高考物理二轮复习专题培优练习重难点05 功、功率　动能定理（2份打包，原卷版+解析版）

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这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及到几个知识点，而且都是牛顿运动定律、功和功率、动能定理的内容结合起来考查，考查时注重物理思维与物理能力的考核。计算题中多过程问题中，巧妙选取过程利用动能定理求解题目居多。电磁场中也会结合功、动能定理解决问题。
例题1. （2022·北京·高考真题）我国航天员在“天宫课堂”中演示了多种有趣的实验，提高了青少年科学探索的兴趣。某同学设计了如下实验：细绳一端固定，另一端系一小球，给小球一初速度使其在竖直平面内做圆周运动。无论在“天宫”还是在地面做此实验（ ）
A．小球的速度大小均发生变化B．小球的向心加速度大小均发生变化
C．细绳的拉力对小球均不做功D．细绳的拉力大小均发生变化
例题2. （2022·江苏·高考真题）某滑雪赛道如图所示，滑雪运动员从静止开始沿斜面下滑，经圆弧滑道起跳。将运动员视为质点，不计摩擦力及空气阻力，此过程中，运动员的动能 SKIPIF 1 < 0 与水平位移x的关系图像正确的是（ ）
A．B．
C．D．
一、功和功率
1．是否做功及做功正负的判断
(1)根据力与位移的方向的夹角判断；
(2)根据力与瞬时速度方向的夹角α判断：0≤α＜90°，力做正功；α＝90°，力不做功；90°＜α≤180°，力做负功．
2．计算功的方法
(1)恒力做的功：直接用W＝Flcs α计算．
(2)合外力做的功
方法一：先求合外力F合，再用W合＝F合lcs α求功．
方法二：先求各个力做的功W1、W2、W3…，再应用W合＝W1＋W2＋W3＋…求合外力做的功．
方法三：利用动能定理W合＝Ek2－Ek1.
3.变力做功的分析和计算
求变力做功的五种方法
4. 平均功率的计算方法
(1)利用eq \x\t(P)＝eq \f(W,t).
(2)利用eq \x\t(P)＝F·eq \x\t(v)cs α，其中eq \x\t(v)为物体运动的平均速度．其中F为恒力，α不变．
2．瞬时功率的计算方法
(1)利用公式P＝Fvcs α，其中v为t时刻的瞬时速度．F可为恒力，也可为变力，α为F与v的夹角，α可以不变，也可以变化．
(2)公式P＝Fvcs α中，Fcs α可认为是力F在速度v方向上的分力，vcs α可认为是速度v在力F方向上的分速度．
二、动能定理的应用
1．对动能定理的理解
(1)动能定理表达式W＝ΔEk中，W表示所有外力做功的代数和。ΔEk为所研究过程的末动能与初动能之差，且物体的速度均是相对地面的速度。
(2)
2．应用动能定理解题应注意的四点
(1)动能定理往往用于单个物体的运动过程，由于不涉及加速度及时间，比动力学研究方法要简捷。
(2)动能定理表达式是一个标量式，在某个方向上应用动能定理是没有依据的。
(3)物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的过程(如加速、减速的过程)，此时可以分段考虑，也可以对全过程考虑，但如能对整个过程利用动能定理列式，则可使问题简化。
(4)根据动能定理列方程时，必须明确各力做功的正、负，确实难以判断，可先假定为正功，最后根据结果加以检验。
（建议用时：30分钟）
一、单选题
1． （2023·浙江·模拟预测）如图所示，有两个完全相同的小球 A、B，将它们从同一高度以相同大小的初速度v0分别水平抛出和竖直向上抛出（不计空气阻力），则下列说法正确的是（ ）
A．两小球落地时的速度相同
B．从抛出点至落地，两球重力做功相同
C．两小球落地时，重力的瞬时功率相同
D．从抛出点至落地，重力对两小球做功的平均功率相同
2． （2022·安徽铜陵·二模）如图所示，在长为1m的细绳下端拴一个质量为3kg的小球，捏住绳子的上端，使小球在水平面内做圆周运动，细绳就沿圆锥面旋转，这样就成了一个圆锥摆。开始时使绳子跟竖直方向的夹角为α=37°，之后对小球做功，再次稳定后，使绳子跟竖直方向的夹角为β=53°，保持悬点不变。已知sin37°=0.6，cs37°=0.8，重力加速度g取10m/s2，则手对小球做的功为（ ）
A．6JB．9.25JC．15.25JD．20.25J
3． （2021·湖南·永顺县第一中学模拟预测）一物块沿倾角为θ的斜坡向上滑动，当物块的初速度为v时，上升的最大高度为H，如图所示；当物块的初速度为 SKIPIF 1 < 0 时，上升的最大高度记为h。重力加速度大小为g。物块与斜坡间的动摩擦因数和h分别为（ ）
A．tanθ和 SKIPIF 1 < 0 B． SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0 C．tanθ和 SKIPIF 1 < 0 D． SKIPIF 1 < 0 和 SKIPIF 1 < 0
4． （2022·黑龙江·佳木斯一中二模）轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m=0.5 kg的物块相连，如图甲所示，弹簧处于原长状态，物块静止且与水平面间的动摩擦因数μ=0.2，以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴。现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图乙所示。物块运动至x=0.4 m处时速度为2m/s。则此时弹簧的弹性势能为（g=10 m/s2）（ ）
A．3.1 JB．3.5 JC．1.8 JD．2.1J
二、多选题
5．（多选）（2022·广东·高考真题）如图所示，载有防疫物资的无人驾驶小车，在水平 SKIPIF 1 < 0 段以恒定功率 SKIPIF 1 < 0 、速度 SKIPIF 1 < 0 匀速行驶，在斜坡 SKIPIF 1 < 0 段以恒定功率 SKIPIF 1 < 0 、速度 SKIPIF 1 < 0 匀速行驶。已知小车总质量为 SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 ， SKIPIF 1 < 0 段的倾角为 SKIPIF 1 < 0 ，重力加速度g取 SKIPIF 1 < 0 ，不计空气阻力。下列说法正确的有（ ）
A．从M到N，小车牵引力大小为 SKIPIF 1 < 0 B．从M到N，小车克服摩擦力做功 SKIPIF 1 < 0
C．从P到Q，小车重力势能增加 SKIPIF 1 < 0 D．从P到Q，小车克服摩擦力做功 SKIPIF 1 < 0
6． （多选）（2022·海南·模拟预测）如图所示，长为4 SKIPIF 1 < 0 ，倾角为37°的光滑绝缘细杆AD垂直穿过半径为 SKIPIF 1 < 0 、带电量为-Q的固定大圆环圆心O，细杆上B、O、C三点等分细杆长度。现从细杆的顶端A无初速度地释放一个质量为m，带电量为+q的套在细杆上的可视为点电荷的小滑环。已知静电力常量为k，重力加速度为g，sn37°=0.6，cs37°=0.8，大圆环和小滑环上的电荷均匀分布，小滑环上的电荷不影响电场分布，则下列说法正确的是（ ）
A．小滑环在D点的速度大小为 SKIPIF 1 < 0
B．大圆环在B点产生的场强大小为 SKIPIF 1 < 0
C．小滑环从B到C的过程中电场力所做的功为 SKIPIF 1 < 0
D．小滑环在B点的加速度大小为 SKIPIF 1 < 0
三、解答题
7． （2022·湖北·模拟预测）如图所示，一足够长的倾斜传送带以速度v=2m/s沿顺时针方向匀速转动，传送带与水平方向的夹角θ=37°。质量m1=5kg的小物块A和质量m2=5kg的小物块B由跨过定滑轮的轻绳连接，A与定滑轮间的绳子与传送带平行，轻绳足够长且不可伸长。某时刻开始给物块A以沿传送带方向的初速度v0=8m/s（此时物块A、B的速率相等，且轻绳绷紧），使物块A从传送带下端冲上传送带，已知物块A与传送带间的动摩擦因数μ=0.5，不计滑轮的质量与摩擦，整个运动过程中物块B都没有上升到定滑轮处。取sin37°=0.6，cs37°=0.8，重力加速度g=10m/s2，求
（1）物块A刚冲上传送带时加速度的大小及方向；
（2）物块A冲上传送带沿传送带向上运动的最远距离及此过程中传送带对物块A做的功；
（3）若传送带以不同的速率v（08．如图所示，内径很小的细管 SKIPIF 1 < 0 竖直固定， SKIPIF 1 < 0 段为内径粗糙的水平直线细管，P点处有一弹性挡板、 SKIPIF 1 < 0 段为内径光滑的半径为R的 SKIPIF 1 < 0 圆弧，两段细管于M点处滑顺连接。一细绳左侧连接一质量为 SKIPIF 1 < 0 的滑块A，另一端穿过P板经细管连接一大小略小于内径的质量为m的滑块B。在外力影响下，两滑块初始均静止，除 SKIPIF 1 < 0 段外，其余各处阻力不计， SKIPIF 1 < 0 段滑动摩擦因数取0.5。
（1）同时释放两物块，试求滑块B运动至M点时，滑块A的速度大小？
（2）系统释放后，滑块B经M点后水平撞击挡板P能够原速率弹回，刚好返回M点。试判断整个过程中，滑块B的在水平段运动路程是 SKIPIF 1 < 0 段长度的几倍？
（3）若滑块A的质量可以调节改变，但应大于滑块B。要使滑块B运动至M点时对细管的压力不大于自身重力的 SKIPIF 1 < 0 倍，试求滑块A与B满足要求的质量比值范围？
方法
以例说法
微元法
质量为m的木块在水平面内做圆周运动，运动一周克服摩擦力做功Wf＝Ff·Δx1＋Ff·Δx2＋Ff·Δx3＋…＝Ff(Δx1＋Δx2＋Δx3＋…)＝Ff·2πR
等效
转换法
恒力F把物块从A拉到B，绳子对物块做功W＝F·(eq \f(h,sin α)－eq \f(h,sin β))
图像法
一水平拉力拉着一物体在水平面上运动的位移为x0，图线与横轴所围面积表示拉力所做的功，W＝eq \f(F0＋F1,2)x0
平均
值法
当力与位移为线性关系，力可用平均值eq \x\t(F)＝eq \f(F1＋F2,2)表示，代入功的公式得W＝eq \f(kΔx,2)·Δx
应用动
能定理
用力F把小球从A处缓慢拉到B处，F做功为WF，则有：WF－mgL(1－cs θ)＝0，得WF＝mgL(1－cs θ)