2023年高考物理知識點復習與真題 機械能

機械能

一、真題精選（高考必備）

1.（2020?全國?高考真題）一物塊在高3.0m、長5.0m的斜面頂端從靜止開始沿斜面下滑，其重力勢能和動能隨下

滑距離S的變化如圖中直線回、團所示，重力加速度取Iom%2。則（）

A.物塊下滑過程中機械能不守恒

B.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.5

C.物塊下滑時加速度的大小為6.0m∕s2

D.當物塊下滑2.0m時機械能損失了12J

2.（2019?全國?高考真題）從地面豎直向上拋出一物體，其機械能E總等于動能以與重力勢

能與之和.取地面為重力勢能零點，該物體的E總和心隨它離開地面的高度h的變化如圖所示.重力加速度取10

m∕s2.由圖中數(shù)據(jù)可得

A.物體的質量為2kg

B.〃=0時,物體的速率為20m∕s

C.∕z=2m時，物體的動能瓦=40J

D.從地面至〃=4m,物體的動能減少IooJ

3.（2017?浙江?高考真題）如圖所示,無人機在空中勻速上升時，不斷增加的能量是（）

A.動能B.動能、重力勢能

C.重力勢能、機械能D.動能、重力勢能、機械能

4.（2019?全國?高考真題）從地面豎直向上拋出一物體，物體在運動過程中除受到重力外，還受到一大小不變、方

向始終與運動方向相反的外力作用.距地面高度〃在3m以內時，物體上升、下落過程中動能E*隨Zz的變化如圖所

示.重力加速度取IOm/S?.該物體的質量為

C.IkgD.0.5kg

5.（2017?天津?高考真題）"天津之眼”是一座跨河建設、橋輪合一的摩天輪，是天津市的地標之一。摩天輪懸掛透

明座艙，乘客隨座艙在豎直面內做勻速圓周運動。下列敘述正確的是（）

A.摩天輪轉動過程中，乘客的機械能保持不變

B.在最高點，乘客重力大于座椅對他的支持力

C.摩天輪轉動一周的過程中，乘客重力的沖量為零

D.摩天輪轉動過程中，乘客重力的瞬時功率保持不變

二、強基訓練（高手成長基地）

L（2021?黑龍江?哈爾濱德強學校高三期中）一物體靜止在水平地面上，在豎直向上拉力廠作用下開始向上運動,

如圖甲所示，在物體向上運動過程中，其機械能E與位移X的關系圖象如圖乙所示，已知曲線上A點的切線斜率最

大，不計空氣阻力，則下列說法錯誤的是（）

A.在用處物體所受拉力最大

B.0~x∕過程中合外力增大

C.在M?X2過程中，物體的加速度一直減小

D.在內?X2過程中，物體的動能先增甲大后減小

2.（2022?全國?高三專題練習）我國建成了多個智能化無人碼頭，是工業(yè)及信息化技術用于提升生產效率的重要應

用?；贏l控制的智能龍門吊能兼顧速度、能耗和安全性，如圖所示，假設電機能控制吊繩的拉力按F=F什八（凡

與人為未知常量）變化，將一體積較大的重物從靜止開始豎直吊起，重物受到的空氣阻力與速度成正比，則關于重

物的加速度或速度V、電機功率P以及重物的機械能E隨時間變化的圖象可能是（）

3.（2022?廣東?高三專題練習）在距地面高H處由靜止釋放一小球，小球向下運動過程中受到的阻力不能忽略，以

地面為重力勢能的零勢能面，物體的機械E能隨小球到地面的高度/7的變化關系圖像如圖所示，圖中縱坐標氏c

為已知數(shù)據(jù)，重力加速度為g。根據(jù)圖像判斷下列說法正確的是（）

A.小球的質量等于9

gH

B.當〃=?時，小球的動能等于重力勢能6

C.小球運動的加速度等于々g

C

D.運動過程中小球受到的阻力大小恒為三

H

4.（2021?重慶八中高三階段練習）如圖所示，一半徑為R的光滑半圓形細軌道,

其圓心為。，豎直固定在地面上。軌道正上方離地高為h處固定一水平光滑長直細桿，桿與軌道在同一豎直平面內，

桿上P點處固定一定滑輪，P點位于。點正上方。A、B是質量均為"的小環(huán)，A套在桿上，B套在軌道上，一條不

可伸長的輕繩通過定滑輪連接兩環(huán)。兩環(huán)均可看做質點，且不計滑輪大小與摩擦?，F(xiàn)對A環(huán)施加一水平向右的力F,

使B環(huán)從地面由靜止開始沿軌道運動。則（）

A.若緩慢拉動A環(huán)，B環(huán)緩慢上升至。點的過程中，B環(huán)所受軌道的支持力不變

B.若尸為恒力，B環(huán)最終將靜止在。點

R

0-若F為恒力'B環(huán)被拉到與A環(huán)速度大小相等時，SmNoPB=不

D.若拉力恒為F,B環(huán)被拉到。點時B環(huán)機械能的增量為、層IF-/7+R）

5.（2021?山東?高三專題練習）如圖所示，勁度系數(shù)為上的彈簧下懸掛一個質量為，〃的重物，處于靜止狀態(tài)。手托

重物使之緩慢上移，直到彈簧恢復原長，然后放手使重物從靜止開始下落，重物下落過程中的最大速度為辦不計

空氣阻力。下列說法正確的是（）

2力2ɑ2

A.重物從靜止下落到最低點的過程中，重物重力勢能的減少量為也"

k

B.重物從靜止下落到速度最大的過程中，重物機械能的減少量為生堂-,機/

k2

C.彈簧彈性勢能最大時重物的加速度大小為g

D.手對重物做的功大于左—

k

6.（2021?全國?高三專題練習）如圖甲所示，傾角為37。的傳送帶以恒定速度運行?，F(xiàn)將質量為Ikg的小物體以一定

的初速度平行射到傳送帶上，物體相對地面的速度隨時間變化的關系如圖乙所示。取沿傳送帶向上為正方向，

g=10m∕s2,si∏37°=0.6,cos370=0.8,,貝IJ（）

甲乙

A.物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.875

B.0~8s內物體位移的大小為18m

C.0~8s內的物體機械能的增量為90J

D.0-8s內的物體與傳送帶由于摩擦力產生的熱量為126J

7.（2019?浙江?高三階段練習）攝制組在某大樓邊拍攝武打片，要求特技演員

從地面飛到屋頂。如圖所示，若特技演員質量〃?=50kg,導演在某房頂離地

H=12m處架設了輪軸（輪與軸有相同的角速度），輪和軸的直徑之比為3：2（人和

車均視為質點，且輪軸直徑遠小于H),若軌道車從圖中A勻速前進到8,速度v?L0m∕s,繩3。與水平方向的夾角

為53。,則由于繞在輪上細鋼絲的拉動,使演員由地面從靜止開始向上運動。在車從4運動到8的過程中(g取10m∕s2,

sin53o=0.8)

A.演員上升的高度為3m

B.演員最大速度為9m∕s

C.以地面為重力勢能的零點，演員最大機械能為240OJ

D.鋼絲在這一過程中對演員做功為4275J

8.(2021?湖南?高三階段練習)如圖，長度為L的直桿A8的一端固定在水平細桿MN下方，AB與MN位于同一豎

直面內，且與MN間夾角為。。一質量為，〃的帶孔小球C套在AB上，與AB間滑動摩擦系數(shù)〃=0.2。小球始終受

到沿MN方向、大小恒為6〃琢的風力作用。自A端靜止釋放小球式以MN所在水平

面為重力零勢能面，tan79.84。*竺M,7*7”。15一百、

tan77.26≈----------)

33

(1)在6=60。的情況下，求小球沿桿AB運動的加速度q及離開直桿時的機械能

片；

(2)為使小球離開直桿時的機械能最大，求桿48與MN間的夾角外及相應小球離開直桿時的機械能Enmi

(3)分析說明當桿AB與MN間的夾角％為多少時，C離開AB時的速率最大。

9.(2021?全國?高三專題練習)在物理學中，研究微觀物理問題可以借鑒宏觀的物理模型，可使問題變得更加形象

生動。彈簧的彈力和彈性勢能變化與分子間的作用力以及分子勢能變化情況有相似之處，因此在學習分子力和分子

勢能的過程中，我們可以將兩者類比，以便于理解。

⑴質量相等的兩個小球用勁度系數(shù)為鼠原長為/°的輕彈簧相連，并置于光滑水平面上。現(xiàn)給其中一個小球沿著彈

簧軸線方向的初速度，整個系統(tǒng)將運動起來，已知在此后的運動過程中彈簧的彈性勢能大小EP與彈簧的長度/的關

系如圖甲所示。

①請說明曲線斜率的含義；

②已知彈簧最小長度為。，求彈簧的最大長度/2為多大？

(2)研究分子勢能是研究物體內能的重要內容。己知某物體中兩個分子之間的勢能Ep與兩者之間距離廠的關系曲線如

圖乙所示。

①由圖中可知，兩分子間距離為W時，分子勢能最小，請說出，時兩分子間相互作用力的大小，并定性說明曲

線斜率絕對值的大小及正負的物理意義；

②假設兩個質量相同的分子只在分子力作用下繞兩者連線的中點做勻速圓周運動，當兩者相距為〃時，分子的加

速度最大，此時兩者之間的分子勢能為廝/,系統(tǒng)的動能與分子勢能之和為E。請在如圖乙所示的當一「曲線圖像中

的r軸上標出。坐標的大致位置，并求出此時兩分子之間的分子作用力大小。

10.（2020?全國?高三專題練習）如圖所示，半徑為R的四分之三圓周軌道固定在豎直平面內，。為圓軌道的圓心,

。為圓軌道的最高點，圓軌道內壁光滑，圓軌道右側的水平面BC與圓心等高.質量為機的小球從離B點高度為/，處

3

（-R≤h≤3R）的A點由靜止開始下落，從8點進入圓軌道，重力加速度為g）.

（1）小球能否到達。點？試通過計算說明；

（2）求小球在最高點對軌道的壓力范圍：

（3）通過計算說明小球從。點飛出后能否落在水平面BC上，若能，求落點與8點水平距離d的范圍.

三、參考答案及解析

(-)真題部分

1.AB

【解析】A.下滑5m的過程中，重力勢能減少30J,動能增加10J,減小的重力勢能并不等與增加的動能，所以機

械能不守恒，A正確；

B.斜面高3m、長5m,則斜面傾角為9=37。。令斜面底端為零勢面，則物塊在斜面頂端時的重力勢能相的=3C)J

可得質量m=Ikg

下滑5m過程中，由功能原理，機械能的減少量等于克服摩擦力做的功

μmg?cosθ?s=20J

求得"=0.5,B正確；

C.由牛頓第二定律mgsinθ~μmgQQsθ=ma

求得α=2m∕s2,C錯誤；

D.物塊下滑2.0m時，重力勢能減少12J,動能增加4J,所以機械能損失了8J,D選項錯誤。故選AB。

2.AD

QQT

【解析】A.助-Zz圖像知其斜率為G,故G=?ζ;—=20N,解得w=2kg,故A正確

4m

B.∕ι=0時，Ep=O,Ek=E機-EP=1。。J-O=IOQJ,故;mv2=100J,解得：v=10m∕s,故B錯誤：

C.〃=2m時，Ep=40i,Ek=E?z-Ep=90J-40J=50J,故C錯誤

Z

D.〃=0時，Ek=E加切=K)OJ-O=IOoJ,〃=4m時，EV=Ejκ-Ep=80J-80J=0J,故歐-Dt=IoOJ,故D正確

3.C

【解析】無人機在勻速上升過程中，它的質量不變，速度不變，則動能不變；同時高度增加，其重力勢能增加：因

機械能等于動能與勢能的總和，所以無人機的機械能增加。

故選C。

4.C

【解析】對上升過程，由動能定理，TF+mg)h=Ek-E*°,得既=Eko-(F+mg)h,g∣JF+mg=12Ni下落過程，

(mg-F)(.6-h)=Ek,即〃Zg-F=V=8N,聯(lián)立兩公式，得到Zn=Ikg、F=2N.

5.B

【解析】A.摩天輪運動過程中做勻速圓周運動，乘客的速度大小不變，則動能不變，但高度變化，所以機械能在

變化，選項A錯誤；

B.圓周運動過程中，在最高點由重力和支持力的合力提供向心力，即mg-%="E

所以重力大于支持力，選項B正確：

C.轉動一周，重力的沖量為/=∕"gf,不為零，C錯誤；

D.運動過程中，乘客的重力大小不變，速度大小不變，但是速度方向時刻在變化，根據(jù)P=Wgvcos仇可知重力的

瞬時功率在變化，選項D錯誤。故選B。

(二)強基部分

1.C

【解析】A?由圖并根據(jù)功能關系可知，々處物體圖象的斜率最大，則說明此時機械能變化最快，由E=&

可知此時所受的拉力最大，故A正確，不符合題意；

B.在0~x∕過程中，圖象的斜率逐漸變大，說明拉力越來越大，合外力向上越來越大，故B正確，不符合題意；

CD.在X∕~X2過程中，圖象的斜率逐漸變小，說明拉力越來越?。辉赬2處物體的機械能達到最大，圖象的斜率為零，

說明此時拉力為零.根據(jù)合外力七=F-Mg

可知，在X∕~X2過程中，拉力F逐漸減小到優(yōu)g的過程中，物體做加速度逐漸減小的加速運動，物體加速度在減小,

動能在增大，拉力B=，咫到減小到。的過程中，物體的加速度反向增大，物體做加速度逐漸增大的減速運動，物體

的動能在減小；在尤廣X2過程中，物體的動能先增大后減小，物體的加速度先減小后反向增大，故C錯誤，符合題

意；D正確，不符合題意。故選C。

2.AB

【解析】A.設重物質量為根，阻力為∕=Al,則受力分析得尸-，咫-7=Ma

g∣JF0+(k-k')v-mg=ma

可知，當A=K時，加速度恒定，故A正確。

B.由A選項可知，當A>V,加速度隨速度增加，即物體做加速度增加的加速運動。故B正確；

C.電機功率為P=FV=《丫+&，

可知，由于速度隨時間變化，則電動機的功率不可能隨時間線性變化。故C錯誤；

D.分析可知，物體一直上升，機械能會一直增加，故D錯誤。故選AB。

3.AC

【解析】A.設小球質量為⑶運動過程受到的阻力為力根據(jù)功能關系可求小球下落到距地面高力處時的機械能為

E=mgH-f(H-h)=(ιng-f)H+fit

結合圖像可得b=(，wg-∕)H,c=mgH

解得∕=^??,A正確;

gH

B.當力=?時，根據(jù)動能定理可求動能為EK=Wgg-fg

可見在此位置小球的動能小于重力勢能，B錯誤。

C.根據(jù)牛頓第二定律有伙?-7=，加

又因為b=("ig-∕)H,機=J

gH

聯(lián)立各式可解得“=々g,C正確。

C

D.由關系式E=。咫-/)”+/

可知圖像斜率的物理意義為阻力，可見阻力大小是恒定的，由圖可得了=安

H

D錯誤。故選AC。

4.CD

【解析】A?以B環(huán)為研究對象，設繩的拉力為T,B環(huán)所受軌道支持力為Bv,在B環(huán)上升過程中，根據(jù)相似三角

形有務T

可知支持力大小不改變，但在移動過程中方向不斷變化，A錯誤；

B.若尸為恒力，且B環(huán)能運動到。點速度不為O時，B環(huán)會經過。點之后將會沿半圓形軌道運動至右側最低點，

然后沿軌道返回左側最低點，之后將重復運動，B錯誤；

D

C.當繩與圓形軌道相切時，兩環(huán)的速度相等，根據(jù)數(shù)學知識有SinNoPB=F,C正確；

h

D.當小環(huán)B到達滑輪的正下方的。點時，小環(huán)B的速度沿繩子方向上的分量等于0,此時A環(huán)的速度是0,B環(huán)運

動到P點正下方過程中A環(huán)的位移為

χ=y∣h1+R2-(h-R)

則拉力的功為蜂=F(√Λ2+/?2-h+R)

由功能關系可得WF=AE，D正確。故選CD。

5.ABC

【解析】A.由題意易知重物做簡諧運動，設當彈簧伸長量為初時為振動的平衡位置，則有XO=W?

K

當彈簧恢復原長時，重物到達最高點，根據(jù)簡諧運動的對稱性可知，最高點與最低點間的高度差為/?=2%=孚

K

所以重物從靜止下落到最低點的過程中，重物重力勢能的減少量為

△紇=相g∕z=網￡,故A正確；

k

B.規(guī)定重物速度最大的位置為零重力勢能面，則重物在開始運動的位置的機械能為

Pm2g2

E=mgx=--

i0K

在速度最大的位置的機械能為E?=g∕rn^

2

所以重物機械能的減少量為AE=片-E,=^---mv,故B正確；

k2

C.重物運動到最低點時彈簧的彈性勢能最大，此時彈簧的伸長量為2W，設此時重物的加速度大小為α,則由牛頓第

二定律可得k?2Λ0-mg=ma

解得q=g,故C正確；

D.手托重物使之緩慢上移直到彈簧恢復原長的過程中，設手和彈簧對重物做的功分別為M和腦，重物克服重力做

的功為明，則根據(jù)動能定理有Wl+W2-Wj^0

?2?2

而暝=江，所以用=嗎_-卬2.故D錯誤。故選ABC。

kk

6.ACD

【解析】A.由圖象知，物體相對傳送帶滑動時的加速度為α=包=lm∕s2

?t

對此過程中物體受力分析得Nmgcosθ-mgsinθ=ma

解得〃=0.875,故A項正確；

B.0-8s內，從圖乙中求出物體位移為x=-；x2x2+；x(2+6)x4m=14m,故B項錯誤；

C.物體被送上的高度為∕z=xsi∏e=8.4m

重力勢能增量為AEp=Ingh=84J

動能增量為AEk=g∕n(-g〃就=gxlx(42-22)J=6J

機械能增加為XE=ΔEp+AEk=90J,故C項正確；

D.0-8s內只有前6s發(fā)生相對滑動，0-6s內傳送帶運動距離為

X帶=4X6m=24m

0-6s內物體位移為f=-Lχ2x2+'x4x4m=6m

22

r

產生的熱量為：Q=〃，叫COS。?(xjB-X)=I26J,故D項正確。

7.BD

【解析】將汽車的速度V分解為如圖所示

B.則得繩子的伸長速度匕=VCoS53。=IOXO.6=6m∕s衣々

由于輪軸的角速度相等。設人的上升速度為匕，輪的半V]/

徑為R,軸的半徑為r,則有

V,V,zf3v.R6×3MCTZ*,《53-------------

.===故B正確；爐、/

rRr2、、/

、、/

A.在車由A到B的過程中，輪和軸轉過的角度相等。'、、/'即3-碧

、?

人為人上升的高度，則得/7=4.5m,故A錯誤；

CD.鋼絲在這一過程中對人所做的功也就是人具有的最大機械能

mv^+mgh=4275J

故C錯誤，D正確。故選BD。

8.(1)L53g,0.666mgL；(2)%=12.74。，Enm=I.57IngL；(3)θ=30°

【解析】(1)小球C受力如圖所示

由將各力分解到沿A3方向和垂直于AB方向，可得

?∣3mgcos60o+mgsin60o-μN?=maT?HN

二小呼

M

?/?/ngsin60o=NT+mgcos60o><?60°>

丁

解得q=(6-")g≈1.53g?；

C沿A8做初速度為零的勻加速直線運動，設C離開AB時的速度為V,由運動學規(guī)律得

2

2a1L=v1

此時C的動能Eld=g〃桿

重力勢能EI)I=-mgLsin60°

所以，此時C的機械能e=1當-g)"gLxO?666M?L

(2)若石"zgsinθ≥mgcosθ,即8≥30°有

?∣3mgcosΘ+mgsinθ-μN1=m%

√‰gsin6=N2+mgcGSe

Ia2L=v?

12

￡=—mv?-IngLsinθ

22

聯(lián)立解得E=y∣(k+μ)+(kμ)mgLSin(Q-θ)

其中tane=3="±3，所以。=79.84。

kμ3

當6=30°時，有最大值EnraX=?.5mgL

?c√3wg

\

↑)\

mg\

若?ngsinθ<mgcosθ,艮∣3，V30o有?∣3mgSine+M=mg∞sθ

聯(lián)立解得E=y∣(k~~jU)2+(RM?mgLsin(e+&)

其中tane="W="二叵，所以8=77.26°

kμ3

當6=12.74°時，有最大值E,'nax=1.57mgL

所以當2=12.74。時，C離開AB時機械能最大，最大值EmaX=L57,監(jiān)乙

μN

√3wg

c7、→

mg

（3）根據(jù)題意，對C加速度有貢獻的