三年高考(2017-2019)物理真题分项版解析——专题07 功和能(解析版)

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资源描述

1、专题07 功和能1(2019新课标全国卷)从地面竖直向上抛出一物体,其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和。取地面为重力势能零点,该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。由图中数据可得A物体的质量为2 kgBh=0时,物体的速率为20 m/sCh=2 m时,物体的动能Ek=40 JD从地面至h=4 m,物体的动能减少100 J【答案】AD【解析】AEph图像知其斜率为G,故G=20 N,解得m=2 kg,故A正确Bh=0时,Ep=0,Ek=E机Ep=100 J0=100 J,故=100 J,解得:v=10 m/s,故B错误;Ch=2 m时,Ep=4

2、0 J,Ek=E机Ep=85 J40 J=45 J,故C错误;Dh=0时,Ek=E机Ep=100 J0=100 J,h=4 m时,Ek=E机Ep=80 J80 J=0 J,故EkEk=100 J,故D正确。2(2019新课标全国卷)从地面竖直向上抛出一物体,物体在运动过程中除受到重力外,还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度h在3 m以内时,物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。该物体的质量为A2 kgB1.5 kgC1 kgD0.5 kg【答案】C【解析】对上升过程,由动能定理,得,即F+mg=12 N;下落过程,即N,联立两公式

3、,得到m=1 kg、F=2 N。3(2019江苏卷)如图所示,轻质弹簧的左端固定,并处于自然状态小物块的质量为m,从A点向左沿水平地面运动,压缩弹簧后被弹回,运动到A点恰好静止物块向左运动的最大距离为s,与地面间的动摩擦因数为,重力加速度为g,弹簧未超出弹性限度在上述过程中A弹簧的最大弹力为mgB物块克服摩擦力做的功为2mgsC弹簧的最大弹性势能为mgsD物块在A点的初速度为【答案】BC【解析】小物块压缩弹簧最短时有,故A错误;全过程小物块的路程为,所以全过程中克服摩擦力做的功为:,故B正确;小物块从弹簧压缩最短处到A点由能量守恒得:,故C正确;小物块从A点返回A点由动能定理得:,解得:,故D

4、错误。4(2019浙江选考)奥运会比赛项目撑杆跳高如图所示,下列说法不正确的是A加速助跑过程中,运动员的动能增加B起跳上升过程中,杆的弹性势能一直增加C起跳上升过程中,运动员的重力势能增加D越过横杆后下落过程中,运动员的重力势能减少动能增加【答案】B【解析】加速助跑过程中速度增大,动能增加,A正确;撑杆从开始形变到撑杆恢复形变时,先是运动员部分动能转化为杆的弹性势能,后弹性势能转化为运动员的动能与重力势能,杆的弹性势能不是一直增加,B错误;起跳上升过程中,运动员的高度在不断增大,所以运动员的重力势能增加,C正确;当运动员越过横杆下落的过程中,他的高度降低、速度增大,重力势能被转化为动能,即重力

5、势能减少,动能增加,D正确。5(2019浙江选考)如图所示为某一游戏的局部简化示意图。D为弹射装置,AB是长为21 m的水平轨道,倾斜直轨道BC固定在竖直放置的半径为R=10 m的圆形支架上,B为圆形的最低点,轨道AB与BC平滑连接,且在同一竖直平面内。某次游戏中,无动力小车在弹射装置D的作用下,以v0=10 m/s的速度滑上轨道AB,并恰好能冲到轨道BC的最高点。已知小车在轨道AB上受到的摩擦力为其重量的0.2倍,轨道BC光滑,则小车从A到C的运动时间是A5 sB4.8 sC4.4 sD3 s【答案】A【解析】设小车的质量为m,小车在AB段所匀减速直线运动,加速度,在AB段,根据动能定理可得

6、,解得,故;小车在BC段,根据机械能守恒可得,解得,过圆形支架的圆心O点作BC的垂线,根据几何知识可得,解得,故小车在BC上运动的加速度为,故小车在BC段的运动时间为,所以小车运动的总时间为,A正确。6(2018江苏卷)从地面竖直向上抛出一只小球,小球运动一段时间后落回地面。忽略空气阻力,该过程中小球的动能Ek与时间t的关系图象是ABCD【答案】A【解析】本题考查动能的概念和Ekt图象,意在考查考生的推理能力和分析能力。小球做竖直上抛运动时,速度v=v0gt,根据动能得,故图象A正确。7(2018新课标全国II卷)高空坠物极易对行人造成伤害。若一个50 g的鸡蛋从一居民楼的25层坠下,与地面的

7、撞击时间约为2 ms,则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为A10 NB102 NC103 ND104 N【答案】C【解析】设鸡蛋落地瞬间的速度为v,每层楼的高度大约是3 m,由动能定理可知:,解得:,落地时受到自身的重力和地面的支持力,规定向上为正,由动量定理可知:,解得:,根据牛顿第三定律可知鸡蛋对地面产生的冲击力约为103 N,故C正确。8(2018新课标全国II卷)如图,某同学用绳子拉动木箱,使它从静止开始沿粗糙水平路面运动至具有某一速度,木箱获得的动能一定A小于拉力所做的功B等于拉力所做的功C等于克服摩擦力所做的功D大于克服摩擦力所做的功【答案】A【解析】受力分析,找到能影响动能变化的是那几

8、个物理量,然后观测这几个物理量的变化即可。木箱受力如图所示:木箱在移动的过程中有两个力做功,拉力做正功,摩擦力做负功,根据动能定理可知即:,所以动能小于拉力做的功,故A正确;无法比较动能与摩擦力做功的大小,CD错误。9(2018天津卷)滑雪运动深受人民群众的喜爱,某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB,从滑道的A点滑行到最低点B的过程中,由于摩擦力的存在,运动员的速率不变,则运动员沿AB下滑过程中A所受合外力始终为零B所受摩擦力大小不变C合外力做功一定为零D机械能始终保持不变【答案】C【解析】根据曲线运动的特点分析物体受力情况,根据牛顿第二定律求解出运动员与曲面间的正压力

9、变化情况,从而分析运动员所受摩擦力变化;根据运动员的动能变化情况,结合动能定理分析合外力做功;根据运动过程中,是否只有重力做功来判断运动员的机械能是否守恒;因为运动员做曲线运动,所以合力一定不为零,A错误;运动员受力如图所示,重力垂直曲面的分力与曲面对运动员的支持力的合力充当向心力,故有,运动过程中速率恒定,且在减小,所以曲面对运动员的支持力越来越大,根据可知摩擦力越来越大,B错误;运动员运动过程中速率不变,质量不变,即动能不变,动能变化量为零,根据动能定理可知合力做功为零,C正确;因为克服摩擦力做功,机械能不守恒,D错误。10(2018新课标全国III卷)在一斜面顶端,将甲乙两个小球分别以v

10、和的速度沿同一方向水平抛出,两球都落在该斜面上。甲球落至斜面时的速率是乙球落至斜面时速率的A2倍B4倍C6倍D8倍【答案】A【解析】设甲球落至斜面时的速率为v1,乙落至斜面时的速率为v2,由平抛运动规律,x=vt,y=gt2,设斜面倾角为,由几何关系,tan=y/x,小球由抛出到落至斜面,由机械能守恒定律,mv2+mgy=mv12,联立解得:v1=v,即落至斜面时的速率与抛出时的速率成正比。同理可得,v2=v/2,所以甲球落至斜面时的速率是乙球落至斜面时的速率的2倍,选项A正确。11(2018新课标全国I卷)如图,abc是竖直面内的光滑固定轨道,ab水平,长度为2R;bc是半径为R的四分之一的

11、圆弧,与ab相切于b点。一质量为m的小球。始终受到与重力大小相等的水平外力的作用,自a点处从静止开始向右运动,重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其他轨迹最高点,机械能的增量为A2mgRB4mgRC5mgRD6mgR【答案】C【解析】设小球运动到c点的速度大小为vC,则对小球由a到c的过程,由动能定理得:F3RmgR=mvc2,又F=mg,解得:vc2=4gR,小球离开c点后,在水平方向做初速度为零的匀加速直线运动,竖直方向在重力作用力下做匀减速直线运动,由牛顿第二定律可知,小球离开c点后水平方向和竖直方向的加速度大小均为g,则由竖直方向的运动可知,小球从离开c点到其轨迹最高点所需的时间为

12、:t=vC/g=2,小球在水平方向的加速度a=g,在水平方向的位移为x=at2=2R。由以上分析可知,小球从a点开始运动到其轨迹最高点的过程中,水平方向的位移大小为5R,则小球机械能的增加量E=F5R=5mgR,选项C正确ABD错误。12(2018新课标全国I卷)高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的均加速直线运动,在启动阶段列车的动能A与它所经历的时间成正比B与它的位移成正比C与它的速度成正比D与它的动量成正比【答案】B【解析】根据初速度为零匀变速直线运动规律可知,在启动阶段,列车的速度与时间成正比,即v=at,由动能公式Ek=mv2,可知列车动能与速度的二次方成正比,与时间的二次方成正

13、比,选项AC错误;由v2=2ax,可知列车动能与位移x成正比,选项B正确;由动量公式p=mv,可知列车动能Ek=mv2=,即与列车的动量二次方成正比,选项D错误。13(2018江苏卷)如图所示,轻质弹簧一端固定,另一端连接一小物块,O点为弹簧在原长时物块的位置。物块由A点静止释放,沿粗糙程度相同的水平面向右运动,最远到达B点。在从A到B的过程中,物块A加速度先减小后增大B经过O点时的速度最大C所受弹簧弹力始终做正功D所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功【答案】AD【解析】物体从A点到O点过程,弹力逐渐减为零,刚开始弹簧弹力大于摩擦力,故可分为弹力大于摩擦力过程和弹力小于摩擦力过程:弹力大于摩

14、擦力过程,合力向右,加速度也向右,由于弹力减小,摩擦力不变,小球所受合力减小加速度减小,弹力等于摩擦力时速度最大,此位置在A点与O点之间;弹力小于摩擦力过程,合力方向与运动方向相反,弹力减小,摩擦力大小不变,物体所受合力增大,物体的加速度随弹簧形变量的减小而增加,物体作减速运动;从O点到B点的过程弹力增大,合力向左,加速度继续增大,选项A正确、选项B错误;从A点到O点过程,弹簧由压缩恢复原长弹力做正功,从O点到B点的过程,弹簧伸长,弹力做负功,故选项C错误;从A到B的过程中根据动能定理弹簧弹力做的功等于物体克服摩擦力做的功,故选项D正确。14(2018新课标全国III卷)地下矿井中的矿石装在矿

15、车中,用电机通过竖井运送至地面。某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示,其中图线分别描述两次不同的提升过程,它们变速阶段加速度的大小都相同;两次提升的高度相同,提升的质量相等。不考虑摩擦阻力和空气阻力。对于第次和第次提升过程A矿车上升所用的时间之比为4:5B电机的最大牵引力之比为2:1C电机输出的最大功率之比为2:1D电机所做的功之比为4:5【答案】AC【解析】设第次所用时间为t,根据速度图象的面积等于位移(此题中为提升的高度)可知,2t0v0=(t+3t0/2)v0,解得:t=5t0/2,所以第次和第次提升过程所用时间之比为2t05t0/2=45,选项A正确;由于两次提升变速

16、阶段的加速度大小相同,在匀加速阶段,由牛顿第二定律,Fmg=ma,可得提升的最大牵引力之比为11,选项B错误;由功率公式,P=Fv,电机输出的最大功率之比等于最大速度之比,为21,选项C正确;加速上升过程的加速度a1=,加速上升过程的牵引力F1=ma1+mg=m(+g),减速上升过程的加速度a2=,减速上升过程的牵引力F2=ma2+mg=m(g),匀速运动过程的牵引力F3=mg。第次提升过程做功W1=F1t0v0+F2t0v0=mgv0t0;第次提升过程做功W2=F1t0v0+F3v03t0/2+F2t0v0=mgv0t0;两次做功相同,选项D错误。15(2017新课标全国卷)如图,一光滑大圆

17、环固定在桌面上,环面位于竖直平面内,在大圆环上套着一个小环。小环由大圆环的最高点从静止开始下滑,在小环下滑的过程中,大圆环对它的作用力A一直不做功B一直做正功C始终指向大圆环圆心D始终背离大圆环圆心【答案】A【解析】大圆环光滑,则大圆环对小环的作用力总是沿半径方向,与速度方向垂直,故大圆环对小环的作用力一直不做功,选项A正确,B错误;开始时大圆环对小环的作用力背离圆心,最后指向圆心,故选项CD错误;故选A。【名师点睛】此题关键是知道小圆环在大圆环上的运动过程中,小圆环受到的弹力方向始终沿大圆环的半径方向,先是沿半径向外,后沿半径向里。16(2017江苏卷)一小物块沿斜面向上滑动,然后滑回到原处

18、物块初动能为,与斜面间的动摩擦因数不变,则该过程中,物块的动能与位移的关系图线是【答案】C【解析】向上滑动的过程中,根据动能定理:,同理,下滑过程中,由动能定理可得:,故C正确;ABD错误。【名师点睛】本题考查动能定理及学生的识图能力,根据动能定理写出Ekx图象的函数关系,从而得出图象斜率描述的物理意义。17(2017新课标全国卷)如图,一质量为m,长度为l的均匀柔软细绳PQ竖直悬挂。用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点,M点与绳的上端P相距。重力加速度大小为g。在此过程中,外力做的功为A BCD【答案】A【解析】将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至M点,PM段绳的机械能不变,MQ段绳的机械

19、能的增加量为,由功能关系可知,在此过程中,外力做的功,故选A。【名师点睛】重点理解机械能变化与外力做功的关系,本题的难点是过程中重心高度的变化情况。18(2017天津卷)“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮,是天津市的地标之一。摩天轮悬挂透明座舱,乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动。下列叙述正确的是A摩天轮转动过程中,乘客的机械能保持不变B在最高点,乘客重力大于座椅对他的支持力C摩天轮转动一周的过程中,乘客重力的冲量为零D摩天轮转动过程中,乘客重力的瞬时功率保持不变【答案】B【解析】机械能等于动能和重力势能之和,乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动,动能不变,重力势能时刻发生变化,则机械

20、能在变化,故A错误;在最高点对乘客受力分析,根据牛顿第二定律有:,座椅对他的支持力,故B正确;乘客随座舱转动一周的过程中,动量不变,是所受合力的冲量为零,重力的冲量,故C错误;乘客重力的瞬时功率,其中为线速度和竖直方向的夹角,摩天轮转动过程中,乘客的重力和线速度的大小不变,但在变化,所以乘客重力的瞬时功率在不断变化,故D错误。【名师点睛】本题的难点在于对动量定理的理解,是“物体所受合力的冲量等于动量的变化”,而学生经常记为“力的冲量等于物体动量的变化”。19(2017新课标全国卷)如图,半圆形光滑轨道固定在水平地面上,半圆的直径与地面垂直。一小物块以速度从轨道下端滑入轨道,并从轨道上端水平飞出

21、,小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半径有关,此距离最大时。对应的轨道半径为(重力加速度大小为g)A BCD【答案】B【解析】物块由最低点到最高点有:;物块做平抛运动:x=v1t;联立解得:,由数学知识可知,当时,x最大,故选B。【名师点睛】此题主要是对平抛运动的考查;解题时设法找到物块的水平射程与圆轨道半径的函数关系,即可通过数学知识讨论;此题同时考查学生运用数学知识解决物理问题的能力。20(2017江苏卷)如图所示,三个小球A、B、C的质量均为m,A与B、C间通过铰链用轻杆连接,杆长为L,B、C置于水平地面上,用一轻质弹簧连接,弹簧处于原长现A由静止释放下降到最低点,两轻杆间夹角由60变为

22、120,A、B、C在同一竖直平面内运动,弹簧在弹性限度内,忽略一切摩擦,重力加速度为g则此下降过程中(A)A的动能达到最大前,B受到地面的支持力小于mg(B)A的动能最大时,B受到地面的支持力等于mg(C)弹簧的弹性势能最大时,A的加速度方向竖直向下(D)弹簧的弹性势能最大值为mgL【答案】AB【解析】A球动能最大时,速度最大,受合外力为零,以ABC整体为研究对象,在竖直方向:向下的重力3mg,向上的B、C两球受地面的支持力FN,即2FN=3mg,所以B、C受到地面的支持力等于mg,故B正确;A的动能达到最大前,有向下的加速度,所以整体向下的合力小于3mg,故B、C受到地面的支持力小于mg,所以A正确;当A下降至最低点,弹簧形变量最大,弹性势能最大,此时A的加速度向上,故C错误;弹簧的最大弹性势能等于A球下降至最低点时减少的重力势能,即,D错误。【名师点睛】本题的重点是当A球的动能最大时,受合外力为零,在竖直方向整体加速度为零,选择整体为研究对象,分析AB两个选项;弹性势能最大对应A球下降至最低点,根据能量守恒定律,可求最大的弹性势能。

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