天津市东丽区耀华中学机械能守恒定律中考真题汇编[解析版]

一、第八章 机械能守恒定律易错题培优（难）
1．某实验研究小组为探究物体冲上粗糙斜面能达到的最大位移x 与斜面倾角θ的关系，使某一物体每次以不变的初速率v 0沿足够长的斜面向上运动，如图甲所示，调节斜面与水平面的夹角θ，实验测得x 与θ的关系如图乙所示，取g ＝10m/s 2。

则由图可知（ ）
A ．物体的初速率v 0＝3m/s
B ．物体与斜面间的动摩擦因数µ＝0.8
C ．图乙中x min ＝0.36m
D ．取初始位置所在水平面为重力势能参考平面，当θ＝37°，物体上滑过程中动能与重力势能相等时，物体上滑的位移为0.1875m 【答案】AC 【解析】 【分析】 【详解】 A ．当2
π
θ=
时，物体做竖直上抛运动，不受摩擦力作用，根据
202v gh =
可得
03m/s v =
A 正确；
B ．当0θ=时，物体沿水平面做减速运动，根据动能定理
2
012
mv mgx μ= 代入数据解得
=0.75μ
B 错误；
C ．根据动能定理
2
01cos sin 2
mv mgx mgx μθθ=+ 整理得
9
20(0.75cos sin )
x θθ=
+
因此位移最小值
min 2
0.36m 200.751
x =
=+
C 正确；
D ．动能与重力势能相等的位置
o 2
o o 01sin 37(sin 37cos37)2
mgx mv mgx mgx μ=
-+ 整理得
0.25m x =
D 错误。

故选AC 。

2．如图所示，固定在竖直平面内的圆管形轨道的外轨光滑，内轨粗糙。

一小球从轨道的最低点以初速度v 0向右运动，球的直径略小于圆管的直径，球运动的轨道半径为R ，空气阻力不计，重力加速度大小为g ，下列说法一定正确的是 （ ）
A ．若05v gR <
B ．若02v gR <，小球不可能到达圆周最高点
C ．若02v gR <，小球运动过程中机械能守恒
D ．若05v gR > 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】
AD. 小球如果不挤压内轨，则小球到达最高点速度最小时，小球的重力提供向心力，由牛顿第二定律，在最高点，有
2
v mg m R
=
由于小球不挤压内轨，则小球在整个运动过程中不受摩擦力作用，只有重力做功，机械能
守恒，从最低点到最高点过程中，由机械能守恒定律，有
22
011222
mv mv mg R =+⋅ 解得
05v gR =
若小球速度05v gR <，小球也是有可能做完整的圆周运动的，可能到达圆周最高点，只是最终在圆心下方做往复运动，故A 错误；若小球速度05v gR >，则小球一定不挤压内轨，小球运动过程中机械能守恒，故D 错误；
B. 如果轨道内轨光滑，小球在运动过程中不受摩擦力，小球在运动过程中机械能守恒，如果小球运动到最高点时速度为0，由机械能守恒定律，有
2
0122
mv mg R =⋅ 解得
02v gR =
现在内轨粗糙，如果小球速度02v gR <，小球在到达最高点前一定受到摩擦力作用，即小球在到达最高点前速度已为零，小球不可能到达圆周最高点，故B 正确；
C.若小球上升到与圆心等高处时速度为零，此时小球只与外轨作用，不受摩擦力，只有重力做功，由机械能守恒定律，有
2
012
mv mgR = 解得
02v gR =
若02v gR <，小球只与外轨作用，不受摩擦力作用，小球运动过程中机械能守恒，故C 正确。

故选BC 。

3．如图所示，物块套在固定竖直杆上，用轻绳连接后跨过定滑轮与小球相连。

开始时物块与定滑轮等高。

已知物块的质量13m kg =，球的质量25m kg =，杆与滑轮间的距离d =2m ，重力加速度g =10m/s 2，轻绳和杆足够长，不计一切摩擦，不计空气阻力。

现将物块由静止释放，在物块向下运动的过程中（ ）
A ．物块运动的最大速度为
53
m /s 3
B ．小球运动的最大速度为
33
m /s 5
C ．物块下降的最大距离为3m
D ．小球上升的最大距离为2.25m
【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】
AB ．当物块所受的合外力为0时，物块运动的速度最大，此时，小球所受合外力也为0，则有绳的张力为小球的重力，有
250N T m g ==
对物块作受力分析，由受力平衡可知
1cos T m g θ=
对物块速度v 沿绳子的方向和垂直绳的方向分解，则沿绳方向的分速度即为小球的速度，设为v 1，则有
1cos v v θ=
对物块和小球组成的系统，由机械能守恒定律可知
221212111
()tan sin 22
d d m g
m g d m v m v θθ=-++ 代入数据可得
3
m/s 3
v =
，13m/s v = 故A 正确，B 错误；
CD ．设物块下落的最大高度为h ，此时小球上升的最大距离为h 1，则有
221h h d d =+
对物块和小球组成的系统，由机械能守恒定律可得
121m gh m gh =
联立解得
3.75m h =，1 2.25m h =
故C 错误，D 正确。

故选AD 。

【点睛】
物块与小球具有速度关联，注意物块沿绳方向的分速度大小等于小球的速度大小。

4．如图所示，一个半径和质量不计的定滑轮O 固定在天花板上，物块B 和A 通过轻弹簧栓接在一起，竖直放置在水平地面上保持静止后，再用不可伸长的轻绳绕过滑轮连接物块A 和C ，物块C 穿在竖直固定细杆上，OA 竖直，OC 间距3m l =且水平，此时A 、C 间轻绳恰好拉直而无张力作用。

已知物块A 、B 、C 质量均为2kg 。

不计一切摩擦，g 取10m/s 2.现将物块C 由静止释放，下滑h =4m 时物块B 刚好被提起，下列说法正确的是（ ）
A ．弹簧劲度系数为20N/m
B ．此过程中A 、
C 组成的系统机械能总和一直不变 C ．此时物块C 的速度大小为10
8
m/s 41 D ．此时物块A 的速度大小为10
8m/s 41
【答案】AD 【解析】 【分析】 【详解】
A ．初态时，弹簧的压缩量
1mg
x k
=
根据勾股定理可知，C 下降h =4m 时，A 物体上升了2m ，根据题意可知
2kx mg =
122x x +=
整理可得
121m x x ==，20N/m k =
A 正确；
B ．物体
C 开始下降时，弹簧处于压缩状态，弹力对物体A 做正功，系统机械能增加，后来弹簧处于伸长状态，弹力对物体A 做负功，系统的机械能减小，B 错误；
CD ．由于弹簧的伸长量与压缩量相等，整个过程弹簧对A 物体做功等于零，因此A 、C 组成的系统，初态的机械能与末态的机械能相等
22
A C 1211()22
mgh mv mv mg x x =
+++
设绳子与竖直方向夹角为θ ，由于A 、C 沿着绳的速度相等
C A cos v v θ=
且
4cos 5
h l θ=
=
整理得
C 1010
m/s 41
v =，A 108m/s 41v =
C 错误，
D 正确。

故选AD 。

5．如图所示，长度相同的三根轻杆构成一个正三角形支架，在A 处固定质量为2m 的小球，B 处固定质量为m 的小球，支架悬挂在O 点，可绕过O 点并与支架所在平面相垂直的固定轴转动，开始时OB 与地面相垂直。

放手后开始运动，在不计任何阻力的情况下，下列说法正确的是（ ）
A ．A 处小球到达最低点时速度为0
B ．A 处小球机械能的减少量等于B 处小球机械能的增加量
C ．B 处小球向左摆动所能达到的最高位置应高于A 处小球开始运动时的高度
D ．当支架从左向右回摆时，A 处小球能回到起始高度 【答案】BCD 【解析】 【分析】 【详解】
BD ．因A 处小球质量大，位置高，所以三角支架处于不稳定状态，释放后支架就会向左摆动，摆动过程中只有小球受到的重力做功，故系统的机械能守恒，A 处小球机械能的减少量等于B 处小球机械能的增加量，当支架从左向右回摆时，A 处小球能回到起始高度，选项B 、D 正确；
A ．设支架边长是L ，则A 处小球到最低点时小球下落的高度为1
2
L ，B 处小球上升的高度也是
12L ，但A 处小球的质量比B 处小球的大，故有1
2
mgL 的重力势能转化为小球的动能，因而此时A 处小球的速度不为0，选项A 错误；
C ．当A 处小球到达最低点时有向左运动的速度，还要继续向左摆，B 处小球仍要继续上升，因此B 处小球能达到的最高位置比A 处小球的最高位置还要高，选项C 正确。

故选BC
D 。

6．如图a 所示，小物体从竖直弹簧上方离地高h 1处由静止释放，其动能E k 与离地高度h 的关系如图b 所示。

其中高度从h 1下降到h 2，图象为直线，其余部分为曲线，h 3对应图象的最高点，轻弹簧劲度系数为k ，小物体质量为m ，重力加速度为g 。

以下说法正确的是（ ）
A ．小物体从高度h 2下降到h 4，弹簧的弹性势能增加了24()mg h h -
B ．小物体下降至高度h 3时，弹簧形变量为
mg
k
C ．小物体从高度h 1下降到h 5，弹簧的最大弹性势能为15()mg h h -
D ．小物体下落至高度h 4时，物块处于失重状态 【答案】ABC 【解析】 【分析】 【详解】
A ．小物体下落过程中，小物体和弹簧组成的系统机械能守恒；由图知，小物体下落至高度h 4的动能与下落至高度h 2时的动能相同，则小物体从高度h 2下降到h 4过程，弹簧弹性势能的增加量等于重力势能的减少量，所以弹簧弹性势能的增加量为24()mg h h -，故A 正确；
B ．小物体下降至高度h 3时，动能达到最大，加速度为零，此时有
kx mg =
弹簧形变量为
mg
k
，故B 正确； C ．小物体到达最低点时，速度为0，弹簧压缩量最大，弹簧弹性势能最大；小物体从高度h 1下降到h 5，动能的变化量为0，弹簧弹性势能的增大等于重力势能的减少，所以弹簧的最大弹性势能为15()mg h h -，故C 正确；
D ．小物体从高度h 3下降到高度h 5过程，小物体动能减小，向下做减速运动，则小物体下落至高度h 4时，小物体处于超重状态，故D 错误。

故选ABC 。

7．如图所示，细线上挂着小球，用水平恒力F 将小球从竖直位置P 拉到位置Q ，小球在Q 点垂直绳方向所受的合力恰好为零，此时细绳与竖直方向的夹角为θ，则（ ）
A ．恒力做功等于小球重力势能的增量
B ．小球将静止在Q 点
C ．细线对小球做的功为零
D ．若在Q 点将外力F 撤去，小球来回摆动的角度将等于θ 【答案】C 【解析】 【分析】
小球在Q 点所受的合力恰好为零，由此可分析恒力F 和重力的关系，再根据动能定理可分析小球的运动情况。

【详解】
A ．小球在Q 点垂直绳方向所受的合力恰好为零，由图可知恒力F 和重力G 的关系为
tan F G θ=
从竖直位置P 拉到位置Q 过程中位移为s ，恒力F 做功
c tan tan os
cos 2
2
F
W Gs G s θ
θ
θθ
重力G 做功的大小
sin
2
G
W Gh Gs θ
90θ<︒所以
2
2
2
tan cos tan2
1
sin
22
tan1tan
F
G
G
W
W G
s
s
θ
θθ
θθθ
即有
F G
W W
而小球重力势能的增量等于重力G做功的大小，因此恒力做功大于小球重力势能的增量，选项A错误；
B．因为F G
W W，根据动能定理可知小球到达Q点时动能不为零，小球具有一定速度，不会静止在Q点，选项B错误；
C．因为小球的轨迹是圆弧，其速度方向始终与细线垂直，因此细线的拉力始终与速度垂直，对小球做的功为零，选项C正确；
D．因为小球在Q点速度不为零，若在Q点将外力F撤去，小球还会向上运动一段距离，到最高点后再回落。

之后的摆动过程中只有重力做功，机械能守恒，因此小球来回摆动的角度将大于θ，选项D错误。

故选C。

【点睛】
抓住小球在Q点所受的合力恰好为零是分析问题的关键。

8．如图所示，质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，现使斜面水平向左匀速移动距离l，物体始终与斜面保持相对静止．则在斜面水平向左匀速运动距离l的过程中（）
A．摩擦力对物体做的功为－μmglcos θ
B．斜面对物体的弹力做的功为mglsin θcos2θ
C．重力对物体做的功为mgl
D．斜面对物体做的功为0
【答案】D
【解析】
试题分析：物体处于静止，对物体受力分析可得，在竖直方向mg="Ncosθ+fsinθ" ；在水平分析Nsinθ=fcosθ
解得N=mgcosθ；f=mgsinθ；支持力与竖直方向的夹角为θ，摩擦力做的功 W f=-fcosθ•l=-mglsinθcosθ，故A错误；支持力做的功为W N=Nsinθ•s=mgssinθcosθ，支持力做功的功率为：mgcosθ•vsinθ，故B错误；重力做功为零，故C错误；由于匀速运动，所以斜面体对物体作用力的合力与速度方向垂直，则作用力做的总功为零，故D正确；故选D．
考点：功
9．物块在水平面上以初速度v 0直线滑行，前进x 0后恰好停止运动，已知物块与水平面之间的动摩擦因数为μ，且μ的大小与物块滑行的距离x 的关系为μ=kx （k 为常数），重力加速度为g 。

则（ ） A ．200
v kgx =
B ．200
2v kgx =
C ．20
02
kgx v =
D ．2
002v kgx =
【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】
因动摩擦因数kx μ=，则滑动摩擦力为
f m
g kmgx μ==
即滑动摩擦力随位移均匀变化，故摩擦力的功的功可用平均力乘以位移表示，由动能定理
2
00001022
kmgx f x x mv +-=-
⋅=- 解得
2
00
v kgx = 故A 正确，BCD 错误。

故选A 。

10．一物体沿光滑水平面运动时，其速度v 随位移x 变化的关系如图所示，则物体
A ．相同时间内速度变化量相同
B ．相同时间内速度变化量越来越小
C ．相同位移内所受外力做功相同
D ．相同位移内所受外力的冲量相同 【答案】D
【解析】 【分析】
本题考查速度位移图像的理解，速度和位移成正比，分析相关物理量的变化。

【详解】
由图得速度和位移成正比，物体不是做匀变速直线运动。

AB ．随着位移增大，物体速度均匀增大，所以相同时间内物体位移越来越大，速度变化量越来越大，AB 错误；
CD ．相同位移速度变化量相同，对同一物体，动量变化量相同，但动能变化量不同，所以所受外力的冲量相同，做功不同，C 错误，D 正确； 故选D 。

11．某汽车在平直公路上以功率P 、速度v 0匀速行驶时，牵引力为F 0．在t 1时刻，司机减小油门，使汽车的功率减为P /2，此后保持该功率继续行驶，t 2时刻，汽车又恢复到匀速运动状态．下面是有关汽车牵引力F 、速度v 在此过程中随时间t 变化的图像，其中正确的是( )
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】
由题，汽车以功率P 、速度v 0匀速行驶时，牵引力与阻力平衡．当司机减小油门，使汽车的功率减为
P
2
时，根据P =Fv 得知，汽车的牵引力突然减小到原来的一半，即为012F F
，而阻力没有变化，则汽车开始做减速运动，由于功率保持为P
2
，随着速度的减小，牵引力逐渐增大，根据牛顿第二定律得知，汽车的加速度逐渐减小，做加速度减小的减速运动；当汽车再次匀速运动时，牵引力与阻力再次平衡，大小为0F ；由P =Fv 得知，此时汽车的速度为原来的一半．
AB ．汽车功率变化后，做加速度减小的减速直至匀速；故A 正确，B 错误．
CD ．汽车功率变化后，牵引力突然减小到原来的一半，然后牵引力逐渐增大(速度减小的越
来越慢，牵引力增加的越来越慢)，最终牵引力还原；故CD 错误．
12．一质量为m 的小球以初动能E k0从地面竖直向上抛出，已知上升过程中受到阻力作用，图中两条图线分别表示小球在上升过程中动能、重力势能中的某一个与其上升高度之间的关系，（以地面为零势能面，h o 表示上升的最大高度，图中坐标数据中的k 值为常数且满足0<k <l ）则由图可知，下列结论正确的是( )
A ．①表示的是动能随上升高度的图像，②表示的是重力势能随上升高度的图像
B ．上升过程中阻力大小恒定且f =（k +1）mg
C ．上升高度01
2
k h h k +=+时，重力势能和动能不相等 D ．上升高度02
h h =时，动能与重力势能之差为02k
mgh
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
A ．根据动能定理可知小球上升过程中速度减小（动能减小，对应图象②），高度升高（重力势能增大，对应图象①），故A 错误；
B ．从①和②图知动能与重力势能都随着高度的变化成线性关系，故合力恒定，受到的阻力大小恒定，由功能关系可知从抛出到最高点的过程中机械能的减少量等于阻力的功的大小，由②图得
k0
0k01
E fh E k =-
+ 由①图线结合动能定理得
00(+)k E mg f h =
解得f kmg =，故B 错误； C ．当高度01
2
k h h k +=
+时，动能为 ()k k0E E mg f h =-+
联立解得
k 0+1
2k E mgh k =
+ 重力势能为
p 01
2
k E mgh mgh k +==
+ 所以在此高度时，物体的重力势能和动能相等，故C 错误； D ．当上升高度0
2
h h =
时，动能为 k 012
k
E mgh -=
重力势能为
p 0E mgh =
则动能与重力势能之差为02
k
mgh ，故D 正确。

故选D 。

13．如图所示，某同学将三个完全相同的物体从A 点沿三条不同的路径抛出，最终落在与A 点同高度的三个不同位置，三条路径的最高点是等高的，忽略空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A ．沿路径1抛出的物体在空中运动的时间最短
B ．沿路径3运动的物体落地时重力的瞬时功率最大
C ．三个物体落地时的动能相等
D ．三个物体在运动过程中的任意相等时间内速度变化量相等 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
A ．它们的最高点是等高的，所以这三个物体在竖直方向的分速度v y 是相等的，所以这三个斜抛运动的物体在空中的运动时间
2y v t g
=
均相同，故A 错误；
B ．由上面的分析可以知道，这三个做斜抛运动的物体在落地时竖直方向的分速度也是相等的，落地时重力的瞬时功率
G y P mgv =
一样大，故B 错误；
C ．同学对小球做的功即为小球获得的初动能，由于三个小球竖直方向分速度相同，第3个小球水平位移大，则第3个小球水平分速度大，故第3个小球落地时的动能大，故C 错误；
D ．小球在空中只受重力作用，即小球所作的运动是匀变速运动，加速度g 恒定，所以在相等的时间内速度变化相等，故D 正确。

故选D 。

【点睛】
斜抛运动可看成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的竖直上抛运动。

14．如图（a ）所示，在竖直平面内固定一光滑的半圆形轨道ABC ，半径为0.4 m ，小球以一定的初速度从最低点A 冲上轨道，图（b ）是小球在半圆形轨道上从A 运动到C 的过程中，其速率二次方与其对应高度的关系图像。

已知小球在最高点C 受到轨道的作用力为2.5 N ，空气阻力不计，B 点为AC 轨道中点，重力加速度g 取10 m/s 2，下列说法正确的是（ ）
A ．图（b ）中x =36
B ．小球质量为0.2 kg
C ．小球在A 点时受到轨道作用力为12.5 N
D ．小球在B 点时受到轨道作用力为4.5 N
【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
A ．根据机械能守恒定律
22011
22
mv mgh mv =+ 整理得
22
02v v gh -=-
由图（b ）可知，当0.8m h =时，2229m /s v =，代入上式可得
222025m /s x v ==
A 错误；
B ．在最高点时，根据牛顿第二定律
2
mv N mg R
+= 可得
0.2kg m =
B 正确；
C ．在A 点时，根据牛顿第二定律
20
A mv N mg R
-= 可得
A 14.5N N =
C 错误；
D ．小球在B 点时
2B
B mv N R
= 又
2202B v v gR -=-
整理得
8.5N B N =
D 错误。

故选B 。

15．一质量为m 的小轿车以恒定功率P 启动，沿平直路面行驶，若行驶过程中受到的阻力大小不变，能够达到的最大速度为v 。

当小轿车的速度大小为23
v
时，它的加速度大小为（ ） A ．
P mv
B ．
2P mv
C ．
32P
mv
D ．
4P mv
【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
汽车速度达到最大后，将匀速前进，此时有
P Fv =
F f =
当汽车的车速为
23
v
时，有 23
v P F '=⋅
根据牛顿第二定律有
F f ma
'-=
联立解得
2P
a
mv
=
选项B正确，ACD错误。

故选B。