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(新高考)高考物理一轮复习讲义 第5章 高考热点强化训练8 功能关系的理解和应用(含解析)
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高考热点强化训练8 功能关系的理解和应用
1.(多选)(2019·云南玉溪一中第五次调研)如图1所示,半径为R的光滑圆环固定在竖直平面内,AB、CD是圆环相互垂直的两条直径,C、D两点与圆心O等高.一质量为m的光滑小球套在圆环上,一根轻质弹簧一端连在小球上,另一端固定在P点,P点在圆心O的正下方处.小球从最高点A由静止开始沿逆时针方向运动,已知弹簧的原长为R,弹簧始终处于弹性限度内,不计空气阻力,重力加速度为g.下列说法正确的是( )
图1
A.小球运动到B点时的速度大小为
B.弹簧长度等于R时,小球的机械能最大
C.小球在A、B两点时对圆环的压力差为4mg
D.小球运动到B点时重力的功率为0
答案 BCD
解析 由题分析可知,小球在A、B两点时弹簧的形变量大小相等,弹簧的弹性势能相等,则小球从A到B的过程,根据系统的机械能守恒有:2mgR=mv,解得小球运动到B点时的速度大小为:vB=2,故A错误.根据小球与弹簧组成的系统的机械能守恒知,弹簧长度等于R时,弹簧的弹性势能为零,则此时小球的机械能最大,故B正确.设小球在A、B两点时弹簧的弹力大小为F弹,在A点,圆环对小球的支持力FN1=mg+F弹;在B点,由牛顿第二定律得:FN2-mg-F弹=m,解得圆环对小球的支持力为:FN2=5mg+F弹;则
FN2-FN1=4mg,由牛顿第三定律知,小球在A、B两点时对圆环的压力差为4mg,故C正确.小球运动到B点时重力与速度方向垂直,则重力的功率为0,故D正确.
2. (多选)(2019·湖北“荆、荆、襄、宜四地七校考试联盟”期末)如图2所示,固定的光滑竖直杆上套一个滑块A,与滑块A连接的细绳绕过光滑的轻质定滑轮连接滑块B,细绳不可伸长,滑块B放在粗糙的固定斜面上,连接滑块B的细绳和斜面平行,滑块A从细绳水平位置由静止释放(不计滑轮的摩擦及空气阻力),到滑块A下降到速度最大(A未落地,B未上升至滑轮处)的过程中( )
图2
A.滑块A和滑块B的加速度大小一直相等
B.滑块A减小的机械能等于滑块B增加的机械能
C.滑块A的速度最大时,滑块A的速度大于滑块B的速度
D.细绳上张力对滑块A做的功等于滑块A机械能的变化量
答案 CD
解析 两滑块与绳构成绳连接体,沿绳方向的加速度相等,则A的分加速度等于B的加速度,故A错误;绳连接体上的一对拉力做功不损失机械能,但B受到的斜面摩擦力对B做负功,由能量守恒可知滑块A减小的机械能等于滑块B增加的机械能与克服摩擦力做功之和,B错误;绳连接体沿绳的速度相等,则A沿绳的分速度等于B的运动速度,如图所示,即滑块A的速度大于B的速度,故C正确;对A受力分析可知,除重力外,只有细绳的张力对滑块做功,由功能关系可知,细绳上张力对滑块A做的功等于滑块A机械能的变化量,故D正确.
3. (2019·福建龙岩市3月质量检查)如图3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h,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),不计空气阻力,重力加速度为g,下列说法中正确的是( )
图3
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.橡皮绳再次恰好伸直时圆环动能最大
答案 C
解析 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后增大,所以圆环的机械能先不变后减小,故A、B错误;当圆环滑到杆的底端时,速度为零,则圆环的机械能减少了mgh,故C正确;从圆环下滑到橡皮绳再次到达原长,动能一直增大,但再次原长时动能不是最大,沿杆方向合力为零的时刻,圆环的速度最大,此时圆环的动能最大,故D错误.
4. (多选)(2019·福建厦门市上学期期末质检)有一款蹿红的小游戏“跳一跳”,游戏要求操作者通过控制棋子(质量为m,可视为质点)脱离平台时的速度,使其能从同一水平面上的平台跳到旁边的另一平台上.如图4所示的抛物线为棋子在某次跳跃过程中的运动轨迹,轨迹的最高点距平台上表面高度为h,不计空气阻力,重力加速度为g,则( )
图4
A.棋子从离开平台至运动到最高点的过程中,重力势能增加mgh
B.棋子从离开平台至运动到最高点的过程中,机械能增加mgh
C.棋子离开平台后距平台面高度为时动能为
D.棋子落到另一平台上时的速度大于
答案 AD
解析 设平台表面为零势能面,则棋子在最高点的重力势能为mgh,故棋子从离开平台至运动到最高点的过程中,重力势能增加mgh,A正确;棋子从离开平台至运动到最高点的过程中,不计空气阻力,只有重力做功,机械能守恒,B错误;取平台表面为零势能面,则棋子在最高点的机械能E=mgh+mv,vx为棋子在最高点的速度.由于机械能守恒,则棋子离开平台后距平台面高度为时,动能为Ek=E-mgh=mgh+mv>,C错误;设棋子落到另一平台时的瞬时速度大小为v,棋子从最高点落到另一平台的过程中,根据动能定理得:mgh=mv2-mv,解得:v=>,D正确.
5.如图5,固定斜面的倾角θ=30°,物体A与斜面之间的动摩擦因数μ=,轻弹簧下端固定在斜面底端,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(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5
(1)物体A向下运动刚到C点时的速度大小;
(2)弹簧的最大压缩量;
(3)弹簧的最大弹性势能.
答案 (1) (2)(-L) (3)m(v-gL)
解析 (1)物体A与斜面间的滑动摩擦力Ff=2μmgcos θ,
对A向下运动到C点的过程,对A、B组成的系统,由动能定理有
2mgLsin θ-mgL-2μmgLcos θ=×3m(v2-v)
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回到C点的过程,对A、B组成的系统由动能定理得
-Ff·2x=0-×3mv2
解得x=(-L)
(3)从弹簧被压缩至最短到物体A恰好弹回到C点的过程中,由能量守恒定律得
Ep+mgx=Ff x+2mgxsin θ
解得Ep=(v-gL).
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