第4章　机械能及其守恒定律 分层作业24　动力学和能量观点的综合应用--2025粤教版高中物理必修第二册同步练习题

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2025粤教版高中物理必修第二册
分层作业24　动力学和能量观点的综合应用
A组 必备知识基础练
　　　　　　　　　　　　　　　　　
题组一　常见的功能关系
1.(2024广东清远期末)游乐场中的水滑梯如图所示,可视为由倾斜的光滑轨道和水平的阻力轨道组成,水平阻力轨道的长度为51.2 m.若人在水平轨道上受到的平均阻力大小为其所受重力大小的,重力加速度g取10 m/s2,出于安全考虑,要求人不能与水平轨道的末端碰撞,则人从水滑梯的倾斜轨道顶端下滑到最低点时的最大速度为(　　)
A.8 m/s B.10 m/s
C.12 m/s D.16 m/s
2.(多选)平抛运动中,关于重力做功,下列说法正确的是(　　)
A.重力不做功
B.重力做功与路径无关
C.重力做正功,机械能守恒
D.重力做正功,机械能减少
3.(多选)跳伞运动员练习跳伞时,从悬停在空中的直升机上打开降落伞竖直跳下,跳离直升机后,由于受到水平风力的作用,最后斜向下匀速落向地面.则在匀速落向地面的过程中,伞和运动员(　　)
A.所受空气作用力方向斜向上
B.所受空气作用力方向竖直向上
C.重力势能减少量大于机械能减少量
D.重力势能减少量等于机械能减少量
4.(2024广东广州检测)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处时速度为零,则此时弹簧的弹性势能为(g取10 m/s2)(　　)
A.3.5 J B.3.1 J C.5.1 J D.2.0 J
题组二　动力学观点与能量观点的综合应用
5.(2024湖南岳阳检测)如图所示,在地面上以速度v0抛出质量为m的物体,抛出后物体落到海平面上.若以海平面为参考平面,且不计空气阻力,重力加速度为g,则下列说法正确的是(　　)
A.物体落到海平面时的重力势能为mgh
B.重力对物体做的功为-mgh
C.物体在地面上抛出时的机械能为+mgh
D.物体落到海平面上时动能为
6.如图是儿童公园的摩天轮,假设某乘客坐在座椅上随座舱在竖直面内做匀速圆周运动,整个过程座椅始终保持水平,乘客到转轴轴心的距离为R.下列说法正确的是(　　)
A.座舱转动过程,乘客的机械能守恒
B.座舱转动过程,座椅没有给乘客摩擦力作用
C.要使乘客能通过最高点,座舱的最小速度为
D.座舱在与转轴等高处,乘客所受摩擦力方向指向转轴心
7.(多选)(2024天津期末)低空跳伞是一种刺激的极限运动,假设质量为m的跳伞运动员,由静止开始下落h的过程中受恒定阻力作用,加速度为g,对于此过程,下列说法正确的是(　　)
A.运动员的重力势能减少了mgh
B.运动员克服阻力所做的功为mgh
C.运动员的动能增加了mgh
D.运动员的机械能减少了mgh
B组 关键能力提升练
8.(多选)(2024广东深圳阶段练习)图甲为倾角为37°的固定斜面,一个质量为2 kg的物块自斜面底端沿斜面上滑,其动能和重力势能随上滑距离x的变化如图乙中直线Ⅰ和Ⅱ所示,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则(　　)
A.物块的初速度为5 m/s
B.物块和斜面间的动摩擦因数为0.5
C.物块上升的最大高度为3 m
D.物块回到斜面底端时的动能为20 J
9.小明根据打夯机(一种通过运动夯实路面的机械)的原理制成了如图所示的装置,底座与支架固定在一起,支架上有一转轴,一根轻杆一端连接在转轴上,另一端固定一个铁球,铁球的转动半径为r,底座和支架的总质量为m0,铁球的质量为m,其余各部件的质量都忽略不计.不计空气阻力和转轴的摩擦,重力加速度为g,铁球静止在最低点时给铁球一水平初速度v0,铁球在竖直平面内做完整的圆周运动,底座始终处于静止状态,则 (　　)
A.铁球经过最低点时,底座对地面的作用力可能为(m0+4m)g
B.铁球经过最高点时,底座对地面的作用力可能大于(m0+m)g
C.v0的最大值为
D.v0的最大值为
C组 核心素养拔高练
10.如图所示,有一固定在水平地面的光滑平台,平台右端B与静止的水平传送带平滑相接,传送带长L=4 m,有一个质量为m=0.5 kg的滑块,放在水平平台上,平台上有一根轻质弹簧,左端固定,右端与滑块接触但不连接,现将滑块缓慢向左移动压缩弹簧,且弹簧始终在弹性限度内,在弹簧处于压缩状态时,若将滑块由静止释放,滑块最后恰能到达传送带右端C点.已知滑块与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,g取10 m/s2,求:
(1)滑块到达B点时的速度vB的大小及弹簧储存的最大弹性势能Ep;
(2)若传送带以3.0 m/s的速度沿顺时针方向匀速转动,当滑块冲上传送带时,对滑块施加一大小恒为0.5 N的水平向右的作用力,滑块从B运动到C的过程中,摩擦力对它做的功.
分层作业24　动力学和能量观点的综合应用
1.D　解析 设人从水滑梯的倾斜轨道顶端下滑到最低点时的最大速度为v,人在水平轨道上,由功能关系有kmgs=mv2,解得v=16 m/s,故选D.
2.BC　解析 平抛运动中,重力方向竖直向下,与位移方向的夹角小于90°,则重力做正功,平抛运动只受重力,机械能守恒,并且重力做功与路径无关.故选BC.
3.BD　解析 在匀速落地过程中,说明伞和运动员处于平衡状态,伞和运动员重力竖直向下,所以所受的空气作用力与重力大小相等,方向相反,竖直向上,故A错误,B正确;由于机械能为动能与势能之和,且匀速落地,动能不变,所以重力势能的减少量就是机械能的减少量,故C错误,D正确.
4.B　解析 根据F-x图像可得外力F做的功为图线与横轴围成的面积,所以有WF= J=3.5 J,设弹簧的弹性势能为Ep,克服弹簧弹力做的功为W弹,根据功能关系可得WF-W弹-μmgx=0,解得W弹=3.1 J,则弹簧的弹性势能为Ep=W弹=3.1 J,故选B.
5.C　解析 以海平面为参考平面,物体落到海平面时的重力势能为0,故A错误;重力对物体做的功为W=mgh,故B错误;物体在地面上抛出时的机械能为E=+mgh,故C正确;根据动能定理有mgh=Ek-,可得Ek=+mgh,故D错误.
6.D　解析 座舱转动过程,乘客的动能不变,重力势能不断变化,则机械能不守恒,故A错误;座舱在与转轴等高处,乘客所受摩擦力提供做圆周运动的向心力,则所受的摩擦力方向指向转轴轴心,故D正确,B错误;要使乘客能通过最高点,座舱的最小速度为零,故C错误.
7.BCD　解析 重力做功为WG=mgh,可知运动员的重力势能减少了mgh,故A错误;根据牛顿第二定律可得mg-f=ma=mg,可得f=mg,则运动员克服阻力所做的功为Wf=fh=mgh,可知运动员的机械能减少了mgh,故B、D正确;根据动能定理可得ΔEk=W合=mah=mgh,可知运动员的动能增加了mgh,故C正确.
8.BCD　解析 物块沿斜面上滑时,物块的动能随上滑距离的增大而减小,重力势能随上滑距离的增大而增大,可知直线 Ⅰ 表示物块的动能随上滑距离x的变化关系,直线 Ⅱ 表示物块的重力势能随上滑距离x的变化关系,初动能为100 J=mv2,解得v=10 m/s,故A错误;由动能定理得0-Ek1=-mgxmsin 37°-μmgcos 37°xm,解得μ=0.5,故B正确;由图可知hm=xmsin 37°,解得hm=3 m,故C正确;由动能定理得Ek2-Ek1=-2μmgcos 37°xm,解得Ek2=20 J,故D正确.
9.C　解析 铁球在最低点时,若底座对地面的作用力为(m0+4m)g,则铁球在最低点时所需的向心力为3mg,对铁球有=3mg,解得v0=,铁球上升过程中机械能守恒,有mghmax=,解得hmax=1.5r,铁球不能在竖直面内做完整的圆周运动,故A错误;铁球在最高点时速度的最小值为零,根据圆周运动知识和受力分析知识可知,铁球在最高点时,底座对地面的最大作用力为(m0+m)g,故B错误;铁球在最高点时,底座对地面作用力为零时小球的初速度最大,设小球经过最高点时的最大速度为v1,有=(m0+m)g,铁球从最高点运动到最低点的过程有+2mgr=,解得v0max=,故C正确,D错误.
10.解析 (1)滑块从释放至运动到B点,由机械能守恒定律得Ep=
从B到C,由动能定理得-μmgL=0-
联立解得vB=4 m/s,Ep=4 J.
(2)由于vB>v传,滑块滑上传送带时,加速度大小为a,有μmg-F=ma
滑块减速到与传送带共速时,由运动学公式得
v2-=-2ax1
解得x1=3.5 m故滑块之后匀速运动,从B到C,由动能定理得
FL+Wf=mv2-
解得Wf=-3.75 J.
答案 (1)4 m/s　4 J　(2)-3.75 J
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