2022-2024全国高考真题物理汇编：功与功率

2022-2024全国高考真题物理汇编
功与功率
一、单选题 1．（2022北京高考真题）我国航天员在“天宫课堂”中演示了多种有趣的实验，提高了青少年科学探索的兴趣。

某同学设计了如下实验：细绳一端固定，另一端系一小球，给小球一初速度使其在竖直平面内做圆周运动。

无论在“天宫”还是在地面做此实验（ ）
A ．小球的速度大小均发生变化
B ．小球的向心加速度大小均发生变化
C ．细绳的拉力对小球均不做功
D ．细绳的拉力大小均发生变化
2．（2024海南高考真题）神舟十七号载人飞船返回舱于2024年4月30日在东风着陆场成功着陆，在飞船返回至离地面十几公里时打开主伞飞船快速减速，返回舱速度大大减小，在减速过程中（ ） A ．返回舱处于超重状态 B ．返回舱处于失重状态 C ．主伞的拉力不做功
D ．重力对返回舱做负功
3．（2023湖北高考真题）两节动车的额定功率分别为1P 和2P ，在某平直铁轨上能达到的最大速度分别为1v 和2v 。

现将它们编成动车组，设每节动车运行时受到的阻力在编组前后不变，则该动车组在此铁轨上能达到的最大速度为（ ） A ．
1122
12
Pv P v P P ++
B ．
1221
12
Pv P v P P ++
C ．
()1212
1122
P P v v Pv P v ++ D ．
()1212
1221
P P v v Pv P v ++
4．（2023山东高考真题）《天工开物》中记载了古人借助水力使用高转筒车往稻田里引水的场景。

引水过程简化如下：两个半径均为R 的水轮，以角速度ω匀速转动。

水筒在筒车上均匀排布，单位长度上有n 个，与水轮间无相对滑动。

每个水筒离开水面时装有质量为m 的水，其中的60%被输送到高出水面H 处灌入稻田。

当地的重力加速度为g ，则筒车对灌入稻田的水做功的功率为（ ）
A．
2
2
5
nmg RH
ω
B．
3
5
nmg RH
ω
C．
2
3
5
nmg RH
ω
D．nmgωRH
5．（2023北京高考真题）如图所示，一物体在力F作用下沿水平桌面做匀加速直线运动。

已知物体质量为m，加速度大小为a，物体和桌面之间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，在物体移动距离为x的过程中（）
A．摩擦力做功大小与F方向无关B．合力做功大小与F方向有关
C．F为水平方向时，F做功为mgx
μD．F做功的最小值为max
6．（2023山东高考真题）质量为M的玩具动力小车在水平面上运动时，牵引力F和受到的阻力f均为恒力，如图所示，小车用一根不可伸长的轻绳拉着质量为m的物体由静止开始运动。

当小车拖动物体行驶的
位移为1S时，小车达到额定功率，轻绳从物体上脱落。

物体继续滑行一段时间后停下，其总位移为
2
S。

物体与地面间的动摩擦因数不变，不计空气阻力。

小车的额定功率P0为（）
A
B
C D
二、多选题
7．（2023湖北高考真题）如图所示，原长为l的轻质弹簧，一端固定在O点，另一端与一质量为m的小球相连。

小球套在竖直固定的粗糙杆上，与杆之间的动摩擦因数为0.5。

杆上M、N两点与O点的距离均为
l，P点到O点的距离为1
2
l，OP与杆垂直。

当小球置于杆上P点时恰好能保持静止。

设最大静摩擦力等于
滑动摩擦力，重力加速度大小为g。

小球以某一初速度从M点向下运动到N点，在此过程中，弹簧始终在弹性限度内。

下列说法正确的是（）
A．弹簧的劲度系数为4mg
l
B ．小球在P 点下方1
2
l 处的加速度大小为4)g
C ．从M 点到N 点的运动过程中，小球受到的摩擦力先变小再变大
D ．从M 点到P 点和从P 点到N 点的运动过程中，小球受到的摩擦力做功相同
8．（2024广东高考真题）如图所示，探测器及其保护背罩通过弹性轻绳连接降落伞。

在接近某行星表面时以60m/s 的速度竖直匀速下落。

此时启动“背罩分离”，探测器与背罩断开连接，背罩与降落伞保持连接。

已知探测器质量为1000kg ，背罩质量为50kg ，该行星的质量和半径分别为地球的
110
和1
2。

地球表面重力加速度大小取210m/s =g 。

忽略大气对探测器和背罩的阻力。

下列说法正确的有（ ）
A ．该行星表面的重力加速度大小为24m/s
B ．该行星的第一宇宙速度为7.9km/s
C ．“背罩分离”后瞬间，背罩的加速度大小为280m/s
D ．“背罩分离”后瞬间，探测器所受重力对其做功的功率为30kW
三、解答题 9．（2024福建高考真题）两绳拉木板，每条拉力F = 250N ，15s 内匀速前进20m ，θ = 22.5°，cos22.5° ≈ 0.9。

求： （1）阻力f 大小； （2）两绳拉力做的功； （3）两绳拉力的总功率。

10．（2022江苏高考真题）在轨空间站中物体处于完全失重状态，对空间站的影响可忽略，空间站上操控货物的机械臂可简化为两根相连的等长轻质臂杆，每根臂杆长为L ，如题图1所示，机械臂一端固定在空间站上的O 点，另一端抓住质量为m 的货物，在机械臂的操控下，货物先绕O 点做半径为2L 、角速度为
ω的匀速圆周运动，运动到A 点停下，然后在机械臂操控下，货物从A 点由静止开始做匀加速直线运动，
经时间t 到达B 点，A 、B 间的距离为L 。

（1）求货物做匀速圆周运动时受到合力提供的向心力大小n F ； （2）求货物运动到B 点时机械臂对其做功的瞬时功率P 。

（3）在机械臂作用下，货物、空间站和地球的位置如题图2所示，它们在同一直线上，货物与空间站同步做匀速圆周运动，已知空间站轨道半径为r ，货物与空间站中心的距离为d ，忽略空间站对货物的引力，求货物所受的机械臂作用力与所受的地球引力之比12:F F 。

参考答案
1．C
【详解】AC ．在地面上做此实验，忽略空气阻力，小球受到重力和绳子拉力的作用，拉力始终和小球的速度垂直，不做功，重力会改变小球速度的大小；在“天宫”上，小球处于完全失重的状态，小球仅在绳子拉力作用下做匀速圆周运动，绳子拉力仍然不做功，A 错误，C 正确；
BD ．在地面上小球运动的速度大小改变，根据2v a r
=和2
F r v m =（重力不变）可知小球的向心加速度和拉
力的大小发生改变，在“天宫”上小球的向心加速度和拉力的大小不发生改变，BD 错误。

故选C 。

2．A
【详解】AB ．返回舱在减速过程中，加速度竖直向上，处于超重状态，故A 正确，B 错误； C ．主伞的拉力与返回舱运动方向相反，对返回舱做负功，故C 错误； D ．返回舱的重力与返回舱运动方向相同，重力对返回舱做正功，故D 错误。

故选A 。

3．D
【详解】由题意可知两节动车分别有
111P f v =
222P f v =
当将它们编组后有
()1212P P f f v +=+
联立可得
()1212
1221
P P v v v Pv P v +=
+
故选D 。

4．B
【详解】由题知，水筒在筒车上均匀排布，单位长度上有n 个，且每个水筒离开水面时装有质量为m 的水、其中的60%被输送到高出水面H 处灌入稻田，则水轮转一圈灌入农田的水的总质量为
m 总 = 2πRnm × 60% = 1.2πRnm
则水轮转一圈灌入稻田的水克服重力做的功
W = 1.2πRnmgH
则筒车对灌入稻田的水做功的功率为
W P T = 2π
T ω
=
联立有
35
nmg RH
P ω=
故选B 。

5．D
【详解】A ．设力F 与水平方向的夹角为θ，则摩擦力为
(sin )f mg F μθ=-
摩擦力的功
(sin )f W mg F x μθ=-
即摩擦力的功与F 的方向有关，选项A 错误； B ．合力功
W F x ma x ==⋅合
可知合力功与力F 方向无关，选项B 错误； C ．当力F 水平时，则
F ma mg μ=+
力F 做功为
()F W Fx ma mg x μ==+
选项C 错误；
D ．因合外力功为max 大小一定，而合外力的功等于力F 与摩擦力f 做功的代数和，而当sin F mg θ=时，摩擦力f =0，则此时摩擦力做功为零，此时力F 做功最小，最小值为max ，选项D 正确。

故选D 。

6．A
【详解】设物体与地面间的动摩擦因数为μ，当小车拖动物体行驶的位移为S 1的过程中有
F －f －μmg = (m ＋M )a
v 2= 2aS 1
P 0= Fv
轻绳从物体上脱落后
a 2= μg v 2= 2a 2(S 2－S 1)
联立有
0P =故选A 。

7．AD
【详解】A ．小球在P 点受力平衡，则有
mg f =，N f F μ=，2N l F k l ⎛⎫
=- ⎪⎝⎭
联立解得
4mg
k l
=
A 正确；
C ．在PM 之间任取一点A ，令AO 与MN 之间的夹角为θ，则此时弹簧的弹力为
2sin l F k l θ⎛
⎫=- ⎪⎝⎭
小球受到的摩擦力为
11sin N f F F μμθ==
化简得
1sin 2kl f kl μθ⎛
⎫=- ⎪⎝
⎭θ在MP 之间增大在PN 减变小，即摩擦力先变大后变小，C 错误；
D ．根据对称性可知在任意关于P 点对称的点摩擦力大小相等，因此由对称性可知M 到P 和P 到N 摩擦力做功大小相等；D 正确；
B ．小球运动到P 点下方2
l
时45θ=︒，此时摩擦力大小为
122kl f kl μ⎛⎫=- ⎪ ⎪⎝⎭
由牛顿第二定律
cos 45mg F f ma +︒-=
联立解得
a =
B 错误。

故选AD 。

8．AC
【详解】A ．在星球表面，根据
2
Mm
G
mg R = 可得
2
GM
g R =
行星的质量和半径分别为地球的110
和1
2。

地球表面重力加速度大小取210m/s =g ，可得该行星表面的重力加速度大小
24m/s g '=
故A 正确；
B ．在星球表面上空，根据万有引力提供向心力
22Mm v G m R R
= 可得星球的第一宇宙速度
v =
行星的质量和半径分别为地球的
110
和1
2，可得该行星的第一宇宙速度
v =
行地
地球的第一宇宙速度为7.9km/s ，所以该行星的第一宇宙速度
7.9km/s v =
行 故B 错误；
C ．“背罩分离”前，探测器及其保护背罩和降落伞整体做匀速直线运动，对探测器受力分子，可知探测器与保护背罩之间的作用力
4000N F mg '==
“背罩分离”后，背罩所受的合力大小为4000N ，对背罩，根据牛顿第二定律
F m a '=
解得
280m/s a =
故C 正确；
D ．“背罩分离”后瞬间探测器所受重力对其做功的功率
1000460W 240kW P mg v '==⨯⨯=
故D 错误。

故选AC 。

9．（1）450N ；（2）9.0 × 103J ；（3）600W 【详解】（1）由于木板匀速运动则有
2F cos θ = f
带入数据解得
f = 450N
（2）根据功的定义式有
W = 2Fl cos θ
带入数据解得
W = 9.0 × 103J
（3）根据功率的定义式有
W
P t
=
带入数据有
P = 600W
10．（1）2
2m L ω；（2）2
34mL t
；（3）
333()r r d r -- 【详解】（1）质量为m 的货物绕O 点做匀速圆周运动，半径为2L ，根据牛顿第二定律可知
22n 22F m L m L ωω=⋅=
（2）货物从静止开始以加速度a 做匀加速直线运动，根据运动学公式可知
2
12
L at =
解得
2
2L a t =
货物到达B 点时的速度大小为
2L v at t
==
货物在机械臂的作用下在水平方向上做匀加速直线运动，机械臂对货物的作用力即为货物所受合力ma ，所以经过t 时间，货物运动到B 点时机械臂对其做功的瞬时功率为
2
23224L L mL P mav m t t t
==⋅⋅=
（3）空间站和货物同轴转动，角速度0ω相同，对质量为0m 空间站，质量为M 的地球提供向心力
20002Mm G
m r r
ω= 解得
23
0GM r ω=
货物在机械臂的作用力1F 和万有引力2F 的作用下做匀速圆周运动，则
2
210()F F m r d ω-=-
货物受到的万有引力
23
0222
()()m r Mm
F G r d r d ω==--
解得机械臂对货物的作用力大小为
233322010022
()()()()m r r r d F m r d m r d r d ωωω--=--=-- 则
33
13
2()F r r d F r --=。