功能关系---高中物理模块典型题归纳(含详细答案)
高二物理功能关系试题答案及解析
高二物理功能关系试题答案及解析1.如图所示，水平放置的轻弹簧左端固定，小物块P置于水平桌面上的A点并与弹簧的右端接触，此时弹簧处于原长．现用水平向左的推力将P缓缓推至B点（弹簧仍在弹性限度内）时，推力做的功为WF＝6 J．撤去推力后，小物块P沿桌面滑动到停在光滑水平地面上的平板小车Q 上，且恰好物块P在小车Q上不滑出去（不掉下小车）。
小车的上表面与桌面在同一水平面上，已知P、Q质量分别为m＝1 kg、M＝4 kg，A、B间距离为L1＝5 cm，A离桌子边缘C点的距离为L2＝90 cm，P与桌面及P与Q的动摩擦因数均为μ＝0.4，g＝10 m/s2，试求:（1）把小物块推到B处时，弹簧获得的弹性势能是多少？（2）小物块滑到C点的速度（3）P和Q最后的速度；（4）Q的长度【答案】（1）5.8J；（2）2m/s；（3）0.4m/s；（4）0.4m【解析】试题分析: （1）由能量守恒有：增加的弹性势能为：EP =WF-μmgL1=6-0.4×10×0.05=5.8J；（2）对BC过程由动能定理可知：EP -μmg（L1+L2）=，代入数据解得C点时的速度为：v=2m/s；（3）对P、Q由动量守恒定律得：mv=（m+M）v解得共同速度：v==0.4m/s；（4）对PQ由能量守恒得：μmgL=代入数据得解得小车最小长度：L=0.4m【考点】动量守恒定律；功能关系2.如图所示，ab、cd是固定在竖直平面内的足够长的金属框架，bc段接有一阻值为R的电阻，其余电阻不计，ef是一条不计电阻的金属杆，杆两端与ab和cd接触良好且能无摩擦下滑(不计空气阻力)，下滑时ef始终处于水平位置，整个装置处于方向垂直框面向里的匀强磁场中，ef从静止下滑，经过一段时间后闭合开关S，则在闭合开关S后（）A．ef的加速度大小不可能大于gB．无论何时闭合开关S，ef最终匀速运动时速度都相同C．无论何时闭合开关S，ef最终匀速运动时电流的功率都相同D．ef匀速下滑时，减少的机械能大于电路消耗的电能【答案】BC【解析】由题意知，若先释放金属杆一段时间后，速度增大到v，再闭合开关S，E=BLv，安培力F=BIL，若安培力大于2mg，根据牛顿第二定律F-mg=ma，则加速度大于g，所以A错误；ef 最终匀速运动时，合外力为零，即得：，所以无论何时闭合开关S，ef最终匀速运动时速度都相同，故B正确；ef最终匀速运动时电流相同，电功率相同，所以C正确；杆在下落的过程中重力做正功，安培力做负功，根据能量守恒，知减少的机械能等于电路消耗的电能，所以D错误。
高中物理专题三功能关系(含解析)
专题三 功能关系 能量守恒1.如图1所示，具有一定初速度的物块，沿倾角为030 的粗糙斜面向上运动的过程中，受一个恒定的沿斜面向上的拉力F 作用，这时物块的加速 度大小为4 2/m s ，方向沿斜面向下，那么，在物块向上运动过程中，正确的说法是 ( ) A ．物块的机械能一定增加 B ．物块的机械能一定减小 C ．物块的机械能可能不变 D ．物块的机械能可能增加也可能减小 图12．如图2所示，在光滑的固定斜面上，一物体在沿斜面向上的恒力F 作用下沿斜面下滑，在物体下滑过程中，下列说法正确的是 ( )A ．物体的机械能一定减小B ．物体的机械能一定增大C ．物体的机械能可能增大也可能减小D ．物体的动能可能增大也可能减小 图2 3．一质量为m 的小球，从离桌面H 高处由静止自由下落，桌面离地面高度为h ，如图3所示，若以桌面为参考平面，那么小球落地时的重力势能及整个下落过程中重力势能的变化分 别是 ( ) A ．mgh ，减少mg(H-h) B ．mgh ，增加mg(H+h) C ．-mgh ，增加mg(H-h) D ．-mgh ，减少mg(H+h)图 34.如图4所示，相同质量的物块由静止起从 底边长相同、倾角不同的斜面最高处下滑到底面，则下面说法正确的有( )A ．若物块与斜面之间的动摩擦因数都相同，物块损失的机械能也相同B ．若物块与斜面之间的动摩擦因数都相同，物块到达底面时动能相同C ．若物块到达底面时动能相同，物块与倾角大的斜面之间的动摩擦因数大D ．若物块到达底面时动能相同，物块与倾角小的斜面之间的动摩擦因数大5．物体在一个方向竖直向上的拉力作用下参与了下列三种运动：匀速上升、加速上升和减速上升。
关于这个物体在这三种运动中机械能的变化情况，正确的说法是 ( )A ．匀速上升过程中机械能不变，加速上升过程中机械能增加，减速上升过程中机械能减小B ．匀速上升和加速上升过程中机械能增加，，减速上升过程中机械能减小C ．三种运动过程中，机械能均增加D ．由于这个拉力和重力大小关系不明确，不能确定物体的机械能的增减情况6.一个物体以初动能100J 沿斜面上行，通过某点P 时，动能减少80J ，机械能减少32J ，当它从斜面返回出发点时的动能为 ( )A ．20JB ．60JC ．48JD ．68J7.如图5所示，托盘质量为M ，在水平盘面上放置一质量为m 的物体，托盘固定在弹簧的上端，弹簧的下端固定在地面上，开始时托盘和物体处于静止状态，现在用力将托盘与物体从平衡位置下压高度H 后，由静止释放，托盘与物体所达到的最大速度为v ，则在从释放到达到最大速度的过程中，以下说法正确的是 ( ) A ．托盘对物体的支持力所做的功等于212mv 图5B ．物体克服重力做的功等于212mv C ．弹簧的弹力所做的功等于212Mv MgHD ．合外力对托盘M 所做的功等于212Mv8.一个人稳站在商店的自动扶梯的水平踏板上，随扶梯向上加速，如图6所示，则( ) A ．人只受到重力和踏板的支持力作用B ．人对踏板的压力大小等于人所受到的重力大小C ．踏板对人做的功等于人的机械能增加量D ．人所受合力做的功等于人的机械能的增加量图69.如图所示，粗糙的斜面下端是连一个轻质弹簧，弹簧与斜面平行，小滑块A 从斜面的某一高度开始沿斜面向下加速运动到压缩弹簧到最短的过程中，则下列说法正确的（ ） A.滑块先做匀加速运动后匀减速运动B.滑块先做匀加速运动，接触弹簧后再做匀加速运动最后做变减速运动C.从开始运动到将弹簧压缩最短的过程中，滑块重力做功等于内能与弹性势能的增量D.从开始运动到将弹簧压缩最短的过程中，小块重力势能减少量与内能的增加量之和等于弹性势能的增大量10.一小物体冲上一个固定的粗糙斜面，经过斜面上A 、B 两点到达斜面的最高点后返回时，又通过了A 、B 两点，如图所示，对于物体上滑时由A 到B 和下滑时由B 到A 的过程中，其动能的增量的大小分别为ΔEk1和ΔEk2，机械能的增量的大小分别是ΔE1和ΔE2，则以下大小关系正确的是( ) A ．ΔEk1>ΔEk2 ΔE1>ΔE2 B ．ΔEk1>ΔEk2 ΔE1<ΔE2 C ．ΔEk1>ΔEk2 ΔE1＝ΔE2 D ．ΔEk1<ΔEk2 ΔE1＝ΔE2A11.(6分)用如图7所示的实验装置验证机械能守恒定律．重锤由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律．(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示装置安装好器材B．将打点计时器接到直流电源上C．先松开悬挂纸带的夹子，后接通电源打出一条纸带图7 D．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填写在下面的空行内．________________________________________________________________________ (2)利用这个装置可以测量重锤下落的加速度的数值．如图14所示，根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测量出A点距打下的第一个点O距离为x0，点A、C间的距离为x1、点C、E间的距离为x2，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度的表达式为a＝________，打C点时重锤的速度v＝________.12．如图所示，一质量为m的木块从A处由静止开始，沿ACDB滑到处静止，设动摩擦因数μ处处相同，转角处撞击影响不计，测得A和B两点连线与水平成角θ．则木块与接触面的动摩擦因数μ=______·13.如图所示，在一根长l的细线上系一个质量为m的小球，当把小球拉到使细线与水平面成α=30°角时，轻轻释放小球．不计空气阻力，试求小球落到悬点正下方的B点时对细线的拉力．14.如图所示，倾角为θ的光滑斜面上放有两个质量均为m的小球A、B，两小球用一根长L的轻杆相连，下面的B球离斜面底端的高度为h，两球从静止开始滑下斜面后进人光滑平面．(不计与地面碰撞时的机械能损失)求：(1)两球在光滑平面上运动时的速度；(2)在这过程中杆对A球所做的功．15.如图所示，MN是一固定在水平地面上足够长的绝缘平板（右侧有挡板），整个空间有平行于平板向左、场强为E的匀强电场，在板上C点的右侧有一个垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，一个质量为m、带电量为-q的小物块，从C点由静止开始向右先做加速运动再做匀速运动．当物体碰到右端挡板后被弹回，若在碰撞瞬间撤去电场，小物块返回时在磁场中恰做匀速运动，已知平板NC部分的长度为L，物块与平板间的动摩擦因数为μ，求：Array（1）小物块向右运动过程中克服摩擦力做的功；（2）小物块与右端挡板碰撞过程损失的机械能；（3）最终小物块停在绝缘平板上的位置．专题三参考答案1.【解析】 判定一物体机械能的变化，要看除重力以外的其他力做功情况，由sin mg F F ma μθ+-= 知sin 0F F mg ma μθ-=->即F>F μ故F 做的正功多于克服摩擦力做功，所以物体的机械能必增大． 【答案】A 2.【答案】 AD3.【解析】 重力势能与参考平面的选取有关，而重力势能的变化与参考平面的选取无关，小球落地时重力势能为-mgh ，而整个过程的重力势能的变化与参考平面的选取无关，为mg(H+h)．【答案】D4.【解析】 设斜面底边长为l ，倾角为θ，机械能损失△E=cos cos lmg mg μθμθ⋅=由动能定理得21tan cos 0cos 2l mgl mg mv θμθθ⋅-⋅=-若到达底面时动能相同，则物块在倾角大的斜面上滑行时，机械能损失较大，所以其动摩擦因数也较大· 【答案】 AC 5. 【答案】 C 6. 【答案】 A7. 【解析】 合外力对托盘做的功，等于它动能的增量· 【答案】D8. 【解析】 人站在水平踏板上，由于加速，水平方向有分加速度x a ，可知人水平方向受静摩擦力．A 项错；竖直方向有分加速度y a 支持力应大于重力，B 项错；踏板对人所做的功就是支持力和摩擦力的合力所做的功等于人的机械能的增量，故C 项正确；由动能定理知，D 项错·【答案】 C 【答案】C9.【解析】小滑块A 从斜面的某一高度开始沿斜面向下加速运动到压缩弹簧到最短的过程中先沿斜面做匀加速运动，接触弹簧后开始做变加速运动，最后做变减速速运动．滑块重力做功使重力势能减少，减少的重力势能转化为系统的内能和弹簧的弹势能，所以选项C 对 【答案】C.10.【解析】设物体在A 、B 间滑动时克服阻力做功为Wf ，则物体由A 到B ，有mgh ＋Wf ＝ΔEk1，由B 到A ，有mgh －Wf ＝ΔEk2，所以ΔEk1>ΔEk2；再根据功能关系，物体克服阻力做的功等于物体机械能改变量的大小，有：Wf ＝ΔE1＝ΔE2，故选项C 正确．12【解析】由题l 图知，木块的下滑高度为h^，水平位移为d ，由动能定理可得0mgh mgd μ-=，代入cot d h θ=，解得 1tan cot μθθ== 13.【答案】3.5mg14.【解析】 (1)根据机械能守恒定律，有21(sin )2mgh mg h L mv θ++=所以v(2)根据动能定理21(sin )2W mg h L mv θ++= 所以1sin 2W mgL θ=- 即杆对A 球做负功，大小为1sin 2mgL θ．【答案】 (1) （2）1sin 2mgL θ．15.【答案】(1)2222()2m qE mg W qEL q B μμ-=- (2) 2232222()2m qE mg m g E q B μμμ--∆= (3)2222m g x q B μ=【解析】（1）设小物块向右匀速运动时的速度大小为v 1，由平衡条件有 1()0qE mg qv B μ-+=①（1分）设小物块在向右运动过程中克服摩擦力做的功为W ，由动能定理有21102qEL W mv -=- ②（2分）由①②式解得1qE mg v qBμμ-=③2222()2m qE mg W qEL q B μμ-=-④（2分）（2）设小物块返回时在磁场中匀速运动的速度大小为v 2，与右端挡板碰撞过程损失的机械能为E ∆，则有 20qv B mg -=⑤（2分）22121122E mv mv ∆=-⑥（1分）由③⑤⑥式解得 2232222()2m qE mg m g E q B μμμ--∆=⑦（2分）（3）设最终小物块停止的位置在板上C 点左侧x 距离处，由能量守恒定律有2212mv mgx μ= ⑧（2分）由⑤⑧式解得 2222m g x q Bμ=⑨。
高中物理功能关系能量守恒定律典型题及答案
高中物理功能关系能量守恒定律典型题及答案1.起跳摸高是学生经常进行的一项体育活动。
一质量为m的同学弯曲两腿向下蹲,然后用力蹬地起跳,从该同学用力蹬地到刚离开地面的起跳过程中,他的重心上升了h,离地时他的速度大小为v。
下列说法正确的是( )A.该同学的机械能增加了mghB.起跳过程中该同学机械能的增量为mgh+mv2C.地面的支持力对该同学做的功为mgh+mv2D.该同学所受的合外力对其做的功为mv2+mgh2.如图所示，弹簧的下端固定在光滑斜面底端，弹簧与斜面平行．在通过弹簧中心的直线上，小球P从直线上的N点由静止释放，在小球P与弹簧接触到速度变为零的过程中，下列说法中正确的是( )A．小球P的动能一定在减小B．小球P的机械能一定在减少C．小球P与弹簧系统的机械能一定在增加D．小球P重力势能的减小量大于弹簧弹性势能的增加量3.(2017课标Ⅲ,16,6分)如图,一质量为m、长度为l的均匀柔软细绳PQ竖直悬挂。
用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点,M点与绳的上端P相距l。
重力加速度大小为g。
在此过程中,外力做的功为( )A.mglB.mglC.mglD.mgl4.(多选)(2020·全国卷Ⅰ·20)一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10 m/s2.则( )A．物块下滑过程中机械能不守恒B．物块与斜面间的动摩擦因数为0.5C．物块下滑时加速度的大小为6.0 m/s2D．当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J5.(多选)如图所示,轻质弹簧的一端固定在竖直墙面上,另一端拴接一小物块,小物块放在水平面上,小物块与水平面之间的动摩擦因数为μ,当小物块位于O点时弹簧处于自然状态。
现将小物块向右移到a 点,然后由静止释放,小物块最终停在O点左侧的b点(图中未画出),以下说法正确的是( )A.O、b之间的距离小于O、a之间的距离B.从O至b的过程中,小物块的加速度逐渐减小C.小物块在O点时的速度最大D.整个过程中,弹簧弹性势能的减少量等于小物块克服摩擦力所做的功6.如图所示，一个长为L，质量为M的木板，静止在光滑水平面上，一个质量为m的物块(可视为质点)，以水平初速度v0，从木板的左端滑向另一端，设物块与木板间的动摩擦因数为μ，当物块与木板相对静止时，物块仍在长木板上，物块相对木板的位移为d，木板相对地面的位移为s，重力加速度为g.则在此过程中( )A．摩擦力对物块做功为－μmg(s＋d)B．摩擦力对木板做功为μmgsC．木板动能的增量为μmgdD．由于摩擦而产生的热量为μmgs7.(多选)如图所示,一质量为M的斜面体静止在水平地面上,质量为m的木块沿粗糙斜面加速下滑h高度,速度大小由v1增大到v2,所用时间为t,木块与斜面体之间的动摩擦因数为μ。
高中物理 功能关系 典型例题(含答案)【经典】
考点三：功能关系1．(单选)如图，木板可绕固定水平轴O 转动．木板从水平位置OA 缓慢转到OB 位置，木板上的物块始终相对于木板静止．在这一过程中，物块的重力势能增加了2J ．用F N 表示物块受到的支持力，用F f 表示物块受到的摩擦力．在此过程中，以下判断正确的是( )．答案 BA ．F N 和F f 对物块都不做功B ．F N 对物块做功为2 J ，F f 对物块不做功C ．F N 对物块不做功，F f 对物块做功为2 JD ．F N 和F f 对物块所做功的代数和为02．（单选）质量为m 的物体由静止开始下落，由于空气阻力影响，物体下落的加速度为45g ，在物体下落高度为h 的过程中，下列说法正确的是( ) 答案 AA ．物体的动能增加了45mghB ．物体的机械能减少了45mgh C ．物体克服阻力所做的功为45mgh D ．物体的重力势能减少了45mgh 答案 A 解析 下落阶段，物体受重力和空气阻力，由动能定理W ＝ΔE k ，即mgh －F f h ＝ΔE k ，F f ＝mg －45mg ＝15mg ，可求ΔE k ＝45mgh ，选项A 正确；机械能减少量等于克服阻力所做的功W ＝F f h ＝15mgh ，选项B 、C 错误；重力势能的减少量等于重力做的功ΔE p ＝mgh ，选项D 错误． 3．(单选)升降机底板上放一质量为100 kg 的物体，物体随升降机由静止开始竖直向上移动5 m 时速度达到4 m/s ，则此过程中(g 取10 m/s 2)( )． 答案 AA ．升降机对物体做功5 800 JB ．合外力对物体做功5 800 JC ．物体的重力势能增加500 JD ．物体的机械能增加800 J4．(多选)如图所示，一块长木板B 放在光滑的水平面上，在B 上放一物体A ，现以恒定的外力拉B ，由于A 、B 间摩擦力的作用，A 将在B 上滑动，以地面为参考系，A 、B 都向前移动一段距离．在此过程中( )．A ．外力F 做的功等于A 和B 动能的增量B ．B 对A 的摩擦力所做的功，等于A 的动能增量C ．A 对B 的摩擦力所做的功，等于B 对A 的摩擦力所做的功D ．外力F 对B 做的功等于B 的动能的增量与B 克服摩擦力所做的功之和 答案 BD5．（单选）如图所示，质量为m 的小球套在倾斜放置的固定光滑杆上，一根轻质弹簧一端固定于O 点，另一端与小球相连，弹簧与杆在同一竖直平面内，将小球沿杆拉到弹簧水平位置由静止释放，小球沿杆下滑，当弹簧位于竖直位置时，小球速度恰好为零，此时小球下降的竖直高度为h ，若全过程中弹簧始终处于伸长状态且处于弹性限度范围内，下列说法正确的是( )．A ．弹簧与杆垂直时，小球速度最大 答案 BB ．弹簧与杆垂直时，小球的动能与重力势能之和最大C ．小球下滑至最低点的过程中，弹簧的弹性势能增加量小于mghD ．小球下滑至最低点的过程中，弹簧的弹性势能增加量大于mgh6．(多选)如图所示，楔形木块abc 固定在水平面上，粗糙斜面ab 和光滑斜面bc 与水平面的夹角相同，顶角b 处安装一定滑轮，质量分别为M 、m (M >m )的滑块，通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行．两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动．若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中( )．答案 CDA ．两滑块组成系统的机械能守恒B ．重力对M 做的功等于M 动能的增加C ．轻绳对m 做的功等于m 机械能的增加D ．两滑块组成系统的机械能损失等于M 克服摩擦力做的功7、（多选）如图所示，一固定斜面倾角为30°，一质量为m 的小物块自斜面底端以一定的初速度，沿斜面向上做匀减速运动，加速度的大小等于重力加速度的大小g .若物块上升的最大高度为H ，则此过程中，物块的( )．答案 ACA ．动能损失了2mgHB ．动能损失了mgHC ．机械能损失了mgHD ．机械能损失了12mgH 8．（多选）如图所示，一小球P 套在竖直放置的光滑固定圆环上，圆环的半径为R ，环上的B 点与圆心O 1等高，一原长为R 的轻弹簧下端固定在环的最低点O 上，上端与球P 连接．现使小球P 以很小的初速度(可视为零)从环的最高点A 开始向右沿环下滑，若不计空气阻力，弹簧始终处于弹性限度内，则下列说法正确的是( )．答案 CDA ．小球P 在下滑过程中弹簧的弹性势能逐渐减少B ．小球P 在下滑过程中机械能守恒C ．小球P 在下滑过程中机械能先逐渐增加后逐渐减少D ．小球P 在到达B 点之后向下滑动的过程中动能先逐渐增加后逐渐减少9、（多选）如图所示，质量为m 的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速率v 匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到相对传送带静止这一过程，下列说法正确的是( )．答案BCA ．电动机多做的功为12mv 2B ．摩擦力对物体做的功为12mv 2C ．电动机增加的功率为μmgvD ．传送带克服摩擦力做功为12mv 210．（单选）如图所示，在竖直平面内有一半径为R 的圆弧轨道，半径OA 水平、OB 竖直，一个质量为m 的小球自A 的正上方P 点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B 时恰好对轨道没有压力．已知AP ＝2R ，重力加速度为g ，则小球从P 到B 的运动过程中( )．答案 DA ．重力做功2 mgRB ．机械能减少mgRC ．合外力做功mgRD ．克服摩擦力做功12mgR11．(单选)如图所示，竖立在水平面上的轻弹簧，下端固定，将一个金属球放在弹簧顶端(球与弹簧不连接)，用力向下压球，使弹簧被压缩，并用细线把小球和地面拴牢(图甲)．烧断细线后，发现球被弹起且脱离弹簧后还能继续向上运动(图乙)．那么该球从细线被烧断到刚脱离弹簧的运动过程中，下列说法正确的是( )．答案 DA ．弹簧的弹性势能先减小后增大B ．球刚脱离弹簧时动能最大C ．球在最低点所受的弹力等于重力D ．在某一阶段内，小球的动能减小而小球的机械能增加12．(多选)如图所示，轻质弹簧的一端与固定的竖直板P 拴接，另一端与物体A 相连，物体A 置于光滑水平桌面上(桌面足够大)，A 右端连接一细线，细线绕过光滑的定滑轮与物体B 相连．开始时托住B ，让A 处于静止且细线恰好伸直，然后由静止释放B ，直至B获得最大速度．下列有关该过程的分析中正确的是( )． 答案 BDA ．B 物体受到细线的拉力保持不变B ．B 物体机械能的减少量大于弹簧弹性势能的增加量C ．A 物体动能的增量等于B 物体重力对B 做的功与弹簧弹力对A 做的功之和D ．A 物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量等于细线拉力对A 做的功13．（多选）如图所示，将一轻弹簧下端固定在倾角为θ的粗糙斜面底端，弹簧处于自然状态时上端位于A 点．质量为m 的物体从斜面上的B 点由静止下滑，与弹簧发生相互作用后，最终停在斜面上．下列说法正确的是( )．答案 BCA ．物体最终将停在A 点B ．物体第一次反弹后不可能到达B 点C ．整个过程中重力势能的减少量大于克服摩擦力做的功D ．整个过程中物体的最大动能大于弹簧的最大弹性势能14．（多选）如图所示，将一轻弹簧固定在倾角为30°的斜面底端，现用一质量为m 的物体将弹簧压缩锁定在A 点，解除锁定后，物体将沿斜面上滑，物体在运动过程中所能到达的最高点B 距A 的竖直高度为h ，物体离开弹簧后沿斜面向上运动的加速度大小等于重力加速度g .则下列说法正确的是( )．答案 BDA ．弹簧的最大弹性势能为mghB ．物体从A 点运动到B 点的过程中系统损失的机械能为mghC ．物体的最大动能等于弹簧的最大弹性势能D ．物体最终静止在B 点15．(多选)如图所示，轻质弹簧的一端与固定的竖直板P 拴接，另一端与物体A 相连，物体A 置于光滑水平桌面上，右端接一细线，细线绕过光滑的定滑轮与物体B 相连．开始时用手托住B ，让细线恰好伸直，然后由静止释放B ，直至B 获得最大速度．下列有关该过程的分析正确的是( ) 答案 BCA ．B 物体的动能增加量等于B 物体重力势能的减少量B ．B 物体的机械能一直减小C ．细线拉力对A 做的功等于A 物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量D ．B 物体机械能的减少量等于弹簧的弹性势能的增加量解析 对于B 物体，有重力与细线拉力做功，根据动能定理可知，B 物体动能的增加量等于它重力势能的减少量与拉力做功之和，故A 错误；从开始到B 速度达到最大的过程中，细线的拉力对B 一直做负功，所以B 的机械能一直减小，故B 正确；系统机械能的增加量等于系统除重力和弹簧弹力之外的力所做的功，A 物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量等于细线拉力对A 做的功，故C 正确；整个系统中，根据功能关系可知，B 减少的机械能转化为A 的机械能以及弹簧的弹性势能，故B 物体机械能的减少量大于弹簧弹性势能的增加量，故D 错误．16． (多选)如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与一质量为m 、套在粗糙竖直固定杆A 处的圆环相连，弹簧水平且处于原长．圆环从A 处由静止开始下滑，经过B 处的速度最大，到达C 处的速度为零，AC ＝h .圆环在C 处获得一竖直向上的速度v ，恰好能回到A .弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g .则圆环( )A ．下滑过程中，加速度一直减小B ．下滑过程中，克服摩擦力做的功为14m v 2C ．在C 处，弹簧的弹性势能为14m v 2－mgh D ．上滑经过B 的速度大于下滑经过B 的速度 答案 BD解析 由题意知，圆环从A 到C 先加速后减速，到达B 处的加速度减小为零，故加速度先减小后增大，故A 错误；根据能量守恒，从A 到C 有mgh＝W f ＋E p ，从C 到A 有12m v 2＋E p ＝mgh ＋W f ，联立解得：W f ＝14m v 2，E p ＝mgh －14m v 2，所以B 正确，C 错误；根据能量守恒，从A 到B 的过程有12m v 2B ＋ΔE p ′＋W f ′＝mgh ′，B 到A 的过程有12m v B ′2＋ΔE p ′＝mgh ′＋W f ′，比较两式得v B ′>v B ，所以D 正确． 17. (多选)如图所示，长木板A 放在光滑的水平地面上，物体B 以水平速度冲上A 后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A 上，则从B 冲到木板A 上到相对木板A 静止的过程中，下述说法中正确的是( )A ．物体B 动能的减少量等于系统损失的机械能B ．物体B 克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量C ．物体B 损失的机械能等于木板A 获得的动能与系统损失的机械能之和D ．摩擦力对物体B 做的功和对木板A 做的功的总和等于系统内能的增加量 答案 CD解析 物体B 以水平速度冲上木板A 后，由于摩擦力作用，B 减速运动，木板A 加速运动，根据能量守恒定律，物体B 动能的减少量等于木板A 增加的动能和产生的热量之和，选项A 错误；根据动能定理，物体B 克服摩擦力做的功等于物体B 损失的动能，选项B 错误；由能量守恒定律可知，物体B 损失的机械能等于木板A 获得的动能与系统损失的机械能之和，选项C 正确；摩擦力对物体B 做的功等于物体B 动能的减少量，摩擦力对木板A 做的功等于木板A 动能的增加量，由能量守恒定律，摩擦力对物体B 做的功和对木板A 做的功的总和等于系统内能的增加量，选项D 正确．18．（单选）如图所示，固定的倾斜光滑杆上套有一个质量为m 的小球，小球与一轻质弹簧一端相连，弹簧的另一端固定在地面上的A点，已知杆与水平面之间的夹角θ<45°，当小球位于B点时，弹簧与杆垂直，此时弹簧处于原长．现让小球自C点由静止释放，小球在B、D间某点静止，在小球滑到最低点的整个过程中，关于小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能，下列说法正确的是()A．小球的动能与重力势能之和保持不变B．小球的动能与重力势能之和先增大后减小C．小球的动能与弹簧的弹性势能之和保持不变D．小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和保持不变答案B解析小球与弹簧组成的系统在整个过程中，机械能守恒．弹簧处于原长时弹性势能为零，小球从C点到最低点的过程中，弹簧的弹性势能先减小后增大，所以小球的动能与重力势能之和先增大后减小，A项错，B项正确；小球的重力势能不断减小，所以小球的动能与弹簧的弹性势能之和不断增大，C项错；小球的初、末动能均为零，所以上述过程中小球的动能先增大后减小，所以小球的重力势能与弹簧的弹性势能之和先减小后增大，D项错．。
高二物理功能关系试题答案及解析
高二物理功能关系试题答案及解析1.单摆在振动过程中，摆动幅度越来越小这是因为（）A．能量正在逐渐消灭B．动能正在转化为势能C．机械能守恒D．总能量守恒，减少的机械能转化为内能【答案】D【解析】单摆在摆动过程中，由于受到阻力作用，振幅减小，机械能减小，转化为其他形式的能量，不是能量消失了，故选项ABC错误，选项D正确．【考点】单摆；能量守恒定律．2.两个固定的等量异号点电荷所产生电场的等势面如图中虚线所示，一带负电的粒子以某一速度从图中A点沿图示方向进入电场在纸面内飞行，最后离开电场，粒子只受静电力作用，则粒子在电场中（）A．做直线运动，电势能先变小后变大B．做直线运动，电势能先变大后变小C．做曲线运动，电势能先变小后变大D．做曲线运动，电势能先变大后变小【答案】C【解析】试题分析: 根据电场线与等势线垂直可知，在A点电场线方向应与速度v垂直，则粒子所受的电场力与速度v也垂直，粒子做曲线运动．运动轨迹如图中红线，粒子靠近两电荷连线时，电场力做正功，离开两电荷连线时，电场力做负功，则其电势能先变小后变大．故C正确．【考点】电势能；电场线3.如图所示，匀强电场E的区域内有一球体，在球心O点处放置一点电荷+Q，a、b、c、d、e、f为球面上的点，aecf平面与电场平行， bedf平面与电场垂直，则下列说法中正确的是:A．b、d两点的电场强度相同B．a点的电势等于f点的电势C．点电荷+q在球面上任意两点之间移动时，电场力一定做功D．让点电荷+q在球面上运动时，从a点移动到c点的电势能变化量一定最大【答案】D【解析】匀强电场中，b点和d点的场强大小和方向相同，在点电荷+Q的电场中，b点的场强方向向上，d点的场强方向向下，大小相同，所以合场强大小相同，b点的合场强方向斜向右上方，d点合场强方向斜向右下方，故选项A错误；对点电荷+Q的电场中，a点的电势等于f点的电势，而对于匀强电场，a点的电势大于f点的电势，故选项B错误；点电荷+q在球面上任意两点之间移动时，点电荷+Q的电场中电场力不做功，而匀强电场中电场力可能做功，比如从a点到c点，故选项C错误；让点电荷+q在球面上运动时，从a点移动到c点过程中，点电荷+Q的电场中电场力不做功，而匀强电场中电场力做功最多，所以电势能变化量一定最大，故选项D正确．【考点】本题中考查由匀强电场和点电荷的电场叠加，解答时将电场看作是由匀强电场和点电荷的电场组合而成，再分析电场力做功、电场强度和电势能即可．4.如图16所示，两光滑轨道相距L=0.5m，固定在倾角为的斜面上，轨道下端连入阻值为R=4Ω的定值电阻，整个轨道处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B=1T，一质量m=0.1㎏的金属棒MN从轨道顶端由静止释放，沿轨道下滑，金属棒沿轨道下滑x=30m后恰达到最大速度（轨道足够长），在该过程中，始终能保持与轨道良好接触。
功能关系(解析版)-2023年高考物理压轴题专项训练(全国通用)
压轴题04功能关系考向一/选择题：三类连接体的功能关系问题考向二/选择题：有关传送带类的功能关系问题考向三/选择题：有关板块类的功能关系问题考向一：三类连接体的功能关系问题1.轻绳连接的物体系统常见情景二点提醒(1)分清两物体是速度大小相等，还是沿绳方向的分速度大小相等。
(2)用好两物体的位移大小关系或竖直方向高度变化的关系。
2.轻杆连接的物体系统常见情景三大特点(1)平动时两物体线速度相等，转动时两物体角速度相等。
(2)杆对物体的作用力并不总是沿杆的方向，杆能对物体做功，单个物体机械能不守恒。
(3)对于杆和球组成的系统，忽略空气阻力和各种摩擦且没有其他力对系统做功，则系统机械能守恒。
3.轻弹簧连接的物体系统题型特点由轻弹簧连接的物体系统，若只有重力做功或系统内弹簧弹力做功，这时系统内物体的动能、重力势能和弹簧的弹性势能相互转化，而总的机械能守恒。
两点提醒(1)对同一弹簧，弹性势能的大小由弹簧的形变量完全决定，无论弹簧伸长还是压缩。
(2)物体运动的位移与弹簧的形变量或形变量的变化量有关。
考向二：有关传送带类的功能关系问题1．两个设问角度(1)动力学角度：首先要正确分析物体的运动过程，做好受力分析，然后利用运动学公式结合牛顿第二定律求物体及传送带在相应时间内的位移，找出物体和传送带之间的位移关系。
(2)能量角度：求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、因放上物体而使电动机多消耗的电能等，常依据功能关系或能量守恒定律求解。
2．两个功能关系(1)传送带电动机做的功W 电＝ΔE k ＋ΔE p ＋Q ＝Fx 传。
(2)传送带摩擦力产生的热量Q ＝F f ·x 相对。
考向三：有关板块类的功能关系问题1．两个分析角度(1)动力学角度：首先隔离物块和木板，分别分析受力，求出加速度，根据初速度分析两者的运动过程，画出运动轨迹图，找到位移和相对位移关系，根据时间关系列位移等式和速度等式。
高中物理 必修2【功能关系 能量守恒定律】典型题(带解析)
高中物理必修2【功能关系能量守恒定律】典型题1．物体在竖直方向上分别做了匀速上升、加速上升和减速上升三种运动．在这三种情况下物体机械能的变化情况是()A．匀速上升机械能不变，加速上升机械能增加，减速上升机械能减小B．匀速上升和加速上升机械能增加，减速上升机械能减小C．匀速上升和加速上升机械能增加，减速上升机械能可能增加，可能减少，也可能不变D．三种情况中，物体的机械能均增加解析：选C．无论物体向上加速运动还是向上匀速运动，除重力外，其他外力一定对物体做正功，物体机械能都增加；物体向上减速运动时，除重力外，物体受到的其他外力不确定，故无法确定其机械能的变化，C正确．2．如图所示，在轻弹簧的下端悬挂一个质量为m的小球A，若将小球A从弹簧原长位置由静止释放，小球A能够下降的最大高度为h.若将小球A换为质量为3m的小球B，仍从弹簧原长位置由静止释放，则小球B下降h时的速度为(重力加速度为g，不计空气阻力)()A．2gh B．4gh 3C．gh D．gh 2解析：选B．小球A下降h过程小球克服弹簧弹力做功为W1，根据动能定理，有mgh－W1＝0；小球B下降过程，由动能定理有3mgh－W1＝12×3m×v2－0，解得：v＝4gh3，故B正确．3．(多选)滑沙是人们喜爱的游乐活动，如图是滑沙场地的一段斜面，其倾角为30°，设参加活动的人和滑车总质量为m，人和滑车从距底端高为h处的顶端A沿滑道由静止开始匀加速下滑，加速度为0.4g ，人和滑车可视为质点，则从顶端向下滑到底端B 的过程中，下列说法正确的是( )A ．人和滑车减少的重力势能全部转化为动能B ．人和滑车获得的动能为0.8mghC ．整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为0.2mghD ．人和滑车克服摩擦力做功为0.6mgh解析：选BC ．沿斜面的方向有ma ＝mg sin 30°－F f ，所以F f ＝0.1mg ，人和滑车减少的重力势能转化为动能和内能，故A 错误；人和滑车下滑的过程中重力和摩擦力做功，获得的动能为E k ＝(mg sin 30°－F f )h sin 30°＝0.8mgh ，故B 正确；整个下滑过程中人和滑车减少的机械能为ΔE ＝mgh －E k ＝mgh －0.8mgh ＝0.2mgh ，故C 正确；整个下滑过程中克服摩擦力做功等于人和滑车减少的机械能，所以人和滑车克服摩擦力做功为0.2mgh ，故D 错误．4．(多选)如图所示，质量为m 的物体(可视为质点)以某一速度从A 点冲上倾角为30°的固定斜面，其减速运动的加速度为34g ，此物体在斜面上能够上升的最大高度为h ，则在这个过程中物体( )A ．重力势能增加了mghB ．机械能损失了12mghC ．动能损失了mghD ．克服摩擦力做功14mgh解析：选AB ．加速度a ＝34g ＝mg sin 30°＋F f m ，解得摩擦力F f ＝14mg ；物体在斜面上能够上升的最大高度为h ，所以重力势能增加了mgh ，故A 项正确；机械能的损失F f x ＝14mg ·2h＝12mgh ，故B 项正确；动能损失量为克服合外力做功的大小ΔE k ＝F 合外力·x ＝34mg ·2h ＝32mgh ，故C 错误；克服摩擦力做功12mgh ，故D 错误．5．以一定的初速度从地面竖直向上抛出一小球，小球上升到最高点之后，又落回到抛出点，假设小球所受空气阻力与速度大小成正比，则小球在运动过程中的机械能E 随离地高度h 变化关系可能正确的是( )解析：选D ．根据功能关系得ΔE ＝F f ·Δh ，得ΔEΔh ＝F f ，即E -h 图象切线斜率的绝对值等于空气阻力的大小．在上升过程中，速度减小，空气阻力减小，故E -h 图象的斜率减小；下降过程中，速度增大，空气阻力逐渐增大，故E -h 图象的斜率变大；上升过程中平均阻力大于下降过程中的平均阻力，故上升过程中机械能的减小量比下降过程中机械能的减小量大．故图象D 正确，A 、B 、C 错误．6．如图所示，一质量m ＝2 kg 的长木板静止在水平地面上，某时刻一质量M ＝1 kg 的小铁块以水平向左的速度v 0＝9 m/s 从木板的右端滑上木板．已知木板与地面间的动摩擦因数μ1＝0.1，铁块与木板间的动摩擦因数μ2＝0.4，取重力加速度g ＝10 m/s 2，木板足够长，求：(1)铁块相对木板滑动时木板的加速度的大小；(2)铁块与木板摩擦所产生的热量Q 和木板在水平地面上滑行的总路程s . 解析：(1)设铁块在木板上滑动时，木板的加速度为a 2，由牛顿第二定律可得 μ2Mg －μ1(M ＋m )g ＝ma 2，解得a 2＝0.4×1×10－0.1×3×102m/s 2＝0.5 m/s 2.(2)设铁块在木板上滑动时，铁块的加速度为a 1，由牛顿第二定律得 μ2Mg ＝Ma 1，解得a 1＝μ2g ＝4 m/s 2.设铁块与木板相对静止时的共同速度为v ，所需的时间为t ，则有 v ＝v 0－a 1t ＝a 2t ， 解得：v ＝1 m/s ，t ＝2 s. 铁块相对地面的位移x 1＝v 0t －12a 1t 2＝9×2 m －12×4×4 m ＝10 m.木板相对地面的位移x 2＝12a 2t 2＝12×0.5×4 m ＝1 m ，铁块与木板的相对位移Δx ＝x 1－x 2＝10 m －1 m ＝9 m ， 则此过程中铁块与木板摩擦所产生的热量 Q ＝F f Δx ＝μ2Mg Δx ＝0.4×1×10×9 J ＝36 J.设铁块与木板共速后的加速度为a 3，发生的位移为x 3，则有： a 3＝μ1g ＝1 m/s 2，x3＝v 2－02a 3＝0.5 m. 木板在水平地面上滑行的总路程 s ＝x 2＋x 3＝1 m ＋0.5 m ＝1.5 m. 答案：(1)0.5 m/s 2 (2)36 J 1.5 m7．如图所示，abc 是竖直面内的光滑固定轨道，ab 水平，长度为2R ；bc 是半径为R 的四分之一圆弧，与ab 相切于b 点．一质量为m 的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a 点处从静止开始向右运动．重力加速度大小为g .小球从a 点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为( )A ．2mgRB ．4mgRC ．5mgRD ．6mgR解析：选C ．根据动能定理，小球在b 、c 两点的速度大小相等，设小球离开c 时的速度为v ，则有mg ·2R ＝12m v 2，v ＝4gR ，小球离开轨道后的上升时间t ＝v g ＝4Rg，小球从离开轨道至到达轨迹最高点的过程中，水平方向上的加速度大小等于g ，水平位移s ＝12gt 2＝12g ⎝⎛⎭⎫4R g 2＝2R ，整个过程中小球机械能的增量ΔE ＝F ·l ＝mg (2R ＋R ＋2R )＝5mgR ，C 正确．8．质量为m 的人造地球卫星与地心的距离为r 时，引力势能可表示为E p ＝－GMmr ，其中G 为引力常量，M 为地球质量．该卫星原来在半径为R 1的轨道上绕地球做匀速圆周运动，由于受到极稀薄空气的摩擦作用，飞行一段时间后其做匀速圆周运动的半径变为R 2，此过程中因摩擦而产生的热量为( )A ．GMm ⎝⎛⎭⎫1R 2－1R 1B ．GMm ⎝⎛⎭⎫1R 1－1R 2C ．GMm 2⎝⎛⎭⎫1R 2－1R 1 D ．GMm 2⎝⎛⎭⎫1R 1－1R 2 解析：选C ．卫星绕地球做匀速圆周运动满足G Mm r 2＝m v 2r ，动能E k ＝12m v 2＝GMm 2r ，机械能E ＝E k ＋E p ，则E ＝GMm 2r －GMm r ＝－GMm2r.卫星由半径为R 1的轨道降到半径为R 2的轨道过程中损失的机械能ΔE ＝E 1－E 2＝GMm 2⎝⎛⎭⎫1R 2－1R 1，即为下降过程中因摩擦而产生的热量，所以选项C 正确．9．如图所示，水平传送带以v ＝2 m/s 的速率匀速运行，上方漏斗每秒将40 kg 的煤粉竖直放到传送带上，然后一起随传送带匀速运动．如果要使传送带保持原来的速率匀速运行，则电动机应增加的功率为( )A ．80 WB ．160 WC ．400 WD ．800 W解析：选B ．由功能关系，电动机增加的功率用于使单位时间内落在传送带上的煤粉获得的动能以及煤粉相对传送带滑动过程中产生的热量，所以ΔPt ＝12m v 2＋Q ，传送带做匀速运动，而煤粉相对地面做匀加速运动过程中的平均速度为传送带速度的一半，所以煤粉相对传送带的位移等于相对地面的位移，故Q ＝f ·Δx ＝fx ＝12m v 2，解得ΔP ＝160 W ，B 项正确．10．如图所示，圆柱形的容器内有若干个长度不同、粗糙程度相同的直轨道，它们的下端均固定于容器底部圆心O ，上端固定在容器侧壁．若相同的小球以同样的速率，从点O 沿各轨道同时向上运动．对它们向上运动过程，下列说法正确的是( )A ．小球动能相等的位置在同一水平面上B ．小球重力势能相等的位置不在同一水平面上C ．运动过程中同一时刻，小球处在同一球面上D ．当小球在运动过程中产生的摩擦热相等时，小球的位置不在同一水平面上 解析：选D ．小球从底端开始，运动到同一水平面，小球克服重力做的功相同，克服摩擦力做的功不同，动能一定不同，A 项错误．小球的重力势能只与其高度有关，故重力势能相等时，小球一定在同一水平面上，B 项错误．若运动过程中同一时刻，小球处于同一球面上，t ＝0时，小球位于O 点，即O 为球的最低点；设某直轨道与水平面的夹角为θ，则小球在时间t 0内的位移x 0＝v t 0－12(g sin θ＋μg cos θ)t 20，由于球的半径R ＝x 02sin θ与θ有关，故小球在同一时刻一定不在同一球面上，C 项错误．小球运动过程中，摩擦产生的热量等于克服摩擦力所做的功，即Q ＝μmg cos θ·hsin θ＝μmgh cot θ，倾角θ不同时高度h 不同，D 项正确．11．一质点在0～15 s 内竖直向上运动，其加速度—时间图象如图所示，若取竖直向下为正，g 取10 m/s 2，则下列说法正确的是( )A ．质点的机械能不断增加B ．在0～5 s 内质点的动能增加C ．在10～15 s 内质点的机械能一直增加D ．在t ＝15 s 时质点的机械能大于t ＝5 s 时质点的机械能解析：选D ．由图象可以看出0～5 s 内的加速度等于g ，质点的机械能不变，故A 错误；在0～5 s 内，质点速度向上，加速度方向向下，加速度与速度方向相反，则质点速度减小，则动能减小，故B 错误；在10～15 s 内，质点向上减速的加速度大于g ，说明质点受到了方向向下的外力，做负功，机械能减少，故C 错误；根据牛顿第二定律，5～10 s 内，mg －F ＝ma ，得：F ＝2m ，方向向上，做正功，质点机械能增加；10～15 s 内，mg ＋F ＝ma ，得F ＝2m ，方向向下，质点机械能减少；质点一直向上做减速运动，则10～15 s 内的速度小于5～10 s 内的速度，则10～15 s 内的位移s 10～15小于5～10 s 内的位移s 5～10，故Fs 5～10＞Fs 10～15，则5～15 s 内质点机械能增加的多，减少的少，故质点在t ＝15 s 时的机械能大于t ＝5 s 时的机械能，D 正确．12．在学校组织的趣味运动会上，某科技小组为大家提供了一个游戏．如图所示，将一质量为0.1 kg 的钢球放在O 点，用弹射装置将其弹出，使其沿着光滑的半圆形轨道OA和AB 运动．BC 段为一段长为L ＝2.0 m 的粗糙平面，DEFG 为接球槽．圆弧OA 和AB 的半径分别为r ＝0.2 m 、R ＝0.4 m ，小球与BC 段的动摩擦因数为μ＝0.7，C 点离接球槽的高度为h ＝1.25 m ，水平距离为x ＝0.5 m ，接球槽足够大，g 取10 m/s 2.求：(1)要使钢球恰好不脱离圆弧形轨道，钢球在A 点的速度大小； (2)钢球恰好不脱离轨道时，在B 位置对半圆形轨道的压力大小； (3)要使钢球最终能落入槽中，弹射速度v 0至少多大？ 解析：(1)要使钢球恰好不脱离轨道，钢球在最高点时， 对钢球分析有mg ＝m v 2AR ，解得v A ＝2 m/s.(2)钢球从A 到B 的过程由动能定理得 mg ·2R ＝12m v 2B －12m v 2A ，在B 点有F N －mg ＝m v 2BR ，解得F N ＝6 N ，根据牛顿第三定律，钢球在B 位置对半环形轨道的压力为6 N. (3)从C 到D 钢球做平抛运动，要使钢球恰好能落入槽中， 则x ＝v C t ，h ＝12gt 2，解得v C ＝1 m/s ，假设钢球在A 点的速度恰为v A ＝2 m/s 时，钢球可运动到C 点，且速度为v C ′，从A 到C 有mg ·2R －μmgL ＝12m v C ′2－12m v 2A，解得v C ′2<0，故当钢球在A 点的速度恰为v A ＝2 m/s 时，钢球不可能到达C 点，更不可能入槽，要使钢球最终能落入槽中，需要更大的弹射速度，才能使钢球既不脱离轨道，又能落入槽中．当钢球到达C 点速度为v C 时，v 0有最小值，从O 到C 有mgR －μmgL ＝12m v 2C －12m v 20， 解得v 0＝21 m/s.答案：(1)2 m/s (2)6 N (3)21 m/s。
高考物理专题复习 ——功能关系综合运用(附参考答案)
高考物理专题复习——功能关系综合运用(附参考答案)知识点归纳：一、动能定理1．动能定理的表述合外力做的功等于物体动能的变化。
（这里的合外力指物体受到的所有外力的合力，包括重力）。
表达式为W=ΔE K动能定理也可以表述为：外力对物体做的总功等于物体动能的变化。
实际应用时，后一种表述比较好操作。
不必求合力，特别是在全过程的各个阶段受力有变化的情况下，只要把各个力在各个阶段所做的功都按照代数和加起来，就可以得到总功2．对外力做功与动能变化关系的理解：外力对物体做正功，物体的动能增加，这一外力有助于物体的运动，是动力；外力对物体做负功，物体的动能减少，这一外力是阻碍物体的运动，是阻力，外力对物体做负功往往又称物体克服阻力做功．功是能量转化的量度，外力对物体做了多少功；就有多少动能与其它形式的能发生了转化．所以外力对物体所做的功就等于物体动能的变化量．即．3．应用动能定理解题的步骤（1）确定研究对象和研究过程。
和动量定理不同，动能定理的研究对象只能是单个物体，如果是系统，那么系统内的物体间不能有相对运动。
（原因是：系统内所有内力的总冲量一定是零，而系统内所有内力做的总功不一定是零）。
（2）对研究对象进行受力分析。
（研究对象以外的物体施于研究对象的力都要分析，含重力）。
（3）写出该过程中合外力做的功，或分别写出各个力做的功（注意功的正负）。
如果研究过程中物体受力情况有变化，要分别写出该力在各个阶段做的功。
（4）写出物体的初、末动能。
（5）按照动能定理列式求解。
二、机械能守恒定律1．机械能守恒定律的两种表述（1）在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。
（2）如果没有摩擦和介质阻力，物体只发生动能和重力势能的相互转化时，机械能的总量保持不变。
2．对机械能守恒定律的理解：（1）机械能守恒定律的研究对象一定是系统，至少包括地球在内。
通常我们说“小球的机械能守恒”其实一定也就包括地球在内，因为重力势能就是小球和地球所共有的。
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功能关系---高中物理模块典型题归纳（含详细答案）一、单选题（共10题；共20分）1.小球以60J的初动能从A点出发，沿粗糙斜面向上运动，在上升到B点的过程中，小球的动能损失了50J，机械能损失了10J，则（）A.上升过程中合外力对小球做功﹣80JB.整个过程中，摩擦力对小球做功为﹣20JC.下滑过程中重力对小球做功48JD.回到A点小球的动能为40J2.在一次军事演习中，伞兵跳离飞机后打开降落伞，实施定点降落．在伞兵匀速下降的过程中，下列说法正确的是（）A.伞兵的重力做正功，重力势能不变B.伞兵的重力做负功，重力势能增大C.伞兵的重力做正功，重力势能减小D.伞兵的重力做正功，重力势能不变3.轻质弹簧的一端固定于竖直墙壁，另一端与一木块连接在一起，木块放在粗糙的水平地面上．在外力作用下，木块将弹簧压缩了一段距离后静止于A点，如图所示．现撤去外力，木块向右运动，当它运动到O点时弹簧恰好恢复原长．在此过程中AO（）A.木块的速度先增大后减小B.木块的加速度先增大后减小C.弹簧的弹性势能先减小后增大D.弹簧减小的弹性势能等于木块增加的动能4.热核反应是一种理想能源的错误原因是（）A.就平均每一个核子来说，热核反应比重核裂变时释放的能量多B.对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理C.热核反应的原料在地球上储量丰富D.热核反应的速度容易控制5.如图所示，一质量为m，带电量为+q的物块（可视为质点）静止于A点，粗糙水平轨道AB与BC斜面平滑连接，现在整个空间加一上水平向右的匀强电场，使小物块刚好运动到C 点，物块与轨道间的动摩擦因数都为μ，已知AC间的水平距离为S，竖直高度差为H，则下列法正确的是（）A.全程摩擦力做功大小为μmgsB.全程电势能减少mgH+μmgsC.电场强度E=D.若不改变H和S的大小，只改变斜面的倾角，则须改变电场大小才能到达C点6.在“探究功与速度变化的关系”实验中，小车在运动中会受到阻力作用．这样，在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差，我们在实验中想到的办法是使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下面说法中正确的是()A.木板只要稍微倾斜一下即可，没有什么严格的要求B.木板的倾斜角度在理论上应满足下面条件：即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力C.如果小车在木板上差不多能做匀速运动，就说明木板的倾斜程度是符合要求的D.其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的7.如图所示，物块放在小车上，随小车一起向右加速运动的过程中，下列说法正确的是（）A.摩擦力对物块做正功，物块内能增加B.弹力对物块做正功C.若小车运动的加速度逐渐增加，物块可能相对小车滑动D.若小车运动的加速度逐渐减小，物块可能相对小车滑动8.如图所示，水平绷紧的传送带AB长L=6m，始终以恒定速率V1=4m/s运行．初速度大小为V2=6m/s的小物块（可视为质点）从与传送带等高的光滑水平地面上经A点滑上传送带．小物块m=lkg，物块与传送带间动摩擦因数μ=0.4，g取10m/s2．下列说法正确的是（）A.小物块可以到达B点B.小物块不能到达B点，但可返回A点，返回A点速度为6m/sC.小物块向左运动速度减为0时相对传送带滑动的距离达到最大D.小物块在传送带上运动时，因相互间摩擦力产生的热量为50J9.一个带电小球从空中a点运动到b点的过程中，重力做功3J，电场力做功1J，克服空气阻力做功0.5J，则不正确的是（）A.重力势能减少3JB.电势能减少1JC.动能增加4.5JD.机械能增加0.5J10.下列对能的转化和守恒定律的认识错误的是（）A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B.某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器﹣﹣永动机是不可能制成的D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明能量消失了二、多选题11.如图所示，某一空间内充满竖直向下的匀强电场E，在竖直平面内建立坐标xOy，在y＜0的空间里有与场强E垂直的匀强磁场B，在y＞0的空间内，将一质量为m的带电液滴（可视为质点）自由释放，此液滴则沿y轴的负方向以加速度a=2g（g为重力加速度）做匀加速直线运动，当液滴运动到坐标原点时，瞬间被安置在原点的一个装置改变了带电性质（液滴所带电荷量和质量均不变），随后液滴进入y＜0的空间运动．液滴在以后的运动过程中（）A.重力势能一定先减小后增大B.机械能一定先增大后减小C.动能先不变后减小D.动能一直保持不变12.一物体由M点运动到N点的过程中，物体的动能由12J减少到8J，重力势能由3J增加到7J，在此过程中（）A.物体的速度减小B.物体的机械能不变C.物体的机械能减少D.物体的位置降低13.如图所示，与水平面夹角为锐角的斜面底端A向上有三个等距点B，C和D，即AB=BC=CD，D点距水平面高为h．小滑块以初速从A点出发，沿斜面向上运动．若斜面光滑，则滑块到达D位置时速度为零；若斜面AB部分与滑块有处处相同的摩擦，其余部分光滑，则滑块上滑到C位置时速度为零，然后下滑．已知重力加速度为g，则在AB有摩擦的情况下（）A.从C位置返回到A位置的过程中，克服阻力做功为mghB.滑块从B位置返回到A位置的过程中，动能变化为零C.滑块从C位置返回到B位置时的动能为mghD.滑块从B位置返回到A位置时的动能为mgh14.如图，在匀强电场中有一固定斜面。
带电物体从斜面顶端滑到底端的过程中，重力对物体做功24 J，电场力对物体做功-12 J，摩擦力对物体做功-8 J，则物体的（）A.动能增加4 JB.电势能增加12 JC.机械能增加4 JD.重力势能增加24 J15.如图所示，自由下落的小球从它接触弹簧开始，到弹簧压缩到最短的过程中，如果不计空气阻力，并且弹簧的形变始终没有超过弹性限制，则（）A.小球的加速度先减小后增大B.小球的速度一直减小C.小球的机械能一直减小D.小球的重力势能和弹簧的弹性势能之和先增大后减小16.如图所示，轻质弹簧的一端与固定的竖直板P拴接，另一端与物体A相连，物体A置于光滑水平桌面上，右端接一细线，细线绕过光滑的定滑轮与物体B相连．开始时用手托住B，让细线恰好伸直，然后由静止释放B，直至B获得最大速度．下列有关该过程的分析正确的是（）A.B物体受到细线的拉力不变B.当弹簧的弹力等于B物体的重力时，A物体动能最大C.细线拉力对A做的功等于A物体与弹簧所组成的系统机械能的增加量D.A物体动能的增加量等于B物体重力对B物体做的功与弹簧弹力对A物体做的功之和17.如图所示，斜面体固定在水平面上，倾角为θ=30°，质量为m的物块从斜面体上由静止释放，以加速度a= 开始下滑，取出发点为参考点，则图乙中能正确描述物块的速率v、动能E k、势能E P、机械能E、时间t、位移x关系的是（）A. B. C. D.18.用手将质量为1kg的物体由静止向上提高1m，这时物体的速度为4m/s，g取10m/s2，下列说法正确的是（）A.手对物体做功8JB.物体动能增加8JC.物体重力势能增加10JD.物体机械能增加18J三、综合题19.如图所示，固定斜面的倾角，物体A与斜面之间的动摩擦因数，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跨过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，物体A的初始位置到C点的距离为现给A、B一初速度，使A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回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：（1）物体A向下运动到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．20.如图甲所示，工厂利用倾角θ=30°的皮带传输机，将每个质量为m=5kg的木箱从地面运送到高为h=5.25m的平台上，机械手每隔1s就将一个木箱放到传送带的底端，传送带的皮带以恒定的速度顺时针转动且不打滑．木箱放到传送带上后运动的部分v﹣t图象如图乙所示，已知各木箱与传送带间的动摩擦因数都相等．若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2．求：（1）木箱与传送带间的动摩擦因数μ；（2）传送带上最多有几个木箱同时在向上输送；（3）皮带传输机由电动机带动，从机械手放上第一个木箱开始计时的10分钟内，因为木箱的放入，电动机需要多做的功．21.如图所示，一光滑水平桌面AB与一半径为R的光滑半圆形轨道相切与C点，且两者固定不动，一长为L=1.25m的细绳，一端固定于O点，另一端系一个质量m1为0.4kg的小球，当小球m1在竖直方向静止时，球对水平桌面的作用力刚好为零，现将小球m1提起使细绳处于水平位置时无初速度释放，当小球m1摆至最低点时，细绳恰好被拉断，此时小球m1恰好与放在桌面上的质量m2为0.6kg的小球发生弹性正碰，m2将沿半圆形轨道运动，两小球均可视为质点，取g=10m/s2，求：（1）细绳所能承受的最大拉力是多大？（2）m2在半圆形轨道最低点C点的速度为多大？（3）为了保证m2在半圆形轨道中运动时不脱离轨道，试讨论半圆形轨道的半径R应该满足的条件．22.如图所示，质量M=2kg、长L=4.8m的木箱在水平拉力F0=66N的作用下沿水平面向右做匀加速直线运动时，箱内质量m=1kg的物块恰好能静止在木箱后壁上；若此物块贴近木箱后壁放于底板上，木箱在水平拉力F=9N的作用下由静止向右做匀加速直线运动，运动时间t后撒去拉力，则物块恰好能运动到木箱前壁．已知木箱与水平面间的动摩擦因数μ1=0.2，物块与木箱底板间的动摩擦因数μ2是物块与木箱后壁间的动摩擦因数μ0的，不计木箱壁的厚度、最大摩擦力等于滑动摩擦力，物块可视为质点，取g=10m/s2，求：（1）物块与木箱底板间的动摩擦因数μ2；（2）拉力F的作用时间t；（3）第二种情况下，整个过程中因摩擦产生的热量Q．答案一、单选题1.【答案】C【解析】【解答】解：A、上升过程，由动能定理可知，W合=0﹣E K0=0﹣60=﹣60J，故A错误；BD、运用动能定理分析得出：物体损失的动能等于物体克服合外力做的功（包括克服重力做功和克服摩擦阻力做功），损失的动能为：△E k=mgh+fh=（mg+ ）h…①损失的机械能等于克服摩擦阻力做功，△E= h…②由①②得：=常数，与h无关，由题意知此常数为5．则物体上升到最高点时，动能为0，即动能减少了60J，那么损失的机械能为12J，那么物体返回到底端，物体又要损失的机械能为12J，故物体从开始到返回原处总共机械能损失24J，由功能关系知摩擦力做功：W f=﹣24J因而它返回A点的动能为36J，故BD错误；C、由上述分析可知，物体上升到最高点时，动能为0，即动能减少了60J，那么损失的机械能为12J，则重力势能增加48J，即重力做功为：W G=﹣48J，所以下行过程中重力对小球做功48J，故C正确．故选：C．【分析】运用动能定理列出动能的变化和总功的等式，运用除了重力之外的力所做的功量度机械能的变化关系列出等式，两者结合去解决问题．2.【答案】C【解析】【解答】解：在伞兵匀速下降的过程中，其重力不变，高度不断减小，则重力做正功，重力势能不断减小．动能不变，动能与重力势能之和即机械能减小．故ABD错误，C 正确．故选：C．【分析】从重力势能和机械能大小的决定因素考虑：（1）重力势能大小的影响因素：质量、被举的高度．质量越大，高度越高，重力势能越大；（2）机械能等于动能和重力势能之和，重力之外的其他力做功量度机械能的改变．3.【答案】A【解析】【解答】解：AB、撤去外力木块向右运动过程中，开始阶段，木块所受的弹簧的弹力大于滑动摩擦力，速度增大．随着弹力的减小，合力减小，加速度减小．后来弹簧的弹力小于滑动摩擦力，随着弹力的减小，合力反向增大，则加速度反向增大，所以木块的速度先增大后减小，加速度先减小后增大，故A正确，B错误．C、弹簧的压缩量逐渐减小，弹性势能一直减小．故C错误．D、弹簧减小的弹性势能转化为木块的动能和内能，根据能量守恒定律弹簧减小的弹性势能大于木块增加的动能．故D错误．故选：A【分析】分析木块的受力情况，由牛顿第二定律分析木块的运动情况，判断速度和加速度如何变化．弹簧的弹性势能随形变量的减小而减小．根据能量守恒分析弹簧减小的弹性势能与木块增加的动能的关系．4.【答案】D【解析】解答：A、平均每一个核子，轻核的聚变产生的能量比重核裂变释放的能量要多；故A正确；B、轻核裂变没有放射性，生成物容易处理；故B正确；C、热核反应用到的原料为氢的同位素，在海水中大量存在；故C正确；D、热核反应由高温高压引发，目前其速度无法控制；故D错误；故选：D．分析：热核反应是由较轻的H和H反应形成的，其放出的能量多，生气物对环境没有污染，且在海水中原料非富，维一的缺点在于比重核裂变更难控制．5.【答案】C【解析】【解答】解：设AB长s′，BC长s″，BC与水平面的夹角为θ，全程列动能定理得，qES﹣mgH﹣μmgs′﹣μmgcosθs″﹣μqEsinθs″=0，即qES﹣mgH﹣μmgS﹣μqEH=0解得，E= ，故C正确；摩擦力的做功大小为μmgS+μqEH，故A错误；电场力做功为qES=mgH+μmgS+μqEH，故电势能减少量为mgH+μmgS+μqEH，故B错误；由E= 可知，斜面倾角与电场强度的大小无关，只与S和H有关，故斜面倾角变化时，电场强度不变，故D错误；故选：C【分析】在AB段物体受到电场力、摩擦力和重力，电场力做正功，摩擦力做负功，由于物体的高度没有变化，重力不做功，BC段电场力做正功，摩擦力做负功，重力做负功；根据动能定理，全程列动能定理，即可解题．6.【答案】B【解析】【解答】平衡摩擦力常用垫高长木板固定打点计时器的一端的方法．若小车可在长木板上做匀速运动，则表明重力沿斜面向下的分力正好平衡摩擦力，B正确【分析】实验原理：橡皮筋的弹性势能转化为小车的动能，实验中改变拉力做功时，为了能定量，所以用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度，这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系．小车先加速运动后匀速，小车最大速度由纸带上的点迹均匀部分求出．7.【答案】C【解析】【解答】解：A、物块相对于小车静止，受静摩擦力作用，物体的内能不会变化，A 不符合题意．B、弹力方向与物块运动方向夹角为钝角，则弹力对物块做负功，B不符合题意．C、若小车运动的加速度逐渐增加，物块所受的合力不足以提供物块所需要的合力时，物块相对小车滑动，C符合题意．D、若小车运动的加速度逐渐减小，物块所受的合力减小，摩擦力减小，由于摩擦力的竖直分力与弹力的竖直分力之和等于重力，因此弹力会增大，物块的最大静摩擦力会增大，物块不会相对于小车滑动，D不符合题意故答案为：C【分析】物块和小车一起运动，说明两个物体之间加速度相等．当物块的加速度变化时，说明合外力也在随之发生改变。