專題9機(jī)械能及其守恒定律（2）（解析版）-2025年高考物理二輪復(fù)習(xí)培優(yōu)練（新高考用）

試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁專題9機(jī)械能及其守恒定律（2）TOC\o"1-1"\h\u一、彈性勢(shì)能與重力勢(shì)能 2二、判斷系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒 4三、鐵鏈下滑問題 7四、用桿、繩連接的系統(tǒng)機(jī)械能守恒問題 9五、彈簧類問題機(jī)械能轉(zhuǎn)化的問題 11六、能量守恒定律的應(yīng)用 15專題一彈性勢(shì)能與重力勢(shì)能1．（2023·浙江·高考真題）一位游客正在體驗(yàn)蹦極，綁上蹦極專用的橡皮繩后從跳臺(tái)縱身而下。游客從跳臺(tái)下落直到最低點(diǎn)過程中（）A．彈性勢(shì)能減小 B．重力勢(shì)能減小C．機(jī)械能保持不變 D．繩一繃緊動(dòng)能就開始減小【答案】B【詳解】游客從跳臺(tái)下落，開始階段橡皮繩未拉直，只受重力作用做勻加速運(yùn)動(dòng)，下落到一定高度時(shí)橡皮繩開始繃緊，游客受重力和向上的彈力作用，彈力從零逐漸增大，游客所受合力先向下減小后向上增大，速度先增大后減小，到最低點(diǎn)時(shí)速度減小到零，彈力達(dá)到最大值。A．橡皮繩繃緊后彈性勢(shì)能一直增大，A錯(cuò)誤；B．游客高度一直降低，重力一直做正功，重力勢(shì)能一直減小，B正確；C．下落階段橡皮繩對(duì)游客做負(fù)功，游客機(jī)械能減少，轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，C錯(cuò)誤；D．繩剛繃緊開始一段時(shí)間內(nèi)，彈力小于重力，合力向下做正功，游客動(dòng)能在增加；當(dāng)彈力大于重力后，合力向上對(duì)游客做負(fù)功，游客動(dòng)能逐漸減小，D錯(cuò)誤。故選B。2．（2024·全國甲卷·高考真題）蹦床運(yùn)動(dòng)中，體重為的運(yùn)動(dòng)員在時(shí)剛好落到蹦床上，對(duì)蹦床作用力大小F與時(shí)間t的關(guān)系如圖所示。假設(shè)運(yùn)動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)員身體始終保持豎直，在其不與蹦床接觸時(shí)蹦床水平。忽略空氣阻力，重力加速度大小取。下列說法正確的是（）A．時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能最大B．時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的速度大小為C．時(shí)，運(yùn)動(dòng)員恰好運(yùn)動(dòng)到最大高度處D．運(yùn)動(dòng)員每次與蹦床接觸到離開過程中對(duì)蹦床的平均作用力大小為【答案】BD【詳解】A．根據(jù)牛頓第三定律結(jié)合題圖可知時(shí)，蹦床對(duì)運(yùn)動(dòng)員的彈力最大，蹦床的形變量最大，此時(shí)運(yùn)動(dòng)員處于最低點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能最小，故A錯(cuò)誤；BC．根據(jù)題圖可知運(yùn)動(dòng)員從離開蹦床到再次落到蹦床上經(jīng)歷的時(shí)間為，根據(jù)豎直上拋運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可知，運(yùn)動(dòng)員上升時(shí)間為1s，則在時(shí)，運(yùn)動(dòng)員恰好運(yùn)動(dòng)到最大高度處，時(shí)運(yùn)動(dòng)員的速度大小故B正確，C錯(cuò)誤；D．同理可知運(yùn)動(dòng)員落到蹦床時(shí)的速度大小為，以豎直向上為正方向，根據(jù)動(dòng)量定理其中代入數(shù)據(jù)可得根據(jù)牛頓第三定律可知運(yùn)動(dòng)員每次與蹦床接觸到離開過程中對(duì)蹦床的平均作用力大小為，故D正確。故選BD。3．（2024·重慶·二模）如圖所示，光滑斜面體固定在水平地面上，一滑塊從斜面頂端由靜止（開始下滑，取地面為零勢(shì)能面，則滑塊的速度大小、重力勢(shì)能隨位移的變化關(guān)系圖線，以及滑塊的動(dòng)量、動(dòng)能隨時(shí)間變化關(guān)系圖線正確的是（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】A．設(shè)斜面夾角為

，滑塊沿斜面下滑過程中根據(jù)速度公式滑塊的動(dòng)能圖線不是正比例函數(shù)圖線，故A錯(cuò)誤；B．由動(dòng)量公式結(jié)合上述分析有可見為正比例函數(shù)，故B正確；C．由速度位移公式，有由數(shù)學(xué)知識(shí)可知選項(xiàng)C滿足的是的函數(shù)關(guān)系式，與上述結(jié)論不符，故C錯(cuò)誤；D．滑塊下滑的高度設(shè)斜面的高度為H，重力勢(shì)能與位移的關(guān)系為應(yīng)為直線，故D錯(cuò)誤。故選B。專題二判斷系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒4．（2024·浙江·高考真題）如圖所示，質(zhì)量為m的足球從水平地面上位置1被踢出后落在位置3，在空中達(dá)到最高點(diǎn)2的高度為h，則足球（）A．從1到2動(dòng)能減少 B．從1到2重力勢(shì)能增加C．從2到3動(dòng)能增加 D．從2到3機(jī)械能不變【答案】B【詳解】AB．由足球的運(yùn)動(dòng)軌跡可知，足球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)一定受到空氣阻力作用，則從從1到2重力勢(shì)能增加，則1到2動(dòng)能減少量大于，A錯(cuò)誤，B正確；CD．從2到3由于空氣阻力作用，則機(jī)械能減小，重力勢(shì)能減小mgh，則動(dòng)能增加小于，選項(xiàng)CD錯(cuò)誤。故選B。5．（2023·浙江·高考真題）鉛球被水平推出后的運(yùn)動(dòng)過程中，不計(jì)空氣阻力，下列關(guān)于鉛球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小a、速度大小v、動(dòng)能Ek和機(jī)械能E隨運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的變化關(guān)系中，正確的是（）A．

B．

C．

D．

【答案】D【詳解】A．由于不計(jì)空氣阻力，鉛球被水平推出后只受重力作用，加速度等于重力加速度，不隨時(shí)間改變，故A錯(cuò)誤；B．鉛球被水平推出后做平拋運(yùn)動(dòng)，豎直方向有則拋出后速度大小為可知速度大小與時(shí)間不是一次函數(shù)關(guān)系，故B錯(cuò)誤；C．鉛球拋出后的動(dòng)能可知?jiǎng)幽芘c時(shí)間不是一次函數(shù)關(guān)系，故C錯(cuò)誤；D．鉛球水平拋出后由于忽略空氣阻力，所以拋出后鉛球機(jī)械能守恒，故D正確。故選D?！军c(diǎn)睛】6．（2023·全國·高考真題）一同學(xué)將鉛球水平推出，不計(jì)空氣阻力和轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，鉛球在平拋運(yùn)動(dòng)過程中（

）A．機(jī)械能一直增加 B．加速度保持不變 C．速度大小保持不變 D．被推出后瞬間動(dòng)能最大【答案】B【詳解】A．鉛球做平拋運(yùn)動(dòng)，僅受重力，故機(jī)械能守恒，A錯(cuò)誤；B．鉛球的加速度恒為重力加速度保持不變，B正確；CD．鉛球做平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向速度不變，豎直方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成可知鉛球速度變大，則動(dòng)能越來越大，CD錯(cuò)誤。故選B。【點(diǎn)睛】7．（2022·浙江·高考真題）神舟十三號(hào)飛船采用“快速返回技術(shù)”，在近地軌道上，返回艙脫離天和核心艙，在圓軌道環(huán)繞并擇機(jī)返回地面。則（）A．天和核心艙所處的圓軌道距地面高度越高，環(huán)繞速度越大B．返回艙中的宇航員處于失重狀態(tài)，不受地球的引力C．質(zhì)量不同的返回艙與天和核心艙可以在同一軌道運(yùn)行D．返回艙穿越大氣層返回地面過程中，機(jī)械能守恒【答案】C【詳解】AC．根據(jù)可得可知圓軌道距地面高度越高，環(huán)繞速度越?。欢灰h(huán)繞速度相同，返回艙和天和核心艙可以在同一軌道運(yùn)行，與返回艙和天和核心艙的質(zhì)量無關(guān)，故A錯(cuò)誤，C正確；B．返回艙中的宇航員處于失重狀態(tài)，仍然受到地球引力作用，地球的引力提供宇航員繞地球運(yùn)動(dòng)的向心力，故B錯(cuò)誤；D．返回艙穿越大氣層返回地面過程中，有阻力做功產(chǎn)生熱量，機(jī)械能減小，故D錯(cuò)誤。故選C。專題三鐵鏈下滑問題8．（2023·河北石家莊·二模）如圖所示，兩側(cè)傾角均為30°的斜劈固定在水平地面上，將質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的光滑金屬鏈條放在斜劈頂端，左右兩側(cè)鏈條長(zhǎng)度之比為1：2。已知兩斜面的長(zhǎng)度均為2L，兩側(cè)鏈條與斜劈的截面在同一豎直平面內(nèi)。重力加速度為g。某時(shí)刻將鏈條由靜止釋放，當(dāng)鏈條下端到達(dá)斜劈底端時(shí)，重力的功率為（

）

A． B． C． D．【答案】A【詳解】鏈條從靜止至左側(cè)斜面上的鏈條完全滑到右端的過程中，重力做功為然后鏈條下端到達(dá)斜劈底端這一過程重力做功為設(shè)鏈條運(yùn)動(dòng)至底端的速度為v，有解得可知故選A。9．（22-23高一下·四川內(nèi)江·二模）如圖所示，勻質(zhì)鐵鏈質(zhì)量為m，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，現(xiàn)使其放在傾角為30°的光滑斜面上，其余部分豎直下垂。若由靜止釋放使鐵鏈自由運(yùn)動(dòng)，則鐵鏈下滑至整條鐵鏈剛好全部離開斜面時(shí)，鐵鏈的速度為（）

A． B． C． D．【答案】D【詳解】把鐵鏈分成兩個(gè)部分，下一半鐵鏈重心下落的高度為上一半鐵鏈重心下落的高度為對(duì)整條鐵鏈從剛釋放到剛好全部離開斜面由動(dòng)能定理得解得故選D。10．（2023·福建福州·二模）如圖，兩側(cè)傾角均為30°的斜劈固定在水平地面上，將質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)的光滑金屬鏈條放在斜劈頂端，左右兩側(cè)鏈條長(zhǎng)度之比為。已知兩斜面的長(zhǎng)度均為2L，兩側(cè)鏈條與斜劈的截面在同一豎直平面內(nèi)。重力加速度為g。某時(shí)刻將鏈條由靜止釋放，當(dāng)鏈條下端到達(dá)斜劈底端時(shí)，重力的功率為。

【答案】【詳解】[1]鏈條從靜止至左側(cè)斜面上的鏈條完全滑到右端的過程中，重力做功為然后鏈條下端到達(dá)斜劈底端這一過程重力做功為設(shè)鏈條運(yùn)動(dòng)至底端的速度為v，有解得可知專題四用桿、繩連接的系統(tǒng)機(jī)械能守恒問題11．（2024·安徽合肥·二模）如圖所示，長(zhǎng)度相同的三根輕桿構(gòu)成一個(gè)正三角形支架，在A處固定質(zhì)量為2m的小球，B處固定質(zhì)量為m的小球。支架懸掛在O點(diǎn)，可繞過O點(diǎn)并與支架所在平面相垂直的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。開始時(shí)OB與地面相垂直。放手后開始運(yùn)動(dòng)，在不計(jì)任何阻力的情況下，下列說法不正確的是（）A．A球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)速度為零B．A球機(jī)械能減少量等于B球機(jī)械能增加量C．B球向左擺動(dòng)所能達(dá)到的最高位置應(yīng)高于A球開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的高度D．當(dāng)支架從左向右回?cái)[時(shí)，A球一定能回到起始高度【答案】A【詳解】A．若當(dāng)A到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)速度為0，則A減少的重力勢(shì)能等于B增加的重力勢(shì)能，只有A與B的質(zhì)量相等時(shí)才會(huì)這樣，又因A、B質(zhì)量不等，所以A球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)速度不為零，故A錯(cuò)誤；B．因?yàn)橄到y(tǒng)機(jī)械能守恒，即A、B兩球的機(jī)械能總量保持不變，故A球機(jī)械能的減少量等于B球機(jī)械能的增加量，故B正確；C．因?yàn)锽球質(zhì)量小于A球，故B上升高度h時(shí)增加的勢(shì)能小于A球減少的勢(shì)能，故當(dāng)A球到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，仍具有一定的速度，即B球繼續(xù)升高，故C正確；D．因?yàn)椴挥?jì)一切阻力，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故當(dāng)支架從左到右回?cái)[時(shí)，A球一定能回到起始高度，故D正確。本題選不正確的，故選A。12．（2021·河北·高考真題）一半徑為R的圓柱體水平固定，橫截面如圖所示，長(zhǎng)度為、不可伸長(zhǎng)的輕細(xì)繩，一端固定在圓柱體最高點(diǎn)P處，另一端系一個(gè)小球，小球位于P點(diǎn)右側(cè)同一水平高度的Q點(diǎn)時(shí)，繩剛好拉直，將小球從Q點(diǎn)由靜止釋放，當(dāng)與圓柱體未接觸部分的細(xì)繩豎直時(shí)，小球的速度大小為（重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力）（）A． B． C． D．【答案】A【詳解】小球下落的高度為h=πR-R+R=R小球下落過程中，根據(jù)動(dòng)能定理有mgh=mv2綜上有v=故選A。13．（2015·新課標(biāo)Ⅱ·高考真題）如圖，滑塊a、b的質(zhì)量均為，a套在固定豎直桿上，與光滑水平地面相距，b放在地面上，a、b通過鉸鏈用剛性輕桿連接，由靜止開始運(yùn)動(dòng)。不計(jì)摩擦，a、b可視為質(zhì)點(diǎn)，重力加速度大小為。則（）A．a(chǎn)落地前，輕桿對(duì)b一直做正功B．a(chǎn)落地時(shí)速度大小為C．a(chǎn)下落過程中，其加速度大小始終不大于gD．a(chǎn)落地前，當(dāng)a的機(jī)械能最小時(shí)，b對(duì)地面的壓力大小為【答案】BD【詳解】A．當(dāng)a到達(dá)底端時(shí)，b的速度為零，b的速度在整個(gè)過程中，先增大后減小，動(dòng)能先增大后減小，所以輕桿對(duì)b先做正功，后做負(fù)功，故A錯(cuò)誤；B．a(chǎn)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，b的速度為零，根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律得解得故B正確；C．b的速度在整個(gè)過程中，先增大后減小，所以a對(duì)b的作用力先是動(dòng)力后是阻力，所以b對(duì)a的作用力就先是阻力后是動(dòng)力，所以在b減速的過程中，b對(duì)a是向下的拉力，此時(shí)a的加速度大于重力加速度，故C錯(cuò)誤；D．a(chǎn)b整體的機(jī)械能守恒，當(dāng)a的機(jī)械能最小時(shí)，b的速度最大，此時(shí)b受到a的推力為零，b只受到重力的作用，所以b對(duì)地面的壓力大小為，故D正確。故選BD。專題五彈簧類問題機(jī)械能轉(zhuǎn)化的問題14．（2024·山東·高考真題）如圖所示，質(zhì)量均為m的甲、乙兩同學(xué)，分別坐在水平放置的輕木板上，木板通過一根原長(zhǎng)為l的輕質(zhì)彈性繩連接，連接點(diǎn)等高且間距為d（d<l）。兩木板與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，彈性繩勁度系數(shù)為k，被拉伸時(shí)彈性勢(shì)能E=kx2（x為繩的伸長(zhǎng)量）?，F(xiàn)用水平力F緩慢拉動(dòng)乙所坐木板，直至甲所坐木板剛要離開原位置，此過程中兩人與所坐木板保持相對(duì)靜止，k保持不變，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度大小為g，則F所做的功等于（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】當(dāng)甲所坐木板剛要離開原位置時(shí)，對(duì)甲及其所坐木板整體有解得彈性繩的伸長(zhǎng)量則此時(shí)彈性繩的彈性勢(shì)能為從開始拉動(dòng)乙所坐木板到甲所坐木板剛要離開原位置的過程，乙所坐木板的位移為則由功能關(guān)系可知該過程F所做的功故選B。15．（2024·遼寧·高考真題）如圖，高度的水平桌面上放置兩個(gè)相同物塊A、B，質(zhì)量。A、B間夾一壓縮量的輕彈簧，彈簧與A、B不栓接。同時(shí)由靜止釋放A、B，彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)A恰好從桌面左端沿水平方向飛出，水平射程；B脫離彈簧后沿桌面滑行一段距離后停止。A、B均視為質(zhì)點(diǎn)，取重力加速度。求：（1）脫離彈簧時(shí)A、B的速度大小和；（2）物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ；（3）整個(gè)過程中，彈簧釋放的彈性勢(shì)能?！敬鸢浮浚?）1m/s，1m/s；（2）0.2；（3）0.12J【詳解】（1）對(duì)A物塊由平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)得代入數(shù)據(jù)解得，脫離彈簧時(shí)A的速度大小為AB物塊質(zhì)量相等，同時(shí)受到大小相等方向相反的彈簧彈力及大小相等方向相反的摩擦力，則AB物塊整體動(dòng)量守恒，則解得脫離彈簧時(shí)B的速度大小為（2）對(duì)物塊B由動(dòng)能定理代入數(shù)據(jù)解得，物塊與桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)為（3）彈簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為AB物塊的動(dòng)能及這個(gè)過程中克服摩擦力所做的功，即其中，解得整個(gè)過程中，彈簧釋放的彈性勢(shì)能16．（2023·全國·高考真題）如圖，光滑水平桌面上有一輕質(zhì)彈簧，其一端固定在墻上。用質(zhì)量為m的小球壓彈簧的另一端，使彈簧的彈性勢(shì)能為。釋放后，小球在彈簧作用下從靜止開始在桌面上運(yùn)動(dòng)，與彈簧分離后，從桌面水平飛出。小球與水平地面碰撞后瞬間，其平行于地面的速度分量與碰撞前瞬間相等；垂直于地面的速度分量大小變?yōu)榕鲎睬八查g的。小球與地面碰撞后，彈起的最大高度為h。重力加速度大小為g，忽略空氣阻力。求（1）小球離開桌面時(shí)的速度大??；（2）小球第一次落地點(diǎn)距桌面上其飛出點(diǎn)的水平距離。

【答案】（1）；（2）【詳解】（1）由小球和彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒可知得小球離開桌面時(shí)速度大小為（2）離開桌面后由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得第一次碰撞前速度的豎直分量為，由題可知離開桌面后由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得，解得小球第一次落地點(diǎn)距桌面上其飛出的水平距離為專題六能量守恒定律的應(yīng)用17．（2024·廣西·高考真題）如圖，堅(jiān)硬的水平地面上放置一木料，木料上有一個(gè)豎直方向的方孔，方孔各側(cè)壁完全相同。木栓材質(zhì)堅(jiān)硬，形狀為正四棱臺(tái)，上下底面均為正方形，四個(gè)側(cè)面完全相同且與上底面的夾角均為。木栓質(zhì)量為m，與方孔側(cè)壁的動(dòng)摩擦因數(shù)為。將木栓對(duì)準(zhǔn)方孔，接觸但無擠壓，錘子以極短時(shí)間撞擊木栓后反彈，錘子對(duì)木栓沖量為I，方向豎直向下。木栓在豎直方向前進(jìn)了的位移，未到達(dá)方孔底部。若進(jìn)入的過程方孔側(cè)壁發(fā)生彈性形變，彈力呈線性變化，最大靜摩擦力約等于滑動(dòng)摩擦力，則（）A．進(jìn)入過程，木料對(duì)木栓的合力的沖量為B．進(jìn)入過程，木料對(duì)木栓的平均阻力大小約為C．進(jìn)入過程，木料和木栓的機(jī)械能共損失了D．木栓前進(jìn)后木料對(duì)木栓一個(gè)側(cè)面的最大靜摩擦力大小約為【答案】BD【詳解】A．錘子撞擊木栓到木栓進(jìn)入過程，對(duì)木栓分析可知合外力的沖量為0，錘子對(duì)木栓的沖量為I，由于重力有沖量，則木料對(duì)木栓的合力沖量不為-I，故A錯(cuò)誤；B．錘子撞擊木栓后木栓獲得的動(dòng)能為木栓進(jìn)入過程根據(jù)動(dòng)能定理有解得平均阻力為故B正確；C．木栓進(jìn)入過程損失的動(dòng)能與重力勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)能另一部分轉(zhuǎn)化為木栓的彈性勢(shì)能，故C錯(cuò)誤；D．對(duì)木栓的一個(gè)側(cè)面受力分析如圖由于方孔側(cè)壁彈力成線性變化，則有且根據(jù)B選項(xiàng)求得平均阻力又因?yàn)槁?lián)立可得故D正確。故選BD。18．（2023·全國乙卷·高考真題）如圖，一質(zhì)量為M、長(zhǎng)為l的木板靜止在光滑水平桌面上，另一質(zhì)量為m的小物塊（可視為質(zhì)點(diǎn)）從木板上的左端以速度v0開始運(yùn)動(dòng)。已知物塊與木板間的滑動(dòng)摩擦力大小為f，當(dāng)物塊從木板右端離開時(shí)（

）

A．木板的動(dòng)能一定等于fl B．木板的動(dòng)能一定小于flC．物塊的動(dòng)能一定大于 D．物塊的動(dòng)能一定小于【答案】BD【詳解】設(shè)物塊離開木板時(shí)的速度為，此時(shí)木板的速度為，由題意可知設(shè)物塊的對(duì)地位移為，木板的對(duì)地位移為CD．根據(jù)能量守恒定律可得整理可得D正確，C錯(cuò)誤；AB．因摩擦產(chǎn)生的摩擦熱根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式因?yàn)榭傻脛t所以B正確，A錯(cuò)誤。故選BD。19