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- 2021-05-13 发布
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【步步高】2014 高考物理大二轮专题复习与增分策略 题型专练
专练 7 功 功率和功能关系
(限时:45 分钟)
一、单项选择题
1. 质量相同的甲、乙两木块仅在摩擦力作用下沿同一水平面滑动,它们的动能-位移(Ek
-x)的关系如图 1 所示,则两木块的速度-时间(v-t)的图象正确的是 ( )
图 1
答案 D
解析 由动能定理,-Ffx=Ek-Ek0 变化为:Ek=Ek0-Ffx.由它们的动能 Ek-位移 x 的关
系图线可知,甲、乙两木块初动能不同,所受摩擦力 Ff 相同.所以甲、乙两木块初速
度不同,加速度相等,两木块的速度-时间的图象正确的是 D.
2. 悬崖跳水是一项极具挑战性的极限运动,需要运动员具有非凡的胆量和过硬的技术.跳
水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速运动,设质量为 m 的运动员刚入水时的速度
为 v,水对他的阻力大小恒为 F,那么在他减速下降深度为 h 的过程中,下列说法正确
的是(g 为当地的重力加速度) ( )
A.他的动能减少了 Fh
B.他的重力势能减小了 mgh-1
2
mv2
C.他的机械能减少了 Fh
D.他的机械能减少了 mgh
答案 C
解析 在他减速下降深度为 h 的过程中,所受合外力为 F-mg,由动能定理,他的动能
减少了(F-mg)h,他的重力势能减小了 mgh,选项 A、B 错误.由功能关系,他的机械
能减少了 Fh,选项 C 正确,D 错误.
3. 质量为 1 kg 的物体静止于光滑水平面上,t=0 时刻起,物体受到向右的水平拉力 F 作
用,第 1 s 内 F=2 N,第 2 s 内 F=1 N.下列判断正确的是
( )
A.2 s 末物体的速度为 4 m/s
B.2 s 内物体的位移为 3 m
C.第 1 s 末拉力的瞬时功率最大
D.第 2 s 末拉力的瞬时功率最大
答案 C
解析 由牛顿第二定律知第 1 s 内物体的加速度大小为 2 m/s2,第 2 s 内的加速度大小
为 1 m/s2,则第 1 s 末物体的速度大小为 v1=a1t1=2 m/s,第 2 s 末物体的速度大小为
v2=v1+a2t2=3 m/s,选项 A 错误;2 s 内物体的位移为 x=1
2
a1t2
1+(v1t2+1
2
a2t2
2)=3.5 m,
选项 B 错误;第 1 s 末拉力的瞬时功率为 P1=F1v1=4 W,第 2 s 末拉力的瞬时功率为
P2=F2v2=3 W,选项 C 正确,选项 D 错误.
4. 如图 2 所示,分别用恒力 F1、F2 将质量为 m 的物体,由静止开始,沿相同的、固定的粗
糙斜面由底端推到顶端,F1 沿斜面向上,F2 沿水平方向.已知两次所用时间相等,则在
两个过程中 ( )
图 2
A.恒力 F1 作用时,物体的加速度大
B.物体机械能增量相同
C.物体克服摩擦力做功相同
D.恒力 F1、F2 对物体做功相同
答案 B
解析 根据两次所用时间相等,都是沿相同的、固定的粗糙斜面由底端推到顶端,则在
两个过程中物体加速度相同.由 v2=2ax 知两次的末速度相等,所以物体机械能增量相
同,选项 A 错误,B 正确.F2 沿水平方向时,摩擦力较大,物体克服摩擦力做功较多,
选项 C 错误.由动能定理 WF-Wf-WG=ΔEk 知恒力 F2 做功较多,D 选项错误.
5. 一质量为 2 kg 的物体,在水平恒定拉力的作用下以某一速度在粗糙的水平面上做匀速
运动,当运动一段时间后,拉力逐渐减小,且当拉力减小到零时,物体刚好停止运动,
图 3 中给出了拉力随位移变化的关系图象.已知重力加速度 g =10 m/s2,则根据以上
信息不能精确得出或估算得出的物理量有 ( )
图 3
A.物体与水平面间的动摩擦因数
B.合外力对物体所做的功
C.物体匀速运动时的速度
D.物体运动的时间
答案 D
解析 根据题意及图象所给信息可知,当水平拉力为 7 N 时物体匀速运动,即滑动摩擦
力大小为 7 N,所以可求物体与水平面间的动摩擦因数;合外力对物体做的功即为拉力
和摩擦力做功之和,由图象可得物体减速阶段的位移,所以摩擦力的功可求,再由图象
面积的物理意义估算水平拉力做的功,合外力对物体做的功可求;由动能定理可得物体
匀速运动时的速度;因为物体减速阶段为非匀变速运动,所以不能求物体运动的时间,
本题选 D.
6. 如图 4 所示,光滑斜面的顶端固定一弹簧,一小球向右滑行,并冲上固定在地面上的斜
面.设物体在斜面最低点 A 的速度为 v,压缩弹簧至 C 点时弹簧最短,C 点距地面高度
为 h,不计小球与弹簧碰撞过程中的能量损失,则小球在 C 点时弹簧的弹性势能为( )
图 4
A.mgh-1
2
mv2 B.1
2
mv2-mgh
C.mgh+1
2
mv2 D.mgh
答案 B
解析 取 A 点所在的平面为参考平面,根据机械能守恒定律有 1
2
mv2=mgh+Ep,解得 Ep
=1
2
mv2-mgh,选项 B 正确.
7. 如图 5 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 ( )
图 5
A.弹簧与杆垂直时,小球速度最大
B.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 mgh
D.小球下滑至最低点的过程中,弹簧的弹性势能增加量大于 mgh
答案 B
解析 弹簧与杆垂直时,弹性势能最小,小球重力势能和动能之和最大,选项 A 错误,
B 正确.由机械能守恒定律,小球下滑至最低点的过程中,弹簧的弹性势能增加量等于
mgh,选项 C、D 错误.
8. 有一竖直放置的“T”形架,表面光滑,滑块 A、B 分别套在水平杆与竖直杆上,A、B
用一不可伸长的轻细绳相连,A、B 质量相等,且可看做质点,如图 6 所示,开始时细
绳水平伸直,A、B 静止.由静止释放 B 后,已知当细绳与竖直方向的夹角为 60°时,
滑块 B 沿着竖直杆下滑的速度为 v,则连接 A、B 的绳长为
( )
图 6
A.4v2
g
B.3v2
g
C.3v2
4g
D.4v2
3g
答案 D
解析 由静止释放 B 后,已知当细绳与竖直方向的夹角为 60°时,滑块 B 沿细绳方向
的分速度为 vcos 60°=v
2
.此时 A 的速度为
v
2
cos 30°
= 3v
3
.B 下滑高度 h=Lcos 60°=
L
2
,由机械能守恒定律,mgh=1
2
mv2+1
2
m( 3v
3
)2,联立解得 L=4v2
3g
,选项 D 正确.
二、多项选择题
9. (2013·新课标Ⅱ·20)目前,在地球周围有许多人造地球卫星绕着它转,其中一些卫星
的轨道可近似为圆,且轨道半径逐渐变小.若卫星在轨道半径逐渐变小的过程中,只受
到地球引力和稀薄气体阻力的作用,则下列判断正确的是 ( )
A.卫星的动能逐渐减小
B.由于地球引力做正功,引力势能一定减小
C.由于气体阻力做负功,地球引力做正功,机械能保持不变
D.卫星克服气体阻力做的功小于引力势能的减小
答案 BD
解析 在卫星轨道半径逐渐变小的过程中,地球引力做正功,引力势能减小;气体阻力
做负功,机械能逐渐转化为内能,机械能减小,选项 B 正确,C 错误.卫星的运动近似
看作是匀速圆周运动,根据 GMm
r2 =m v2
r
得 v= GM
r
,所以卫星的速度逐渐增大,动能增
大,选项 A 错误.减小的引力势能一部分用来克服气体阻力做功,一部分用来增加动能,
故 D 正确.
10.跳伞运动员从悬停的直升机上跳下,经过一段时间后拉开绳索开启降落伞,如图 7 所示
是跳伞过程中的 v-t 图象.若将人和伞看成一个系统,则 ( )
图 7
A.系统先加速运动,接着减速运动,最后匀速运动
B.系统受到的合外力始终向下
C.阻力对系统始终做负功
D.系统的机械能守恒
答案 AC
解析 由速度图象可知,系统先加速运动,接着减速运动,最后匀速运动,系统受到的
合外力先向下后向上最后为零,选项 A 正确,B 错误.阻力与速度方向相反,对系统始
终做负功,系统的机械能不守恒,选项 C 正确,D 错误.
11.空中花样跳伞是流行于全世界的一种极限运动.假设某跳伞运动员从静止在空中的飞机
上无初速跳下,沿竖直方向下落,运动过程中,运动员受到的空气阻力随着速度的增大
而增大,运动员的机械能与位移的关系图象如图 8 所示,其中 0~x1 过程中的图线为曲
线,x1~x2 过程中的图线为直线.根据该图象,下列判断正确的是 ( )
图 8
A.0~x1 过程中运动员受到的空气阻力是变力,且不断增大
B.x1~x2 过程中运动员做匀速直线运动
C.x1~x2 过程中运动员做变加速直线运动
D.0~x1 过程中运动员的动能不断增大
答案 ABD
解析 根据功能关系,阻力对运动员做的功等于运动员机械能的减少量,则有 E=E0-
Ffx.图线为曲线时阻力是变力,图线为直线时阻力是恒力,可见 0~x1 过程中运动员加
速下降,阻力不断增大,选项 A、D 正确;x1~x2 过程中运动员匀速下降,选项 B 正确,
C 错误.
12.如图 9 甲所示,物体受到水平推力 F 的作用在粗糙水平面上做直线运动.通过力传感器
和速度传感器监测到推力 F、物体速度 v 随时间 t 变化的规律如图乙所示.取 g=10 m/s2.
则 ( )
图 9
A.物体的质量 m=1.0 kg
B.物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.20
C.第 2 s 内物体克服摩擦力做的功 W=2.0 J
D.前 2 s 内推力 F 做功的平均功率 P =1.5 W
答案 CD
解析 第 2 s 内,根据速度-时间图象可知,物体的加速度为 a=2 m/s2,第 3 s 内,
物体做匀速直线运动,F=Ff=μmg=2 N,根据牛顿第二定律有 3 N-μmg=ma,解得
m=0.5 kg,μ=0.40,A、B 选项错误;第 2 s 内物体运动的位移为 1 m,摩擦力为 2 N,
克服摩擦力做的功 W=2.0 J,C 选项正确;前 2 s 内推力 F 做功为 3 J,平均功率 P =
3
2
W=1.5 W,D 选项正确.
13.如图 10 所示,木块 B 上表面是水平的,木块 A 置于 B 上并与 B 保持相对静止,一起沿
固定的光滑斜面由静止开始下滑,在下滑过程中 ( )
图 10
A.A 所受的合外力对 A 不做功
B.B 对 A 的弹力做正功
C.B 对 A 的摩擦力做正功
D.A 对 B 不做功
答案 CD
解析 AB 一起沿固定的光滑斜面由静止开始下滑,设斜面倾角为θ,则加速度为 gsin θ.
由于 A 速度增大,由动能定理,A 所受的合外力对 A 做正功,B 对 A 的摩擦力做正功,B
对 A 的弹力做负功,选项 A、B 错误,C 正确.A 对 B 不做功,选项 D 正确.
14.如图 11 所示,在倾角为θ的光滑斜面上有一轻质弹簧,其一端固定在斜面下端的挡板
上,另一端与质量为 m 的物体接触(未连接),物体静止时弹簧被压缩了 x0.现用力 F 缓
慢沿斜面向下推动物体,使弹簧在弹性限度内再被压缩 2x0 后保持物体静止,然后撤去
F,物体沿斜面向上运动的最大距离为 4.5x0,则在撤去 F 后到物体上升到最高点的过程
中 ( )
图 11
A.物体的动能与重力势能之和不变
B.弹簧弹力对物体做功的功率一直增大
C.弹簧弹力对物体做的功为 4.5mgx0sin θ
D.物体从开始运动到速度最大的过程中克服重力做的功为 2mgx0sin θ
答案 CD
解析 在运动过程中有弹簧的弹性势能转化为物体的动能与重力势能,选项 A 错误;根
据功能关系知,选项 C 正确;弹簧弹力对物体做功的功率先增大后减小,选项 B 错误;
物体在弹簧压缩量为 x0 处速度最大,这时物体从静止开始沿斜面向上运动了 2x0,克服
重力做功为 2mgx0sin θ,选项 D 正确.
【解题方法技巧 4】 选项分组法
以上练习中 7 题的 A、B 选项和 C、D 选项分别讨论同一问题,分析其中一个选项,即可
推出另一选项的正误,其中 2、11 题也有此特点,因此,我们在分析此问题时,可以根据选
项的内容进行分组研究,这种方法叫“选项分组法”.
解题时通过审视题干和观察选项,先对选项分组,然后针对各组所要表述的情况选用合
适的物理概念、规律或结论确定正确答案,既可避免选项的逐一判断,缩短解题时间,又可
以防止解答时多选和漏选的发生,提高解答的准确率.