新高考人教版高中物理题型训练（必修二）专题8.6 功能关系（人教版2019必修第二册）（解析版）.docxVIP

专题8.6功能关系

【人教版】

TOC\o1-3\t正文,1\h

【题型1涉及弹簧的机械能变化问题】

【题型2涉及弹性绳、轻杆的机械能变化问题】

【题型3机械能变化的定量运算问题】

【题型4细绳连接体中的机械能变化问题】

【题型5联系实际】

【题型6摩擦生热导致机械能损失】

【题型7空气阻力导致机械能损失】

【题型8图像问题】

【题型1涉及弹簧的机械能变化问题】

【例1】如图所示，弹簧的下端固定在光滑斜面底端，弹簧与斜面平行。在通过弹簧中心的直线上，小球P从直线上的N点由静止释放，在小球P与弹簧接触到速度变为零的过程中，下列说法中正确的是()

A.小球P的动能一定在减小

B.小球P的机械能一定在减少

C.小球P与弹簧系统的机械能一定在增加

D.小球P重力势能的减小量大于弹簧弹性势能的增加量

答案B

解析小球P与弹簧接触后，刚开始弹力小于重力沿斜面向下的分力，合力沿斜面向下，随着形变量增大，弹力大于重力沿斜面向下的分力，合力方向沿斜面向上，合力先做正功后做负功，小球P的动能先增大后减小，A错误；小球P与弹簧组成的系统的机械能守恒，弹簧的弹性势能不断增大，所以小球P的机械能不断减小，B正确，C错误；当小球P的速度为零时，根据系统机械能守恒，可知小球P重力势能的减小量等于弹簧弹性势能的增加量，D错误。

【变式1-1】弹跳杆运动是一项广受青少年欢迎的运动，弹跳杆的结构如图甲所示，一根弹簧的下端固定在跳杆的底部，上端固定在一个套在跳杆上的脚踏板底部，质量为5m的小明站在脚踏板上，当他和跳杆处于竖直静止状态时，弹簧的压缩量为x0，小明先保持稳定姿态竖直弹跳。某次弹跳中，从弹簧处于最大压缩量为5x0开始计时，如图乙(a)所示；上升到弹簧恢复原长时，小明抓住跳杆，使得他和弹跳杆瞬间达到共同速度，如图乙(b)所示；紧接着他保持稳定姿态竖直上升到最大高度，如图乙(c)所示。已知全程弹簧始终处于弹性限度内弹簧弹性势能满足Ep＝eq\f(1,2)kx2，k为弹簧劲度系数，x为弹簧形变量，跳杆的质量为m，重力加速度为g，空气阻力、弹簧和脚踏板的质量以及弹簧和脚踏板与跳杆间的摩擦均可忽略不计。求：

(1)弹跳杆中弹簧的劲度系数k；

(2)从开始计时至竖直上升到最大高度过程中小明的最大速度vm。

[解析](1)小明和跳杆处于竖直静止状态时受力平衡，重力与弹簧弹力等大反向，有5mg＝kx0，解得k＝eq\f(5mg,x0)。

(2)小明受到的合力为零时，速度最大，此时小明上升高度为4x0。

根据系统能量守恒定律可知，eq\f(1,2)k(5x0)2＝5mg·4x0＋eq\f(1,2)kx02＋eq\f(1,2)×5mvm2，解得vm＝4eq\r(gx0)。

[答案](1)eq\f(5mg,x0)(2)4eq\r(gx0)

【变式1-2】某同学用如图所示的装置测量一个凹形木块的质量m，弹簧的左端固定，木块在水平面上紧靠弹簧(不连接)将其压缩，记下木块右端位置A点，静止释放后，木块右端恰能运动到B1点．在木块槽中加入一个质量m0＝800g的砝码，再将木块左端紧靠弹簧，木块右端位置仍然在A点，静止释放后木块离开弹簧，右端恰能运动到B2点，测得AB1、AB2长分别为27.0cm和9.0cm，则木块的质量m为()

A．100gB．200gC．300gD．400g

【答案】D

【解析】根据能量守恒定律，有μmg·AB1＝Ep，μ(m0＋m)g·AB2＝Ep，联立解得m＝400g，D正确．故选D．

【变式1-3】如图，固定斜面的倾角θ＝30°，物体A与斜面之间的动摩擦因数μ＝eq\f(\r(3),2)，轻弹簧下端固定在斜面底端，弹簧处于原长时上端位于C点．用一根不可伸长的轻绳通过轻质光滑的定滑轮连接物体A和B，滑轮右侧绳子与斜面平行，A的质量为2m，B的质量为m，初始时物体A到C点的距离为L.现给A、B一初速度v0(v0eq\r(gL))，使A开始沿斜面向下运动，B向上运动，物体A将弹簧压缩到最短后又恰好能弹到C点．已知重力加速度为g，不计空气阻力，整个过程中，轻绳始终处于伸直状态，求：

(1)物体A向下运动刚到C点时的速度大小；

(2)弹簧的最大压缩量；

(3)弹簧的最大弹性势能．

【答案】(1)eq\r(v\o\al(02)－gL)(2)eq\f(1,2)(eq\f(v\o\al(02),g)－L)(3)eq\f(3,4)m(v02－gL)

【解析】(1)物体A与斜面间的滑动摩擦力大小Ff＝2μmgcosθ，

A向下运动到C点的过程，对A、B组成的系统，由动能定理有

2mgLsinθ－