2022年高中物理功与能专题汇编 .pdf

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1、优秀学习资料欢迎下载功与能一、单项选择题1如图所示，一质量为M，长为 L 的木板，放在光滑的水平地面上，在木板的右端放一质量为m 的小木块，用一根不可伸长的轻绳通过光滑的定滑轮分别与m、M 连接，木块与木板间的动摩擦因数为 ，开始时木块和木板静止，现用水平向右的拉力F 作用在 M 上，将 m 拉向木板左端的过程中，拉力至少做功为() A2 mgLB.12 mgLC (Mm)gLD mgL2物体做自由落体运动，Ek代表动能， Ep代表势能， h 代表下落的距离，以水平地面为零势能面下列所示图象中，能正确反映各物理量之间关系的是() 3. 如图所示，在高1.5 m 的光滑平台上有一个质量为2 kg

2、 的小球被一细线拴在墙上，球与墙之间有一根被压缩的轻质弹簧当烧断细线时，小球被弹出，小球落地时的速度方向与水平方向成60 角，则弹簧被压缩时具有的弹性势能为(g10 m/s2)() A10 JB15 J C20 J D25 J 4. 一个小孩在蹦床上做游戏，他从高处落到蹦床上后又被弹起到原高度，小孩从高处开始下落到弹起的整个过程中，他的运动速度v 随时间 t 变化的图线如图所示，图中只有Oa 段和 cd 段为直线 则根据该图线可知() A小孩在蹦床上的过程仅在t1到 t3的时间内B小孩在蹦床上的过程仅在t1到 t5的时间内C蹦床的弹性势能增大的过程在t1到 t2的时间内D蹦床的弹性势能增大的过

3、程在t1到 t5的时间内5. 如图所示，一匀质杆长为2r，从图示位置由静止开始沿光滑面ABD 滑动， AB 是半径为 r 的14圆弧， BD 为水平面则当杆滑到BD 位置时的速度大小为() A. gr2B.grC.2grD2 gr二、不定项选择题6 提高物体 (例如汽车 )运动速率的有效途径是增大发动机的功率和减小阻力因数(设阻力与物体运动速率的平方成正比，即Ffkv2，k 是阻力因数 )当发动机的额定功率为P0时，物体运动的最大速率为vm，如果要使物体运动的速率增大到2vm，则下列办法可行的是() A阻力因数不变，使发动机额定功率增大到2P0 B发动机额定功率不变，使阻力因数减小到k4C阻力

4、因数不变，使发动机额定功率增大到8P0 D发动机额定功率不变，使阻力因数减小到k87. 如图，表面光滑的固定斜面顶端安装一定滑轮，小物块A、B 用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)初始时刻， A、B 处于同一高度并恰好处于静止状态剪断轻绳后A 下落、 B 沿斜面下滑，则从剪断轻绳到物块着地，两物块() A速度的变化量不同B机械能的变化量不同C重力势能的变化量相同D重力做功的平均功率相同8. 如图甲所示，静止在水平地面的物块A，受到水平向右的拉力F 作用， F 与时间 t 的关系如图乙所示，设物块与地面的静摩擦力最大值Ffm与滑动摩擦力大小相等，则() 精选学习资料 - - - - -

5、- - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载A0t1时间内 F 的功率逐渐增大Bt2时刻物块A 的加速度最大Ct2时刻后物块A 做反向运动Dt3时刻物块A 的动能最大9.如图所示， 一根不可伸长的轻绳两端各系一个小球a 和 b，跨在两根固定在同一高度的光滑水平细杆上，质量为 3m 的 a 球置于地面上，质量为m 的 b 球从水平位置静止释放当a 球对地面压力刚好为零时，b 球摆过的角度为 .下列结论正确的是() A 90B 45Cb 球摆动到最低点的过程中，重力对小球做功的功率先增大后减小Db 球摆动到最低点的过程中，重力对小球做功的功率

6、一直增大10. 传送带用于传送工件可以提高工作效率如图所示， 传送带长度是l，以恒定的速度v 运送质量为m 的工件，工件从最低点A 无初速度地放到传送带上，到达最高点B 前有一段匀速的过程工件与传送带之间的动摩擦因数为 ，传送带与水平方向夹角为 ，每当前一个工件在传送带上停止相对滑动时，后一个工件立即放到传送带上，整条传送带满载时恰好能传送n 个工件重力加速度为g，则下列说法正确的是() A在传送带上摩擦力对每个工件做的功为WFfm v2cos2 cos sinB在传送带上摩擦力对每个工件做的功为WFf12mv2mglsinC每个工件与传送带之间由摩擦产生的热量为Qm vcos2 cos si

7、nD传送带满载工件比空载时增加的功率为Pmgv( cos nsin sin ) 三、计算题13. 如图所示， 在圆柱形房屋天花板中心O点悬挂一根长为L 的细绳， 绳的下端挂一个质量为m的小球， 已知绳能承受的最大拉力为2mg ，小球在水平面内做圆周运动，当速度逐渐增大到绳断裂后，小球恰好以速度gLv72落到墙脚边。求：（1）绳断裂瞬间的速度v1；（2）圆柱形房屋的高度H和半径。14. 如图甲所示，弯曲部分AB和 CD是两个半径相等的41圆弧，中间的BC段是竖直的薄壁细圆管（细圆管内径略大于小球的直径），分别与上下圆弧轨道相切连接，BC段的长度L 可作伸缩调节，下圆弧轨道与地面相切，其中D、A分

8、别是上下圆弧轨道的最高点和最低点，整个轨道固定在竖直平面内，一小球多次以某一速度从A点水平进入轨道而从D点水平飞出，今在A、D两点各放一个压力传感器，测试小球对轨道A、D两点的压力，计算出压力差F，改变 BC的长度 L，重复上述实验，最后绘得的F -L 图像如图乙所示。（不计一切摩擦阻力，g 取 10 m/s2）(1) 某一次调节后， D点的离地高度为0.8 m ，小球从 D点飞出，落地点与D点的水平距离为2.4 m ，求小球经过D点时的速度大小；(2) 求小球的质量和弯曲圆弧轨道的半径。16. 如图所示，一质量为M=5.0 kg的平板车静止在光滑水平地面上，平板车的上表面距离地面高h=0.8

9、 m ，其右侧足够远处有一固定障碍物A。另一质量为m=2.0 kg 可视为质点的滑块，以v0=8 m/s 的水平初速度从左端滑精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载上平板车，同时对平板车施加一水平向右、大小为5 N 的恒力F。当滑块运动到平板车的最右端时，两者恰好相对静止。此时撤去恒力F，当平板车碰到障碍物A 时立即停止运动，滑块水平飞离平板车后，恰能无碰撞地沿圆弧切线从B 点切入光滑竖直圆弧轨道，并沿轨道下滑。已知滑块与平板车间的动摩擦因数=0.5 ，圆弧半径为R=1.0 m，圆弧所对的圆心角BO

10、D= =106。取 g=10 m/s2，sin53 =0.8 ，cos53=0.6 。求：（1）平板车的长度。（2）障碍物A与圆弧左端B的水平距离。（3）滑块运动到圆弧轨道最低点C时对轨道压力的大小。18如图所示，物块A 的质量为M，物块 B、C 的质量都是m，都可看作质点，且mM2m。A 与 B、B 与 C用不可伸长的轻线通过轻滑轮连接，A 与地面用劲度系数为k 的轻弹簧连接，物块B 与物块 C 的距离和物块C 到地面的距离都是L。若物块A 距滑轮足够远，且不计一切阻力，则：(1)若将 B 与 C 间的细线剪断，求A 下降多大距离时速度最大；(2)若将物块A 下方的轻弹簧剪断后，B 物体将不

11、会着地， 求在这种情况下物块A 上升时的最大速度和物块A上升的最大高度。19如图所示，在高出水平地面h1.8 m 的光滑平台上放置一质量M2 kg、由两种不同材料连接成一体的薄板A，其右段长度l10.2 m 且表面光滑， 左段表面粗糙。在 A 最右端放有可视为质点的物块B，其质量 m1 kg。B 与 A 左段间动摩擦因数 0.4。开始时二者均静止，现对A 施加 F20 N水平向右的恒力，待B 脱离 A(A 尚未露出平台)后， 将 A 取走。 B 离开平台后的落地点与平台右边缘的水平距离 x1.2 m。(取 g10 m/s2)求：(1)B 从开始运动到刚脱离A 时， B 运动的时间t 和位移 x

12、B。(2)A 左端的长度l2。20. 如图所示， 轻质弹簧的一端固定在地面上，另一端与质量为M1.5 kg 的薄木板A 相连，质量为 m0.5 kg的小球 B 放在木板A 上，弹簧的劲度系数为k2000 N/m. 现有一竖直向下、大小 F20 N 的力作用在B 上且系统处于静止状态，在B 正上方处有一四分之一内壁光滑的竖直圆弧轨道，轨道半径R 0.4 m，轨道下端P点距离弹簧原长位置高度为h0.6 m撤去外力F 后，B 竖直上升最终从P 点切入轨道，到达Q 点的速度为vQ4 m/s.求：(1)B 在 Q 点时对轨道的压力；(2)A、B 分离时小球B 的速度 v；(3)撤去 F 瞬间弹簧的弹性势

13、能Ep. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载21. 如图所示，用半径r 0.4 m 的电动滚轮在长薄铁板上表面压轧一道浅槽薄铁板的长L2.8 m、质量 m10 kg.已知滚轮与铁板、铁板与工作台面间的动摩擦因数分别为10.3 和 20.1.铁板从一端放入工作台的滚轮下，工作时滚轮对铁板产生恒定的竖直向下的压力F100 N，在滚轮的摩擦作用下铁板由静止向前运动并被压轧出一浅槽已知滚轮转动的角速度恒为 5 rad/s，g 取 10 m/s2. (1)加工一块铁板需要多少时间？(2)加工一块铁板电动机

14、要消耗多少电能？(不考虑电动机自身的能耗) 22. 如图为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图，其下半部AB 是一长为2R 的竖直细管，上半部BC是半径为R 的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向，AB 管内有一原长为R、下端固定的轻质弹簧投饵时，每次总将弹簧长度压缩到0.5R 后锁定，在弹簧上端放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去设质量为 m 的鱼饵到达管口C 时，对管壁的作用力恰好为零不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能已知重力加速度为g.求：(1)质量为 m 的鱼饵到达管口C 时的速度大小v1；(2)弹簧压缩到0.5R 时的弹性势能Ep；(3

15、)已知地面与水面相距1.5R，若使该投饵管绕AB 管的中轴线OO在 90 角的范围内来回缓慢转动，每次弹射时只放置一粒鱼饵，鱼饵的质量在2m/3 到 m 之间变化，且均能落到水面持续投放足够长时间后，鱼饵能够落到水面的最大面积S是多少？ 0 专题：功与能（重组试题1 答案）一、单项选择题1.解析： 选 D.在拉力 F 的作用下， m、M 缓慢匀速运动，使m 被拉到木板的左端的过程中，拉力做功最少，设此时绳的拉力为FT，则 FT mg ，FTmg F，当 m 到达 M 左端时， M 向右运动的位移为L2，故拉力做精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

16、- -第 4 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载功 WFL2mgL ，故 D 正确2 解析： 选 B.由机械能守恒定律：EpEEk，故势能与动能的图象为倾斜的直线，C 错误；由动能定理：Ekmgh12mv212mg2t2，则 EpEmgh，故势能与h 的图象也为倾斜的直线，D 错误；且EpE12mv2，故势能与速度的图象为开口向下的抛物线，B 正确；同理 EpE12mg2t2，势能与时间的图象也为开口向下的抛物线， A 错误3 解析： 选 A.vy2gh2101.5 m/s30 m/s，vvysin60 210 m/s，由机械能守恒得：Epmgh12mv2，代入数据解得：Ep10 J，A 正

17、确点击：另可这样解JmvEsmvvPy1021/1060tan2000 4 解析： 选 B.t1时刻开始小孩的加速度开始变化，说明小孩此时开始与蹦床接触，t5时刻以后小孩的加速度与0t1时间相同，说明t5时刻开始小孩离开蹦床，故A 错误， B 正确； t3时刻小孩的速度为零，此时小孩运动到最低点，蹦床的弹性势能最大，故弹性势能增大的过程在t1到 t3时间内， C、D 均错误5 解析： 选 B.虽然杆在下滑过程中有转动发生，但初始状态静止，末状态匀速平动，整个过程无机械能损失，故由机械能守恒定律得：12mv2 Epmgr2，解得： vgr，B 正确二、不定项选择题6 解析： 选 CD.速度达到最

18、大时，Pvmkv2m即 Pkv3m.由此可知，当vm增大到 2vm时，若 k 不变，功率P 变为原来的 8 倍，若功率不变，阻力因数变为原来的18. 7 解析： 选 AD. 剪断轻绳后两物块运动中机械能守恒，着地时的速度皆为2gh，但是速度的方向不同，故A正确、 B 错误由剪断轻绳前的平衡状态可得mAgmBgsin ，故重力势能变化量mAghmBghsin mBgh，C错误由P F v cos及 v v0v12得 PA12mAg 2gh， PB12mBg 2ghcos(90 )12mBg 2ghsin ，故可知 PA PB， D 正确点击： C 项：或ghmghmmmBABA; D 项：;2,

19、2ghgmtghmPghtAAAAA或BAABBBBABPPghgmtghmPgmgmghghalt2,sin,2sin1sinsin22 8 解析： 选 BD.0t1时间内，物块静止，F 的功率为零， A 错误； t2时刻合外力最大，物块A 的加速度最大，B 正确； t2时刻后物块A 继续向前运动，C 错误； t1t3时间内，物块一直加速运动，t3时刻后物块做减速运动，所以t3时刻物块A 的动能最大， D 正确9.解析： 选 AC.设 b 球的摆动半径为R，当摆过角度时的速度为v，对 b 球由动能定理：mgRsin 12mv2，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结

20、- - - - - - -第 5 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载此时绳子拉力为FT 3mg，在绳子方向由向心力公式：FT mgsin mv2R，解得 90 ，A 正确， B 错误；故b 球摆动到最低点的过程中一直机械能守恒，竖直方向的分速度先从零开始逐渐增大，然后逐渐减小到零，故重力的瞬时功率Pbmgvy先增大后减小，C 正确， D 错误10 解析： 选 BD.由动能定理可知，WFf mglsin 12mv2，故传送带上摩擦力对每个工件做的功为WFf12mv2mglsin ，A 错误， B 正确；工件加速过程的加速度a mg cos mgsinmgcos gsin ，加速到同速所用的 时

21、 间t vavgcos gsin， 故 每 个 工 件 加 速 过 程 中 由 摩 擦 产 生 的 热 量Q mg cos）（tvvt2m cos v22 cos sin，故 C 错误；满载比空载时，传送带增加的拉力F(n1)mgsin mg cos ，故传送带满载比空比空载时增加的功率为PFv=mgv( cos nsin sin ) 点击： A 项：前一段：滑动摩擦力做功)sincos(2cos22mvtvfWf滑滑；后一段：变为静摩擦力，受力平衡，仍对工件做功：）。（静静静tvlfWmgff2,sin故.)sincos(2cos2mvWWWffFf静滑C 项： 产生的热量Q)(工件传滑相滑

22、ssflf= mg cos)2(tvvt.D 项： 满载与空载时相比，速度v不变，增加功率与增加拉力有关。传送带增加的拉力21FFF，满载时)1(n个工件已静止，必须施力，把)1(n个工件看着整体，则：sin)1(1mgnF。又每时每刻只有一个工件相对滑动，则cos2mgF。因此增加的拉力F(n1)mgsin mg cos ，故传送带满载比空比空载时增加的功率为FvPmgv( cos nsin sin ) 三、计算题11. 【解析】（ 1）小球在绳断前瞬间受力如图所示：由牛顿第二定律得：竖直方向：FTmcos-mg=0 水平方向：rvmFTm21sin由几何关系得：r=Lsin 解得：231g

23、Lv（2）小球从抛出到落地，由机械能守恒定律得：221212121mvmghmv精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载解得：LLhHLgvvh413cos4112121221设小球由平抛至落地的水平射程为x，如图所示（俯视图）。水平方向： x=v1t 竖直方向：2121gth又有：22xrR解得 ：R=3L 3gL13L123L24答案（）（ ）12【解析】（ 1）小球在竖直方向做自由落体运动221gtHD，在水平方向做匀速直线运动，tvxD得：smgHxtxvDD/62（2）设轨道半径为r， A

24、到 D 过程机械能守恒，有：)2(212122LrmgmvmvDA在 A 点rvmmgFAA2在 D 点rvmmgFDD2由式得：rLmgmgFFFDA26由图像纵截距得：6mg=12 N，得 m=0.2 kg 当 L=0.5 m 时, F=17 N，解得 ：r=0.4 m 。答案 ：（ 1）6 m/s （2）0.2 kg 0.4 m 13. 【解析】（ 1）滑块与平板车间的滑动摩擦力Ff=mg ，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载对滑块，由牛顿第二定律得:2f1Fag5 m /sm对平板车，由

25、牛顿第二定律得:2f2FFa3 m / sM设经过时间t1，滑块与平板车相对静止，共同速度为v，则 :v=v0-a1t1=a2t1, 滑块的位移：1012tvvx，平板车的位移：122tvx， 平板车的长度 ：21xxl，解得 :ml4（2）设滑块从平板车上滑出后做平抛运动的时间为t2,则: 222,21vtxgthAB，障碍物 A 与圆弧左端B 的水平距离 :xAB=1.2 m （3）对滑块，从离开平板车到C 点，由动能定理得:2202121)2106cos(mvmvlmgRmghC，在 C 点由牛顿第二定律得: RvmmgFCN2，解得： FN=86 N 由牛顿第三定律得滑块运动到圆弧轨道

26、最低点C 时对轨道压力的大小为86 N 。答案： （ 1）4 m （2）1.2 m （3）86 N 14解析： (1)开始弹簧处于伸长状态，其伸长量x12mMkg若将 B 与 C 间的线剪断，A 将下降， B 将上升，当它们的加速度为零时A 的速度最大，此时弹簧处于压缩状态，其压缩量x2Mmkg 所以， A 速度最大时下降的距离xx1x2mgk(2)A、B、C 三物块组成的系统机械能守恒。B、C 下降 L，A 上升 L 时， A 的速度达到最大。有： 2mgLMgL12(M2m)v2 v2 2m M gL2mM当 C 着地后， A、B 两物体系统机械能守恒。若B 物体不会着地，则有：Mghmg

27、h12(Mm)v2 hM m v22 Mm gHLhLMm v22 Mm gLMm 2mM LMm 2mM答案： (1)mgk(2) 2 2mM gL2mMLMm 2mM LMm 2mM精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载15解析： (1)B 离开平台做平抛运动竖直方向有h12gt2 水平方向有xvBt 由式解得vBxg2h代入数据求得vB2 m/s 设 B 的加速度为aB，由牛顿第二定律和运动学知识得： mg maB vBaBtBxB12aBtB2 联立式，代入数据解得tB0.5 s xB0.5

28、 m (2)设 B 刚开始运动时A 的速度为v1，由动能定理得Fl112Mv21设 B 运动时 A 的加速度为aA由牛顿第二定律和运动学知识有Fmg MaA l2xBv1tB12aAt2B( 这是 A运动的位移，而B运动位移为xB) ?联立 ? 式，代入数据解得l21.5 m。?答案： (1)0.5 s0.5 m(2)1.5 m 16 解析： (1)由牛顿第二定律得：mgFNmv2Q/R 解得： FN 15 N，方向竖直向下由牛顿第三定律知，对轨道的压力大小为15 N，方向竖直向上(2)A、B 在弹簧原长处分离后，B 在上升过程中满足机械能守恒定律12mv2mg(Rh)12mv2Q解得 v6

29、m/s. (3)撤去 F 到弹簧恢复原长A、B 分离，弹簧上升H kHF(mM)g H0.02 m 此过程也满足机械能守恒定律Ep(mM)gH12(mM)v2 代入数据得到Ep36.4 J. 答案： (1)大小 15 N，方向竖直向上 (2)6 m/s(3)36.4 J 17 解析： (1)开始滚轮给铁板向前的滑动摩擦力Ff11F0.3 100 N30 N 工作台给铁板的摩擦阻力Ff22(F mg)0.1(10010 10) N20 N 铁板先向右做匀加速运动：aFf1Ff2m1 m/s2加速过程铁板达到的最大速度vmr 5 0.4 m/s2 m/s 这一过程铁板的位移x1v2m2a2 m2.

30、8 m 此后滚轮给铁板的摩擦力将变为静摩擦力，Ff1Ff2，铁板将做匀速运动在加速运动过程中，由vmat1得 t12 s 匀速运动过程的位移为x2L x1 2.8 m2 m0.8 m 由 x2vmt2，得 t20.4 s 所以加工一块铁板所用的时间为Tt1t22 s0.4 s2.4 s. (2)由于本题涉及到多种形式的能量，一般宜选用能量转化和守恒定律来分析精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页优秀学习资料欢迎下载在加工铁板过程中系统增加的动能 Ek12mv2m滚轮与铁板摩擦产生的内能Q1Ff1x相对Ff1(r t1x

31、1) 铁板与工作台摩擦产生的内能Q2 Ff2L，则电动机要消耗的电能为E Ek Q1Q212mv2mFf1(r t1x1) Ff2L代入数据得，电动机消耗的电能E(1210 22 302202.8) J136 J. 答案： (1)2.4 s (2)136 J 18 解： (1)质量为 m 的鱼饵到达管口C 时做圆周运动的向心力完全由重力提供，则mg mv21R解得 v1gR. (2)弹簧的弹性势能全部转化为鱼饵的机械能，由机械能守恒定律有Epmg(1.5RR)12mv21，解得 Ep3mgR. (3)不考虑因缓慢转动装置对鱼饵速度大小的影响，质量为m 的鱼饵离开管口C 后做平抛运动，设经过t 时间落到水面上，离OO的水平距离为x1，由平抛运动规律有4.5R12gt2，x1 v1tR，解得 x14R当鱼饵的质量为23m 时，设其到达管口C 时速度大小为v2，由机械能守恒定律有Ep23mg(1.5RR)12(23m)v22，解得 v22 gR. 质量为23m 的鱼饵落到水面上时，设离OO的水平距离为x2，则 x2 v2tR解得 x27R鱼饵能够落到水面的最大面积S14( x22 x21)334 R2 8.25 R2. 答案： (1)gR(2)3mgR(3)334R2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页