2024版新教材高考物理复习特训卷考点35功能关系能量守恒定律

这是一份2024版新教材高考物理复习特训卷考点35功能关系能量守恒定律，共6页。试卷主要包含了3 m2，8% B．9等内容，欢迎下载使用。


[2023·广东普宁模拟]如图所示，在名为“勇敢者”的课堂演示实验中，用不可伸长的轻长绳将一铁球悬挂在天花板上．一同学靠墙站立，双手拉球使其与鼻尖恰好接触，然后由静止释放铁球．若该同学保持图示姿势不变，则下列说法中正确的是( )
A．铁球可能会撞击该静止不动的同学
B．铁球运动到最低点时处于失重状态
C．释放瞬间铁球的加速度水平向右
D．释放瞬间长绳拉力小于铁球重力
2.
[2023·湖北武汉汉阳区4月模拟](多选)如图所示，一个粗糙的水平转台以角速度ω匀速转动，转台上有一个质量为m的物体，物体与转台间用长L的绳连接着，此时物体与转台处于相对静止，设物体与转台间的动摩擦因数为μ，现突然制动转台，则 ( )
A．由于惯性和摩擦力，物体将以O为圆心、L为半径做变速圆周运动，直到停止
B．若物体在转台上运动一周，物体克服摩擦力做的功为2μmgπL
C．若物体在转台上运动一周，摩擦力对物体不做功
D．物体在转台上运动 eq \f(Lω2,4μgπ) 圈后，停止运动
3.
[2023·山东潍坊一模]图中的路灯为太阳能路灯，每只路灯的光伏电池板有效采光面积约0.3 m2.晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为3×106J．如果每天等效日照时间约为6 h，光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h，则光电池的光电转换效率约为( )
A．4.8% B．9.6%
C．16% D．44%
4．[2023·山东日照一模]一小球从地面上以某一初速度竖直向上抛出，运动过程中受到的阻力大小与速率成正比，在上升过程中，下列能正确反映小球的机械能E随上升高度h的变化规律(选地面为零势能参考平面)的是( )
5.
[2023·浙江嘉兴模拟]宁波天一广场音乐喷泉被称为“擎天柱”，其中一个喷水管单位时间竖直喷出体积Q＝0.04 m3/s的水，喷高可达13层楼的高度，已知水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，不计空气阻力，电动机用于该喷水管的功率约为( )
A．1.6×104WB．8.0×104W
C．1.0×105WD．2.0×105W
6.
[2023·天津滨海模拟](多选)如图所示，重10 N的滑块轻放在倾角为30°的斜面上，从a点由静止开始下滑，到b点接触到一个轻质弹簧，滑块压缩弹簧到c点开始弹回，返回b点离开弹簧，最后又回到a点．已知ab＝1 m，bc＝0.2 m，则以下结论正确的是( )
A．整个过程中弹簧弹性势能的最大值为6 J
B．整个过程中滑块动能的最大值为6 J
C．从c到b弹簧的弹力对滑块做功为5 J
D．整个过程中弹簧、滑块与地球组成的系统机械能守恒
7.
[2023·福建厦门一模](多选)如图所示，竖直平面内有一半径为R的固定 eq \f(1,4) 圆弧轨道与水平轨道相切于最低点B，一质量为m的小物块P(可视为质点)从A处由静止下滑，经过最低点B后沿水平轨道运动，到C处停下，B、C两点间的距离为R，物块P与圆轨道、水平轨道之间的动摩擦因数均为μ，现用力F将物块P沿下滑的路径从C处缓慢拉回圆弧轨道的顶端A，拉力F的方向始终与物块P的运动方向一致，物块P从B处经圆弧轨道到达A处过程中，克服摩擦力做的功为μmgR，下列说法正确的是( )
A．物块P在下滑过程中，运动到B处时速度最大
B．物块P从A滑到C的过程中，克服摩擦力做的功等于2μmgR
C．拉力F做的功小于2mgR
D．拉力F做的功为mgR(1＋2μ)
8．[2023·江苏扬州一模](多选)第一次将一长木板静止放在光滑水平面上，如图甲所示，一小铅块(可视为质点)以水平初速度v0由木板左端向右滑动，到达右端时恰能与木板保持相对静止．第二次将长木板分成A、B两块，使B的长度和质量均为A的2倍，并紧挨着放在原水平面上，让小铅块仍以初速度v0由A的左端开始向右滑动，如图乙所示．若小铅块相对滑动过程中所受的摩擦力始终不变，则下列说法正确的是( )
A．小铅块将从B的右端飞离木板
B．小铅块滑不到B的右端
C．第一次和第二次过程中产生的热量相等
D．第一次过程中产生的热量大于第二次过程中产生的热量
9.
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 eq \f(1,2) ρAv2
C．若每天平均有1.0×108kW的风能资源，则每天发电量为2.4×109kW·h
D．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6.0×105kW·h
10.[2023·广东佛山模拟]如图所示，粗糙水平面AB与竖直面内的光滑半圆形轨道在B点平滑相接，一质量m的小滑块(可视为质点)将弹簧压缩至A点后由静止释放，经过B点后恰好能通过最高点C作平抛运动．已知：导轨半径R＝0.4 m，小滑块的质量m＝0.1 kg，小滑块与轨道AB间的动摩擦因数μ＝0.2，AB的长度L＝20 m，重力加速度取10 m/s2.求：
(1)小滑块对圆轨道最低处B点的压力大小；
(2)弹簧压缩至A点时弹簧的弹性势能；
(3)若仅改变AB的长度L，其他不变，小滑块在半圆轨道运动时不脱离轨道，求出L的可能值．
考点35 功能关系 能量守恒定律 ——提能力
1．答案：D
解析：铁球释放后，由于空气阻力做负功，在空中摆动过程中机械能损失，所以再次摆到左边最高点的高度低于释放点的高度，所以肯定不会撞击到该同学，A错误；铁球运动到最低点时，合力向上，加速度向上，处于超重状态，B错误；释放瞬间，铁球在长绳拉力和重力的共同作用下沿轨迹切线方向加速，加速度方向沿轨迹切线斜向下，C错误；释放瞬间，铁球在沿长绳方向合力为零，长绳的拉力等于重力沿长绳方向的分力，所以长绳拉力小于铁球重力，D正确．
2．答案：ABD
解析：由于物体与转台处于相对静止，所以物体与转台运动情况相同，物体做变速圆周运动，直到停止，A正确；摩擦力是克服相对运动的，所以物体克服摩擦力做的功等于摩擦力与运动路径的乘积即2μmgπL，C错误，B正确；根据能量守恒有 eq \f(1,2)mω2L2＝2nμmgπL，所以n＝ eq \f(Lω2,4μgπ)，D正确．
3．答案：C
解析：路灯一天的耗电量W有＝Pt＝30×8×3 600 J＝8.64×105 J，光电池接收到的太阳辐射总能量W＝W0St＝3×106×0.3×6 J＝5.4×106 J，故光电池的光电转换效率η＝ eq \f(W有,W)×100%＝16%，故C正确．
4．答案：C
解析： 设小球运动的速率为v时所受的阻力大小为f，根据题意可知f＝kv，根据功能关系得ΔE＝Wf＝fh，则E＝E0－ΔE＝E0－fh，因为速度逐渐减小，所以f逐渐减小，图像的斜率逐渐减小．
5．答案：A
解析：每层楼高约为h＝3 m，所以喷水的高度H＝13h＝39 m，则水离开管口的速度为v＝ eq \r(2gH)＝ eq \r(2×10×39) m/s≈27.9 m/s；设给喷管喷水的电动机输出功率为P，在接近管口很短一段时间Δt内水柱的质量为m＝ρ·vΔtS＝ρQΔt，根据动能定理可得PΔt＝ eq \f(1,2)mv2，解得P＝1.58×104W≈1.6×104W，故A正确．
6．答案：AD
解析： 滑块从a到c，运用动能定理得mghac＋W′弹＝0，hac＝lacsin 30°，解得W′弹＝－6 J．弹簧弹力做的功等于弹性势能的变化，所以整个过程中弹簧弹性势能的最大值为6 J，故A正确；当滑块的合力为0时，滑块速度最大，设滑块在d点合力为0，则d点在b和c之间．滑块从a到d，运用动能定理得mghad＋W弹＝Ekd－0，mghad＜6 J，W弹＜0，所以Ekd＜6 J，故B错误；从c点到b点弹簧的弹力对滑块做功与从b点到c点弹簧的弹力对滑块做功大小相等，即为6 J，故C错误；整个过程中弹簧、滑块与地球组成的系统机械能守恒，没有与系统外发生能量转化，故D正确．
7．答案：CD
解析：当重力沿圆轨道切线方向的分力等于滑动摩擦力时，速度最大，此位置在A、B两点之间，故A错误；将物块P缓慢地从B拉到A，克服摩擦力做的功为μmgR，而物块P从A滑到B的过程中，物块P做圆周运动，根据向心力知识可知物块P所受的支持力比缓慢运动时要大，则滑动摩擦力增大，所以克服摩擦力做的功Wf大于μmgR，因此物块P从A滑到C的过程中克服摩擦力做的功大于2μmgR，故B错误；由动能定理得，物块从C运动到A的过程中有WF－mgR－μmgR－μmgR＝0－0，则拉力F做的功为WF＝mgR(1＋2μ)，故D正确；物块从A滑到C的过程中，根据动能定理得mgR－Wf－μmgR＝0，因为Wf>μmgR，则mgR>μmgR＋μmgR＝2μmgR，因此WF<2mgR，故C正确．
8．答案：BD
解析：在第一次小铅块运动过程中，小铅块与木板之间的摩擦力使整个木板一直加速，第二次小铅块先使整个木板加速，当小铅块运动到B上后A停止加速，只有B加速，加速度大于第一次的对应过程，故第二次小铅块与B将更早共速，所以小铅块还没有运动到B的右端，二者就已共速，A错误，B正确；由于第一次的相对路程大于第二次的相对路程，则第一次过程中产生的热量大于第二次过程中产生的热量，C错误，D正确．
9．答案：D
解析：单位时间流过面积A的流动空气体积为V0＝Av单位时间流过面积A的流动空气质量为m0＝ρV0＝ρAv单位时间流过面积A的流动空气动能为 eq \f(1,2)m0v2＝ eq \f(1,2)ρAv3风速在5～10 m/s范围内，转化效率可视为不变，可知该风力发电机的输出电功率与风速的三次方成正比，A、B错误；由于风力发电存在转化效率，若每天平均有1.0×108 kW的风能资源，则每天发电量应满足E<1.0×108×24 kW·h＝2.4×109 kW·h，C错误；若风场每年有5 000 h风速在6～10 m/s的风能资源，当风速取最小值6 m/s时，该发电机年发电量具有最小值，根据题意，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，可知风速为6 m/s时，输出电功率为P＝63× eq \f(405,93) kW＝120 kW则该发电机年发电量至少为E＝Pt＝120×5 000 kW·h＝6.0×105 kW·h，D正确．
10．答案：(1)6 N (2)5 J (3)L≤20 m或23 m≤L≤25 m
解析：(1)小滑块恰好能通过最高点C，有mg＝m eq \f(v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(C)) ,R)
解得vC＝2 m/s
从B到C根据动能定理有－mg2R＝ eq \f(1,2)mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(C)) － eq \f(1,2)mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(B))
解得vB＝2 eq \r(5) m/s
在B点，对小滑块有FN－mg＝m eq \f(v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(B)) ,R)
解得FN＝6 N.
故根据牛顿第三定律可得小滑块对圆轨道最低处B点的压力大小为6 N.
(2)设弹簧压缩至A点时弹簧的弹性势能为EP，根据功能关系有
Ep－μmgL＝ eq \f(1,2)mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(B)) －0
解得Ep＝5 J.
故弹簧压缩至A点时弹簧的弹性势能为5 J.
(3)当小滑块恰好能通过最高点C作平抛运动时，AB的长度为20 m，当滑块运动到与圆心O等高时速度为零，设此时AB之间的距离为L1，从A到与圆心等高位置，根据功能关系有Ep＝μmgL1＋mgR
解得L1＝23 m
物块恰好达到B点，根据能量守恒定律可得Ep＝μmgL2
解得L2＝25 m.
故要使滑块在半圆轨道运动时不脱离轨道，则L≤20 m或23 m≤L≤25 m．