μmgL7.(2021福建泉州月考)如图a所示,在水平路段AB上有一质量为2×103 kg的汽车,正以10 m/s的速度向右匀速行驶,汽车前方的水平路段BC较粗糙,汽车通过整个ABC路段的v-t图像如图b所示,在t=20 s时汽车到达C点,运动过程中汽车发动机的输出功率保持不变。假设汽车在AB路段上运动时所受的恒定阻力(含地面摩擦力和空气阻力等)f1=2 000 N。(解题时将汽车看成质点)求:(1)运动过程中汽车发动机的输出功率P;(2)汽车速度减至8 m/s的加速度大小;(3)BC路段的长度。　答案与分层梯度式解析第1章　功和机械能综合拔高练五年高考练1.D　设力F与水平方向夹角为θ,则有F cos θ-f=ma,mg-F sin θ=FN,f=μFN,联立解得f=μmg+ma1+μtanθ-ma,摩擦力做功大小Wf=fx=μmg+ma1+μtanθ−max,与F方向有关,故A错误;合力大小F合=ma,合力做功大小W合=F合x=max,与F方向无关,故B错误;若F水平时,F=f+ma,F做功为WF=Fx=(ma+μmg)x,故C错误;合力做功W合=WF-Wf=max,为定值,当摩擦力为零时,摩擦力做功为零,力F做功最小,为WF=max,故D正确。2.C　动车组在匀加速启动过程中,F-kv=ma,a不变,v增大,则F也增大,选项A错误。若四节动力车厢输出功率均为额定值,则4Pv-kv=ma,知随着v增大,a减小,选项B错误。当动车组达到最大速度vm时,满足4Pvm-kvm=0;若四节动力车厢总功率为2.25P,动车组匀速行驶时满足2.25Pv-kv=0,联立可得v=34vm,选项C正确。动车组从静止启动到达到最大速度vm,由动能定理得4Pt-Wf=12mvm2-0,解得Wf=4Pt-12mvm2,选项D错误。3.C　由于频闪仪的曝光时间一定,则乙图中滑块的运动时间大于甲图中滑块的运动时间,把甲图向上的匀减速运动等效为逆向的匀加速运动,则12a甲t甲2=12a乙t乙2,因为t乙>t甲,所以a乙ΔEL>d+μssinθ三年模拟练1.BC　动车以恒定功率行驶,由P=Fv可知,速度v增大的过程牵引力F减小,由牛顿第二定律F-F阻=ma可知,加速度减小,A错误;当速度达到最大时,F=F阻,可得牵引力的功率为P=Fv=F阻vm,B正确;当动车速度为vm2时,满足P=F1·vm2,可得牵引力为F1=2F阻,由牛顿第二定律可得,加速度大小为a=F1−F阻m=Pmvm,C正确;达到最大速度的过程由动能定理可得W-Wf=12mvm2,故牵引力做功W≠12mvm2,D错误。2.ABD　对整个过程运用动能定理得W总=F外s=ΔEk=0,A正确;重力做功WG=mgΔh=mg(H+h),B正确,C错误;对整个过程运用动能定理得W总=WG+(-fh)=ΔEk=0,则f=mg(ℎ+H)ℎ,故D正确。3.BD　起重机用钢索吊运质量为m的货物,以0.1g的加速度竖直向上加速运动,由牛顿第二定律得T-mg=ma,钢索对货物做功WT=Th=1.1mgh,故A错误;根据动能定理可知货物的动能增加ΔEk=mah=0.1mgh,故B正确;货物升高h,则重力势能增加mgh,故C错误;钢索的拉力做功等于机械能增加量,则货物的机械能增加1.1mgh,故D正确。4.BD　对煤屑,由牛顿第二定律得a=μmgcosθ−mgsinθm=0.4 m/s2,煤屑从落到传送带开始,运动到与传送带速度相等时前进的位移s=v22a=1.25 m,故A错误;煤屑从落到传送带开始,运动到与传送带速度相等时所用的时间t=va=2.5 s,故B正确;设煤屑被送到h=3.0 m高处经过的时间为Δt,煤屑动能增加量ΔEk=12kΔtv2,重力势能增加量ΔEp=kΔtgh,摩擦产生的热量Q=μkΔtg cos θ·(vt-s),则传送带电机因输送煤屑而多产生的输出功率P=ΔEk+ΔEp+QΔt=12kv2+kgh+μkg cos θ·(vt-s)=154 W,故C错误,D正确。故选B、D。5.AD　根据图像可知,滑块先加速后匀速,加速过程由牛顿第二定律得μmg cos 37°-mg sin 37°=ma,由题图乙可知a=ΔvΔt=1 m/s2,解得μ=0.875,故A正确;根据能量守恒,0~4 s内,传送带对滑块做功W=12mv02-12mv2+mgx sin 37°,其中x=1+32×2 m+3×2 m=10 m,解得W=128 J,故B错误;0~4 s内,滑块对传送带做功W'=-μmg cos 37°·v0×t1-mg sin 37°×t2×v0,其中t1=t2=2 s,解得W'=-156 J,故C错误;0~4 s内,系统产生的内能为Q=μmgΔx cos 37°,Δx=12×2×2 m=2 m,解得0~4 s内,系统产生的内能为28 J,故D正确。6.AD　若木板全部固定,当滑块恰好能够滑至d的最右端时v0有最大值,根据动能定理有0-12Mv0max2=-μMgL-2μMgL-2μMgL-4μMgL,解得v0max=32μgL,故A正确;若木板不固定,顾客获得四等奖,则滑块刚好到a木板最右端时,滑块初速度最大,滑块与a木板之间的摩擦力为f1=μMg=2μmg,地面对a、b、c、d木板的摩擦力为f2=6μmg,由于f1v0,可知滑块可以滑上b木板,当滑块在b木板上时,地面对b、c、d木板的摩擦力为f4=5μmg,滑块与b木板之间的摩擦力为f3=2μ·2mg=4μmg,由于f3