2025版高考物理全程一轮复习训练题课时分层精练三十功能关系能量守恒定律

这是一份2025版高考物理全程一轮复习训练题课时分层精练三十功能关系能量守恒定律，共5页。试卷主要包含了解析等内容，欢迎下载使用。

1．(多选)[2024·东北三省四市联考]第22届哈尔滨冰雪大世界开门迎客了，近400 m长的极速大滑梯是大人、孩子最喜欢的娱乐项目．一名游客坐在雪橇上下滑了一段路程，重力对他做功3 000 J，他克服阻力做功500 J，则在此过程中这名游客( )
A．重力势能增加了3 000 J B．动能增加了3 000 J
C．动能增加了2 500 J D．机械能减少了500 J
2．木块静置于光滑水平面上，一颗子弹沿水平方向飞来射入木块中．当子弹进入木块的深度达到最大值2.0 cm时，木块沿水平面恰好移动距离1.0 cm.在上述过程中系统损失的机械能与子弹损失的动能之比为( )
A．1∶2 B．1∶3 C．2∶3 D．3∶2
3.
如图所示，将轻质弹簧的一端固定在水平桌面上O点，当弹簧处于自由状态时，弹簧另一端在A点．用一个金属小球挤压弹簧至B点，由静止释放小球，随即小球被弹簧竖直弹出，已知C点为AB的中点．则( )
A．从B到A过程中，小球的机械能守恒
B．从B到A过程中，小球的动能一直在增大
C．从B到A过程中，弹簧的弹性势能先增大后减小
D．从B到C过程弹簧弹力对小球做功大于从C到A过程
4．(多选)如图1所示，水平传送带以恒定的速度顺时针转动，质量为m＝15 kg的箱子在水平传送带上由静止释放，经过6 s后，箱子滑离传送带；箱子的v­t图像如图2所示，对于箱子从静止释放到刚相对传送带静止这一过程，重力加速度g取10 m/s2，下列正确的是( )
A．箱子对传送带做功为－540 J
B．传送带对箱子做功为540 J
C．传送带对箱子做功的平均功率是67.5 W
D．箱子与传送带因摩擦产生的热量为540 J
5．[2024·内蒙古呼和浩特统考二模]如图甲所示，在水平地面上固定一个倾角为θ的足够长的光滑斜面，小滑块从斜面底端在与斜面平行的拉力F作用下由静止开始沿斜面运动，拉力F随时间变化的图像如图乙所示，小滑块运动的速度—时间图像如图丙所示，重力加速度g为10 m/s2.求：
(1)斜面倾角θ；小滑块的质量m；
(2)0～5 s时间内，小滑块的机械能增加量ΔE.
6．[2023·辽宁卷]某大型水陆两栖飞机具有水面滑行汲水和空中投水等功能．某次演练中，该飞机在水面上由静止开始匀加速直线滑行并汲水，速度达到v1＝80 m/s时离开水面，该过程滑行距离L＝1 600 m、汲水质量m＝1.0×104 kg.离开水面后，飞机攀升高度h＝100 m时速度达到v2＝100 m/s，之后保持水平匀速飞行，待接近目标时开始空中投水．取重力加速度g＝10 m/s2.求：
(1)飞机在水面滑行阶段的加速度a的大小及滑行时间t；
(2)整个攀升阶段，飞机汲取的水的机械能增加量ΔE.
7．图示为某商场的室内模拟滑雪机，该机主要由前后两个传动轴及传送带上粘合的雪毯构成，雪毯不断向上运动，使滑雪者产生身临其境的滑雪体验．已知坡道长L＝6 m，倾角θ＝37°，雪毯始终以速度v＝5 m/s向上运动．一质量m＝70 kg(含装备)的滑雪者从坡道顶端由静止滑下，滑雪者没有做任何助力动作，滑雪板与雪毯间的动摩擦因数μ＝ eq \f(3,8)，重力加速度g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.不计空气阻力．在滑雪者滑到坡道底端的过程中，求：
(1)滑雪者的加速度大小a以及经历的时间t；
(2)滑雪者克服摩擦力所做的功W；
(3)滑雪板与雪毯间摩擦产生的热量Q.
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8．如图为一个简化后的娱乐项目示意图，游客被安全地固定在球形装备(看成质点，图中未画出)内，被弹射系统水平贴地弹出后即刻进入长为L＝5 m的水平轨道SO.O点既是水平轨道的末端，也是半圆轨道OA的起点，以O点为坐标原点建立水平向右的x轴．竖直半圆轨道OA与AB(O、A、B在同一条竖直线上，B点为半圆轨道AB的最高点，该处切线水平)的半径均为R＝2 m，它们在A点衔接，不计衔接处的缝隙大小和装备运行到此处的能量损失．半圆轨道OA的右侧是一片水域，水面略低于半径r＝2 m的水平圆盘，MN是圆盘的竖直支架(它与半圆轨道在同一竖直面内)，N点是圆盘的圆心，M点可以左右移动，水平圆盘不能和半圆轨道OA重叠．若球形装备与SO之间的动摩擦因数μ＝0.2，与两半圆轨道的摩擦不计，圆盘转轴NM的高度H＝2 m，不计空气阻力，球形装备的质量为50 kg，g取10 m/s2，在某次设备测试中，让球形装备空载运行．
(1)为了能让装备安全到达B点，则弹射系统应至少给装备提供多少能量？
(2)若装备恰好能安全到达B点，此后为让装备能落到水平圆盘上，求M点的坐标范围．
(3)若M点的坐标为x＝6 m，为让装备能落到水平圆盘上，求弹射系统提供给装备的能量．
课时分层精练（三十） 功能关系 能量守恒定律
1．解析：重力做正功，所以游客的重力势能减少了3 000 J，A错误；合力做功等于动能的增加，所以动能增加了3 000 J－500 J＝2 500 J，B错误，C正确；阻力做负功，所以机械能减少了500 J，D正确．
答案：CD
2．解析：根据题意，子弹在摩擦力作用下的位移为x1＝（2＋1） cm＝3 cm，木块在摩擦力作用下的位移为x2＝1 cm；系统损失的机械能转化为内能，根据功能关系，有ΔE系统＝Q＝Ff·Δx；子弹损失的动能等于子弹克服摩擦力做的功，故ΔE子弹＝Ffx1；所以 eq \f(ΔE系统,ΔE子弹)＝ eq \f(2,3)，所以C正确，A、B、D错误．
答案：C
3．解析：从B到A过程中，弹簧的弹力对小球做正功，则小球的机械能增加，选项A错误；从B到A过程中，开始时弹力大于重力，小球加速上升，当弹力等于重力时小球速度最大，动能最大；之后弹力小于重力，小球的速度减小，动能减小，则小球的动能先增大后减小，选项B错误；从B到A过程中，弹簧的压缩量一直减小，则弹性势能一直减小，选项C错误；从B到C过程弹簧弹力的平均值大于从C到A过程中弹力的平均值，可知从B到C过程弹簧弹力对小球做功大于从C到A过程，选项D正确．
答案：D
4．解析：根据v­t图像，可知箱子加速过程的加速度为a＝ eq \f(Δv,Δt)＝ eq \f(6,4) m/s2＝1.5 m/s2，则箱子受到的摩擦力大小为f＝ma＝22.5 N，箱子加速过程，箱子的位移为x箱＝ eq \f(v,2)t＝ eq \f(6,2)×4 m＝12 m，对于箱子从静止释放到刚相对传送带静止这一过程，传送带对箱子做功为W传＝fx箱＝22.5×12 J＝270 J，传送带对箱子做功的功率为P＝ eq \f(W传,t)＝ eq \f(270,4)W＝67.5 W，故B错误，C正确；
箱子加速过程，传送带的位移为x传＝vt＝6×4 m＝24 m，箱子对传送带做功W箱＝－fx传＝－22.5×24 J＝－540 J，故A正确；
箱子与传送带因摩擦产生的热量为Q＝fΔx＝f（x传－x箱）＝22.5×（24－12） J＝270 J，故D错误．故选AC.
答案：AC
5．解析：（1）第一阶段0～2 s内，由图丙得a1＝ eq \f(Δv,Δt)＝7.5 m/s2.
由牛顿第二定律得F－mg sin θ＝ma1
第二阶段2～5 s内，由图丙得a2＝ eq \f(Δv,Δt)＝5 m/s2.
由牛顿第二定律得mg sin θ＝ma2
联立解得θ＝30°，m＝2 kg.
（2）第一阶段，小滑块运动的位移x＝ eq \f(v0＋vt,2)t＝15 m，WF＝Fx＝375 J.
由功能关系可知，小滑块机械能增加量等于拉力F做的功，即ΔE＝WF＝375 J.
答案：（1）30° 2 kg （2）375 J
6．解析：（1）飞机从静止开始做匀加速直线运动，平均速度为 eq \f(v1,2)，则L＝ eq \f(1,2)v1t
解得飞机滑行的时间为
t＝ eq \f(2L,v1)＝ eq \f(2×1 600,80) s＝40 s
飞机滑行的加速度为
a＝ eq \f(v1,t)＝ eq \f(80,40) m/s2＝2 m/s2
（2）飞机从水面至h＝100 m处，水的机械能包含水的动能和重力势能，则机械能变化量为
ΔE＝mgh＋ eq \f(1,2)mv eq \\al(2,2) － eq \f(1,2)mv eq \\al(2,1) ＝1×104×10×100 J＋ eq \f(1,2)×1×104×1002 J－ eq \f(1,2)×1×104×802 J＝2.8×107 J.
答案：（1）2 m/s2 40 s （2）2.8×107 J
7．解析：（1）设滑雪者受到雪毯的支持力为FN，摩擦力为Ff
在沿斜面方向，由牛顿第二定律可得
mg sin θ－Ff＝ma
在垂直于斜面方向上FN＝mg cs θ
滑雪者受到的摩擦力大小为Ff＝μFN
联立解得a＝3 m/s2
由运动学公式L＝ eq \f(1,2)at2可知
t＝ eq \r(\f(2L,a))＝2 s
（2）滑雪者克服摩擦力做功
WFf＝μmgL cs θ＝1 260 J
（3）此过程雪毯运行的距离为
s＝vt＝10 m
滑雪板与雪毯间摩擦产生的热量
Q＝μmg（L＋s）cs θ＝3 360 J
答案：（1）3 m/s2 2 s （2）1 260 J （3）3 360 J
8．解析：（1）装备恰好能安全到达B点，在最高点B根据牛顿第二定律可得mg＝m eq \f(v eq \\al(2,B) ,R)
根据功能关系可得E＝μmgL＋mg·4R＋ eq \f(1,2)mv eq \\al(2,B)
解得E＝5 000 J.
（2）根据平抛运动的知识可得，竖直方向上有4R－H＝ eq \f(1,2)gt2
计算可得落到圆盘上需要时间t＝ eq \r(\f(6,5)) s
水平方向上有x＝vBt
解得x＝2 eq \r(6) m
由于水平圆盘不能和半圆轨道OA重叠，水平圆盘的半径为2 m，所以M点的坐标范围为4 m＜xM≤（2 eq \r(6)＋2） m.
（3）M点的坐标为x＝6 m时，圆盘在坐标上的范围为（4 m，8 m），由于4 m<2 eq \r(6) m<8 m，故最小能量为E1＝5 000 J.
若装备恰好落在圆盘右侧边缘，根据x′＝v′Bt可得，B点的速度为v′B＝ eq \f(x′,t)＝8 eq \r(\f(5,6)) m/s
最大能量为E2＝μmgL＋mg·4R＋ eq \f(1,2)mv′ eq \\al(2,B) ＝ eq \f(17 500,3) J≈5 833 J
弹射系统提供给装备的能量范围为5 000 J≤E≤5 833 J.
答案：（1）5 000 J （2）4 m＜xM≤（2 eq \r(6)＋2） m
（3）5 000 J≤E≤5 833 J