考點(diǎn)六 功和能-2020年高考物理分類(lèi)題庫(kù)

考點(diǎn)六功和能(多選)(2020·全國(guó)Ⅰ卷)一物塊在高3.0m、長(zhǎng)5.0m的斜面頂端從靜止開(kāi)始沿斜面下滑,其重力勢(shì)能和動(dòng)能隨下滑距離s的變化如圖中直線(xiàn)Ⅰ、Ⅱ所示,重力加速度取10m/s2,則 ()A.物塊下滑過(guò)程中機(jī)械能不守恒B.物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5C.物塊下滑時(shí)加速度的大小為6.0m/s2D.當(dāng)物塊下滑2.0m時(shí)機(jī)械能損失了12J【解析】選A、B。下滑5m的過(guò)程中,重力勢(shì)能減少30J,動(dòng)能增加10J,減少的重力勢(shì)能并不等于增加的動(dòng)能,所以物塊下滑過(guò)程中機(jī)械能不守恒,故選項(xiàng)A正確;設(shè)斜面傾角為θ,物塊在斜面頂端時(shí)的重力勢(shì)能mgh=30J,而h=3m,則物塊質(zhì)量m=1kg,下滑5m過(guò)程中,對(duì)物塊由動(dòng)能定理有mgh-μmgcosθ·s=Ek-0,而、Ek=10J,解得μ=0.5,故選項(xiàng)B正確;對(duì)物塊由牛頓第二定律有mgsinθ-μmgcosθ=ma,解得a=2m/s2,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;物塊下滑2.0m時(shí),重力勢(shì)能減少12J,動(dòng)能增加4J,所以機(jī)械能損失了8J,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.(2020·山東等級(jí)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(guò)一傾斜輕繩跨過(guò)光滑定滑輪與一豎直輕彈簧相連?，F(xiàn)將質(zhì)量為m的鉤碼B掛于彈簧下端,當(dāng)彈簧處于原長(zhǎng)時(shí),將B由靜止釋放,當(dāng)B下降到最低點(diǎn)時(shí)(未著地),A對(duì)水平桌面的壓力剛好為零。輕繩不可伸長(zhǎng),彈簧始終在彈性限度內(nèi),物塊A始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。以下判斷正確的是 ()A.M<2mB.2m<M<3mC.在B從釋放位置運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的過(guò)程中,所受合力對(duì)B先做正功后做負(fù)功D.在B從釋放位置運(yùn)動(dòng)到速度最大的過(guò)程中,B克服彈簧彈力做的功等于B機(jī)械能的減少量【解析】選A、C、D。對(duì)B分析,由題意可知B可以在開(kāi)始位置到最低點(diǎn)之間做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性可知B在最低點(diǎn)時(shí)具有豎直向上的加速度,大小為a=g,根據(jù)牛頓第二定律得T-mg=ma,解得彈簧彈力T=2mg;對(duì)A分析,設(shè)繩子與桌面間夾角為θ,則依題意有2mgsinθ=Mg,故有M<2m,A正確、B錯(cuò)誤;由題意可知B從釋放位置到最低點(diǎn)過(guò)程中,開(kāi)始彈簧彈力小于重力,鉤碼B加速,動(dòng)能增加,根據(jù)動(dòng)能定理可知合力做正功;后來(lái)彈簧彈力大于重力,鉤碼B減速,根據(jù)動(dòng)能定理可知合力做負(fù)功,C正確;對(duì)于B,在從釋放到速度最大過(guò)程中,B機(jī)械能的減少量等于彈簧彈力所做的負(fù)功,即等于B克服彈簧彈力所做的功,D正確。故選A、C、D。3.(2020·浙江7月選考)如圖所示,系留無(wú)人機(jī)是利用地面直流電源通過(guò)電纜供電的無(wú)人機(jī),旋翼由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。現(xiàn)有質(zhì)量為20kg、額定功率為5kW的系留無(wú)人機(jī)從地面起飛沿豎直方向上升,經(jīng)過(guò)200s到達(dá)100m高處后懸停并進(jìn)行工作。已知直流電源供電電壓為400V,若不計(jì)電纜的質(zhì)量和電阻,忽略電纜對(duì)無(wú)人機(jī)的拉力,則 ()A.空氣對(duì)無(wú)人機(jī)的作用力始終大于或等于200NB.直流電源對(duì)無(wú)人機(jī)供電的額定電流為12.5AC.無(wú)人機(jī)上升過(guò)程中消耗的平均功率為100WD.無(wú)人機(jī)上升及懸停時(shí)均有部分功率用于對(duì)空氣做功【解析】選B、D。無(wú)人機(jī)先向上加速后減速,最后懸停,則空氣對(duì)無(wú)人機(jī)的作用力先大于200N后小于200N,最后等于200N,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;直流電源對(duì)無(wú)人機(jī)供電的額定電流,選項(xiàng)B正確;若空氣對(duì)無(wú)人機(jī)的作用力為F=mg=200N,則無(wú)人機(jī)上升過(guò)程中消耗的平均功率,但是由于空氣對(duì)無(wú)人機(jī)向上的作用力不是一直為200N,則選項(xiàng)C錯(cuò)誤;無(wú)人機(jī)上升及懸停時(shí),螺旋槳會(huì)使周?chē)諝猱a(chǎn)生流動(dòng),則會(huì)有部分功率用于對(duì)空氣做功,選項(xiàng)D正確。4.(多選)(2020·天津等級(jí)考)復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)在世界上首次實(shí)現(xiàn)速度350km/h自動(dòng)駕駛功能,成為我國(guó)高鐵自主創(chuàng)新的又一重大標(biāo)志性成果。一列質(zhì)量為m的動(dòng)車(chē),初速度為v0,以恒定功率P在平直軌道上運(yùn)動(dòng),經(jīng)時(shí)間t達(dá)到該功率下的最大速度vm,設(shè)動(dòng)車(chē)行駛過(guò)程所受到的阻力F保持不變。動(dòng)車(chē)在時(shí)間t內(nèi) ()A.做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)B.加速度逐漸減小C.牽引力的功率P=FvmD.牽引力做功【解析】選B、C。由題可知,動(dòng)車(chē)的啟動(dòng)方式為恒定功率啟動(dòng),由公式P=F牽v,F牽-F=ma可知啟動(dòng)過(guò)程中v增大,F牽減小,所以動(dòng)車(chē)的運(yùn)動(dòng)為加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),故A錯(cuò)誤,B正確;因?yàn)楫?dāng)F牽=F時(shí)勻速,動(dòng)車(chē)速度最大為vm=PF,故P=Fvm,故C正確;由動(dòng)能定理可知:,故D錯(cuò)誤。5.(2020·江蘇高考)質(zhì)量為1.5×103kg的汽車(chē)在水平路面上勻速行駛,速度為20m/s,受到的阻力大小為1.8×103N。此時(shí),汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的實(shí)際功率是 ()A.90WB.30kWC.36kWD.300kW【解析】選C。汽車(chē)勻速行駛,則牽引力與阻力平衡F=f=1.8×103N,汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率P=Fv=1.8×103×20W=36kW,故選C。6.(2020·江蘇高考)如圖所示,一小物塊由靜止開(kāi)始沿斜面向下滑動(dòng),最后停在水平地面上。斜面和地面平滑連接,且物塊與斜面、物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為常數(shù)。該過(guò)程中,物塊的動(dòng)能Ek與水平位移x關(guān)系的圖象是 ()【解析】選A。由題意可知,若設(shè)斜面傾角為θ,動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,則物塊在斜面上下滑水平距離x時(shí),根據(jù)動(dòng)能定理有,整理可得(mgtanθ-μmg)x=Ek,即物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能與x成線(xiàn)性關(guān)系;若物塊運(yùn)動(dòng)到斜面底端時(shí)水平位移為x0,動(dòng)能為Ek1,則小物塊在水平地面運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)動(dòng)能定理有-μmg(x-x0)=Ek-Ek1,即物塊在水平地面運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)能與x也成線(xiàn)性關(guān)系;綜上分析可知A正確?！痉椒记伞颗袛鄨D象正誤的技巧(1)通過(guò)對(duì)物理過(guò)程的分析找出與圖象對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式,根據(jù)函數(shù)關(guān)系判斷圖象正誤;(2)通過(guò)對(duì)物理過(guò)程的分析找出與圖象的斜率、截距對(duì)應(yīng)的物理量,根據(jù)斜率、截距的特點(diǎn)判斷圖象正誤;(3)通過(guò)對(duì)物理過(guò)程的分析找出特殊位置的坐標(biāo)值,根據(jù)特殊位置的坐標(biāo)確定圖象正誤。(2020·全國(guó)Ⅱ卷)(20分)如圖,一豎直圓管質(zhì)量為M,下端距水平地面的高度為H,頂端塞有一質(zhì)量為m的小球。圓管由靜止自由下落,與地面發(fā)生多次彈性碰撞,且每次碰撞時(shí)間均極短;在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,管始終保持豎直。已知M=4m,球和管之間的滑動(dòng)摩擦力大小為4mg,g為重力加速度的大小,不計(jì)空氣阻力。(1)求管第一次與地面碰撞后的瞬間,管和球各自的加速度大小;(2)管第一次落地彈起后,在上升過(guò)程中球沒(méi)有從管中滑出,求管上升的最大高度;(3)管第二次落地彈起的上升過(guò)程中,球仍沒(méi)有從管中滑出,求圓管長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足的條件?！窘忸}指南】解答本題可按以下思路進(jìn)行:(1)由牛頓第二定律列方程求解管和球的加速度。(2)由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程求解管上升的最大高度。(3)由動(dòng)能定理列方程求解圓管長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足的條件?！窘馕觥?1)管第一次落地彈起的瞬間,小球仍然向下運(yùn)動(dòng)。設(shè)此時(shí)管的加速度大小為a1,方向向下;球的加速度大小為a2,方向向上;球與管之間的摩擦力大小為f,由牛頓運(yùn)動(dòng)定律有Mg+f=Ma1 ①f-mg=ma2 ②聯(lián)立①②式并代入題給數(shù)據(jù),得a1=2g,a2=3g ③(2)管第一次碰地前與球的速度大小相同。由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式,碰地前瞬間它們的速度大小均為④方向均向下。管彈起的瞬間,管的速度反向,球的速度方向依然向下。設(shè)自彈起經(jīng)過(guò)時(shí)間t1,管與小球的速度剛好相同。取向上為正方向,由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v0-a1t1=-v0+a2t1 ⑤聯(lián)立③④⑤式得⑥設(shè)此時(shí)管下端的高度為h1,速度為v。由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得⑦v=v0-a1t1 ⑧由③④⑥⑧式可判斷此時(shí)v>0。此后,管與小球?qū)⒁约铀俣萭減速上升h2,到達(dá)最高點(diǎn)。由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有⑨設(shè)管第一次落地彈起后上升的最大高度為H1,則H1=h1+h2 ⑩聯(lián)立③④⑥⑦⑧⑨⑩式可得 (3)設(shè)第一次彈起過(guò)程中球相對(duì)管的位移為x1。在管開(kāi)始下落到上升H1這一過(guò)程中,由動(dòng)能定理有Mg(H-H1)+mg(H-H1+x1)-4mgx1=0 聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)得同理可推得,管與球從再次下落到第二次彈起至最高點(diǎn)的過(guò)程中,球與管的相對(duì)位移x2為設(shè)圓管長(zhǎng)度為L(zhǎng)。管第二次落地彈起后的上升過(guò)程中,球不會(huì)滑出管外的條件是x1+x2≤L 聯(lián)立式,L應(yīng)滿(mǎn)足的條件為 答案:(1)2g3g(2)(3)8.(2020·江蘇高考)(16分)如圖所示,鼓形輪的半徑為R,可繞固定的光滑水平軸O轉(zhuǎn)動(dòng)。在輪上沿相互垂直的直徑方向固定四根直桿,桿上分別固定有質(zhì)量為m的小球,球與O的距離均為2R。在輪上繞有長(zhǎng)繩,繩上懸掛著質(zhì)量為M的重物。重物由靜止下落,帶動(dòng)鼓形輪轉(zhuǎn)動(dòng)。重物落地后鼓形輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω。繩與輪之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng),忽略鼓形輪、直桿和長(zhǎng)繩的質(zhì)量,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g。求:(1)重物落地后,小球線(xiàn)速度的大小v;(2)重物落地后一小球轉(zhuǎn)到水平位置A,此時(shí)該球受到桿的作用力的大小F;(3)重物下落的高度h?！窘馕觥?1)由題意可知,若當(dāng)重物落地后鼓形輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω,則根據(jù)線(xiàn)速度與角速度的關(guān)系可知小球的線(xiàn)速度為v=2Rω(2)小球勻速轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)在水平位置時(shí),設(shè)桿對(duì)球的作用力為F,合力提供向心力,則