专题06 功与能（解析版）.docx

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1、 QQ:29323100792020年高考物理三轮冲刺与命题大猜想专题06 功与能目录猜想一 ：结合图像考查功与能量1猜想二 ：结合体育、生活实际考查能量2猜想三：借助弹簧等连接体模型考查功能关系和能量守恒4最新模拟冲刺练习6猜想一 ：结合图像考查功与能量【猜想依据】今年高考选择题中，通过运动图像或能量图像对能量观念的考查较多，要求根据物理问题实际情况和所给的条件，恰当运用几何关系、函数图像等形式和方法进行表达、分析、解决物理问题。【例1】(2020江西赣州高三上学期期末)放在粗糙水平地面上的物体受到水平拉力的作用，在06 s内其速度与时间图象和该拉力的功率与时间的图象如图所示。下列说法正确的

2、是()A06 s内物体的位移大小为12 m B06 s内拉力做功为70 JC物体的质量为10 kg D滑动摩擦力的大小为5 N【答案】BCD【解析】：.06 s内物体的位移大小等于vt图象中图线与时间轴所包围的面积，即x10 m，A错误；02 s 内拉力做的功W1Pt12 J30 J，26 s内拉力做的功W2Pt2104 J40 J，所以06 s内拉力做的总功WW1W270 J，B正确；在26 s内，v2 m/s，P10 W，物体做匀速直线运动，Ff，则滑动摩擦力fF N5 N，当P130 W时，v2 m/s，得到牵引力F1 N15 N，在02 s内，物体做匀加速直线运动，加速度a1 m/s2

3、，由牛顿第二定律可得：F1fma，可知：m10 kg，C、D正确【例2】(2020辽宁大连五校联考)在某一粗糙的水平面上，一质量为2 kg的物体在水平恒定拉力的作用下做匀速直线运动，当运动一段时间后，拉力逐渐减小，且当拉力减小到零时，物体刚好停止运动，图中给出了拉力随位移变化的关系图象已知重力加速度g10 m/s2.根据以上信息能精确得出或估算得出的物理量有()A物体与水平面间的动摩擦因数 B合外力对物体所做的功C物体做匀速运动时的速度 D物体运动的时间【答案】ABC.【解析】：物体做匀速直线运动时，拉力F与滑动摩擦力f大小相等，物体与水平面间的动摩擦因数为0.35，A正确；减速过程由动能定理

4、得WFWf0mv2，根据Fx图象中图线与坐标轴围成的面积可以估算力F做的功WF，而Wfmgx，由此可求得合外力对物体所做的功，及物体做匀速运动时的速度v，B、C正确；因为物体做变加速运动，所以运动时间无法求出，D错误【例3】(2020苏北四市联考)如图甲所示，质量m2 kg的物体以100 J的初动能在粗糙的水平地面上滑行，其动能Ek随位移x变化的关系图象如图乙所示，则下列判断中正确的是()A物体运动的总位移大小为10 m B物体运动的加速度大小为10 m/s2C物体运动的初速度大小为10 m/s D物体所受的摩擦力大小为10 N【答案】ACD【解析】由图乙可知物体运动的总位移大小为10 m，A

5、正确；物体的初动能Ek0mv100 J，则v010 m/s，C正确；由动能定理得fxEk100 J，则f10 N，D正确；由牛顿第二定律得fma，a5 m/s2，B错误。猜想二 ：结合体育、生活实际考查能量【猜想依据】联系实际的实例考查动能定理、机械能守恒定律以及能量守恒定律的理解和应用，体现了对物理核心素养中能量观点的考查，这与新高考从“解题”向“解决问题”转变的思想是一致的，符合高考命题趋势。【例1】(2020浙江嘉兴一中模拟)在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和弹性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

6、看成质点不计空气阻力，下列说法正确的是()A从A点运动到O点，小孩重力势能的减少量大于动能的增加量B从O点运动到B点，小孩动能的减少量等于蹦床弹性势能的增加量C从A点运动到B点，小孩机械能的减少量小于蹦床弹性势能的增加量D从B点返回到A点，小孩机械能的增加量大于蹦床弹性势能的减少量【答案】AD【解析】：.小孩从A点运动到O点，由动能定理可得mghAOW弹1Ek1，A正确；小孩从O点运动到B点，由动能定理可得mghOBW弹2Ek2，B错误；小孩从A点运动到B点，由功能关系可得W弹E机1，C错误；小孩从B点返回到A点，弹性绳和蹦床的弹性势能转化为小孩的机械能，则知小孩机械能的增加量大于蹦床弹性势能

7、的减少量，D正确【例2】(2020江苏七市二模)引体向上是中学生体育测试的项目之一，引体向上运动的吉尼斯世界纪录是53次/分钟。若一个普通中学生在30秒内完成12次引体向上，该学生此过程中克服重力做功的平均功率最接近于()A5 W B20 W C100 W D400 W【答案】C.【解析】：学生体重约为50 kg，每次引体向上上升高度约为0.5 m，引体向上一次克服重力做功为Wmgh50100.5 J250 J，全过程克服重力做功的平均功率为100 W，故C正确，A、B、D错误【例3】.(2020安徽安庆高三质检)安徽首家滑雪场正式落户国家AAAA级旅游景区安庆巨石山，现已正式“开滑”如图所示

8、，滑雪者从O点由静止沿斜面自由滑下，接着在水平面上滑至N点停下斜面、水平面与滑雪板之间的动摩擦因数都为0.1.滑雪者(包括滑雪板)的质量为m50 kg，g取 10 m/s2，O、N两点间的水平距离为s100 m在滑雪者经过ON段运动的过程中，克服摩擦力做的功为()A1 250 J B2 500 J C5 000 J D7 500 J【答案】C.【解析】：设斜面的倾角为，则滑雪者从O到N的运动过程中克服摩擦力做的功WfmgxOMcos mgxMN，由题图可知，xOMcos xMNs，两式联立可得Wfmgs0.15010100 J5 000 J，故A、B、D错误，C正确【例4】(2020广东广州执

9、信中学模拟)2022年北京和张家口将携手举办冬奥会，因此在张家口建造了高标准的滑雪跑道，来迎接冬奥会的到来如图所示，一个滑雪运动员从左侧斜坡距离坡底8 m处自由滑下，当下滑到距离坡底s1处时，动能和势能相等(以坡底为参考平面)；到坡底后运动员又靠惯性冲上斜坡(不计经过坡底时的机械能损失)，当上滑到距离坡底s2处时，运动员的动能和势能又相等，上滑的最大距离为4 m关于这个过程，下列说法中正确的是()A摩擦力对运动员所做的功等于运动员动能的变化量B重力和摩擦力对运动员所做的总功等于运动员动能的变化量Cs12 mDs14 m，s2s1，即s14 m；同理，从右侧斜坡s2处滑至s(s4 m)处过程中，

10、由动能定理得：mg(ss2)sin Wf0mv，因为距坡底s2处动能和势能相等，有mgs2sin mv，由式得：mg(ss2)sin Wfmgs2sin ，由式得：ss22 m综上所述，C正确，D错误猜想三：借助弹簧等连接体模型考查功能关系和能量守恒【猜想依据】能量守恒定律和功能关系的应用在近几年有增加的趋势，常将功和能的知识和方法融入弹簧、连接体模型中考查，情景设置为多过程，具有较强的综合性尤其在。可以很好的考查学生分析问题解决问题的能力。【要点概述】轻弹簧模型“四点”注意含弹簧的物体系统在只有弹簧弹力和重力做功时，物体的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之间相互转化，物体和弹簧组成的系统机械能

11、守恒，而单个物体和弹簧机械能都不守恒含弹簧的物体系统机械能守恒问题，符合一般的运动学解题规律，同时还要注意弹簧弹力和弹性势能的特点弹簧弹力做的功等于弹簧弹性势能的减少量，而弹簧弹力做功与路径无关，只取决于初、末状态弹簧形变量的大小由两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统，当弹簧形变量最大时，弹簧两端连接的物体具有相同的速度；弹簧处于自然长度时，弹簧弹性势能最小(为零)【例1】(多选)(2020河南洛阳二模)如图所示，有质量为2m、m的小滑块P、Q，P套在固定竖直杆上，Q放在水平地面上P、Q间通过铰链用长为L的刚性轻杆连接，一轻弹簧左端与Q相连，右端固定在竖直杆上，弹簧水平，30时，弹簧处于原长当

12、30时，P由静止释放，下降到最低点时变为60，整个运动过程中，P、Q始终在同一竖直平面内，弹簧在弹性限度内，忽略一切摩擦，重力加速度为g.则P下降过程中()AP、Q组成的系统机械能守恒B当45时，P、Q的速度相同C弹簧弹性势能最大值为(1)mgLDP下降过程中动能达到最大前，Q受到地面的支持力小于3mg【答案】CD【解析】对于P、Q组成的系统，由于弹簧对Q要做功，所以系统的机械能不守恒但对P、Q、弹簧组成的系统，只有重力或弹簧弹力做功，系统的机械能守恒，故A错误；当45时，根据P、Q沿轻杆方向的分速度相等得vQcos 45vPcos 45，可得vPvQ，但速度方向不同，所以P、Q的速度不同，故

13、B错误；根据系统机械能守恒可得：Ep2mgL(cos 30cos 60)，弹性势能的最大值为Ep(1)mgL，故C正确；P下降过程中动能达到最大前，P加速下降，对P、Q整体，在竖直方向上根据牛顿第二定律有3mgN2ma，则有N3mg，故D正确【例2】(2020黑龙江哈尔滨六中检测)如图所示，物体A的质量为M，圆环B的质量为m，通过绳子连接在一起，圆环套在光滑的竖直杆上，开始时连接圆环的绳子处于水平，长度l4 m，现从静止释放圆环不计定滑轮和空气的阻力，g取10 m/s2，若圆环下降h3 m时的速度v5 m/s，则A和B的质量关系为()A.B.C. D.【答案】A【解析】：.圆环下降3 m后的速

14、度可以按如图所示分解，故可得vAvcos ，A、B和绳子看成一个整体，整体只有重力做功，机械能守恒，当圆环下降h3 m时，根据机械能守恒可得mghMghAmv2Mv，其中hAl，联立可得，故A正确最新模拟冲刺练习1.(2020河北张家口高三期末)如图所示，运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程，在这两个过程中，下列说法正确的是()A运动员先处于超重状态后处于失重状态 B空气浮力对系统始终做负功C加速下降时，重力做的功大于系统重力势能的减小量 D任意相等的时间内系统重力势能的减小量相等【答案】B.【解析】：运动员先加速向下运动，处于失重状态，后减速向下运动，处于超重状态，A错误；空气浮力与运

15、动方向总相反，故空气浮力对系统始终做负功，B正确；加速下降时，重力做的功等于系统重力势能的减小量，C错误；因为是变速运动，所以任意相等的时间内，系统下降的高度不相等，则系统重力势能的减小量不相等，D错误2.(2020安徽合肥一模)如图所示，一个质量为m的小铁块沿半径为R的固定半圆轨道上边缘由静止滑下，到半圆轨道最低点时，轨道所受压力为铁块重力的1.5倍，则此过程中铁块损失的机械能为(重力加速度为g)()A.mgR B.mgR C.mgR D.mgR【答案】D.【解析】：铁块在最低点，支持力与重力合力等于向心力，即1.5mgmgm，即铁块动能Ekmv2mgR，初动能为零，故动能增加mgR，铁块重

16、力势能减少mgR，所以机械能损失mgR，D正确3.(2020浙江嘉兴一中模拟)在儿童乐园的蹦床项目中，小孩在两根弹性绳和弹性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点运动到O点，小孩重力势能的减少量大于动能的增加量B从O点运动到B点，小孩动能的减少量等于蹦床弹性势能的增加量C从A点运动到B点，小孩机械能的减少量小于蹦床弹性势能的增加量D从B点返回到A点，小孩机械能的增加量大于蹦床弹性势能的减少量【答案】AD.【解析】：小孩从A点运动到O点，由动能定理可得mghAOW弹1

17、Ek1，A正确；小孩从O点运动到B点，由动能定理可得mghOBW弹2Ek2，B错误；小孩从A点运动到B点，由功能关系可得W弹E机1，C错误；小孩从B点返回到A点，弹性绳和蹦床的弹性势能转化为小孩的机械能，则知小孩机械能的增加量大于蹦床弹性势能的减少量，D正确4.(2020山东枣庄市上学期期末)某马戏团演员做滑杆表演时，所用竖直滑杆的上端通过拉力传感器固定在支架上，下端悬空，滑杆的质量为20 kg.从演员在滑杆上端做完动作时开始计时，演员先在杆上静止了0.5 s，然后沿杆下滑，3.5 s末刚好滑到杆底端，速度恰好为零，整个过程演员的vt图象和传感器显示的拉力随时间的变化情况分别如图甲、乙所示，取

18、重力加速度g10 m/s2，则下列说法正确的是()A演员在1.0 s时的加速度大小为2 m/s2 B滑杆的长度为5.25 mC传感器显示的最小拉力为420 N D3.5 s内演员损失的机械能为2 700 J【答案】D【解析】由vt图象可知，演员在1.0 s时的加速度大小am/s23 m/s2，故A错误；vt图象与t轴所围的面积表示位移，则可知，总长度x33 m4.5 m，故B错误；两图结合可知，静止时，传感器示数为800 N，除去杆的重力200 N，演员的重力就是600 N，在演员加速下滑阶段，处于失重状态，杆受到的拉力最小，由牛顿第二定律得：mgF1ma，解得：F1420 N，加上杆的重力2

19、00 N，可知杆受的拉力为620 N，故C错误；由题意可知演员从滑杆上端下滑到杆底端的过程中，初、末速度相同，故Ek0，则减小的重力势能等于损失的机械能，即Emgh6004.5 J2 700 J，故D正确5.(2020湖北襄阳模拟)用竖直向上大小为30 N的力F，将2 kg的物体从沙坑表面由静止提升1 m时撤去力F，经一段时间后，物体落入沙坑，测得落入沙坑的深度为20 cm.若忽略空气阻力，g取10 m/s2.则物体克服沙坑的阻力所做的功为()A20 J B24 JC34 J D54 J【答案】C.【解析】：对整个过程应用动能定理得：Fh1mgh2Wf0，解得：Wf34 J，C对6.(2020

20、江西赣州高三上学期期末)放在粗糙水平地面上的物体受到水平拉力的作用，在06 s内其速度与时间图象和该拉力的功率与时间的图象如图所示。下列说法正确的是()A06 s内物体的位移大小为12 m B06 s内拉力做功为70 JC物体的质量为10 kg D滑动摩擦力的大小为5 N【答案】BCD.【解析】：06 s内物体的位移大小等于vt图象中图线与时间轴所包围的面积，即x10 m，A错误；02 s 内拉力做的功W1Pt12 J30 J，26 s内拉力做的功W2Pt2104 J40 J，所以06 s内拉力做的总功WW1W270 J，B正确；在26 s内，v2 m/s，P10 W，物体做匀速直线运动，Ff

21、，则滑动摩擦力fF N5 N，当P130 W时，v2 m/s，得到牵引力F1 N15 N，在02 s内，物体做匀加速直线运动，加速度a1 m/s2，由牛顿第二定律可得：F1fma，可知：m10 kg，C、D正确7.(2020山西大学附属中学模拟)如图甲所示，一倾角为37的传送带以恒定速度运行现将一质量m1 kg的物体抛上传送带，物体相对地面的速度随时间变化的关系如图乙所示，取沿传送带向上为正方向，g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.则下列说法正确的是()A08 s内物体位移的大小是18 m B08 s内物体机械能增量是90 JC08 s内物体机械能增量是84 J D08

22、 s内物体与传送带因摩擦产生的热量是126 J【答案】BD【解析】：.从题图乙求出08 s内物体位移的大小s14 m，A错误；08 s内，物体上升的高度hssin 8.4 m，物体机械能增量EEpEk90 J，B正确，C错误；06 s内物体的加速度agcos gsin 1 m/s2，得，传送带速度大小为4 m/s，s18 m，08 s内物体与传送带摩擦产生的热量Qmgscos 126 J，D正确8.(2020北京模拟)将一个物体以初动能E0竖直向上抛出，落回地面时物体的动能为.设空气阻力恒定，如果将它以初动能4E0竖直上抛，则它在上升到最高点的过程中，重力势能变化了()A3E0B2E0C1.5

23、E0 DE0【答案】A.【解析】：设动能为E0，其初速度为v0，上升高度为h；当动能为4E0，则初速度为2v0，上升高度为h.由于在上升过程中加速度相同，根据v22gh可知，h4h，根据动能定理设摩擦力大小为f，f2h，则f4hE0.因此在升到最高处其重力势能为3E0，A正确9(多选)(2020黑龙江哈尔滨模拟)将质量分别为m和2m的两个小球A和B，用长为2L的轻杆相连，如图所示，在杆的中点O处有一固定水平转动轴，把杆置于水平位置后由静止自由释放，在B球顺时针转动到最低位置的过程中(不计一切摩擦)()AA、B两球的线速度大小始终不相等 B重力对B球做功的瞬时功率先增大后减小CB球转动到最低位置

24、时的速度大小为 D杆对B球做正功，B球机械能不守恒【答案】BC【解析】：.A、B两球用轻杆相连共轴转动，角速度大小始终相等，转动半径相等，所以两球的线速度大小也相等，A错误；杆在水平位置时，重力对B球做功的瞬时功率为零，杆在竖直位置时，B球的重力方向和速度方向垂直，重力对B球做功的瞬时功率也为零，但在其他位置重力对B球做功的瞬时功率不为零，因此，重力对B球做功的瞬时功率先增大后减小，B正确；设B球转动到最低位置时速度为v，两球线速度大小相等，对A、B两球和杆组成的系统，由机械能守恒定律得2mgLmgL(2m)v2mv2，解得v，C正确；B球的重力势能减少了2mgL，动能增加了mgL，机械能减少

25、了，所以杆对B球做负功，D错误10(2020河北定州中学模拟)如图所示，A、B两小球由绕过轻质定滑轮的细线相连，A放在固定的光滑斜面上，B、C两小球在竖直方向上通过劲度系数为k的轻质弹簧相连，C球放在水平地面上现用手控制住A，并使细线刚刚拉直但无拉力作用，并保证滑轮左侧细线竖直、右侧细线与斜面平行已知A的质量为4m，B、C的质量均为m，重力加速度为g，细线与滑轮之间的摩擦不计，开始时整个系统处于静止状态释放A后，A沿斜面下滑至速度最大时C恰好离开地面下列说法正确的是()A斜面倾角60 BA获得的最大速度为2gCC刚离开地面时，B的加速度最大D从释放A到C刚离开地面的过程中，A、B两小球组成的系

26、统机械能守恒【答案】B.C【解析】：刚离开地面时，对C有kx2mg，此时B有最大速度，即aBaC0，则对B有FTkx2mg0，对A有4mgsin FT0，由以上方程联立可解得sin ，30，故A错误；初始系统静止，且线上无拉力，对B有kx1mg，可知x1x2，则从释放A至C刚离开地面时，弹性势能变化量为零，由机械能守恒定律得4mg(x1x2)sin mg(x1x2)(4mm)vB，由以上方程联立可解得vBm2g，所以A获得的最大速度为2g，故B正确；对B球进行受力分析可知，刚释放A时，B所受合力最大，此时B具有最大加速度，故C错误；从释放A到C刚离开地面的过程中，A、B、C及弹簧组成的系统机械能守恒，故D错误12