高考物理新力学知识点之功和能单元汇编含答案解析(3)

高考物理新力学知识点之功和能单元汇编含答案解析(3)
一、选择题
1．研究“蹦极”运动时，在运动员身上装好传感器，用于测量运动员在不同时刻下落的高度及速度。

如图甲所示，运动员及所携带的全部设备的总质量为50kg ，弹性绳有一定长度。

运动员从蹦极台自由下落，根据传感器测到的数据，得到如图乙所示的速度－位移(v －x )图像。

不计空气阻力，重力加速度g 取10m/s 2。

下列判断正确的是（ ）
A ．运动员下落运动轨迹为一条抛物线
B ．弹性绳的原长为16m
C ．从x =16m 到x =30m 过程中运动员的加速度逐渐变大
D ．运动员下落到最低点时弹性势能为18000J
2．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径有关,此距离最大时,对应的轨道半径为(重力加速度为g)( )
A ．2
16v g B ．28v g C ．24v g D ．22v g
3．我国的传统文化和科技是中华民族的宝贵精神财富，四大发明促进了科学的发展和技术的进步，对现代仍具有重大影响，下列说法正确的是（ ）
A ．春节有放鞭炮的习俗，鞭炮炸响的瞬间，动量守恒但能量不守恒
B ．火箭是我国的重大发明，现代火箭发射时，火箭对喷出气体的作用力大于气体对火箭的作用力
C ．装在炮弹中的火药燃烧爆炸时，化学能全部转化为弹片的动能
D ．指南针的发明促进了航海和航空，静止时指南针的N 极指向北方
4．将一个皮球从地面以初速度v 0竖直向上抛出，皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比，即f =kv ，重力加速度为g ，下列说法中正确的是（ ）
A ．从抛出到落四地面的过程中，最高点加速度最大，大小为g
B ．刚抛出时加速度最大，大小为g +
0kv m
C ．皮球上升所用时间比下降所用时间长
D．皮球落回地面时速度大于v0
5．某同学把质量是5kg 的铅球推出，估计铅球出手时距地面的高度大约为2m，上升的最高点距地面的高度约为3m，最高点到落地点的水平距离约为6m。

由此可估算出该同学推铅球的过程中对铅球做的功约为
A．50J B．150J C．200J D．250J
6．如图所示，质量为60kg的某运动员在做俯卧撑运动，运动过程中可将她的身体视为一根直棒，已知重心在C点，其垂线与脚，两手连线中点间的距离Oa、ob分别为0.9m和0.6m，若她在1min内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4m，则克服重力做功和相应的功率为（）
A．430J，7W
B．4300J，70W
C．720J，12W
D．7200J，120W
7．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
8．如图所示，一表面光滑的木板可绕固定的水平轴O转动，木板从水平位置OA转到OB 位置的过程中，木板上重为5 N的物块从靠近转轴的位置由静止开始滑到图中虚线所示位置，在这一过程中，物块的重力势能减少了4 J。

则以下说法正确的是(取g＝10 m/s2)()
A．物块的竖直高度降低了0.8 m
B．由于木板转动，物块下降的竖直高度必大于0.8 m
C．物块获得的动能为4 J
D．由于木板转动，物块的机械能必定增加
9．连接A、B两点的在竖直面内的弧形轨道ACB和ADB形状相同、材料相同，如图所示．一个小物体从A点以一定初速度v开始沿轨道ACB运动，到达B点的速度为v1；若以相同大小的初速度v沿轨道ADB运动，物体到达B点的速度为v2，比较v1和v2的大小，有（）
A．v1＞v2B．v1=v2
C．v1＜v2D．条件不足，无法判定
10．升降机中有一质量为m的物体，当升降机以加速度a匀加速上升h高度时，物体增加的重力势能为( )
A．mgh B．mgh＋mah
C．mah D．mgh－mah
11．关于重力势能，下列说法中正确的是（）
A．重力势能的大小只由物体本身决定
B．重力势能恒大于零
C．在地面上的物体，它具有的重力势能一定等于零
D．重力势能是物体和地球所共有的
12．汽车以恒定功率P、初速度v0冲上倾角一定的斜坡时，汽车受到的阻力恒定不变，则汽车上坡过程的v -—t图像不可能是选项图中的
A．B．
C．D．
13．一物体从某一高度自由落下落在竖立于地面的轻弹簧上，如图所示，在Ａ点物体开始与轻弹簧接触，到Ｂ点时，物体速度为零，然后被弹簧弹回，下列说法正确的是( )
A．物体从Ａ下降到Ｂ的过程中动能不断变小
B．物体从Ｂ上升到Ａ的过程中动能不断变大
C．物体从Ａ下降到Ｂ以及从Ｂ上升到Ａ的过程中速率都是先增大后减小D．物体在Ｂ点时所受合力为零
14．关于功率说法正确的是()
A．由P＝W
t
可知，只要知道W和t就可求出任意时刻的功率
B．由P＝Fv只能求某一时刻的瞬时功率
C．由P＝Fv知，汽车的功率和它的速度成正比
D．从P＝Fv知，当汽车的发动机功率一定时，牵引力与速度成反比
15．如图所示，固定在竖直平面内的光滑圆轨道ABCD，其A点与圆心等高，D点为最高点，DB为竖直线，AE为水平面，今使小球自A点正上方某处由静止释放，且从A处进入圆轨道运动，只要适当调节释放点的高度，总能保证小球最终通过最高点D(不计空气阻力的影响)．则小球通过D点后
A．一定会落到水平面AE上
B．一定不会落到水平面AE上
C．一定会再次落到圆轨道上
D．可能会再次落到圆轨道上
16．水平传送带在外力F驱动下以恒定速度运动，将一块砖放置在传送带上，若砖块所受摩擦力为 f，传送带所受摩擦力为f'，砖块无初速放到传送带上至砖块达到与传送带相同速度的过程中以下正确的是（）
A．f′所做的功等于 f 所做的功的负值
B．F所做的功与f'所做的功之和等于砖块所获得的动能
C．F所做的功与f'所做的功之和等于零
D．F 所做的功等于砖块所获得的动能
17．关于功、功率以下说法正确的是（）
A．滑动摩擦力对物体只能做负功
B．静摩擦力不可能对物体做功
C．作用力和反作用力可能对物体都不做功
D．功率反映的是力对物体做功的快慢，功率大，做功一定多
18．一物体在粗糙的水平面上受到水平拉力作用，在一段时间内的速度随时间变化情况如题5图所示．关于拉力的功率随时间变化的图象是下图中的可能正确的是
A．
B．
C．
D．
19．如图所示，小明玩蹦蹦杆，在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化是…（）
A．重力势能减小，弹性势能增大
B．重力势能增大，弹性势能减小
C．重力势能减小，弹性势能减小
D．重力势能不变，弹性势能增大
20．从空中以40m/s的初速度水平抛出一重为10N的物体．物体在空中运动3s落地，不计空气阻力，取g=10m/s2，则物体落地前瞬间，重力的瞬时功率为（）
A．300W B．400W C．500W D．700W
21．如图所示，一质量为1kg的木块静止在光滑水平面上，在t=0时，用一大小为F=2N、方向与水平面成θ=30°的斜向右上方的力作用在该木块上，则在t=3s时力F的功率为
A．5 W B．6 W C．9 W D．3
22．把小球放在竖立的弹簧上，并把球往下按至A位置，如图甲所示．迅速松手后，球升
高至最高位置C（图丙），途中经过位置B时弹簧正处于原长（图乙）．忽略弹簧的质量和空气阻力．则小球从A运动到C的过程中，下列说法正确的是
A．经过位置B时小球的加速度为0
B．经过位置B时小球的速度最大
C．小球、地球、弹簧所组成系统的机械能守恒
D．小球、地球、弹簧所组成系统的机械能先增大后减小
23．物体仅在拉力、重力作用下竖直向上做匀变速直线运动，重力做功-2J，拉力做功3J，则下列说法正确的是
A．物体的重力势能减少2J
B．物体的动能增加3J
C．物体的动能增加1J
D．物体的机械能增加1J
24．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21m的水平轨道，倾斜直轨道BC固定在竖直放置的半径为R=10m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=10m/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．5s
B．4.8s
C．4.4s
D．3s
25．如图所示，质量分别为m1和m2的两个物体，m1<m2，在大小相等的两个力F1和F2的作用下沿水平方向移动了相同的距离.若F1做的功为W1，F2做的功为W2，则( ).
A．W1>W2B．W1<W2
C ．W 1=W 2
D ．条件不足，无法确定
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一、选择题
1．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
A ．v －t 图像不是运动员的运动轨迹。

运动员自由下落时做直线运动，运动轨迹为一条直线，故A 错误；
B ．由图可知x =16m 时运动员速度最大，即重力与弹力大小相等，所以弹性绳的原长小于16cm ，故B 错误；
C ．x =16m 时，重力与弹力大小相等，从x =16m 到x =30m 过程中，弹力大于重力，且弹力越来越大，加速度越来越大，故C 正确；
D ．从x =0到x =30m 的过程中，运动员的重力势能减少量为
4p 501030J 1.510J E mgh ∆==⨯⨯=⨯
根据运动员和弹性绳组成的系统机械能守恒可知弹性绳的最大势能为
4p 1.510J p E E =∆=⨯绳
故D 错误。

故选C 。

2．B
解析：B
【解析】
【分析】
根据动能定理得出物块到达最高点的速度，结合高度求出平抛运动的时间，从而得出水平位移的表达式，结合表达式，运用二次函数求极值的方法得出距离最大时对应的轨道半径．
【详解】
设半圆的半径为R ，根据动能定理得：−mg •2R ＝
12mv ′2−12mv 2，离开最高点做平抛运动，有：2R=12
gt 2，x=v′t，联立解得：
x==
，可知当R=
2
8
v
g
时，水平位移最大，故B
正确，ACD错误．故选B．
【点睛】
本题考查了动能定理与圆周运动和平抛运动的综合运用，得出水平位移的表达式是解决本题的关键，本题对数学能力的要求较高，需加强这方面的训练．
3．D
解析：D
【解析】
鞭炮炸响的瞬间，因内力远大于外力，故系统动量守恒，同时在爆炸过程中，总能量是守恒的，A错误；现代火箭发射时，火箭对喷出气体的作用力和气体对火箭的作用力为作用力和反作用力，根据牛顿第三定律可知，二者大小相等，方向相反，B错误；装在炮弹中的火药燃烧爆炸时，化学能转化为弹片的动能和周围物体的内能，C错误；指南针的发明促进了航海和航空，因地磁场南极处在地理北极处，故指南针静止时指南针的N极指向北方，D正确．
4．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．上升过程，阻力向下，根据牛顿第二定律有
1
mg kv ma
+=
下降过程，阻力向上，根据牛顿第二定律有
2
mg kv ma
'
+=
因此有
12
a g a
>>
其中
1
kv
a g
m
=+
可以知道向上的速度越大，皮球的加速度越大，则刚抛出时的加速度最大，大小为0
kv
g
m
+，故A错误，B正确；
C．若加速度不变，根据
2
1
2
h at
=
可知
12
t t<
故C 错误；
D ．因为运动的整个过程，重力做功为零；上升过程，阻力向下，做负功；下降过程，阻力向上，做负功。

可知落地时的动能一定小于开始时的动能，则落地速度一定小于开始时的速度，故D 错误。

故选B 。

5．C
解析：C
【解析】
【详解】
铅球在最高点的速度 106m/s 215m/s 232
v h
g
===⨯ 则由能量关系可得该同学推铅球的过程中对铅球做的功约为
221151015(215)200J 22
W mg h mv =∆+=⨯⨯+⨯⨯= A ．50J ，与结论不相符，选项A 错误；
B ．150J ，与结论不相符，选项B 错误；
C ．200J ，与结论相符，选项C 正确；
D ．250J ，与结论不相符，选项D 错误；
故选C.
6．B
解析：B
【解析】
设重心上升高度为h ，根据几何知识可得0.90.40.90.6
h =+，解得h=0.24m ，故做一次俯卧撑克服重力做功为mgh=144J ，所以一分钟克服重力做功为W=30×
144J=4320J ，功率约为4320W 70W 60
W P t ===，故B 正确．
7．C
解析：C
【解析】
本题考查了运动的合成与分解、动能定理等知识，意在考查考生综合力学规律解决问题的
能力．
设小球运动到c点的速度大小为v C，则对小球由a到c的过程，由动能定理得：F·3R-
mg R=1
2
mv c2，又F=mg，解得：v c2=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=v C/g=2g
R
，小球在水平方向的加速度a=g，在
水平方向的位移为x=1
2
at2=2R．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=F·5R=5mgR，选项C正确ABD错误．
【点睛】此题将运动的合成与分解、动能定理有机融合，难度较大，能力要求较高．8．A
解析：A
【解析】
【详解】
已知，由△E p=mg△h得物块降低的高度，故A正确，B错误。

木板转动过程中，物块的重力势能减少了4J，则重力对物块做功为4J，木板的支持力对物块做负功，所以外力对物块做的总功小于4J，由动能定理知，物块获得的动能小于4 J，故C错误。

木板的支持力对物块做负功，所以物块的机械能必定减少，故D错误。

故选A。

【点睛】
解决本题时要注意木板的支持力对物块不是不做功，而做负功，要掌握功与能的关系，并能灵活运用．
9．A
解析：A
【解析】
【分析】
滑块从A到B过程中，只有阻力做功，但ACB轨道上运动时失重，ADB轨道上运动时超重，故ABD轨道上运动时阻力大，根据动能定理判断末速度大小．
【详解】
由于AB轨道等高，故滑块从A到B过程中，只有阻力做功，根据动能定理，克服阻力做功等于动能的减小量；
但ACB轨道上运动时加速度向下，是失重；ADB轨道上运动时加速度向上，是超重；故ABD轨道上运动时阻力大，克服阻力做功多，动能减小多，故v1＞v2．故选A．
10．A
解析：A
【解析】
重力势能的增加量等于物体克服重力做的功，A 对，B 、C 、D 错．
11．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
重力势能取决于物体的重力和高度；故A 错误；重力势能的大小与零势能面的选取有关，若物体在零势能面下方，则重力势能为负值；故B 错误；重力势能的大小与零势能面的选取有关；若选取地面以上为零势能面，则地面上的物体重力势能为负；若选地面以下，则为正；故C 错误；重力势能是由物体和地球共有的；故D 正确；故选D ．
【点睛】
本题考查重力势能的决定因素，重力势能的大小与物体的质量和高度有关，质量越大、高度越高，重力势能就越大；明确重力势能是由地球和物体共有的；其大小与零势能面的选取有关．
12．A
解析：A
【解析】
【详解】
汽车冲上斜坡，受重力mg 、支持力N 、牵引力F 和阻力f ，设斜面的坡角为θ，根据牛顿第二定律，有F mgsin f ma θ--=，其中P Fv =，故P mgsin f ma v
θ--=； AC 、若0a >，则物体加速运动，加速度会减小，当加速度减为零时，速度达到最大，故选项C 正确，A 错误；
B 、若0a =，则物体速度不变，做匀速运动，故选项B 正确；
D 、若0a <，即加速度沿斜面向下，物体减速，故加速度会减小，当加速度减为零时，速度达到最小，故选项D 正确；
故不可能是选选项A ．
13．C
解析：C
【解析】
物体从A 点下降到B 的过程中，开始重力大于弹簧的弹力，加速度方向向下，物体做加速运动，由于弹力在增大，则加速度在减小，当重力等于弹力时，速度达到最大，然后在运动的过程中，弹力大于重力，根据牛顿第二定律知，加速度方向向上，加速度方向与速度方向相反，物体做减速运动，运动的过程中弹力增大，加速度增大，到达最低点，速度为零．故速度先增大后减小，则动能先增大，后减小；同理，在从B 上升到A 的过程中，开始时弹簧的弹力大于重力，加速度向上，物体向上运动，由于弹力减小，则加速度减小，但速度继续增大；弹力与重力相等时速度达最大，此后由于弹力小于重力，物体的速度开始减小，故速率先增大后减小，动能先增大，后减小，故C 正确．
点睛：解决本题的关键知道加速度方向与合力方向相同，当加速度方向与速度方向相同，
物体做加速运动，当加速度方向与速度方向相反时，物体做减速运动．
14．D
解析：D
【解析】
【详解】
A ．P ＝W t
计算的是时间t 内的平均功率，不能用来计算瞬时功率；故A 错误； B ．P ＝Fv 可以计算平均功率也可以是瞬时功率，取决于速度是平均速度还是瞬时速度，故B 错误；
C ．由P ＝Fv 知，当F 不变的时候，汽车的功率和它的速度成正比，当F 变化时就就不是正比关系了，故C 错误；
D ．从P ＝Fv 知，当汽车的发动机功率一定时，牵引力与速度成反比；故D 正确。

15．A
解析：A
【解析】
小球因为能够通过最高点D ，根据mg=m 2 D v R
，得：v D ，知在最高点的最小速度
．根据R=12gt 2，得：t=
x =．知小球一定落在水平面AE 上．故A 正确，BCD 错误．故选A ． 点睛：解决本题的关键知道小球做圆周运动在最高点的临界情况，即重力提供向心力，结合平抛运动的规律进行求解．
16．C
解析：C
【解析】
【详解】
A.因为砖块由静止被传送带带动并达到与传送带相同速度的过程中发生相对滑动，砖块的位移与传送带的位移不等，则f '所做的功不等于f 所做的功的负值。

故A 错误。

BC.对传送带研究，动能不变，根据动能定理知，F 所做的功与f '所做的功之和等于零。

故B 错误，C 正确。

D.根据能量守恒得，F 所做的功等于砖块动能的增加量与摩擦产生的内能之和。

故D 错误。

17．C
解析：C
【解析】
轻放在水平传送带上的物体，受到传送带给的滑动摩擦力，摩擦力方向和运动方向相同，对物体做正功，A 错误；放在倾斜传送带上的物体，随传送带相对静止的向上端移动过程
中，静摩擦力做正功，B 错误；静止在桌面上的书，书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对相互作用力，但在力的方向上没有位移，所以都不做功，C 正确；功率大小表示对物体做功快慢的物理量，功率大，做功块，但做功不一定多，D 错误．
18．D
解析：D
【解析】
试题分析：由图知：在00t -时间内，物体做初速度为零的匀加速运动，v at =，由牛顿第
二定律得：F f ma -=，则拉力的功率为P Fv f ma v f ma at ==
+=+（）（）；在0t 时刻以后，物体做匀速运动，v 不变，则F f =，P Fv fv ==，P 不变，故D 正确． 考点：功率、平均功率和瞬时功率
【名师点睛】根据物理规律得到解析式，再选择图象是常用的方法．本题根据牛顿第二定律和运动学公式结合得到P 的表达式是关键．
19．A
解析：A
【解析】
【分析】
重力势能的变化可根据重力做功判断；弹性势能的变化可根据弹簧的形变量的变化判断．
【详解】
在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中，重力做正功，则小朋友的重力势能减少．弹簧的形变量增大，其弹性势能增加，故A 正确，BCD 错误．
故选A ．
20．A
解析：A
【解析】
【分析】
【详解】
重物在竖直方向的分速度为v y =gt =30m/s ；重力的功率P =mgv y =300W ．故A 正确，BCD 错误．
【点睛】
本题难度较小，公式P =Fv 中的v 是在F 方向上的分速度
21．C
解析：C
【解析】
【分析】
【详解】
对木块根据牛顿第二定律可知，木块的加速度为：2cos F a m
θ=
=，则t =3s 时的瞬
时速度为：v at ==，则力F 的瞬时功率为：
cos 2W 9W 2
P Fv θ==⨯=. A ．5W 与计算结果不相符；故A 项错误.
B ．6W 与计算结果不相符；故B 项错误.
C ．9W 与计算结果相符；故C 项正确.
D ．与计算结果不相符；故D 项错误.
22．C
解析：C
【解析】
试题分析：经位置B 时，小球只受重力，加速度为重力加速度g ，A 错误；在运动到B 位置之前，弹簧的弹力等于重力时，小球的加速度为零，那时速度最大，B 错误；由于在运动过程中，只有重力，弹簧的弹力做功，只有动能，重力势能和弹性势能之间相互转化，因此小球、地球、弹簧所组成系统的机械能守恒，C 正确，D 错误．
考点：牛顿第二定律，机械能守恒定律
23．C
解析：C
【解析】
【详解】
A. 物体的重力做功-2J ，则重力势能增加2J ，选项A 错误；
B. 合力功为3J+(-2J)=1J ，则物体的动能增加1J ，选项B 正确；
C. 由B 的分析可知，选项C 错误；
D. 拉力做功为3J ，则物体的机械能增加3J ，选项D 错误.
24．A
解析：A
【解析】
【分析】
分两个阶段求解时间，水平阶段和斜面阶段，根据动能定理求出B 点的速度，然后根据运动学规律求解AB 段上的运动时间；在斜面阶段需要根据几何知识求解斜面的倾斜角，然后根据牛顿第二定律求解在斜面上的运动加速度，从而求解在斜面上的运动时间．
【详解】
设小车的质量为m ，小车在AB 段所匀减速直线运动，加速度
210.20.22/f mg a g m s m m
====，在AB 段，根据动能定理可得2201122
AB B fx mv mv -=-，解得4/B v m s =，故110432t s s -==； 小车在BC 段，根据机械能守恒可得212
B CD mv mgh =，解得0.8CD h m =，过圆形支架的圆
心O点作BC的垂线，根据几何知识可得
1
2BC BC CD
x
R
x h
=，解得4
BC
x m
=，
1
sin
5
CD
BC
h
x
θ==，故小车在BC上运动的加速度为2
2
sin2/
a g m s
θ
==，故小车在BC段
的运动时间为2
2
4
2
2
B
v
t s s
a
===，所以小车运动的总时间为
12
5
t t t s
+
==，A正确．
【点睛】
本题的难点在于求解斜面上运动的加速度，本题再次一次提现了数物相结合的原则，在分析物理时涉及几何问题，一定要动手画画图像．
25．C
解析：C
【解析】
试题分析：由题意可得1F和2F大小和方向相同，并且物体移动的位移也相同，所以由功的公式W=FL可知，它们对物体做的功是相同的，所以C正确．
故选C．
考点：功的计算．
点评：恒力做功，根据功的公式直接计算即可，比较简单．。