2015高考物理 能量轉(zhuǎn)化和守恒定律沖關(guān)訓(xùn)練（含解析）

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1、能量轉(zhuǎn)化和守恒定律 一、選擇題 1．(多選)(2011·新課標(biāo)全國高考)一蹦極運動員身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺下落，到最低點時距水面還有數(shù)米距離．假定空氣阻力可忽略，運動員可視為質(zhì)點，下列說法正確的是(　　) A．運動員到達(dá)最低點前重力勢能始終減小 B．蹦極繩張緊后的下落過程中，彈力做負(fù)功，彈性勢能增加 C．蹦極過程中，運動員、地球和蹦極繩所組成的系統(tǒng)機械能守恒 D．蹦極過程中，重力勢能的改變與重力勢能零點的選取有關(guān) 【解析】　到達(dá)最低點前高度始終在降低，所以重力勢能始終減小，A正確；繩張緊后的下落過程，伸長量逐漸增大，彈力做負(fù)功，彈性勢能增大，B正確；在蹦極過程中，只有重力

2、與系統(tǒng)內(nèi)彈力做功，機械能守恒，C正確；重力勢能的改變與重力做功有關(guān)，重力做功只與始末位置高度差有關(guān)，與零勢能面的選取無關(guān)，D錯誤． 【答案】　ABC 2．(多選)如圖3－2－13所示，內(nèi)壁光滑的圓環(huán)形凹槽半徑為R，固定在豎直平面內(nèi)，一根長度為R的輕桿，一端固定有質(zhì)量為2m的小球甲，另一端固定有質(zhì)量為m的小球乙．現(xiàn)將兩小球放入凹槽內(nèi)，小球乙位于凹槽的最低點，由靜止釋放后(　　) 圖3－2－13 A．下滑過程中甲球減少的機械能總是等于乙球增加的機械能 B．下滑過程中甲球減少的重力勢能總是等于乙球增加的重力勢能 C．甲球可沿凹槽下滑到凹槽的最低點 D．桿從右向左滑回時，乙球一定能

3、回到凹槽的最低點 【解析】　甲、乙小球組成的系統(tǒng)，由于只有重力做功，則系統(tǒng)的機械能守恒，故選項A、C、D正確，選項B錯誤． 【答案】　ACD 3．(2013·青島二中模擬)如圖3－2－14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)與豎直放置的輕質(zhì)彈簧一端相連，彈簧的另一端固定在地面上的A點，彈簧處于原長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(　　) 圖3－2－14 A．彈簧的彈性勢能一直增大 B．彈簧的彈性勢能先增大后減小 C．彈簧的彈性勢能變化了mgh D．彈簧軸線垂直桿時，彈簧的彈性勢能最大 【解析】　 彈簧的壓縮量先增大，越過桿

4、的垂線后，壓縮量減小至恢復(fù)原長，接著伸長量增大，則彈性勢能先增大后減小，再增大，A和B都錯誤；圓環(huán)和輕質(zhì)彈簧組成的系統(tǒng)，機械能守恒，圓環(huán)滑到桿的底端時，動能為0，圓環(huán)的重力勢能最小，彈性勢能最大，且mgh＝ΔE彈，則C正確，D錯誤． 【答案】　C 4. (2012·福建高考)如圖3－2－15所示，表面光滑的固定斜面頂端安裝一定滑輪，小物塊A、B用輕繩連接并跨過滑輪(不計滑輪的質(zhì)量和摩擦)．初始時刻，A、B處于同一高度并恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)．剪斷輕繩后A下落、B沿斜面下滑，則從剪斷輕繩到物塊著地，兩物塊(　　) 圖3－2－15 A．速率的變化量不同 B．機械能的變化量不同 C．重力

5、勢能的變化量相同 D．重力做功的平均功率相同 【解析】　A、B開始時處于靜止?fàn)顟B(tài)，對A：mAg＝T ① 對B：T＝mBgsin θ ② 由①②得mAg＝mBgsin θ 即mA＝mBsin θ ③ 剪斷繩后，A、B均遵守機械能守恒定律，機械能沒有變化，故B項錯誤；由機械能守恒知，mgh＝mv2，所以v＝，落地速率相同，故速率的變化量相同，A項錯誤；由ΔEp＝mgh，因m不同，故ΔEp不同，C項錯誤；重力做功的功率PA＝mAg＝mAg＝mAg，PB＝mBgsin θ＝mBgsin θ，由③式mA＝mBsin θ，故PA＝PB，D項正確． 【答案】　D 5.(2013·石家莊模

6、擬)如圖3－2－16所示，半徑為R的1/4光滑圓弧槽固定在小車上，有一小球靜止在圓弧槽的最低點．小車和小球一起以速度v向右勻速運動，當(dāng)小車遇到障礙物突然停止后，小球上升的高度可能(　　) 圖3－2－16 A．v2/2g　　　 B．v2/g　　　 C．2v2/g　　　 D．4v2/g 【解析】　小車突然停止之后，小球做圓周運動，如果速度較小，小球沒有沖出圓弧槽，則在最高點的速度等于零．根據(jù)mgh＝mv2，得h＝，A正確；如果速度較大，小球能夠沖出圓弧槽，做斜拋運動，則在最高點的速度不為零，在最高點小球還具有動能，這種情況下，h＜，B、C、D均不正確． 【答案】　A 6．(多選)

7、(2013·鄭州模擬)如圖3－2－17所示，物體A、B通過細(xì)繩及輕質(zhì)彈簧連接在輕滑輪兩側(cè)，物體A、B的質(zhì)量分別為m、2m.開始時細(xì)繩伸直，用手托著物體A使彈簧處于原長，且A與地面的距離為h，物體B靜止在地面上．放手后物體A下落，與地面即將接觸時速度為v，此時物體B對地面恰好無壓力．若在物體A下落的過程中，彈簧始終處在彈性限度內(nèi)，則A接觸地面前的瞬間(　　) 圖3－2－17 A．物體A的加速度大小為g，方向豎直向下 B．彈簧的彈性勢能等于mgh－mv2 C．物體B有向上的加速度 D．彈簧對物體A拉力的瞬時功率大小為2mgv 【解析】　當(dāng)A即將接觸地面時，物體B對地面無壓力，對B

8、受力分析可知，細(xì)繩拉力等于輕彈簧彈力F＝2mg，選項C錯誤；然后對A受力分析可得：F－mg＝ma，可得a＝g，方向豎直向上，選項A錯誤；A下落過程中，A與彈簧整體機械能守恒，可得mgh＝Ep＋mv2，彈簧的彈性勢能Ep＝mgh－mv2，選項B正確；拉力的瞬時功率為P＝Fv＝2mgv，選項D正確． 【答案】　BD 7．如圖3－2－18所示，一均勻帶正電的無限長細(xì)直棒水平放置，帶電細(xì)直棒在其周圍產(chǎn)生方向與直棒垂直向外輻射狀的電場，場強大小與直棒的距離成反比．在直棒上方有一長為a的絕緣細(xì)線連接了兩個質(zhì)量均為m的小球A、B，A、B所帶電荷量分別為＋q和＋4q，A球距直棒的距離為a，兩球恰好處于靜止

9、狀態(tài)．不計兩小球之間的靜電力作用，剪斷細(xì)線，若A球下落的最大速度為vm，則A球下落到速度最大過程中，電場力對A球做的功為(　　) 圖3－2－18 A.mv B.mv－mga C.mga D.mv－mga 【解析】　設(shè)剪斷細(xì)線前其中的張力為T，距直棒為r的點的電場強度大小為E＝，式中k為比例常數(shù)，分別對A、B兩小球列平衡方程＋T－mg＝0，－T－mg＝0，解得k＝.設(shè)A球下落到距直棒為r時速度最大，此時加速度為零，合力為零，由平衡條件和動能定理分別得－mg＝0，WG＋WE＝mv－0，解得WE＝mv－mga. 【答案】　B 8．(多選)(2013·徐州市高三摸底考試)如圖

10、3－2－19所示，將一輕彈簧下端固定在傾角為θ的粗糙斜面底端，彈簧處于自然狀態(tài)時上端位于A點．質(zhì)量為m的物體(可視為質(zhì)點)從斜面上的B點由靜止下滑，與彈簧發(fā)生相互作用后，最終停在斜面上．下列說法正確的是(　　) 圖3－2－19 A．物體最終將停在A點 B．物體第一次反彈后不可能到達(dá)B點 C．整個過程中重力勢能的減少量大于克服摩擦力做的功 D．整個過程中物體的最大動能大于彈簧的最大彈性勢能 【解析】　 因物體由靜止下滑，說明重力沿斜面的分力大于摩擦力，所以物體最終停下后一定要壓縮彈簧，不可能停在A點，A錯誤；物體在運動過程中，克服摩擦力做的功將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以物體第一次

11、反彈后不可能到達(dá)B點，B正確；因整個過程中要克服摩擦力做功，最終壓縮彈簧也克服彈力做功，所以重力勢能一方面轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一方面轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，C正確；由功能關(guān)系知整個過程中物體的最大動能小于彈簧的最大彈性勢能，D錯誤． 【答案】　BC 二、非選擇題 9．中國“遼寧號”航空母艦是中國人民解放軍海軍的第一艘航空母艦.2012年9月25日，該艦正式加入中國海軍序列.11月25日，殲一15艦載機在航母上成功起降，為中國航母戰(zhàn)斗力的形成邁出了極為關(guān)鍵的一步．殲－15艦載機是我國自行設(shè)計研制的首型艦載多用途戰(zhàn)斗機，具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)．航空母艦上的起飛跑道可以簡化為如圖3－2－20所示，似設(shè)

12、航空母艦上的起飛跑道由長度為l1＝1.6×102 m的水平跑道和長度為l2＝20 m的傾斜跑道兩部分組成．水平跑道與傾斜跑道末端的高度差h＝4.0 m．艦載機質(zhì)量為m＝2.0×104 kg，其發(fā)動機的推力大小恒為F＝1.2×105 N，方向與速度方向相同，在運動過程中艦載機受到的平均阻力大小為艦載機重力的0.1倍．假設(shè)航母處于靜止?fàn)顟B(tài)，艦載機質(zhì)量視為不變并可看成質(zhì)點，取g＝10 m/s2. 圖3－2－20 (1)求艦載機到達(dá)傾斜跑道末端時的速度大??； (2)為了使艦載機在傾斜跑道的末端達(dá)到起飛速度100 m/s，外界還需要在整個水平軌道對艦載機施加助推力，求助推力F推的大?。? 【解

13、析】　(1)設(shè)艦載機到達(dá)傾斜跑道末端時的速度大小為v，全過程應(yīng)用動能定理得(F－Ff)(l1＋l2)－mgh＝mv2－0 代入數(shù)據(jù)解得v＝41.5 m/s. (2)由題意知，只有水平軌道對艦載機施加助推力F推，全過程應(yīng)用動能定理得F推l1＋(F－Ff)(l1＋l2)－mgh＝mv′2－0 將v′＝100 m/s代入解得F推＝5.2×105 N. 【答案】　(1)41.5 m/s　(2)5.2×105 N 10．(2013·浙江高考)山谷中有三塊石頭和一根不可伸長的輕質(zhì)青藤，其示意圖如圖3－2－21.圖中A、B、C、D均為石頭的邊緣點，O為青藤的固定點，h1＝1.8 m，h2＝4.

14、0 m，x1＝4.8 m，x2＝8.0 m．開始時，質(zhì)量分別為M＝10 kg和m＝2 kg的大、小兩只滇金絲猴分別位于左邊和中間的石頭上，當(dāng)大猴發(fā)現(xiàn)小猴將受到傷害時，迅速從左邊石頭的A點水平跳至中間石頭。大猴抱起小猴跑到C點，抓住青藤下端，蕩到右邊石頭上的D點，此時速度恰好為零．運動過程中猴子均可看成質(zhì)點，空氣阻力不計，重力加速度g＝10 m/s2.求： 圖3－2－21 (1)大猴從A點水平跳離時速度的最小值； (2)猴子抓住青藤蕩起時的速度大小； (3)猴子蕩起時，青藤對猴子的拉力大?。? 【解析】　猴子先做平拋運動，后做圓周運動，兩運動過程機械能均守恒．尋求力的關(guān)系時要考慮牛頓

15、第二定律． (1)設(shè)猴子從A點水平跳離時速度的最小值為vmin，根據(jù)平拋運動規(guī)律，有 h1＝gt2 ① x1＝vmint ② 聯(lián)立①、②式得 vmin＝8 m/s. ③ (2)猴子抓住青藤后的運動過程中機械能守恒，設(shè)蕩起時速度為vC，有 (M＋m)gh2＝(M＋m)v ④ vC＝＝ m/s≈9 m/s. ⑤ (3)設(shè)拉力為FT，青藤的長度為L.對最低點，由牛頓第二定律得 FT－(M＋m)g＝(M＋m) ⑥ 由幾何關(guān)系 (L－h(huán)2)2＋x＝L2 ⑦ 得：L＝10 m ⑧ 綜合⑤、⑥、⑧式并代入數(shù)據(jù)解得：FT＝(M＋m)g＋(M＋m)＝216 N. 【答案】　(1)8 m/s　(2)約9 m/s　(3)216 N