2023年高考物理一模試題匯編全國通用06 機械能（解析版）

專題06機楠能守恒定律

1、（2023?浙江省強基聯(lián)盟高三下學(xué)期2月統(tǒng)測）如圖為小麗玩小皮筋球的瞬間，小球正在向上運動，手

正在向下運動，橡皮筋處于繃緊狀態(tài)。對于小球的運動，下列說法正確的是（）

↑O

A.圖示瞬間小球一定處于超重狀態(tài)

B.圖示瞬間小球一定正在向上減速

C.在此后的一小段時間內(nèi)，小球的動能一定增加

D.在此后的一小段時間內(nèi)，小球機械能一定增加

【答案】D

【解析】AB.由于小球受到的重力與拉力關(guān)系未知，故無法判斷加速度方向，無法判斷圖示瞬間小球處于

超重還是失重狀態(tài)，無法判斷圖示瞬間小球向上做何種運動，故AB錯誤；

C.在此后的一小段時間內(nèi)，小球受到的拉力可能小于重力，小球受到的合力向下，小球的動能減小，故C

錯誤；

D.在此后的一小段時間內(nèi)，小球受到的拉力方向向上，拉力對小球做正功，小球機械能一定增加，故D

正確。

故選D。

2、（2023?湖北省八市高三下學(xué)期3月聯(lián)考）如圖所示，質(zhì)量為Ikg的物體在力F=8N的作用下，由靜止

開始從傾角為37。的光滑斜面底端向上運動，6s后撤去力凡取物體在斜面底端的重力勢能為零，且

g=IOmZs"sin37o=0.6,則下列說法正確的是（）

A.力F做的功為360J

B.物體的最大重力勢能為480J

C.物體回到斜面底端時重力的功率為144W

D.物體回到斜面底端時重力的功率為240W

【答案】C

【解析】A.由牛頓第二定律可知

F-Ingsinθ-ma

由題可求得6s上行位移

1

s=-at~7

2

解得

s=36m

則力尸做功

W=Fs=2S8J

A錯誤。

B.力尸做的功就等于系統(tǒng)內(nèi)增加的機械能，當物體上升到最高點時，動能為零，所以物體的最大重力勢

能等于力尸做的功為288J,.B錯誤。

CD.根據(jù)功能關(guān)系，系統(tǒng)內(nèi)增加的機械能等于力F做的功，當下到斜面底端時，重力勢能為零，所以動能

為

1,

EK=W=-mv2

K2

解得

v=24m∕s

重力的功率為

P=ιngvsin0

解得

P=I44W

C正確，D錯誤。

故選Co

3、（2023?湖北省八市高三下學(xué)期3月聯(lián)考）如圖所示，光滑水平軌道的左側(cè)固定一輕質(zhì)彈簧，右側(cè)與半

徑為R的光滑豎直半圓軌道平滑連接壓縮彈簧,將質(zhì)量為膽的小球由靜止彈出。要使小球始終不脫離軌道，

重力加速度為g,則彈簧初始時彈性勢能可能為（）

[ΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛ^)

A.0.5mgRB.2tngRC.2.5mgRD.3mgR

【答案】A

【解析】小球始終不脫離軌道，則能上升最大高度為與圓心等高，由機械能守恒得初始彈性勢能最大值為

mgR,即彈簧初始時彈性勢能應(yīng)小于大于mgR.

故選A。

4、（2023?福建省福州市高三下學(xué)期二模）在無風(fēng)天氣里，健子受到的空氣阻力大小與其下落的速度大小

成正比。一健子從高處由靜止豎直下落至地面過程中，位移大小為X、速度大小為丫、加速度大小為。，重

力勢能為EP、動能為雙、下落時間為人取地面為零勢能面，則下列圖像正確的是（）

【答案】B

【解析】A.穰子下落過程中，受空氣阻力逐漸變大，則加速度逐漸減小，最后加速度可能減小為零，即

速度先增大后不變，則XY圖像的斜率先增加、不變，選項A錯誤；

B.根據(jù)牛頓第二定律

mg-kv=ma

k

a=g----v

則選項B正確：

C.重力勢能

Ep=mg(h-x)

則與-X為線性關(guān)系，選項C錯誤

D.動能

.?1

Ec=-mv2=-ma2't2

"l22

因加速度隨時間逐漸減?。ǚ蔷€性），則動能與時間一定不是線性關(guān)系，選項D錯誤。

故選B,

5、（2023?福建省龍巖市高三下學(xué)期3月質(zhì)檢）下列物體運動過程中，可認為機械能守恒的是（）

A.樹葉從樹枝上落下的運動B.氫氣球拉線斷了后的運動

C.集裝箱被起重機勻加速吊起的運動D.被投擲后的鉛球在空中的運動

【答案】D

【解析】A?樹葉在下落過程中，空氣阻力做負功，機械能不守恒，故A錯誤；

B.氫氣球拉線斷后，氣球向上飄動，浮力對氣球做正功，機械能不守恒，故B錯誤；

C.集裝箱被起重機勻加速吊起時拉力對物體做功，物體的機械能不守恒，故C錯誤；

D.投擲后的鉛球在空中運動時，空氣阻力相對重力很小，可以忽略，可認為只有重力做功，機械能守恒，

故D正確。

故選D。

6、（2023?河北省新高考九師聯(lián)盟高三下學(xué)期2月質(zhì)檢）如圖所示，質(zhì)量為〃?的物塊放在光滑的水平桌面

上，系在物塊上的輕質(zhì)繩子繞過光滑的定滑輪，滑輪右側(cè)繩子水平，人拉著繩子的下端以速度%水平向左

做勻速運動，在拉緊的繩子與水平方向的夾角由53。變成37。的過程中（sin53°=0.8?cos53o=0.6）,人對物

體做的功為（）

175272175272

A.-----TtzvnB.—zπvnC.------WVΩD.—∕wvn

28805001440250

【答案】B

【解析】把繩子下端的速度分別沿著垂直繩子方向和沿著繩子的方向分解，物塊在各個時刻的速度等于對

應(yīng)時刻沿著繩子方向的分速度，由功能關(guān)系可得人做的功等于物塊的動能的增加量，則有

I17

o2O2

W=-w(v0cos37)--∕M(V0COS53)=—∕nvθ

故選Bo

7、（2023?湖南省長沙市雅禮中學(xué)高三下學(xué)期第七次月考）如圖所示，質(zhì)量為M的物塊A放置在光滑水

平桌面上，右側(cè)連接一固定于墻面的水平輕繩，左側(cè)通過一傾斜輕繩跨過光滑定滑輪與一豎直輕彈簧相連。

現(xiàn)將質(zhì)量為機的鉤碼B掛于彈簧下端，當彈簧處于原長時，將B由靜止釋放，當B下降到最低點時（未

著地），A對水平桌面的壓力剛好為零。輕繩不可伸長，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，物塊A始終處于靜止狀

態(tài)。以下判斷正確的是（）

777777777777777777777777777777/,

A.M<2m

B.2m<M<3m

C.在B從釋放位置運動到最低點的過程中，所受合力對B先做正功后做負功

D.在B從釋放位置運動到速度最大的過程中，B克服彈簧彈力做的功等于B機械能的減少量

【答案】ACD

【解析】

AB.由題意可知B物體可以在開始位置到最低點之間做簡諧振動，故在最低點時有彈簧彈力7=2”?；對

A分析，設(shè)繩子與桌面間夾角為0,則依題意有

2mgsinθ-Mg

故有M<2m,故A正確，B錯誤；

C.由題意可知B從釋放位置到最低點過程中，開始彈簧彈力小于重力，物體加速，合力做正功；后來彈

簧彈力大于重力，物體減速，合力做負功，故C正確；

D.對于B,在從釋放到速度最大過程中，B機械能的減少量等于彈簧彈力所做的負功，即等于B克服彈

簧彈力所做的功，故D正確。

8、（2023?湖北省華中師大新高考聯(lián)盟高三下學(xué)期一模）如圖所示，質(zhì)量，"=Ikg物體以初速度%=6m∕s滑

上足夠長的斜面。已知物體與斜面之間的動摩擦因數(shù)〃=0.75。調(diào)節(jié)斜面與水平方向的夾角。從零開始增

大到90。，發(fā)現(xiàn)物體沿斜面向上的最大位移X先減小后增大，重力加速度g=10m∕s2,則下列說法正確的是

（）

A.當O=O0時-，物體的最大位移為2.4m

B.當6=30。時，物體達到最大位移后，將保持靜止

C.當。=53。時，物體的最大位移具有最小值

D.當e=90。時，物體克服摩擦力做功i8j

【答案】ABC

【解析】A.當（7=0°時，物體沿水平方向故勻減速直線運動。由動能定理

-μmgxi=0-^mv1

解得

x1=2.4m

故A選項正確；

B.當6=30°時,有

mgsinθ<μmgcosθ

物體速度減小到零后，在斜面上保持靜止，故B正確；

C.物體在斜面上滑行的過程中，由動能定理可得

一根gx'sin。一μmgcos夕?x'=0—gm?ζ

解得

22

f________Yo________L%________

2g（sin。+〃COSe）2gjl+"sin（α+?）

其中

Iana=μ

由數(shù)學(xué)知識可知，當。=53°時，物體的最大位移具有最小值，故C正確；

D.當。=90°時，物體與豎直平面之間的支持力為零，摩擦力為零，故D錯誤。

故選ABCo

9,（2023初北省華中師大新高考聯(lián)盟高三下學(xué)期一模）質(zhì)量為相的同學(xué)參加學(xué)校運動會的三級跳遠項目，

將其看成質(zhì)點，從靜止開始助跑直至落地過程運動軌跡如圖所示。其中OA段為助跑階段，AB段為騰空之

后的第一步，BC段為騰空之后的第二步，CC段為騰空之后的第三步。已知騰空的最高高度為〃?？諝庾?/p>

力忽略不計，重力加速度為g。則下列說法正確的是（）

OABCD

mg

騰空階段合外力隨水平位移變化

CD~騰空階段加速度隨水平位移變化

c.騰空階段重力勢能隨水平位移變化

騰空階段機械能隨水平位移變化

【答案】D

【解析】A.運動員騰空階段，空氣阻力忽略不計，三個階段均只受到重力，故A錯誤；

B.運動員騰空階段，三個階段的加速度均為重力加速度，故B錯誤：

C.騰空階段，上升階段重力做負功，重力勢能增大，下降階段重力做正功，重力勢能減小，而非圖中所

示水平直線段，故C錯誤；

D.騰空階段，運動員只受重力，機械能守恒。在騰空前，運動員用力等地，運動員的機械能增大，BC段

的機械能比AB段的機械能大，CD段的機械能比8C段的機械能大，故D正確。

故選Do

10、（2023?渝瓊遼高三下學(xué)期仿真模擬聯(lián)考）如圖所示，質(zhì)量相同的兩個小球A、B分別從2/和/的高度

水平拋出后落地，A、B的水平位移大小分別為/和2/,忽略空氣阻力，則下列說法正確的是（）

AQ.

21?一一........4)B

??*

?I

/\

/\，77

1I4^^^l~^

A.A、B的飛行時間之I:匕為2S1

B.A、B的初速度大小;之比為α:2

C.A、B落地時重力的口舜時功率之比為201

D.A、B從拋出到落地］過程中重力的平均功率之比為2:加

【答案】D

a據(jù)"=gg/，可得

【解析】A.依題意，椅

哧

則A、B的飛行時間之匕:為

tl-√2∕-√2

丁訪二T

故A錯誤；

B.依題意，根據(jù)X=IF,可得

%=、島

則A、B的初速度大小之二比為

UX島S4

故B錯誤；

C.根據(jù)

2

Pc=mgvy=mgt

則A、B落地時重力的步*時功率之比為

二」=交

￡?21

故C錯誤；

D.根據(jù)

耳=絲=遜

則A、B從拋出到落地過程中重力的平均功率之比為

A=A×?=2χ1=2：＞/2

P2A2t]1√2

故D正確。

故選Do

11、（2023?山東省荷澤市高三下學(xué)期一模）如圖所示，在水平轉(zhuǎn)臺上放置一圓錐形物體，物塊在平行于

錐面的細繩作用下靜止在圓錐體表面，在圓錐體隨平臺逐漸加速轉(zhuǎn)動的過程中，物塊始終與錐面保持相對

靜止。關(guān)于此過程下列判斷正確的是（）

A.物塊受到的合力為0B.繩上的拉力逐漸增大

C.錐面對物塊的支持力保持不變D.沒有任何力對物塊做功

【答案】B

【解析】A.物塊隨錐體做變速圓周運動，則受到的合力不為0,選項A錯誤;

B.設(shè)細繩與豎直方向夾角為仇則對物塊，沿斜面方向

T-mgcosθ=mω2rsinθ

則隨角速度逐漸增加，繩卜?的拉力逐漸增大，選項B正確;

mgSine-N=mω2rcosθ

則隨角速度增大，錐面對物塊的支持力逐漸減小，選項C錯誤；

D.轉(zhuǎn)動過程中，因為物塊的動能增加，則一定有力對物塊做功，選項D錯誤。

故選Bo

12、（2023?山東省歷城二中高三下學(xué)期一模）如圖所示，質(zhì)量為M的物塊A放置在光滑水平桌面上，右

側(cè)連接一固定于墻面的水平輕繩，左側(cè)通過一傾斜輕繩跨過光滑定滑輪與一豎直輕彈簧相連。現(xiàn)將質(zhì)量為

〃，的鉤碼B掛于彈簧下端，當彈簧處于原長時，將B由靜止釋放，當B下降到最低點時（未著地），A對

水平桌面的壓力剛好為零。輕繩不可伸長，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，物塊A始終處于靜止狀態(tài)。以下判斷

正確的是（）

A.M<2m

B.2m<M<2>m

C.在B從釋放位置運動到最低點的過程中，所受合力對B先做正功后做負功

D.在B從釋放位置運動到速度最大的過程中，B克服彈簧彈力做的功等于B機械能的減少量

【答案】ACD

【解析】

AB.由題意可知B物體可以在開始位置到最低點之間做簡諧振動，故在最低點時有彈簧彈力T^2>ngi對

A分析，設(shè)繩子與桌面間夾角為0,則依題意有

2mgsinθ=Mg

故有/<2加，故A正確，B錯誤；

C.由題意可知B從釋放位置到最低點過程中，開始彈簧彈力小于重力，物體加速，合力做正功；后來彈

簧彈力大于重力，物體減速，合力做負功，故C正確；

D.對于B,在從釋放到速度最大過程中，B機械能的減少量等于彈簧彈力所做的負功，即等于B克服彈

簧彈力所做的功，故D正確。

13、（2023?山東省歷城二中高三下學(xué)期一模）如圖，一長為L的輕桿一端固定在光滑錢鏈上，另一端固

定一質(zhì)量為優(yōu)的小球.一水平向右的拉力作用于桿的中點，使桿以角速度/勻速轉(zhuǎn)動，當桿與水平方向成

60。時，拉力的功率為

【答案】C

【解析】

試題分析：先求拉力F的大小.根據(jù)力矩平衡，E（!）sin60°=mgLcos60°,解得尸=竽

再求速度V=也；再求力與速度的夾角0=30。，所以功率P=fYcos6=L〃g〃y.

22

考點：力矩的平衡條件；線速度、角速度和周期、轉(zhuǎn)速；功率、平均功率和瞬時功率

【名師點睛】本題主要考查了力矩的平衡條件、線速度、角速度和周期、轉(zhuǎn)速、功率、平均功率和瞬時功

率.屬于難度較大的題目.本題要先根據(jù)力矩平衡條件求出拉力F的大小，再根據(jù)瞬時功率表達式求拉力

的功率.

14、（2023?安徽省合肥市高三下學(xué)期一模）我國風(fēng)洞技術(shù)世界領(lǐng)先。下圖為某風(fēng)洞實驗的簡化模型，風(fēng)

洞管中的均流區(qū)斜面光滑，一物塊在恒定風(fēng)力的作用下由靜止沿斜面向上運動，從物塊接觸彈簧至到達最

高點的過程中（彈簧在彈性限度內(nèi)），下列說法正確的是（）

C.彈簧彈性勢能先不變后增大D.物塊和彈簧組成的系統(tǒng)的機械能一直增大

【答案】D

【解析】

AB.從物塊接觸彈簧開始至到達最高點的過程中，對物塊受力分析，沿斜面方向有

FΛ-mgsinθ-kx-ma

彈簧的壓縮量X從。開始增大，物塊先沿斜面加速，加速度向上且逐漸減小，當4減小到O時，速度加速

到最大；然后加速度反向且逐漸增大，物體減速，直至減速到0,故AB錯誤；

C.由于彈簧的壓縮量不斷增大，所以彈性勢能不斷增大，故C錯誤；

D.由于風(fēng)力對物塊一直做正功，所以物塊與彈簧組成的系統(tǒng)機械能一直增大，故D正確。

故選D。

15、(2023?安徽省淮北市高三下學(xué)期一模)2022年2月我國成功舉辦了第24屆“冬奧會”，冬奧會讓冰

雪運動走向大眾，讓更多人認識冰雪，愛上冰雪，北京冬奧留下的不只是場館設(shè)施等物質(zhì)遺產(chǎn)，還有影響

深遠的文化和精神遺產(chǎn)。如圖甲所示為2022年北京冬奧會首鋼滑雪大跳臺，將其簡化為如圖乙所示模型：

48段和CO段是長度均為A=50m的傾斜滑道，傾角均為37°；BC段是半徑R=20m的一段圓弧軌道,

圓心角為37。，與AB段平滑連接；。石段為結(jié)束區(qū)。一滑雪愛好者連同裝備總質(zhì)量機=60kg,從A點由

靜止出發(fā)沿著滑道AB,BC下滑,從C點水平拋出落到斜面上的N點，點N到C的距離4=48m。

該愛好者可看作質(zhì)點，將C到N的運動簡化為平拋運動處理。忽略其運動過程中所受的空氣阻力，

sin37°=0.6cos37o=0.8,重力加速度g取IOnVS?。求：

CD該人運動到C點時對滑道的壓力大??；

(2)從開始運動到落至N點的過程中摩擦阻力做的功。

乙

【答案】(1)1368N：(2)-12720J

【解析】

(1)從。處平拋，豎直方向有

dsin37。=//

水平方向有

dcos370=vct

得

vc=16m∕s

在C處，據(jù)牛頓第二定律有

Fbmg=m±

K

解得滑道對人的支持力為

時=1368N

據(jù)牛頓第三定律，人運動到。點時對滑道的壓力與用大小相等，為1368N。

(2)從A到C由動能定理得

o

mg[Lsin37+R(1-cos37°)]+Wr=gmv^.

解得

嗎=-12720J

16、(2023?安徽省合肥市高三下學(xué)期一模)物流公司用滑軌裝運貨物，如圖所示.長5m、傾角為37。的

傾斜滑軌與長5.5m的水平滑軌平滑連接，有一質(zhì)量為Ikg的貨物從傾斜滑軌頂端由靜止開始下滑。已知

貨物與兩段滑軌間的動摩擦因數(shù)均為:，sin370=0.6,空氣阻力不計，重力加速度g取IOm/s?。求：

(1)貨物滑到傾斜滑軌末端的速度大小；

(2)貨物從開始下滑經(jīng)過4s,克服摩擦力所做的功為多少。

3

【解析】

(1)根據(jù)動能定理

2

g/cos37=?∕nvl

mglsin37-μmi

解得

10√3,

?-——m/s

3

(2)在斜面上下滑時

mgsin37-μnzgcos37=mai

解得

1QnVS2

4=:

下滑到底端時的時間

2^5_H

~Ws~43s

T

在貨車上運動加速度

Nmg=nw2

解得

1θ∕s2

a2=~m

3

則在貨車上運動的時間

-=?/?s

?2

貨物從開始下滑經(jīng)過4s時已經(jīng)停止在水平面上，則里各個過程由動能定理

mglsin37-Wf=0

克服摩擦力所做的功為

VVr=mglsin37=30J

17、(2023?山東省臨沂市普通高中高三下學(xué)期一模)如圖所示，豎直面內(nèi)有光滑斜面AB和光滑半圓軌道

BC在B點平滑連接，半圓軌道的半徑為R。一質(zhì)量為小的小球從A點由靜止?jié)L下，恰好能通過半圓軌道

最高點C點，之后小球又恰好垂直落到斜面AB上，小球可視為質(zhì)點，重力加速度g已知，求：

(I)A點到水平面BD的高度H-,

(2)斜面AB的長度L

【答案】(1)H=-R(2)L=也R

22

【解析】

(1)因小球恰好能通過半圓軌道最高點C點，則

R

從A到C由動能定理

1

mg(H-2Ry)=-mVc9

解得

H=-R

2

(2)小球離開C點后做平拋運動，垂直打在斜面匕則

v.y=gt

tan

由幾何關(guān)系

tanθ=

vct

解得

tan號

斜面A8的長度

LMWR

18、(2023?山東省濟寧市高三下學(xué)期一模)假定航天員在火星表面利用如圖所示的裝置研究小球的運動，

豎直放置的光滑半圓形管道固定在水平面上，一直徑略小于管道內(nèi)徑的小球(可視為質(zhì)點)沿水平面從管

道最低點A進入管道，從最高點B脫離管道后做平拋運動，Is后與傾角為37。的斜面垂直相碰于C點。己

知火星的半徑是地球半徑的;倍，質(zhì)量為地球質(zhì)量的,倍，地球表面重力加速度g=10m?2,忽略星球自

轉(zhuǎn)影響。半圓形管道的半徑為，=3m,小球的質(zhì)量為機=0.5kg,sin37o=0.6,??37。=0.8.求：

(1)火星表面重力加速度的大小;

(2)C點與8點的水平距離;

(3)小球經(jīng)過管道的A點時，對管壁壓力的大小。

【答案】(1)4m/s2；(2)3m；(3)11.5N

【解析】

(1)在地球表面上

CMm

機g=G玉F

在火星表面上

「M火，

mg火=GK

R火

解得

g火=4m∕s2

（2）小球與斜面垂直相碰，由幾何關(guān)系得

tan37°=?

g火f

解得

vn=3m∕s

C點與8點的水平距離

x-vβt-3m

（3）小球從4到8,由動能定理得

一叫火2r=g機1—gmW

在A點由牛頓第二定律得

久一mg火

r

由牛頓第三定律得

∕√=JFN=IL5N

19、（2023?浙江省強基聯(lián)盟高三下學(xué)期2月統(tǒng)測）如圖所示，半徑A=2.45m的豎直光滑;圓弧軌道AB,

其底端右側(cè)是一個凹槽，凹槽右端連接一個半徑r=O?4Om的光滑圓軌道，軌道固定在豎直平面內(nèi)，。與圓

心連線與豎直方向成6=37。角。一質(zhì)量為m=Ikg的滑板Q放置在凹槽內(nèi)水平面上，其上表面剛好與B點

和C點水平等高。開始時滑板靜置在緊靠凹槽左端處，此時滑板右端與凹槽右端的距離d=0.60m0—質(zhì)

量也為根的小物塊P（可視為質(zhì)點）從A點由靜止滑下，當物塊滑至滑板右端時滑板恰好到達凹槽右端，

撞擊后滑板立即停止運動。已知物塊與滑板間的動摩擦因數(shù)〃=0