三年高考2017_2019高考物理真题分项汇编专题07功和能含解析201911271742608.pdf

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1、 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 kg B h=0 时，物体的速率为 20 m/s C h=2 m 时，物体的动能Ek=40 J D 从地面至h=4 m，物体的动能减少 100 J【答案】AD【解析】A Eph图像知其斜率为G，故G=80 J4 m=20 N，解得m=2 kg，故 A 正确 B h=0 时，Ep=0，Ek=E机Ep=100 J0=100 J，故212m

2、v=100 J，解得：v=10 m/s，故 B 错误；C h=2 m 时，Ep=40 J，Ek=E机Ep=85 J40 J=45 J，故 C 错误；D h=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 A 2 kg B 1.5 kg C 1 kg

3、 D 0.5 kg 2【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，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mg B 物块克服摩擦力做的功为2mgs C 弹簧的最大弹性势能为mgs D 物块在A点的初速度为2 gs【答案】BC【解析】小物块压缩弹簧最短时有Fmg弹，故 A错误；全过程小物块的路程

4、为2s，所以全过程中克服摩擦力做的功为：2mgs，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：02vgs，故 D 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 3 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

5、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

6、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 A 5 s B 4.8 s C 4.4 s D 3 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，解得4 m/sBv，故；小车在BC段，根据机械能守恒可得，解得0.8 mCDh，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4 mBCx，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。4 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

7、图象是 A B C D 【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212kEmv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，与地面的撞击时间约为 2 ms，则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为 A 10 N B 102 N C 103 N D 104 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 5 正，由动量定理可知：，

8、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

9、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 6 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

10、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NfF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和2v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 A 2 倍 B 4 倍 C 6 倍 D 8 倍【答案】A【解析】设甲球落至斜面时的速率为v1，乙落至斜面

11、时的速率为v2，由平抛运动规律，x=vt，y=12gt2，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，12mv2+mgy=12mv12，联立解得：v1=21 tanv，即落至斜面时的速率与抛出时的速率成正比。同理可 7 得，v2=21 tanv/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

12、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 A 2mgR B 4mgR C 5mgR D 6mgR【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=12mvc2，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：t=vC/g=2gR，小球在水平方向的加速度a=g，在水平方向的位移为x=12at2=2

13、R。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=12mv2，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比，选项 AC 错误；8 由v2=2ax，可知列车

14、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=12mv2=22pm，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：弹力大于摩擦力过

15、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

16、矿石装在矿车中，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 9 A 矿车上升所用的时间之比为 4:5 B 电机的最大牵引力之比为 2:1 C 电机输出的最大功率之比为 2:1 D 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，122t0v0=12（t+3t0/2）12v0，解得：t=5t0/2，所以第次和第次提升过程所用时间之比为2

17、t05t0/2=45，选项 A正确；由于两次提升变速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=00vt，加速上升过程的牵引力F1=ma1+mg=m(00vt+g)，减速上升过程的加速度a2=00vt，减速上升过程的牵引力F2=ma2+mg=m(g00vt)，匀 速 运 动 过 程 的 牵 引 力F3=mg。第 次 提 升 过 程 做 功W1=F112t0v0+F212t0v0=mgv0t0；第次提升过程做功W2=

18、F11212t012v0+F312v03t0/2+F21212t012v0=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 10 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

19、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，然后滑回到原处物块初动能为k0E，与斜面间的动摩擦因数不变，则该过程中，物块的动能kE与位移x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

20、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13l。重力加速度大小为g。在此过程中，外力做的功为 A 19mgl B 16mgl C 13mgl D 12mgl【答案】A 11【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段绳的机械能的增加量为，由功能关系可知，在此过程中，外力做的功19Wmgl，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

21、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

22、 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v从轨道下端滑入轨道，并从轨道上端水平飞出，小物块落地点到轨道下端的距离与轨道半 12 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 216vg B 28vg C 24vg D 22vg【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；4rtg；联立解得：，由数学知识可

23、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 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32mg（B）A的动能最大时，B受到地面的支持

24、力等于32mg（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32mgL【答案】AB 13【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32mg，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32mg，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。