高考物理 模拟新题分类汇编 功和能（含详解）.doc

e单元功和能e1有机结构认识9e12011海南物理卷 一质量为1 kg的质点静止于光滑水平面上，从t0时起，第1 s内受到2 n的水平外力作用，第2 s内受到同方向的1 n的外力作用下列判断正确的是()a02 s内外力的平均功率是 wb第2 s内外力所做的功是 jc第2 s末外力的瞬时功率最大d第1 s内与第2 s内质点动能增加量的比值是【解析】 ad由牛顿第二定律fma可得，第1 s内的加速度a12 m/s2，第2 s内的加速度a21 m/s2；由匀变速直线运动规律可得，第1 s内的位移x11 m，第1 s末的速度v12 m/s，第2 s内的位移x22.5 m，第2 s末的速度v23 m/s；由做功公式wfx可求，第1 s内外力做功w12 j，第2 s内外力做功w22.5 j，选项b错误； 02 s内外力的平均功率 w，选项a正确；第2 s末外力瞬时功率p2f2v23 w，第1 s末外力瞬时功率p1f1v14 wp2，选项c错误；由动能定理知，动能增加量之比等于合外力做功之比，所以，选项d正确4e12011江苏物理卷 如图所示，演员正在进行图4杂技表演由图可估算出他将一只鸡蛋抛出的过程中对鸡蛋所做的功最接近于()a0.3 j b3 jc30 j d300 j4e12011江苏物理卷 a【解析】 若一个鸡蛋大约55 g，鸡蛋抛出的高度大约为60 cm，则将一只鸡蛋抛出至最高点的过程中对鸡蛋做的功等于鸡蛋重力势能的增加量，即wmgh551031060102 j0.33 j，a正确e2动能 动能定理15e22011课标全国卷 一质点开始时做匀速直线运动，从某时刻起受到一恒力作用此后，该质点的动能可能()a一直增大b先逐渐减小至零，再逐渐增大c先逐渐增大至某一最大值，再逐渐减小d先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大【解析】 abd当所加恒力的方向与物体运动的方向成锐角时，该力一直做正功，其动能一直增大，a正确；当所加恒力的方向与物体运动的方向相反时，物体先做匀减速运动后做反向的匀加速运动，其动能先逐渐减小至零，再逐渐增大，b正确；当所加恒力的方向与物体运动的方向成钝角(不等于180)时，其动能先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大，d正确；物体不可能出现动能先逐渐增大至某一最大值，再逐渐减小的情况，c错误e3机械能守恒定律16e32011课标全国卷 一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是()a运动员到达最低点前重力势能始终减小b蹦极绳张紧后的下落过程中，弹性力做负功，弹性势能增加c蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒d蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关【解析】 abc运动员到达最低点前其高度一直降低，故重力势能始终减小，a正确；蹦极绳张紧后的下落过程中，其弹力方向与运动方向相反，弹力做负功，弹性势能增加，b正确；蹦极过程中，只有重力和弹力做功，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒，c正确；重力势能的改变量epmgh，只与初末位置的高度差有关，而与重力势能零点的选取无关，d错误22c2 e32011北京卷 【答案】 (1)受力图如图所示根据平衡条件，应满足tcosmg，tsinf拉力大小fmgtan(2)运动中只有重力做功，系统机械能守恒mgl(1cos)mv2则通过最低点时，小球的速度大小v根据牛顿第二定律tmgm解得轻绳对小球的拉力tmgmg(32cos)，方向竖直向上21.(1)d42011福建卷 (2)e42011福建卷 (3)e3d22011福建卷 图110图110为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图，其下半部ab是一长为2r的竖直细管，上半部bc是半径为r的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向，ab管内有一原长为r、下端固定的轻质弹簧投饵时，每次总将弹簧长度压缩到0.5r后锁定，在弹簧上端放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去设质量为m的鱼饵到达管口c时，对管壁的作用力恰好为零不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能已知重力加速度为g.求：(1) 质量为m的鱼饵到达管口c时的速度大小v1；(2) 弹簧压缩到0.5r时的弹性势能ep；(3) 已知地面与水面相距1.5r，若使该投饵管绕ab管的中轴线oo在90角的范围内来回缓慢转动，每次弹射时只放置一粒鱼饵，鱼饵的质量在m到m之间变化，且均能落到水面持续投放足够长时间后，鱼饵能够落到水面的最大面积s是多少？21(1)d42011福建卷 (2)e42011福建卷 (3)e3d22011福建卷 【答案】 (1)质量为m的鱼饵到在管口c时做圆周运动的向心力完全由重力提供，则mgm由式解得v1(2)弹簧的弹性势能全部转化为鱼饵的机械能，由机械能守恒定律有epmg(1.5rr)mv由式解得ep3mgr(3)不考虑因缓慢转动装置对鱼饵速度大小的影响，质量为m的鱼饵离开管口后做平抛运动，设经过t时间落到水面上，离oo的水平距离为x1，由平抛运动规律有45rgt2x1v1tr由式解得x14r当鱼饵的质量为m时，设其到达管口c时速度大小为v2，由机械能守恒定律有epmg(1.5rr)v由式解得v22质量为m的鱼饵落到水面上时，设离oo的水平距离为x2，则x2v2tr由式解得x27r 鱼饵能够落到水面的最大面积ss(xx)r2(或8.25r2)e4实验：探究动能定理21(1)d42011福建卷 (2)e42011福建卷 (3)e3d22011福建卷 图110图110为某种鱼饵自动投放器中的投饵管装置示意图，其下半部ab是一长为2r的竖直细管，上半部bc是半径为r的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向，ab管内有一原长为r、下端固定的轻质弹簧投饵时，每次总将弹簧长度压缩到0.5r后锁定，在弹簧上端放置一粒鱼饵，解除锁定，弹簧可将鱼饵弹射出去设质量为m的鱼饵到达管口c时，对管壁的作用力恰好为零不计鱼饵在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能已知重力加速度为g.求：(1) 质量为m的鱼饵到达管口c时的速度大小v1；(2) 弹簧压缩到0.5r时的弹性势能ep；(3) 已知地面与水面相距1.5r，若使该投饵管绕ab管的中轴线oo在90角的范围内来回缓慢转动，每次弹射时只放置一粒鱼饵，鱼饵的质量在m到m之间变化，且均能落到水面持续投放足够长时间后，鱼饵能够落到水面的最大面积s是多少？21(1)d42011福建卷 (2)e42011福建卷 (3)e3d22011福建卷 【答案】 (1)质量为m的鱼饵到在管口c时做圆周运动的向心力完全由重力提供，则mgm由式解得v1(2)弹簧的弹性势能全部转化为鱼饵的机械能，由机械能守恒定律有epmg(1.5rr)mv由式解得ep3mgr(3)不考虑因缓慢转动装置对鱼饵速度大小的影响，质量为m的鱼饵离开管口后做平抛运动，设经过t时间落到水面上，离oo的水平距离为x1，由平抛运动规律有45rgt2x1v1tr由式解得x14r当鱼饵的质量为m时，设其到达管口c时速度大小为v2，由机械能守恒定律有epmg(1.5rr)v由式解得v22质量为m的鱼饵落到水面上时，设离oo的水平距离为x2，则x2v2tr由式解得x27r 鱼饵能够落到水面的最大面积ss(xx)r2(或8.25r2)e5实验：验证机械能守恒定律14e52011海南物理卷 现要通过实验验证机械能守恒定律实验装置如图19所示：水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上a点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为m，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上b点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，用d表示a点到导轨底端c点的距离，h表示a与c的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示a、b两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过b点时的瞬时速度用g表示重力加速度完成下列填空和作图：(1)若将滑块自a点由静止释放，则在滑块从a运动至b的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减小量可表示为_，动能的增加量可表示为_若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为 _.图111(2)多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点(a点)下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示：12345s/m0.6000.8001.0001.2001.400t/ms8.227.176.445.855.43/104s21.481.952.412.923.39以s为横坐标，为纵坐标，在图110的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k_104 m1s2(保留3位有效数字)图112由测得的h、d、b、m和m数值可以计算出s直线的斜率k0 ，将k和k0 进行比较，若其差值在实验允许的范围内，则可认为此实验验证了机械能守恒定律【答案】 (1)mgs(2)如图所示2.43图113【解析】 (1)滑块从a运动到b的过程中，滑块的重力势能减少，砝码的重力势能增加mgs；滑块通过遮光片的速度v，此时系统的动能ek(mm)v2，此即为系统动能的增加量；若机械能守恒，则有mgs，即(2)描点作图e6功和能综合21e62011四川卷 质量为m的带正电小球由空中a点无初速自由下落，在t秒末加上竖直向上、范围足够大的匀强电场，再经过t秒小球又回到a点不计空气阻力且小球从未落地，则()a整个过程中小球电势能变化了mg2t2b整个过程中小球动量增量的大小为2mgtc从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能变化了mg2t2d从a点到最低点小球重力势能变化了mg2t2【解析】 bdt时刻小球的速度vgt，竖直方向的位移hgt2，加电场后，小球做匀减速直线运动，由gt2gttat2，得小球的加速度为a3g，利用牛顿第二定律有：fmgma，解得电场力f4mg，从加电场到小球运动至最低点的位移为h.整个过程中小球电势能的变化量为epfh4mggt22mg2t2，a错误；末态小球的速度vatgt2gt，动量的增量大小为mv2mgt，b正确；从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能变化了mah，c错误；从a点到最低点小球重力势能变化了epmgmgmg2t2，d正确36e62011广东物理卷如图20所示，以a、b和c、d为端点的两半圆形光滑轨道固定于竖直平面内，一滑板静止在光滑水平地面上，左端紧靠b点，上表面所在平面与两半圆分别相切于b、c.一物块被轻放在水平匀速运动的传送带上e点，运动到a时刚好与传送带速度相同，然后经a沿半圆轨道滑下，再经b滑上滑板滑板运动到c时被牢固粘连物块可视为质点，质量为m，滑板质量m2m，两半圆半径均为r，板长l6.5r，板右端到c的距离l在rl5r范围内取值，e距a为s5r，物块与传送带、物块与滑板间的动摩擦因数均为0.5，重力加速度取g.(1)求物块滑到b点的速度大小；(2)试讨论物块从滑上滑板到离开滑板右端的过程中，克服摩擦力做的功wf与l的关系，并判断物块能否滑到cd轨道的中点图20【解析】 (1)设物块运动到a和b的速度分别为v1、v2，由动能定理mgsmv由机械能守恒定律mv2mgrmv联立解得v23(2)设从物块滑上滑板到滑板与物块达到相同的速度v3时，位移分别为l1和l2，由动量守恒定律mv2(mm)v3由动能定理mgl1mvmgl2mvmv联立解得l12r，l28r物块相对滑板的位移ll2l16rl即物块与滑板在达到相同速度时，物块未离开滑板若rl2r，则wfmg(ll)即wfmg(13r2l)若2rlr，由确定ek小于mgr，即物块不能滑到cd轨道的中点24e62011浙江卷 节能混合动力车是一种可以利用汽油及所储存电能作为动力来源的汽车有一质量m1000 kg的混合动力轿车，在平直公路上以v190 km/h匀速行驶，发动机的输出功率为p50 kw.当驾驶员看到前方有80 km/h的限速标志时，保持发动机功率不变，立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电，使轿车做减速运动，运动l72 m后，速度变为v272 km/h.此过程中发动机功率的用于轿车的牵引，用于供给发电机工作，发动机输送给发电机的能量最后有50%转化为电池的电能假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变求：(1)轿车以90 km/h在平直公路上匀速行驶，所受阻力f阻的大小；(2)轿车从90 km/h减速到72 km/h过程中，获得的电能e电 ；(3)轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能e电 维持72 km/h匀速运动的距离l.【答案】 (1)汽车牵引力与输出功率关系pf牵v将p50 kw，v190 km/h25 m/s代入得f牵2103 n当轿车匀速行驶时，牵引力与阻力大小相等，有f阻2103 n(2)在减速过程中，注意到发动机只有p用于汽车的牵引根据动能定理有ptf阻lmvmv代入数据得pt1.575105 j电源获得的电能为e电0.5pt6.3104 j(3)根据题设，轿车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力仍为f阻2103 n在此过程中，由能量转化及守恒定律可知，仅有电能用于克服阻力做功e电f阻l代入数据得l31.5 m.1【2011宁波模拟】一只苹果从楼上某一高度自由下落，苹果在空中依次经过三个完全相同的窗户1、2、3.图x81中直线为苹果在空中的运动轨迹若不计空气阻力的影响，以下说法正确的是( )图x81a苹果通过第3个窗户所用的时间最长b苹果通过第1个窗户的平均速度最大c苹果通过第3个窗户重力做的功最大d苹果通过第1个窗户重力的平均功率最小1d【解析】 苹果加速下落，运动越来越快，故苹果通过第3个窗户所用的时间最短，平均速度最大，a、b都错；窗户完全相同，所以苹果通过三个窗户重力做的功一样多，苹果通过第1个窗户用时最长，重力的平均功率最小，故c错，d对2【2011德州模拟】如图x82所示，现有两个完全相同的可视为质点的物块都从静止开始运动，一个自由下落，一个沿光滑的固定斜面下滑，最终它们都到达同一水平面上，空气阻力忽略不计，则( )图x82a重力做的功相等，重力做功的平均功率相等b它们到达水平面上时的动能相等c重力做功的瞬时功率相等d它们的机械能都是守恒的2bd【解析】 两物体从同一高度下落，根据机械能守恒定律知，它们到达水平面上时的动能相等，自由下落的物体先着地，重力做功的平均功率大，而着地时重力做功的瞬时功率等于重力与重力方向上的速度的乘积，故重力做功的瞬时功率不相等，选bd.3【2011济南模拟】如图x84所示是反映汽车从静止匀加速启动，最后做匀速运动的速度随时间及加速度、牵引力和功率随速度变化的图象，其中正确的是( )abcd图x843acd【解析】 机车启动时由pfv和ffma可知，匀加速启动过程，牵引力f、加速度a恒定不变，速度和功率均匀增大，当功率增大到额定功率后保持不变，牵引力逐渐减小到与阻力相等，加速度逐渐减小到零，速度逐渐增大到最大速度故acd正确4【2011德州模拟】如图x85所示为汽车在水平路面上启动过程中的速度图象，oa为过原点的倾斜直线，ab段表示以额定功率行驶时的加速阶段，bc段是与ab段相切的水平直线，则下述说法正确的是( )a0t1时间内汽车做匀加速运动且功率恒定bt1t2时间内汽车牵引力做功为mvmvct1t2时间内的平均速度为(v1v2)d在全过程中t1时刻的牵引力及其功率都是最大值，t2t3时间内牵引力最小图x854d【解析】 0t1时间内汽车做匀加速运动，牵引力恒定，但速度增加，故功率增加，a错；汽车水平方向受到牵引力和阻力作用，根据动能定理，t1t2时间内合力做功为mvmv ，故b错；公式(v1v2)适用于匀变速直线运动，故c错；功率增到t1时刻，不再增加，t1t2时间内功率恒定，但牵引力减小，t2t3时间内牵引力最小，与阻力相等，所以d对5.【2011巢湖模拟】从地面竖直上抛一个质量为m的小球，小球上升的最大高度为h.设上升和下降过程中空气阻力大小恒定为f.下列说法正确的是( )a. 小球上升的过程中动能减少了mghb. 小球上升和下降的整个过程中机械能减少了fhc. 小球上升的过程中重力势能增加了mghd. 小球上升和下降的整个过程中动能减少了fh5c【解析】 根据动能定理，上升的过程中动能减少量等于小球克服重力和阻力做的功，为mghfh，小球上升和下降的整个过程中动能减少量和机械能的减少量都等于全程中克服阻力做的功，为2fh，a、b、d错，选c.6【2011淄博模拟】物体沿直线运动的vt关系如图x87所示，已知在第1 s内合外力对物体做的功为w，则( )a从第1 s末到第3 s末合外力做功为4wb从第3 s末到第5 s末合外力做功为2w c从第5 s末到第7 s末合外力做功为wd从第3 s末到第4 s末合外力做功为0.75w图x87 6cd【解析】 由图知，第1 s末速度、第3 s末速度、第7 s速度大小关系：v1v3v7，由题知wmv0，则由动能定理知第1 s末到第3 s末合外力做功w2mvmv0，故a错误第3秒末到第5 s末合外力做功w30mvw，故b错误第5 s末到第7 s末合外力做功w4mv0w，故c正确第3 s末到第4 s末合外力做功w5mvmv；因v4v3，所以w50.75w，故d正确7【2011芜湖模拟】一环状物体套在光滑水平直杆上，能沿杆自由滑动，绳子一端系在物体上，另一端绕过定滑轮，用大小恒定的力f拉着，使物体沿杆自左向右滑动，如图x88所示，物体在杆上通过a、b、c三点时的动能分别为ea、eb、ec，且abbc，滑轮质量和摩擦均不计，则下列关系中正确的是( ) 图x88aebeaecebbebeaecebcebeaecebdeaebec7cd【解析】 对环状物体，绳的拉力对其做正功，物体的动能增加，d对；但这个力为变力，它做的功等于恒力f的功，恒力f的功等于f与它作用的绳伸长的距离的乘积，从a到b绳伸长的距离大于从b到c绳伸长的距离，根据动能定理，故c对8【2011哈尔滨九中模拟】如图x89所示，一质量为m的质点在半径为r的半球形容器中(容器固定)由静止开始自边缘上的a点滑下，到达最低点b时，它对容器的正压力为fn.重力加速度为g，则质点自a滑到b的过程中，摩擦力对其所做的功为( )a.r(fn3mg) b.r(3mgfn)c.r(fnmg) d.r(fn2mg)图x89图x8108a【解析】 质点到达最低点b时，它对容器的正压力为fn，根据牛顿定律有fnmgm，根据动能定理，质点自a滑到b的过程中有wfmgrmv2，故摩擦力对其所做的功wfrfnmgr.9【2011濮阳一模】如图x810所示，物块一次沿轨道1从a点由静止下滑至底端b点，另一次沿轨道2从a点由静止下滑经c点至底端b点，accb.物块与两轨道间的动摩擦因数相同，不考虑物块在c点处撞击的因素，则在物块两次下滑过程中，下列说法正确的是()a物块受到摩擦力相同b沿轨道1下滑时的位移较小c物块滑至b点时速度大小相同d两种情况下损失的机械能相同9cd【解析】 物块沿轨道1滑下来时，设斜面的倾角为，轨道1长为l，a点在水平面上的投影为a，a到水平面的距离为h，由动能定理：mgh(mgcos)xmv，即mghmgabmv，同理可得，物块沿轨道2滑下时，有mghmgabmv，也就是沿两轨道下滑时，摩擦力做功一样多，但摩擦力不同，所以cd对，a错；位移是从初位置指向末位置的有向线段，故位移相同，b错10【2011苏北模拟】如图x811所示装置由ab、bc、cd三段轨道组成，轨道交接处均由很小的圆弧平滑连接，其中轨道ab、cd段是光滑的，水平轨道bc的长度x5 m，轨道cd足够长且倾角37，a、d两点离轨道bc的高度分别为h14.30 m、h21.35 m现让质量为m的小滑块自a点由静止释放已知小滑块与轨道bc间的动摩擦因数为0.5，重力加速度g取10 m/s2，sin370.6，cos370.8.求：(1)小滑块第一次到达d点时的速度大小；(2)小滑块第一次与第二次通过c点的时间间隔；(3)小滑块最终停止的位置距b点的距离 图x81110【解析】 (1)小滑块从abcd过程中，由动能定理得mg(h1h2)mgxmv0将h1、h2、x、g代入得：vd3 m/s(2)小滑块从abc过程中，由动能定理得mgh1mgxmv将h1、x、g代入得：vc6 m/s小滑块沿cd段上滑的加速度大小agsin6 m/s2小滑块沿cd段上滑到最高点的时间t11 s由对称性可知，小滑块从最高点滑回c点的时间t2t11 s故小滑块第一次与第二次通过c点的时间间隔tt1t22 s(3)对小滑块运动全过程利用动能定理，设小滑块在水平轨道上运动的总路程为x总 有：mgh1mgx总将h1、代入得x总8.6 m故小滑块最终停止的位置距b点的距离为2xx总1.4 m11【2011临沂模拟】质量为m的小球从高h处由静止开始自由下落，以地面作为参考平面当小球的动能和重力势能相等时，重力的瞬时功率为( )a2mg bmgc.mg d.mg11b【解析】 动能和重力势能相等时，根据机械能守恒定律有：2mghmgh，得下落高度为h，速度v，故pmgvmg，b选项正确12【2011重庆模拟】半径为r的圆桶固定在小车上，有一光滑小球静止在圆桶的最低点，如图x91所示小车以速度v向右匀速运动，当小车遇到障碍物突然停止时，小球在圆桶中上升的高度不可能的是()a等于b大于c小于d等于2r图x91图x9212b【解析】 小球沿圆桶上滑过程中机械能守恒，由机械能守恒分析，若小球不能通过与圆桶中心等高的位置，则h；若小球能通过与圆桶中心等高的位置，但不能通过圆桶最高点，则小球在圆心上方某位置脱离圆桶，斜抛至最高点，这种情况小球在圆桶中上升的高度小于；若小球能通过圆桶最高点，小球在圆桶中上升的高度等于2r，所以a、c、d是可能的13【2011苏北模拟】如图x92所示，固定在竖直面内的光滑圆环半径为r，圆环上套有质量分别为m和2m的小球a、b(均可看作质点)，且小球a、b用一长为2r的轻质细杆相连，在小球b从最高点由静止开始沿圆环下滑至最低点的过程中(已知重力加速度为g)，下列说法正确的是( )aa球增加的机械能等于b球减少