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第19 讲 功能关系 能量守恒定律
——划重点之精细讲义系列
考点一 功能关系的理解及应用
一．功能关系
1．内容
(1)功是能量转化的量度，即做了多少功就有多少能量发生了转化．
(2)做功的过程一定伴随着能量的转化，而且能量的转化必须通过做功来实现．
2．做功对应变化的能量形式
(1)合外力的功影响物体的动能的变化．
(2)重力的功影响物体重力势能的变化．
(3)弹簧弹力的功影响弹性势能的变化．
(4)除重力或系统内弹力以外的力做功影响物体机械能的变化．
(5)滑动摩擦力的功影响系统内能的变化．
(6)电场力的功影响电势能的变化．
(7)分子力的功影响分子势能的变化．
二．能量守恒定律
1．内容
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，
或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变．
2．适用范围
能量守恒定律是贯穿物理学的基本规律，是各种自然现象中普遍适应的一条规律．
3．表达式
(1)E 初＝E 末，初状态各种能量的总和等于末状态各种能量的总和．
(2)ΔE 增＝ΔE 减，增加的那些能量的增加量等于减少的那些能量的减少量．
1.功能关系的理解和应用原则
（1）牢记三条功能关系
①重力做的功等于重力势能的变化，弹力做的功等于弹性势能的变化。
②合外力做的功等于动能的变化。
③除重力、弹力外，其他力做的功等于机械能的变化。
（2）功能关系的选用原则
①在应用功能关系解决具体问题的过程中，若只涉及动能的变化用动能定理分析。
1
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②只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析。
③只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析。
④只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析。
2 几种常见的功能关系及其表达式
各种力做功
对应能的变化
定量的关系
W 合：合外力的功（所
有外力的功）
动能的改变量
（ΔEk）
合力对物体做功等于物体动能的增量W 合＝ΔEk＝
Ek2－Ek1
WG：重力的功
重力势能的改变
量（ΔEp）
重力做正功，重力势能减少，重力做负功，重力势
能增加，且WG＝－ΔEp＝Ep1－Ep2
W 弹：弹簧弹力做的功
弹性势能的改变
量（ΔEp）
弹力做正功，弹性势能减少，弹力做负功，弹性势
能增加，且W 弹＝－ΔEp＝Ep1－Ep2
只有重力、弹簧弹力的
功
不引起机
械能变化
机械能守恒ΔE＝0
W 其他：除重力或系统内
弹簧弹力以外的其他外
力做的功
机械能的改变量
（ΔE）
除重力和弹力之外的其他力做正功，物体的机械能
增加，做负功，机械能减少，且W 其他＝ΔE
Ff·Δx：一对滑动摩擦力
做功的代数和
因摩擦而产生的
内能（Q）
滑动摩擦力做功引起系统内能增加ΔE 内＝Ff Δx
（Δx 为物体间的相对位移）
【典例1】如图所示，在竖直平面内有一半径为R 的圆弧轨道，半径OA 水平、
OB 竖直，一个质量为m 的小球自A 的正上方P 点由静止开始自由下落，小球沿轨道到
达最高点B 时对轨道压力为.已知AP＝2R，重力加速度为g，则小球从P 到B 的运动过
程中( )
A．重力做功2mgR
B．合力做功mgR
C．克服摩擦力做功mgR
D．机械能减少2mgR
【典例2】如图所示，木板质量为M，长度为L，小木块质量为m，水平地面光滑，
一根不计质量的轻绳通过定滑轮分别与M 和m 连接，小木块与木板间的动摩擦因数为
μ.开始时木块静止在木板左端，现用水平向右的拉力F 将m 拉至右端，则拉力F 做功
至少为( )
A.μmgL
B．μmgL
2
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C．μ(m＋M)gL
D.μ(m＋M)gL
【典例3】(多选) 在倾角为θ 的固定光滑斜面上有两个用轻弹簧相连接的物块A、
B，它们的质量分别为m1、m2，弹簧劲度系数为k，C 为一固定挡板，系统处于静止状
态．现用一平行于斜面向上的恒力F 拉物块A 使之向上运动，当物块B 刚要离开挡板
C 时，物块A 运动的距离为d，速度为v，则( )
A．物块B 的质量满足m2gsin θ＝kd
B．此时物块A 的加速度为
C．此时拉力做功的瞬时功率为Fvsin θ
D．此过程中，弹簧的弹性势能变化了Fd－m1gdsin θ－m1v2
功能关系的选用原则
(1)在应用功能关系解决具体问题的过程中，若只涉及动能的变化用动能定理分析．
(2)只涉及重力势能的变化用重力做功与重力势能变化的关系分析．
(3)只涉及机械能变化用除重力和弹力之外的力做功与机械能变化的关系分析．
(4)只涉及电势能的变化用电场力做功与电势能变化的关系分析．
考点二 摩擦力做功与能量的关系
1．静摩擦力做功的特点
(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．
(2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零．
(3)静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能．
2．滑动摩擦力做功的特点
(1)滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．
(2)相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果：
①机械能全部转化为内能；
②有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外一部分转化为内能．
(3)摩擦生热的计算：Q＝Ff x 相对．其中x 相对为相互摩擦的两个物体间的相对位移．
类别
比较
静摩擦力
滑动摩擦力
不
同
能量的转化
只有能量的转移，而没有能量的
转化
既有能量的转移，又有能量的转
化
3
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点
一对摩擦
力的总功
一对静摩擦力所做功的代数总和
等于零
一对滑动摩擦力所做功的代数和
不为零，总功W＝－Ff·l 相对，即摩
擦时产生的热量
相
同
点
做功的正、
负
两种摩擦力对物体可以做正功、负功，还可以不做功
【典例1】如图所示，一个可视为质点的质量为m＝1 kg 的小物块，从光滑平台上
的A 点以v0＝2 m/s 的初速度水平抛出，到达C 点时，恰好沿C 点的切线方向进入固定
在水平地面上的光滑圆弧轨道，最后小物块滑上紧靠轨道末端D 点的质量为M＝3 kg
的长木板．已知木板上表面与圆弧轨道末端切线相平，木板下表面与水平地面之间光
滑，小物块与长木板间的动摩擦因数μ＝0.3，圆弧轨道的半径为R＝0.4 m，C 点和圆
弧的圆心连线与竖直方向的夹角θ＝60°，不计空气阻力，g 取10 m/s2.求：
(1)小物块刚要到达圆弧轨道末端D 点时对轨道的压力；
(2)要使小物块不滑出长木板，木板的长度L 至少多大？
【典例2】足够长的传送带以速度v 匀速传动，一质量为m 的小物体A 由静止轻
放于传送带上，若小物体与传送带之间的动摩擦因数为μ，如图所示，当物体与传送
带相对静止时，转化为内能的能量为( )
A．mv2
B．2mv2
C.mv2
D.mv2
【典例3】 如图所示，质量为M、长度为L 的小车静止在光滑的水平面上，质量
为m 的小物块放在小车的最左端，现用一水平力F 作用在小物块上，小物块与小车之
间的摩擦力为Ff，经过一段时间小车运动的位移为x，小物块刚好滑到小车的右端，则
下列说法正确的是( )
A．此时小物块的动能为F(x＋L)
B．此时小车的动能为Ffx
C．这一过程中，小物块和小车增加的机械能为Fx－FfL
D．这一过程中，因摩擦而产生的热量为Ff(L＋x)
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【典例4】如图所示为一种摆式动摩擦因数测量仪，其可测量轮胎与地面间的动
摩擦因数，其主要部件有：底部固定有轮胎橡胶片的摆锤和连接摆锤的轻质细杆．摆
锤的质量为m，细杆可绕轴O 在竖直平面内自由转动，摆锤重心到O 点距离为L.测量
时，测量仪固定于水平地面，将摆锤从与O 等高的位置处由静止释放．摆锤摆到最低
点附近时，橡胶片紧压地面擦过一小段距离s(s≪L)，之后继续摆至与竖直方向成θ 角
的最高位置．若摆锤对地面的压力可视为大小为F 的恒力，重力加速度为g，求：
(1)摆锤在上述过程中损失的机械能；
(2)在上述过程中摩擦力对摆锤所做的功；
(3)橡胶片与地面之间的动摩擦因数．
摩擦力做功的分析方法
(1)无论是滑动摩擦力，还是静摩擦力，计算做功时都是用力与对地位移的乘积．
(2)摩擦生热的计算：公式Q＝Ff·x 相对中x 相对为两接触物体间的相对位移，若物体
在传送带上做往复运动时，则x 相对为总的相对路程．
考点三 能量守恒定律的理解及应用
1．对能量守恒定律的两点理解
(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定
相等；
(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定
相等．
2.能量转化问题的解题思路
（1）当涉及摩擦力做功，机械能不守恒时，一般应用能的转化和守恒定律。
（2）解题时，首先确定初末状态，然后分析状态变化过程中哪种形式的能量减少，
哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和ΔE 减与增加的能量总和ΔE 增，最后由ΔE 减
＝ΔE 增列式求解。
3．涉及弹簧的能量问题
两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的过程，具有以下特点：
（1）能量转化方面，如果只有重力和系统内弹簧弹力做功，系统机械能守恒。
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（2）如果系统内每个物体除弹簧弹力外所受合力为零，则当弹簧伸长或压缩到最
大程度时两物体速度相同。
（3）当水平弹簧为自然状态时系统内某一端的物体具有最大速度。
【典例1】 如图所示，光滑曲面AB 与水平面BC 平滑连接于B 点，BC 右端连接
内壁光滑、半径为r 的细圆管CD，管口D 端正下方直立一根劲度系数为k 的轻弹簧，
轻弹簧一端固定，另一端恰好与管口D 端平齐．质量为m 的滑块在曲面上距BC 高度
为2r 处由静止开始下滑，滑块与BC 间的动摩擦因数μ＝，进入管口C 端时与圆管恰
好无作用力，通过CD 后压缩弹簧，在压缩弹簧过程中滑块速度最大时弹簧的弹性势
能为Ep.求：
(1)滑块到达B 点时的速度大小vB；
(2)水平面BC 的长度s；
(3)在压缩弹簧过程中滑块的最大速度vm.
【典例2】(多选) 如图所示，水平桌面上的轻质弹簧一端固定，另一端与小物块
相连，弹簧处于自然长度时物块位于O 点(图中未标出)．物块的质量为m，AB＝a，物
块与桌面间的动摩擦因数为μ，现用水平向右的力将物块从O 点拉至A 点，拉力做的
功为W.撤去拉力后物块由静止向左运动，经O 点到达B 点时速度为零，重力加速度为
g.则上述过程中( )
A．物块在A 点时弹簧的弹性势能一定大于在B 点时的弹性势能
B．物块在O 点时动能最大
C．物块在B 点时，弹簧的弹性势能大于W－μmga
D．经O 点时，物块的动能小于W－μmga
【典例3】如图甲所示，在倾角为37°足够长的粗糙斜面底端，一质量m＝1 kg 的
滑块压缩着一轻弹簧且锁定，但它们并不相连，滑块可视为质点．t＝0 时解除锁定，
计算机通过传感器描绘出滑块的vt 图象如图乙所示，其中Oab 段为曲线，bc 段为直线，
在t1＝0.1 s 时滑块已上滑s＝0.2 m 的距离(g 取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)．
求：
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(1)滑块离开弹簧后在图中bc 段对应的加速度a 及动摩擦因数μ 的大小；
(2)t2＝0.3 s 和t3＝0.4 s 时滑块的速度v1、v2的大小；
(3)弹簧锁定时具有的弹性势能Ep.
涉及弹簧的能量问题的解题方法
两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的过程，具有以下特点：
(1)能量变化上，如果只有重力和系统内弹簧弹力做功，系统机械能守恒．
(2)如果系统每个物体除弹簧弹力外所受合外力为零，则当弹簧伸长或压缩到最大
程度时两物体速度相同．
(3)当弹簧为自然状态时系统内某一端的物体具有最大速度．
考点四 传送带模型中的能量关系
1．模型条件
(1)传送带匀速或加速运动．
(2)物体以初速度v0滑上传送带或轻轻放于传送带上，物体与传送带间有摩擦力．
(3)物体与传送带之间有相对滑动．
2．模型特点
(1)若物体轻轻放在匀速运动的传送带上，物体一定和传送带之间产生相对滑动，
物体一定受到沿传送带前进方向的摩擦力．
(2)若物体静止在传送带上，与传送带一起由静止开始加速，如果动摩擦因数较大，
则物体随传送带一起加速；如果动摩擦因数较小，则物体将跟不上传送带的运动，相
对传送带向后滑动．
(3)若物体与水平传送带一起匀速运动，则物体与传送带之间没有摩擦力；若传送
带是倾斜的，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力作用．
3．功能关系
(1) 对功WF和Q 的理解：
①传送带做的功：WF＝Fx 传；
②产生的内能Q＝Ff x 相对，其中x 相对为相互摩擦的物体与传送带间的相对位移．
(2)功能关系分析：WF＝ΔEk＋ΔEp＋Q.
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【典例1】 如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角θ＝30°，皮带在电动机的带
动下，始终保持v0＝2 m/s 的速率运行，现把一质量为m＝10 kg 的工件(可看做质点)轻
轻放在皮带的底端，经过时间1.9 s，工件被传送到h＝1.5 m 的高处，g 取10 m/s2，求：
(1)工件与传送带间的动摩擦因数；
(2)电动机由于传送工件多消耗的电能．
【典例2】 (多选)如图所示，水平传送带由电动机带动，并始终保持以速度v 匀
速运动．现将质量为m 的某物块无初速地放在传送带的左端，经过时间t 物块保持与
传送带相对静止．设物块与传送带间的动摩擦因数为μ，对于这一过程，下列说法正
确的是( )
A．摩擦力对物块做的功为mv2
B．传送带克服摩擦力做的功为mv2
C．系统摩擦生热为mv2
D．电动机多做的功为mv2
【典例3】 如图所示，传送带与地面的夹角θ＝37°，A、B 两端间距L＝16 m，传
送带以速度v＝10 m/s，沿顺时针方向运动，物体m＝1 kg，无初速度地放置于A 端，
它与传送带间的动摩擦因数μ＝0.5，(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)试求：
(1)物体由A 端运动到B 端的时间；
(2)系统因摩擦产生的热量．
传送带模型问题的分析流程
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1．下列过程中，可能实现的是（ ）
A．一个滑动摩擦力可以做正功，也可以不做功
B．质量不变的一个物体速度变化，动能一定发生变化
C．太阳照射到地球上的光能转化为其他形式能量，但照射到宇宙中的能量都消失了
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明
手表自己产生了能量
2．如图所示，竖直墙壁上一质量为m 的物块用一水平力F 压着，F 从零开始随时间均
匀增大即F=kt，物块与竖直墙壁间的动摩擦因数为μ，物块下滑的距离为h。下列说法
正确的是（ ）
A．物块先匀加速后匀减速直至静止
B．当F=mg 时物块速度最大
C．当t=
时物块刚好静止
D．此过程产生的摩擦热为2mgh
3．（多选）如图所示，某物体（可视为质点）分别从等高的固定斜面Ⅰ、Ⅱ顶端下滑，
物体与接触面间的动摩擦因数处处相同，斜面与水平面接触处用半径可忽略的光滑小
圆弧相连，若该物体沿斜面Ⅰ由静止下滑，运动到水平面上的P 点静止，不计空气阻
力，下列说法正确的是（ ）
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A．物体沿斜面Ⅱ由静止下滑，将运动到水平面上P 点的左侧静止
B．物体沿斜面Ⅱ由静止下滑，将运动到水平面上P 点静止
C．物体沿斜面Ⅱ运动损失的机械能等于沿斜面Ⅰ运动损失的机械能
D．物体沿斜面Ⅱ运动损失的机械能大于沿斜面Ⅰ运动损失的机械能
4．（多选）如图所示，倾斜传送带按顺时针匀速转动，将质量为
的小物块轻轻放
在传送带底端，小物块恰好在传送带的中点与传送带共速，之后匀速上升到传送带顶
端。已知传送带与水平面夹角
，传送带顶端离地高度
，重力加速度
。若全过程中传送带因为传送物体多消耗的电能是
，下列说法正确的
有（ ）
A．物体在传送带上加速运动与匀速运动时间之比为
B．传送带速度为
C．物体与传送带间动摩擦因数
D．在全过程中产生的热量
5. 如图所示，轻质弹簧的上端固定，下端与物体A 相连，物体B 与物体A 之间通
过轻质不可伸长的细绳连接．开始时托住物体A，使A 静止且弹簧处于原长，然后由
静止释放A，从开始释放到物体A 第一次速度最大的过程中，下列说法正确的有( )
A．A、B 两物体的机械能总量守恒
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B．B 物体机械能的减少量一定等于A 物体机械能的减少量
C．轻绳拉力对B 物体做的功等于B 物体机械能的变化
D．A 物体所受合外力做的功等于A 物体机械能的变化
6. 如图所示，光滑坡道顶端距水平面高度为h，质量为m 的小物块A 从坡道顶端
由静止滑下，进入水平面上的滑道时无机械能损失，为使A 制动，将轻弹簧的一端固
定在水平滑道延长线M 处的墙上，另一端恰位于坡道的底端O 点，此时弹簧处于自然
长度．已知在OM 段，物块A 与水平面间的动摩擦因数为μ，其余各处的摩擦不计，重
力加速度为g.
(1)求物块滑到O 点时的速度大小；
(2)求弹簧最大压缩量为d 时的弹性势能(设弹簧处于原长时弹性势能为零)；
(3)当弹簧的最大压缩量为d 时，若物块A 能够被弹回到坡道上，则它能够上升的
最大高度是多少．
7. 在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和蹦床的协助下实现上下弹跳．
如图所示，某次蹦床活动中小孩静止时处于O 点，当其弹跳到最高点A 后下落可将蹦
床压到最低点B，小孩可看成质点，不计空气阻力．下列说法正确的是( )
A．从A 运动到O，小孩重力势能减少量大于动能增加量
B．从O 运动到B，小孩动能减少量等于蹦床弹性势能增加量
C．从A 运动到B，小孩机械能减少量小于蹦床弹性势能增加量
D．若从B 返回到A，小孩机械能增加量等于蹦床弹性势能减少量
8．质量为m 的物体由静止开始下落，由于空气阻力影响，物体下落的加速度为
g，在物体下落高度为h 的过程中，下列说法正确的是( )
A．物体的动能增加了mgh
B．物体的机械能减少了mgh
C．物体克服阻力所做的功为mgh
D．物体的重力势能减少了mgh
9. 构建和谐型、节约型社会深得民心，遍布于生活的方方面面．自动充电式电动
自行车就是很好的一例，电动自行车的前轮装有发电机，发电机与蓄电池连接．当骑
车者用力蹬车或电动自行车自动滑行时，自行车就可以通过发电机向蓄电池充电，将
其他形式的能转化成电能储存起来．现有某人骑车以600 J 的初动能在粗糙的水平路面
上滑行，第一次关闭自动充电装置，让车自由滑行，其动能随位移变化关系如图中的
线①所示；第二次启动自动充电装置，其动能随位移变化关系如图线②所示，则第二
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次向蓄电池所充的电能是( )
A．600 J
B．360 J
C．300 J
D．240 J
10．如图甲，长木板A 放在光滑的水平面上，质量为m＝2 kg 的另一物体B(可看
做质点)以水平速度v0＝2 m/s 滑上原来静止的长木板A 的表面．由于A、B 间存在摩擦，
之后A、B 速度随时间变化情况如图乙所示，则下列说法正确的是(g 取10 m/s2)( )
A．木板获得的动能为2 J
B．系统损失的机械能为4 J
C．木板A 的最小长度为2 m
D．A、B 间的动摩擦因数为0.1
11. (多选)如图所示，质量为m 的滑块以一定初速度滑上倾角为θ 的固定斜面，同
时施加一沿斜面向上的恒力F＝mgsin θ；已知滑块与斜面间的动摩擦因数μ＝tan θ，
取出发点为参考点，能正确描述滑块运动到最高点过程中产生的热量Q、滑块动能
Ek、重力势能Ep、机械能E 随时间t、位移x 关系的是( )
12．(多选)如图所示，水平传送带以恒定速度
顺时针匀速运行，左、右两
端A、B 之间距离
。现将一质量
可看做质点的物块轻轻放到传送带的A
端，同时对物块施加一水平向右的恒力
．已知物块与传送带之间的动摩擦因数
为
，重力加速度g 取
。物块从A 端运动到B 端的过程中，下列说法正确
的是（ ）
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A．物块先匀加速运动后匀速运动
B．物块从A 端运动到B 端的时间为
C．物块运动到B 端时，恒力F 的瞬时功率为
D．物块与传送带间因克服摩擦产生的焦耳热为
13．(多选)如图所示，一弹性轻绳（绳的弹力与其伸长量成正比）左端固定在
点，
弹性绳自然长度等于
，跨过由轻杆
固定的定滑轮连接一个质量为
的小球，小
球穿过竖直固定的杆。初始时
、
在同一条水平线上，小球从
点由静止释放滑
到
点时速度恰好为零。已知
两点间距离为
为
的中点（末准确标注），
小球在
点时弹性绳的拉力为
，小球与杆之间的动摩擦因数为0.5，弹性绳始终
处在弹性限度内。下列说法正确的是（ ）
A．对于弹性绳和小球组成的系统，从
点到
点的过程中机械能减少
B．小球从
点到
点的过程中摩擦力大小不变
C．小球在
阶段损失的机械能大于小球在
阶段损失的机械能
D．若在
点给小球一个向上的速度
，则小球不能回到
点
14．如图甲所示为某机场的行李自动运输系统，可以将其简化为如图乙所示，运
输系统由电动机带动传送带运转，传送带由长度L1=100m 的水平传送带AB 和长度
L2=70m、倾角为37°的倾斜传送带CD 组成，两个传送带之间由很短的一段圆弧连接。
两个传送带都沿顺时针方向转动，速度大小分别为4m/s 和6m/s，每隔1s 将一个货箱
从A 点无初速度放在传送带上，所有货箱的质量均为m=20kg 且可视为质点，货箱与水
平传送带间的动摩擦因数μ1=0.1，与倾斜传送带间的动摩擦因数μ2=0.875，重力加速度
g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8。下列说法正确的是（1 度电=1kW·h）（ ）
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A．每个货箱从A 点到D 点的时间均为29s
B．水平传送带上相邻货箱间的最大距离为最小距离的4 倍
C．倾斜传送带上相邻货箱间的最大距离为6m
D．传送带连续稳定工作24 小时，传送带因运送货箱而多消耗220.8 度电
15．如图所示，在倾角为30°底端具有挡板的固定斜面上，滑块b 通过一劲度系数
为
的轻质弹簧与另一滑块a 连接后置于斜面上，同时滑块b 通过一不可伸
长的轻绳跨过光滑的定滑轮与带孔的小球c 连接，小球c 穿在光滑的固定轻杆上，轻
杆与水平方向的夹角为37°，初始用手托住小球c 置于M 点，此时
水平，弹簧被拉
伸且弹力大小为8N，释放小球c，小球恰好能滑至N 点，MN 的中点为P 点。滑块a 始
终未离开挡板，已知
，
，
，若整个运动过
程中，绳子一直绷紧，下列说法正确的是（ ）
A．滑块b 与斜面间的动摩擦因数为0.5
B．小球c 滑至P 点的速度
C．小球c 从M 点滑至N 点的过程中，经过P 点时重力的功率最大
D．小球c 从M 点滑至P 点的过程中，弹簧的弹性势能先减小再增大
16．如图所示，质量分别为m、2m 小物块A 和小物块B 在竖直方向上通过劲度系
数为k 的轻质弹簧相连，开始时A、B 均静止，现给B 施加一竖直向下的恒力，使B 向
下运动，当速度为零时，立即撤去恒力，一段时间后小物块A 恰好能离开地面。已知
弹簧的弹性势能可表示为
，k 为弹簧的劲度系数，x 为弹簧的形变量，重力
加速度为g，则恒力所做的功为（ ）
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A．
B．
C．
D．
17．某同学参照过山车情景设计了如图所示的模型：光滑的竖直圆轨道半径
，入口的平直轨道AC 和出口的平直轨道CD 均是粗糙的，质量为
的
小滑块（可视为质点）与水平轨道之间的动摩擦因数均为
，滑块从A 点由静止
开始受到水平拉力
的作用，在B 点撤去拉力，AB 的长度为
，不计空气
阻力，
。
（1）若滑块恰好通过圆轨道的最高点，求滑块在圆轨道最低点时圆轨道对它的支持力
大小；
（2）要使滑块能进入圆轨道运动且不脱离轨道，求平直轨道BC 段的长度范围。
18．如图所示，一质量为1kg 的小物块从半径为R=0.45m 的光滑四分之一固定圆
弧轨道顶端A 点由静止开始下滑，A 点和圆弧对应的圆心O 点等高，小物块从B 点离
开后水平抛出，恰好能从C 点沿CD 方向切入传送带，传送带以v=16m/s 的速度沿逆
时针方向匀速转动。已知CD 间距离L=29m，倾角为θ=53°，传送带与物块之间的动摩
擦因数为μ=0.5，sin53°=0.8，g 取10m/s2。求：
（1）小物块在圆弧轨道最低点B 对轨道的压力大小；
（2）小物块在C 点速度大小；
（3）小物块从传送带顶端C 运动到底端D 的时间及此过程中因摩擦而产生的热量。
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19．如图所示，粗糙斜面倾角
，斜面长
，斜面底端A 有固定挡板，
斜面顶端有一长度为h 的粘性挡板
，
为一段半径
的圆弧，半径
与竖
直方向夹角为
，
处于竖直平面上，将质量为m、长度为L，厚度为h 的木板
置于斜面底端，质量也为m 的小物块（可看作质点）静止在木板下端，整个系统处于
静止状态。木板上端若到达斜面顶端B 点会被牢固粘连，物块若到达C 点能无能量损
失进入圆弧
。若同时给物块和木板一沿斜面向上的初速度
，木板上端恰能到达B
点。现给物块沿斜面向上的初速度
，并给木板施加一沿斜面向上的恒力
。
物块刚好不从木板上端脱离木板。已知木板与斜面间的动摩擦因数
，物块与本
板间的动摩擦因数为
，
，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为
g，
，
。
（1）求
大小；
（2）求物块与木板间的动摩擦因数
；
（3）给物块沿斜面向上的初速度
，并给木板施加一沿斜面向上的恒力
，若
改变s 的大小，木板能在与物块共速前到达B 端且物块进入圆弧
后不脱离圆弧。求
s 的取值范围。
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20. 如图所示，ABCD 为固定在竖直平面内的轨道，其中ABC 为光滑半圆形轨道，
半径为R，CD 为水平粗糙轨道，一质量为m 的小滑块(可视为质点)从圆轨道中点B 由
静止释放，滑至D 点恰好静止，CD 间距为4R.已知重力加速度为g.
(1)求小滑块与水平面间的动摩擦因数；
(2)求小滑块到达C 点时，小滑块对圆轨道压力的大小；
(3)现使小滑块在D 点获得一初动能，使它向左运动冲上圆轨道，恰好能通过最高
点A，求小滑块在D 点获得的初动能．
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