2020届高考物理二轮复习刷题首选卷专题六机械能及其守恒定律精练（含解析）.docx

专题六机械能及其守恒定律经典特训题组1(多选)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先逐渐减小到零，再逐渐增大C先逐渐增大到某一值，再逐渐减小D先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大答案ABD解析若该恒力与开始时质点匀速运动的方向夹角小于90，则该恒力做正功，该质点的动能一直增大，A正确；若该恒力与开始时匀速运动的方向相反，则该恒力先做负功，待速度减小到零后该恒力做正功，该质点的动能先逐渐减小到零，再逐渐增大，B正确；如果恒力方向与原来速度方向成锐角，那么将速度沿恒力方向所在直线和垂直恒力方向分解，恒力与其中一个分速度方向相同，这个分速度就会增加，另一个方向的分速度不变，那么合速度就会增加，不会减小，故C错误；若该恒力与开始时匀速运动的方向夹角大于90小于180，则该恒力先做负功，后做正功，该质点的动能先逐渐减小至某一非零的最小值，再逐渐增大，D正确。2(多选)放在粗糙水平地面上的物体受到水平拉力的作用，在06 s内其速度与时间的图象和该拉力的功率与时间的图象分别如图甲、乙所示。下列说法正确的是()A06 s内物体的位移大小为30 mB06 s内拉力做的功为70 JC合外力在06 s内做的功与02 s内做的功相等D滑动摩擦力的大小为5 N答案ABC解析由vt图象与t轴围成的面积表示位移，可得06 s内物体的位移大小x6 m30 m，故A正确；由Pt图象与t轴围成的面积表示做功多少，可得在02 s内拉力对物体做功W1 J30 J，26 s内拉力对物体做功W2104 J40 J，所以06 s内拉力做的功为WW1W270 J，B正确；由图甲可知，在26 s内，物体做匀速运动，合外力为零，则合外力在06 s内做的功与02 s内做的功相等，故C正确；在26 s内，v6 m/s，P10 W，物体做匀速运动，滑动摩擦力fF N N，故D错误。3. 一汽车在平直公路上行驶。从某时刻开始计时，发动机的功率P随时间t的变化如图所示。假定汽车所受阻力的大小f恒定不变。下列描述该汽车的速度v随时间t变化的图象中，可能正确的是()答案A解析设牵引力大小为F，由题图可知，汽车先以恒定功率P1运动，P1Fv，零时刻，若Ff，则a，随着v增大，F减小，汽车刚开始做加速度减小的加速运动，当F减小为f，即v时，汽车做匀速直线运动，当功率在t1时刻增大为P2时，速度瞬时不变，牵引力增大，汽车又开始先做加速度减小的加速直线运动，当F减小为f，即v时，汽车再次做匀速直线运动，所以A正确，B错误，D错误；零时刻，若Ff，则在0t1时，汽车做匀速直线运动，当t1时刻功率增大为P2时，汽车开始先做加速度减小的加速直线运动，当F减小为f，即v时，汽车做匀速直线运动，故C错误。4. (多选)如图，小球套在光滑的竖直杆上，轻弹簧一端固定于O点，另一端与小球相连。现将小球从M点由静止释放，它在下降的过程中经过了N点。已知在M、N两点处，弹簧对小球的弹力大小相等，且ONMOMNOB，现将该杆静置于水平方向，放手后两球开始运动，已知两球在运动过程中受到大小始终相同的空气阻力作用，则从开始运动到杆转到竖直位置的过程中，以下说法正确的是()A两球组成的系统机械能守恒BB球克服重力做的功等于B球重力势能的增加量C重力和空气阻力对A球做功代数和等于它的动能增加量DA球克服空气阻力做的功大于B球克服空气阻力做的功答案BD解析由于两球组成的系统在运动过程中空气阻力做负功，不符合机械能守恒定律的条件，即系统机械能不守恒，A错误；B球克服重力做功WGmBgOB，其重力势能的增加量EpmBgOB，两者相等，即B球克服重力做的功等于B球重力势能的增加量，B正确；根据动能定理，合外力做的功等于物体动能的变化，A球运动过程中有重力GA、空气阻力f和轻杆对它的力F对它做功，所以重力和空气阻力对A球做功代数和不等于它的动能增加量，C错误；由于两球在运动过程中受到大小始终相同的空气阻力作用，由微元法可知A球克服空气阻力做的功为WAf，B球克服空气阻力做的功为WBf，且，故WAWB，D正确。真题调研题组1(2017全国卷) 如图，一光滑大圆环固定在桌面上，环面位于竖直平面内，在大圆环上套着一个小环。小环由大圆环的最高点从静止开始下滑，在小环下滑的过程中，大圆环对它的作用力()A一直不做功 B一直做正功C始终指向大圆环圆心 D始终背离大圆环圆心答案A解析光滑大圆环对小环只有弹力作用。弹力方向沿大圆环的半径方向(下滑过程先背离圆心，后指向圆心)，与小环的速度方向始终垂直，不做功。故选A。2(2018全国卷)高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动。在启动阶段，列车的动能()A与它所经历的时间成正比B与它的位移成正比C与它的速度成正比D与它的动量成正比答案B解析列车做初速度为零的匀加速直线运动，列车动能Ekmv2，又因为vat，所以Ekma2t2，加速度a恒定，动能跟时间t的平方成正比，A错误；根据动能定理EkW合F合smas，故动能与位移成正比，B正确；动能与速度平方成正比，故C错误；由Ek，可知动能与动量的平方成正比，D错误。3(2019江苏高考)(多选)如图所示，轻质弹簧的左端固定，并处于自然状态。小物块的质量为m，从A点向左沿水平地面运动，压缩弹簧后被弹回，运动到A点恰好静止。物块向左运动的最大距离为s，与地面间的动摩擦因数为，重力加速度为g，弹簧未超出弹性限度。在上述过程中()A弹簧的最大弹力为mgB物块克服摩擦力做的功为2mgsC弹簧的最大弹性势能为mgsD物块在A点的初速度为答案BC解析物块向左运动压缩弹簧，弹簧最短时，弹簧弹力最大，物块具有向右的加速度，弹簧弹力大于摩擦力，即Fmmg，A错误；根据功的公式，物块克服摩擦力做的功Wmgsmgs2mgs，B正确；从物块将弹簧压缩到最短至物块运动到A点静止的过程中，根据能量守恒定律，弹簧的弹性势能通过摩擦力做功转化为内能，故Epmmgs，C正确；根据能量守恒定律，在整个过程中，物体的初动能通过摩擦力做功转化为内能，即mv22mgs，所以v2，D错误。4(2018江苏高考) (多选)如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小物块，O点为弹簧在原长时物块的位置。物块由A点静止释放，沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最远到达B点。在从A到B的过程中，物块()A加速度先减小后增大B经过O点时的速度最大C所受弹簧弹力始终做正功D所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功答案AD解析物体从A点到O点的过程，弹力逐渐减为零，刚开始弹簧弹力大于摩擦力，故可分为弹力大于摩擦力过程和弹力小于摩擦力过程：弹力大于摩擦力过程，合力向右，加速度也向右，由于弹力逐渐减小，摩擦力不变，物块所受合力逐渐减小，加速度逐渐减小，当弹力等于摩擦力时速度最大，此位置在A点与O点之间；弹力小于摩擦力过程，合力方向与运动方向相反，弹力减小，摩擦力大小不变，物体所受合力增大，物体的加速度随弹簧形变量的减小而增大，方向向左，物体做减速运动；从O点到B点的过程弹力增大，合力向左，加速度继续增大，A正确、B错误；从A点到O点过程，弹簧由压缩恢复原长，弹力做正功，从O点到B点的过程，弹簧被拉伸，弹力做负功，故C错误；从A到B的过程中根据动能定理弹簧弹力做的功等于物体克服摩擦力做的功，故D正确。5. (2018全国卷)(多选)地下矿井中的矿石装在矿车中，用电机通过竖井运送至地面。某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示，其中图线分别描述两次不同的提升过程，它们变速阶段加速度的大小都相同；两次提升的高度相同，提升的质量相等。不考虑摩擦阻力和空气阻力。对于第次和第次提升过程()A矿车上升所用的时间之比为45B电机的最大牵引力之比为21C电机输出的最大功率之比为21D电机所做的功之比为45答案AC解析设第次所用时间为t，根据速度图象与t轴所围的面积等于位移(此题中为提升的高度)可知，2t0v0v0，解得：t，所以第次和第次提升过程所用时间之比为2t045，A正确；由于两次提升变速阶段的加速度大小相同，在匀加速阶段，由牛顿第二定律，Fmgma，可得电机的最大牵引力之比为11，B错误；由功率公式PFv，电机输出的最大功率之比等于最大速度之比，为21，C正确；两次提升过程中动能增加量均为0，由动能定理得W电mgh0，两次提升高度h相同，所以电机两次做功相同，D错误。6(2019全国卷) 从地面竖直向上抛出一物体，物体在运动过程中除受到重力外，还受到一大小不变、方向始终与运动方向相反的外力作用。距地面高度h在3 m以内时，物体上升、下落过程中动能Ek随h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。该物体的质量为()A2 kg B1.5 kg C1 kg D0.5 kg答案C解析画出运动示意图如图，设阻力大小为f，据动能定理知，AB(上升过程)：EkBEkA(mgf)hCD(下落过程)：EkDEkC(mgf)h联立以上两式，解得物体的质量m1 kg，C正确。7. (2019全国卷)(多选)从地面竖直向上抛出一物体，其机械能E总等于动能Ek与重力势能Ep之和。取地面为重力势能零点，该物体的E总和Ep随它离开地面的高度h的变化如图所示。重力加速度取10 m/s2。由图中数据可得()A物体的质量为2 kgBh0时，物体的速率为20 m/sCh2 m时，物体的动能Ek40 JD从地面至h4 m，物体的动能减少100 J答案AD解析由于Epmgh，所以Ep与h成正比，斜率kmg，由图象得k20 N，因此m2 kg，A正确；当h0时，Ep0，E总Ekmv，因此v010 m/s，B错误；由图象知h2 m时，E总90 J，Ep40 J，由E总EkEp得Ek50 J，C错误；h4 m时，E总Ep80 J，即此时Ek0，即从地面至h4 m，动能减少100 J，D正确。8. (2018全国卷)如图，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R；bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点。一质量为m的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点处从静止开始向右运动。重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为()A2mgR B4mgR C5mgR D6mgR答案C解析小球始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，机械能的增量E机W水平外力，机械能的增量等于水平外力在从a点开始运动到其轨迹最高点过程做的功。设小球运动到c点的速度为vc，由动能定理有：F3RmgRmv，解得：vc2。小球运动到c点后，根据小球受力情况，可分解为水平方向初速度为零的匀加速直线运动，加速度为axg，竖直方向的竖直上抛运动，加速度也为g，小球上升至最高点时，竖直方向速度减小为零，时间为t，水平方向的位移为：xaxt2g22R，综上所述小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为E机F(3Rx)5mgR，正确答案为C。9. (2018天津高考)滑雪运动深受人民群众喜爱，某滑雪运动员(可视为质点)由坡道进入竖直面内的圆弧形滑道AB，从滑道的A点滑行到最低点B的过程中，由于摩擦力的存在，运动员的速率不变，则运动员沿AB下滑过程中()A所受合外力始终为零 B所受摩擦力大小不变C合外力做功一定为零 D机械能始终保持不变答案C解析因为运动员做曲线运动，所以合力一定不为零，A错误；运动员受力如图所示，由于运动员速率不变，切线方向的合力为零，故有fmgsin，运动过程中在减小，摩擦力在减小，B错误；运动员运动过程中速率不变，质量不变，即动能不变，动能变化量为零，根据动能定理可知合力做功为零，C正确；因为运动员克服摩擦力做功，所以机械能不守恒，D错误。10(2017全国卷)一质量为8.00104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地面。飞船在离地面高度1.60105 m处以7.50103 m/s的速度进入大气层，逐渐减慢至速度为100 m/s时下落到地面。取地面为重力势能零点，在飞船下落过程中，重力加速度可视为常量，大小取为9.8 m/s2。(结果保留两位有效数字)(1)分别求出该飞船着地前瞬间的机械能和它进入大气层时的机械能；(2)求飞船从离地面高度600 m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功，已知飞船在该处的速度大小是其进入大气层时速度大小的2.0%。答案(1)4.0108 J2.41012 J(2)9.7108 J解析(1)飞船着地前瞬间的机械能为Ek0mv式中，m和v0分别是飞船的质量和着地前瞬间的速率。由式和题给数据得Ek04.0108 J设地面附近的重力加速度大小为g。飞船进入大气层时的机械能为Ehmvmgh式中，vh是飞船在高度1.60105 m处的速度大小。由式和题给数据得Eh2.41012 J。(2)飞船在高度h600 m处的机械能为Ehm2mgh由功能原理得WEhEk0式中，W是飞船从高度600 m处至着地前瞬间的过程中克服阻力所做的功。由式和题给数据得W9.7108 J。模拟冲刺题组1(2019山东德州二模)(多选)机动车以恒定的功率在水平路面上以速度v匀速行驶，若行驶过程中功率突然变为原来的一半，且以后保持不变，整个过程中机动车受到的阻力不变，以下说法正确的是()A功率改变时，牵引力也立即变为原来的一半B功率改变后的一小段时间内，牵引力逐渐减小C功率改变后的一小段时间内，加速度逐渐增大D经过一段时间后，机动车会以速度匀速运动答案AD解析设开始时机动车的牵引力为F，阻力为Ff，功率为P1，则有FFf，当机动车突然减小油门，使机动车的功率减小为P，机动车那一瞬间的速度不变仍为v，由PFv知机动车牵引力会突然变为FL后，x增大，且xhL，则Epk(hL)2，Eph图线是开口向上的抛物线，故B正确。8(2019广东惠州二模)如图所示，遥控电动赛车(可视为质点)从A点由静止出发，经过时间t后关闭电动机，赛车继续前进至B点后进入固定在竖直平面内的圆形光滑轨道，通过轨道最高点P后又进入水平轨道CD上。已知赛车在水平轨道AB部分和CD部分运动时受到阻力恒为车重的0.5倍，即k0.5，赛车的质量m0.4 kg，通电后赛车的电动机以额定功率P2 W工作，轨道AB的长度L2 m，圆形轨道的半径R0.5 m，空气阻力可忽略，取重力加速度g10 m/s2。某次比赛，要求赛车在运动过程中既不能脱离轨道，又在CD轨道上运动的路程最短。在此条件下，求：(1)赛车在CD轨道上运动的最短路程；(2)赛车电动机工作的时间。答案(1)2.5 m(2)4.5 s解析(1)要求赛车在运动过程中既不能脱离轨道，又在CD轨道上运动的路程最短，则赛车经过圆轨道P点时速度最小，此时赛车对轨道的压力为零，重力提供向心力：mgm由机械能守恒定律可得：mg2Rmvmv由上述两式联立代入数据可得：vC5 m/s设赛车在CD轨道上运动的最短路程为x，由动能定理可得：kmgx0mv代入数据可得：x2.5 m。(2)由于竖直圆轨道光滑，由机械能守恒定律可知：vBvC5 m/s赛车从A点到B点的运动过程中，由动能定理可得：PtkmgLmv代入数据可得：t4.5 s。热门预测题组1(2019河南郑州三模)(多选)“弹跳小人”(如图甲所示)是一种深受儿童喜爱的玩具，其原理如图乙所示。竖直光滑长杆固定在地面不动，套在杆上的轻质弹簧下端不固定，上端与滑块拴接，滑块的质量为0.80 kg。现在向下压滑块，直到弹簧上端离地面高度h0.40 m时，然后由静止释放滑块。滑块的动能Ek随离地高度h变化的图象如图丙所示。其中高度从0.80 m到1.40 m范围内的图线为直线，其余部分为曲线。若以地面为重力势能的参考平面，空气阻力为恒力，g取10 m/s2。则结合图象可知()A弹簧原长为0.72 mB空气阻力大小为1.00 NC弹簧的最大弹性势能为9.00 JD弹簧在落回地面的瞬间滑块的动能为5.40 J答案BC解析由题意知，从h0.80 m开始图线为直线，弹簧恢复原长，弹簧下端与地面分离，则知弹簧的原长为0.80 m，故A错误；在Ekh图象中，根据动能定理知，图线的斜率表示滑块所受的合外力，由于高度从0.80 m到1.40 m范围内图象为直线，说明滑块从0.80 m上升到1.40 m范围内所受作用力为恒力，根据动能定理得(mgf)h0Ek，由图知h0.60 m，Ek5.40 J，解得空气阻力