2019-2020年高考物理真题分类汇编 机械能（含解析）.doc

2019-2020年高考物理真题分类汇编 机械能（含解析）(xx新课标I-17). 如图，一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道如图放置，三点POQ水平。一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道，质点滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg,g为重力加速度的大小，用W表示质点从P运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功，则A. W = mgR,质点恰好可以到达Q点 B. W mgR,质点不能到达Q点 C. W = mgR,质点到达Q点后，继续上升一段距离 D. W mgR,质点到达Q点后，继续上升一段距离【答案】 C 【考点】匀速圆周运动线速度；向心加速度；匀速圆周运动的向心力；动能和动能定理；重力做功与重力势能；功能关系、机械能守恒定律及其应用【解析】根据动能定理可得质点在P点的动能EKP = mgR，在圆弧运动时，沿半径方向的合力提供所需的向心力即FN mgsin = m ，经过N点时， 根据牛顿第三定律轨道对质点的支持力FN与质点对轨道的压力FN/大小相等为4mg ，由牛顿第二定律和向心力公式有： 4mg - mg = m ,得VN = ,所以N点的动能EKN = mgR ，从P到N点过程由动能定理可得：mg2R W = mgR - mgR ,得克服摩擦力做功W = mgR，滑动摩擦力Ff=FN ,根据功能关系可知质点克服摩擦力做功机械能减少，根据对称性再结合前面可知从N到Q过程中的速度小P到N过程中对应高度的速度，轨道弹力小于P到N过程中对应高度的弹力，轨道摩擦力小于P到N过程中对应高度的摩擦力，故从N到Q质点克服摩擦力做功WNQ 0 ,仍会向上运动一段距离，选项C正确,【xx新课标II-17】17. 一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始计时，发动机的功率P随时间t的变化如图所示。假定汽车所受阻力的大小f恒定不变。下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图像中，可能正确的是 【答案】A【解析】试题分析：由图可知，汽车先以恒定功率P1起动，所以刚开始做加速度减小的加速度运动，后以更大功率P2运动，所以再次做加速度减小的加速运动，故A正确，B、C、D错误。考点：机车起动问题【xx新课标II-21】21. 如图，滑块a、b的质量均为m，a套在固定直杆上，与光滑水平地面相距h，b放在地面上，a、b通过铰链用刚性轻杆连接。不计摩擦，a、b可视为质点，重力加速度大小为g。则A. a落地前，轻杆对b一直做正功B. a落地时速度大小为C. a下落过程中，其加速度大小始终不大于gD. a落地前，当a的机械能最小时，b对地面的压力大小为mg【答案】BD考点：机械能守恒定律；运动的合成与分解【xx重庆-8】.（16分）同学们参照伽利略时期演示平抛运动的方法制作了如题8图所示的实验装置。图中水平放置的底板上竖直地固定有M板和N板。M 板上部有一半径为的圆弧形的粗糙轨道，P为最高点，Q为最低点，Q点处的切线水平，距底板高为.N板上固定有三个圆环.将质量为的小球从P处静止释放，小球运动至Q飞出后无阻碍地通过各圆环中心，落到底板上距Q水平距离为处。不考虑空气阻力，重力加速度为.求：（1）距Q水平距离为的圆环中心到底板的高度；（2）小球运动到Q点时速度的大小以及对轨道压力的大小和方向；（3）摩擦力对小球做的功.【答案】（1）到底板的高度；（2）速度的大小为 ，压力的大小，方向竖直向下 ；（3）摩擦力对小球作功【解析】试题分析：（1）由平抛运动规律可知，同理：，考点：本题考查平抛运动的规律、动能定理、牛顿第二定律、牛顿第三定律。（xx浙江-14）下列说法正确的是A电流通过导体的热功率与电流大小成正比B力对物体所做的功与力的作用时间成正比C电容器所带电荷量与两极板间的电势差成正比D弹性限度内，弹簧的劲度系数与弹簧伸长量成正比【答案】C考点：电功率，功，电容，胡克定律（xx浙江-18）我国科学家正在研制航母舰载机使用的电磁弹射器。舰载机总质量为，设起飞过程中发动机的推力恒为；弹射器有效作用长度为100m，推力恒定。要求舰载机在水平弹射结束时速度大小达到80m/s。弹射过程中舰载机所受总推力为弹射器和发动机推力之和，假设所受阻力为总推力的20，则A弹射器的推力大小为B弹射器对舰载机所做的功为C弹射器对舰载机做功的平均功率为D舰载机在弹射过程中的加速度大小为【答案】ABD【解析】试题分析：设发动机的推力为，弹射器的推力为，则阻力为，根据动能定理可得，故解得，A正确；弹射器对舰载机所做的功为，B正确；舰载机在弹射过程中的加速度大小为，根据公式可得运动时间为，所以弹射器对舰载机做功的平均功率为，故C错误D正确；考点：动能定理，牛顿第二定律，运动学公式，功率和功的计算（xx浙江-21）甲同学准备做“验证机械能守恒定律”实验，乙同学准备做“探究加速度与力、质量的关系”实验（1）图1中A、B、C、D、E表示部分实验器材，甲同学需在图中选用的器材_乙同学需在图中选用的器材_.（用字母表示）（2）乙同学在实验室选齐所需器材后，经正确操作获得如图2所示的两条纸带和。纸带_的加速度大（填或者），其加速度大小为_.【答案】（1）AB；BDE（2），（）纸带中前第1、2点与第2、3点的位移差为三个点的位移差为根据逐差法可得纸带的加速度大，大小为考点：“验证机械能守恒定律”实验；“探究加速度与力、质量的关系”实验（xx浙江-23）如图所示，用一块长的木板在墙和桌面间架设斜面，桌面高H=0.8m，长。斜面与水平桌面的倾角可在060间调节后固定。将质量m=0.2kg的小物块从斜面顶端静止释放，物块与斜面间的动摩擦因数，物块与桌面间的动摩擦因数，忽略物块在斜面与桌面交接处的能量损失。（重力加速度取；最大静摩擦力等于滑动摩擦力）（1）求角增大到多少时，物块能从斜面开始下滑；（用正切值表示）（2）当增大到37时，物块恰能停在桌面边缘，求物块与桌面间的动摩擦因数（已知sin37=0.6，cos37=0.8）（3）继续增大角，发现=53时物块落地点与墙面的距离最大，求此最大距离【答案】（1）（2）（3）考点：动能定理，运动学公式（xx四川-9）（15分）严重的雾霾天气，对国计民生已造成了严重的影响，汽车尾气是形成雾霾的重要污染源，“铁腕治污”已成为国家的工作重点，地铁列车可实现零排放，大力发展地铁，可以大大减少燃油公交车的使用，减少汽车尾气排放。若一地铁列车从甲站由静止启动后做直线运动，先匀加速运动20s达到最高速度72km/h，再匀速运动80s，接着匀减速运动15s到达乙站停住。设列车在匀加速运动阶段牵引力为1106N，匀速阶段牵引力的功率为6103kW，忽略匀减速运动阶段牵引力所做的功。（1）求甲站到乙站的距离；（2）如果燃油公交车运行中做的功与该列车从甲站到乙站牵引力做的功相同，求公交车排放气体污染物的质量。（燃油公交车每做1焦耳功排放气体污染物3106克）【答案】（1）s1950m；（2）m2.04kg【解析】试题分析：（1）根据匀变速直线运动规律可知，地铁列车匀加速运动的位移为：s1 匀减速运动的位移为：s3 根据匀速运动规律可知，地铁列车匀速运动的位移为：s2vt2 根据题意可知，甲站到乙站的距离为：ss1s2s3 由式联立，并代入数据解得：s1950m（2）地铁列车在从甲站到乙站的过程中，牵引力做的功为：W1Fs1Pt2 根据题意可知，燃油公交车运行中做的功为：W2W1 由式联立，并代入数据解得：W26.8108J所以公交车排放气体污染物的质量为：m31096.8108kg2.04kg考点：匀速直线运动与匀变速直线运动规律的应用，以及功大小的计算。（xx四川-10）（18分）如图所示，粗糙、绝缘的直轨道OB固定在水平桌面上，B端与桌面边缘对齐，A是轨道上一点，过A点并垂直于轨道的竖直面右侧有大小E1.5106N/C，方向水平向右的匀强电场。带负电的小物体P电荷量是2.0106C，质量m0.25kg，与轨道间动摩擦因数0.4，P从O点由静止开始向右运动，经过0.55s到达A点，到达B点时速度是5m/s，到达空间D点时速度与竖直方向的夹角为，且tan1.2。P在整个运动过程中始终受到水平向右的某外力F作用，F大小与P的速率v的关系如表所示。P视为质点，电荷量保持不变，忽略空气阻力，取g10 m/s2，求：（1）小物体P从开始运动至速率为2m/s所用的时间；（2）小物体P从A运动至D的过程，电场力做的功。【答案】（1）t10.5s；（2）W9.25J。【解析】试题分析：（1）物体P在水平桌面上运动时，竖直方向上只受重力mg和支持力N作用，因此其滑动摩擦力大小为：fmg1N根据表格数据可知，物体P在速率v02m/s时，所受水平外力F12Nf，因此，在进入电场区域之前，物体P做匀加速直线运动，设加速度为a1，不妨设经时间t1速度为v12m/s，还未进入电场区域。根据匀变速直线运动规律有：v1a1t1 根据牛顿第二定律有：F1fma1 由式联立解得：t10.5s0.55s，所以假设成立即小物体P从开始运动至速率为2m/s所用的时间为t10.5s（2）当物体P在速率v25m/s时，所受水平外力F26N，设先以加速度a2再加速t20.05s至A点，速度为v2，根据牛顿第二定律有：F2fma2 根据匀变速直线运动规律有：v2v1a2t2 由式联立解得：v23m/s 物体P从A点运动至B点的过程中，由题意可知，所受水平外力仍然为F26N不变，设位移为x1，加速度为a3，根据牛顿第二定律有：F2fqEma3 根据匀变速直线运动规律有：2a3x1 由式联立解得：x11m 根据表格数据可知，当物体P到达B点时，水平外力为F3qE3N，因此，离开桌面在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上只受重力，做自由落体运动，设运动至D点时，其水平向右运动位移为x2，时间为t3，则在水平方向上有：x2vBt3 根据几何关系有：cot 由式联立解得：x2m 所以电场力做的功为：WqE（x1x2） 由式联立解得：W9.25J考点：物体的受力分析、牛顿第二定律、匀变速直线运动规律、平抛运动规律、功的定义式的应用。【xx山东-23】. 如图甲所示，物块与质量为m的小球通过不可伸长的轻质细绳跨过两等高定滑轮连接。物块置于左侧滑轮正下方的表面水平的压力传感装置上，小球与右侧滑轮的距离为l。开始时物块和小球均静止，将此时传感装置的示数记为初始值。现给小球施加一始终垂直于l段细绳的力，将小球缓慢拉起至细绳与竖直方向成60o角，如图乙所示，此时传感装置的示数为初始值的1.25倍；再将小球由静止释放，当运动至最低位置时，传感装置的示数为初始值的0.6倍.不计滑轮的大小和摩擦，重力加速度的大小为g。求：（1）物块的质量；（2）从释放到运动至最低位置的过程中，小球克服阻力所做的功。【答案】（1）3m；（2）0.1mgl考点：物体的平衡；牛顿第二定律；动能定理.【xx广东-36】36(18分)如图18所示，一条带有圆轨道的长轨道水平固定，圆轨道竖直，底端分别与两侧的直轨道相切，半径R0.5m，物块A以v06m/s的速度滑入圆轨道，滑过最高点Q，再沿圆轨道滑出后，与直轨道上P处静止的物块B碰撞，碰后粘在一起运动，P点左侧轨道光滑，右侧轨道呈粗糙段、光滑段交替排列，每段长度都为L0.1m，物块与各粗糙段间的动摩擦因数都为0.1，A、B的质量均为m1kg(重力加速度g取10m/s2；A、B视为质点，碰撞时间极短)。(1)求A滑过Q点时的速度大小v和受到的弹力大小F；(2)碰后AB最终停止在第k个粗糙段上，求k的数值；(3)碰后AB滑至第n个(nk)光滑段上的速度vn与n的关系式。【答案】（1）F = 22N (2) k = 45 (3) vn = m/s (且n k )【考点】功能关系、机械能守恒定律及其应用；动量守恒定律及其应用；匀速圆周运动的向心力【解析】(1)由机械能守恒定律得：mv02 = mg(2R) + mv2 得：A滑过Q点时的速度v = 4m/s 在Q点，由牛顿第二定律和向心力公式有： F + mg = 解得：A滑过Q点时受到的弹力 F = 22N （2）AB碰撞前A的速度为vA , 由机械能守恒定律有： mv02 = mvA2 得：vA = v0 = 6m/s AB碰撞后以共同的速度vp前进，由动量守恒定律得： mvA = (m + m)vp 得：vp = 3m/s 总动能Ek = (m + m)vp2 = 9J滑块每经过一段粗糙段损失的机械能E = fL = (m + m)gL = 0.2J 则： k = = 45 (3)AB滑到第n个光滑段上损失的能量E损 = nE = 0.2n J由能量守恒得：(m + m)vp2 - (m + m)vn2 = nE 带入数据解得：vn = m/s ，（n k）【xx福建-21】21. （19分）如图，质量为M的小车静止在光滑的水平面上，小车AB段是半径为R的四分之一圆弧光滑轨道，BC段是长为L的水平粗糙轨道，两段轨道相切于B点，一质量为m的滑块在小车上从A点静止开始沿轨道滑下，重力加速度为g。（1）若固定小车，求滑块运动过程中对小车的最大压力；（2）若不固定小车，滑块仍从A点由静止下滑，然后滑入BC轨道，最后从C点滑出小车，已知滑块质量,在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍，滑块与轨道BC间的动摩擦因数为，求： 滑块运动过程中，小车的最大速度vm； 滑块从B到C运动过程中，小车的位移大小s。【答案】：（1）3mg （2）s=L/3【解析】试题分析：（1）由图知，滑块运动到B点时对小车的压力最大从A到B，根据动能定理：在B点：联立解得：FN=3mg，根据牛顿第三定律得，滑块对小车的最大压力为3mg（2）若不固定小车， 滑块到达B点时，小车的速度最大根据动量守恒可得：从A到B，根据能量守恒：联立解得：设滑块到C处时小车的速度为v，则滑块的速度为2v，根据能量守恒：解得：小车的加速度：根据解得：s=L/3【xx北京-23】.（18 分）如图所示，弹簧的一端固定，另一端连接一个物块，弹簧质量不计。物块（可视为质点）的质量为 m，在水平桌面上沿 x 轴运动，与桌面间的动摩擦因数为 。以弹簧原长时物块的位置为坐标原点 O，当弹簧的伸长量为 x 时，物块所受弹簧 弹力大小为 F=kx,k 为常量。（1）请画出 F 随 x 变化的示意图；并根据 F-x 的图像求物块沿 x 轴从 O 点运动到位置 x 的 过程中弹力所做的功。 a. 求弹力所做的功.并据此求弹性势能的变化量； b. 求滑动摩擦力所做的功；并与弹力做功比较，说明为什么不存在与摩擦力对应的“摩 擦力势能”的概念。【答案】（1）（2） 因为摩擦力做功与路程成正比，而非像弹簧弹力做功一样与路径无关，只与初末位置有关，所以无“摩擦势能”的概念。【难度】【考点】用图像法求做功，功能关系。【解析】（1）弹簧弹力与位移的图像如图，图像面积即为弹性做功:则 （2）a:由图可知，物体由 x1x2的过程中，弹力做功：，由W=EP得：b:在此过程中摩擦力做功由f = N， Wf =fs 得因为摩擦力做功与路程成正比，而非像弹簧弹力做功一样与路径无关，而只与初 末位置有关，所以无”摩擦势能” 的概念。【xx江苏-9】9如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连，弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑，经过B处的速度最大，到达C处的速度为零，AC=h。圆环在C处获得一竖直向上的速度v，恰好能回到A；弹簧始终在弹性限度之内，重力加速度为g，则圆环A下滑过程中，加速度一直减小B下滑过程中，克服摩擦力做功为C在C处，弹簧的弹性势能为D上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度【答案】BD3假设摩托艇受到的阻力的大小正比于它的速率。如果摩托艇发动机的输出功率变为原来的2倍，则摩托艇的最大速率变为原来的（ ）A.4倍 B. 2倍 C.倍 D. 倍【答案】D【解析】设，当阻力等于牵引力时，速度最大，输出功率变化前，有，变化后有，联立解得，D正确；【xx海南-4】如图，一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置，轨道两端登高。质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下，滑到最低点Q时，对轨道的正压力为2mg，重力加速度大小为g，质点自P滑到Q的过程中，克服摩擦力所做的功为（ ）A. B. C. D. 【答案】C【xx天津-5】5如图所示，固定的竖直光滑长杆上套有质量为m的小圆环圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接，弹簧的另一端连接在墙上，且处于原长状态。现让圆环由静止开始下滑，已知弹簧原长为L，圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L(未超过弹性限度)，则在圆环下滑到 最大距离的过程中A圆环的机械能守恒B弹簧弹性势能变化了mgLC圆环下滑到最大距离时所受合力为零D圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变【答案】B【xx天津-10】10(16分)某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意如图皮带在电动机的带动下保持V=1 ms的恒定速度向右运动现将一质量为m=2 kg的邮件轻放在皮带上邮件和皮带间的动摩擦因数= 05。设皮带足够长取g=10ms2，在邮件与皮带发生相对滑动的过程中，求(1)邮件滑动的时间t ； (2)邮件对地的位移大小x ；(3)邮件与皮带间的摩擦力对皮带做的功W。【答案】（1）0.2s (2) 0.1m (3) -2 J【解析】（1）设邮件放到皮带上与皮带发生相对滑动过程中受到的滑动摩擦力为F，则 F = mg 由牛顿第二定律求出邮件的加速度a = F/m =g =5m/s 由匀变速直线运动规律v = at ，代入数据得： t = v/a = 0.2s （2）邮件与皮带发生相对滑动的过程中，对邮件应用动能定理，有 Fx = mv2 0 由式并代入数据得： x = 0.1m （3）邮件与皮带发生相对滑动过程中，设皮带相对地面的位移为s ，则S = vt 摩擦力对皮带做的功W = -Fs 由式并代入数据得：W = -2 J