专题06功与能

2020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06s内其C.物体的质量为10kg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（）B.06s内拉力做功为70JD.滑动摩擦力的大小为5N【答案】BCD【解析】：.06s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x=10m,A错误；02s内拉力做的功W1=P0+30=一2X2*30J,26s内拉力做的功W2=Pt2=10X4*40J,所以06s内拉力做的总功W*W1+W2*70J,B正确；在26s内，v*2m/s,P*10W,物体做匀速直线运动，F*f,P10p30则滑动摩擦力f*F*v*2N*5N，当P1*30W时，v*2m/s，得到牵引力F1*2N*15N，在02s内，物体做匀加速直线运动，加速度a*fv*1m/s2,由牛顿第二定律可得：F1f*ma,可知：m*10kg,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2kg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g*10m/s2.根据以上信息能精确得出或估算得出的物理量有（）B.合外力对物体所做的功D物体运动的时间A.物体与水平面间的动摩擦因数C.物体做匀速运动时的速度【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1=0.35,A正确；减速过程由动能定理得Wf+Wf=0?mv2，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Wf=卩mg,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31（2020苏北四市联考）如图甲所示，质量m=2kg的物体以100J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10mC.物体运动的初速度大小为10m/s【答案】ACDB.物体运动的加速度大小为10m/s2D.物体所受的摩擦力大小为10N1【解析】由图乙可知物体运动的总位移大小为10m,A正确；物体的初动能Ek0=2mv2=100J,贝UV0=詈=10m/s,C正确；由动能定理得一fx=AEk=100J，则f=10N,D正确；由牛顿第二定律得f=ma，a=m=5m/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11（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A.从A点运动到0点，小孩重力势能的减少量大于动能的增加量B从0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0点，由动能定理可得mghAoW弹i=AEki,A正确；小孩从0点运动到B点，由动能定理可得mghoBW弹2=AEk2,B错误；小孩从A点运动到B点，由功能关系可得一W弹=庄机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.【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（）A.5WB.20WC.100WD.400W【答案】C.【解析】：学生体重约为50kg，每次引体向上上升咼度约为0.5m,引体向上一次克服重力做功为WmghnW12X250J,“=50x10X0.5J=250J,全过程克服重力做功的平均功率为P=t=-100W，故C正确,30sA、B、D错误.【例3】.（2020安徽安庆咼三质检）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，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卩=0.1.滑雪者（包括滑雪板）的质量为m=50kg,g取10m/s2,0、N两点间的水平距离为s=100m.在滑雪者经过0N段运动的过程中，克服摩擦力做的功为A.1250JB.2500JC.5000JD.7500J【答案】C.【解析】：设斜面的倾角为0,则滑雪者从0到N的运动过程中克服摩擦力做的功Wf=mgxMeos0+卩mgMN,由题图可知，xomcos0+xmn=s,两式联立可得Wf=img=0.1x50x10x1=5JD00J，故A、B、D错误，C正确.D. 【例4】（2020广东广州执信中学模拟）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8m处自由滑下，当下滑到距离坡底si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4m.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si2msi4m,S2si,即卩si4m;同理，从右侧斜坡S2处滑至ss（=4m）处过程中，由动能定理ii得：mg（sS2）sin0Wf=0gmv2，因为距坡底s2处动能和势能相等，有mgs2sin0=gmvi，由式得：mg（sS2）sin0+Wf=mgs2sin（，由式得：sS22m.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占八、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）D. 【例1】侈选）（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，a=30时，弹簧处于原长当a=30。时，P由静止释放，下降到最低点时a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（）LaA.P、Q组成的系统机械能守恒B.当a=45。时，P、Q的速度相同弹簧弹性势能最大值为C.31）mgLP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a=45时，根据P、Q沿轻杆方向的分速度相等得vqcos45=vpcos45,可得vp=vq,但速度方向不同，所以P、Q的速度不同，故B错误；根据系统机械能守恒可得：Ep=2mgL（cos30cos60弹性势能的最大值为Ep=（31）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3mg-N=2ma，则有N3mg,故D正确.M，圆环B的质量为m,通过绳子连接长度1=4m,现从静止释放圆环.不【例2】（2020黑龙江哈尔滨六中检测）如图所示，物体A的质量为在一起，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,计定滑轮和空气的阻力,g取10m/s2,若圆环下降h=3m时的速度v=5m/s，则A和B的质量关系为（M7B.m=9M15M35A一=一A.m29M39C.m=25【答案】A【解析】：圆环下降3m后的速度可以按如图所示分解,故可得vA=vcose=h；+i2,AB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=3m时，根据机械能守恒可得正确.11mgh=MghAMvA,其中hA寸-1，联立可得=|9,故A1. 最新模拟冲刺练习（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,下列说法正确的是（）在这两个过程中,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)()1A.mgR【答案】D.1B.”mgR1CmgR3D.mgR【解析】：铁块在最低点，支持力与重力合力等于向心力,/11即1.5mgmg=mR，即铁块动能Ek=gmv初动能为零，故动能增加4mgR,铁块重力势能减少mgR,所以机械能损失4mgR,D正确.=4mgR,（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i=AEki,A正确；小孩从O点运动到B点，由动能定理可得mghoBW弹2=AEk2,B错误；小孩从A点运动到B点，由功能关系可得一W弹=AE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.3. （2020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20kg.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0.5s.然后沿杆下滑，3.5s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，取重力加速度g=10m/svt图象与t轴所围的面积表示位移，则可知，总长度x=3X3=4.5m，故B错误；两图结合可知，静止时，传感器示数为800N，除去杆的重力200N，演员的重力就是600N，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：mgF1=ma，解得：F1=420N，加上，则下列说法正确的是（T乙A.演员在1.0s时的加速度大小为2m/s2B.滑杆的长度为5.25mC.传感器显示的最小拉力为420ND.3.5s内演员损失的机械能为2700J【答案】D30【解析】由vt图象可知，演员在1.0s时的加速度大小a=m/s2=3m/s2，故A错误;1.50.5杆的重力200N,可知杆受的拉力为620N，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AEk=0，则减小的重力势能等于损失的机械能，即AE=mgh=600X4.5=X2*30J,26s内拉力做的功2700J,故D正确.（2020湖北襄阳模拟）用竖直向上大小为30N的力F，将2kg的物体从沙坑表面由静止提升1m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20cm.若忽略空气阻力，g取10m/s2.则物体克服沙坑的阻力所做的功为（）B.24JA.20JC.34JD.54J【答案】C.【解析】：对整个过程应用动能定理得：Fhi+mgh2-Wf=0，解得：Wf=34J,C对.（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06s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（）和20101I6A.A、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C.B球转动到最低位置时的速度大小为.JgLD.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）/+mv2,解得v=|gL,一,2,一C正确；B球的重力势能减少了2mgL，动能增加了gmgL，机械能减少了，所以杆对B球做负功，D错误.(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a=60B.A获得的最大速度为C.C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两小球组成的系统机械能守恒获得的最大速度为2g5k,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【答案】B.C【解析】：刚离开地面时，对C有kx2=mg,此时B有最大速度，即aB=ac=0,则对B有Ftkx2mg=0,1对A有4mgsinaFt=0,由以上方程联立可解得sina=2，a=30,故A错误；初始系统静止，且线上无拉力，对B有kxi=mg,可知xi=x2=罟，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1能守恒定律得4mg(xi+x2)sina=mg(xi+X2)+?(4m+m)vBm，由以上方程联立可解得具有最大加速度，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.13