2017年最新全国各地高考物理真题汇编_E单元功和能

1、E1 功和功率24. E1、J2、K12017北京卷发电机和电动机具有装置上的类似性，源于它们机理上 的类似性直流发电机和直流电动机的工作原理可以简化为如图1、图2所示的情景.Mr1f阳L在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为 L,电阻不计.电阻为 R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上， 与轨道接触良好，以速度 v（v平行于MN）向右做匀速运动.图1轨道端点M、P间接有阻值为r的电阻，导体棒ab受到水平向右的外力作用图 2轨道端点M、P间接有直流电源，导体棒 ab通过滑轮匀速提升重物，电路中的电流为I.（1）求在 t时间内，图1 “

2、发电机”产生的电能和图2 “电动机”输出的机械能；（2）从微观角度看，导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹力在上述能量转化中起着重要作 用.为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷.a.请在图3（图1的导体棒ab）、图4（图2的导体棒ab）中，分别画出自由电荷所受洛伦 兹力的示意图.导体棒ab中的自由电荷所受洛伦兹2 “电动机”为例，通过计算分析说明.b.我们知道，洛伦兹力对运动电荷不做功那么, 力是如何在能量转化过程中起到作用的呢？请以图24.答案B2L2v% tR+ r略BILvA t解析图1中，电路中的电流BLvI1=RLvr棒ab受到的安培力F1= BI1L在A t时间内，“发电机”产生

3、的电能等于棒 ab克服安培力做的功_B1CmglD. 2mgl 16. A 解析由题可知，缓慢提升绳子，在整个过程中，动能不变，则外力做功Wf等于重力势能的增加量A Ep，将Q端提升至M位置处，过程如图所示由图可知：全程重 力势能增加量A Ep可视为NQ段上升增加的重力势能. 取NQ段为研究对象，此段质量大小1 1 1为m= m，其重心位置上升高度为h= 31，则外力做功为 W= =A Ep= mgh=mgl，A正L2v2A tE 电=Fi v A t =R+ r图2中，棒ab受到的安培力F2= BIL在A t时间内，“电动机”输出的机械能等于安培力对棒ab做的功E 机=F2 vA t = B

4、ILv A t(2) a.如图3、图4所示.b.设自由电荷的电荷量为 q，沿导体棒定向移动的速率为u.如图4所示，沿棒方向的洛伦兹力f= qvB，做负功Wi= fi u A t= qvBu A t垂直棒方向的洛伦兹力 f2= quB,做正功W2= f2 v A t= quBv A t所以W1 = W,即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做功为零.f1做负功，阻碍自由电荷的定向移动，宏观上表现为“反电动势”，消耗电源的电能；f2做正功，宏观上表现为安培力做正功，使机械能增加大量自由电荷所受洛伦兹力做功 的宏观表现是将电能转化为等量的机械能，在此过程中洛伦兹力通过两个分力做功起到“传递”能量的作用

5、.16. E1、E22017全国卷川如图所示，一质量为 m、长度为I的均匀柔软细绳 PQ竖1直悬挂用外力将绳的下端Q缓慢地竖直向上拉起至 M点，M点与绳的上端P相距1l.重力3 加速度大小为g.在此过程中，外力做的功为 ()11A. mglB.6mgl确.4. D6、E1、F12017天津卷“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮，是 天津市的地标之一.摩天轮悬挂透明座舱，乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动.下列叙述正确的是()图1A .摩天轮转动过程中，乘客的机械能保持不变B .在最高点时，乘客重力大于座椅对他的支持力C.摩天轮转动一周的过程中，乘客重力的冲量为零D .摩天轮转动过程中，

6、乘客重力的瞬时功率保持不变4. B 解析乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动，动能保持不变，而重力势能时 刻改变，A错误；在最高点合外力提供向心力，方向向下，所以在最高点，乘客重力大于座 椅对他的支持力，B正确；乘客重力的冲量等于重力与时间的乘积， C错误；乘客向下的瞬 时分速度时刻在改变，所以重力的瞬时功率也时刻在变化，D错误.E2动能动能定理3. E22017 苏卷一小物块沿斜面向上滑动，然后滑回到原处.物块初动能为(EkO,)3. C 解析小物块上滑过程，由动能定理得(mgsin B + 口 mgos 0 )x= Ek Eko,整理得Ek= Eko - (mgsin B + 口 mgos

7、0 )x.设小物块上滑的最大位移大小为s,小物块下滑过程，由动能定理得(mgsin 0 卩 mgos 0 )(s-x) = Ek 0,整理得 Ek = (mgsin 0 卩 mgos 0 )s (mgsin 0 卩 mgos 0 )x，所以选项 C 正确.14. B4、E22017江苏卷如图所示，两个半圆柱A、B紧靠着静置于水平地面上，其上有一光滑圆柱 C,三者半径均为 R.C的质量为m, A、B的质量都为m，与地面间的动摩擦因数均为 仏现用水平向右的力拉 A，使A缓慢移动，直至C恰好降到地面.整个过程中B 保持静止.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g求：(1) 未拉A时，C受到B作

8、用力的大小F;动摩擦因数的最小值gin ；(3) A移动的整个过程中，拉力做的功W.14.答案彳mg (2)于(3)(2 厂 1)( .3 1)mgR解析(1)C受力平衡，则2Fcos 30= mg解得F nmgC恰好降到地面时，B受C压力的水平分力最大，为FxmaxnmgB受地面的摩擦力f=卩mg根据题意 fmin = F xmax,解得(Jmin =(3) C下降的高度h = ( 3 1)RA 的位移 x = 2( .3 1)R摩擦力做功的大小 Wf= fx= 2( 3 1)卩mgR根据动能定理得 W Wf+ mgh= 0 0解得 W= (2 卩一1)( 3 1)mgR24. E2、E32

9、017全国卷I 一质量为 8.00 X 104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地 面.飞船在离地面高度1.60X 105 m处以7.5X 103 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2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%.24.答案(1)4.0 X 108 J 2.4X 1012 J(2)

10、 9.7 X 108 J解析(1)飞船着地前瞬间的机械能为1Ek0 = 2 mv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Eko= 4.0 X 108 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1Eh = qmvh+ mgh 式中，Vh是飞船在高度1.6X 105 m处的速度大小.由 式和题给数据得Eh= 2.4X 1012 J 飞船在高度h = 600 m处的机械能为l1202丄金Eh = ?m iooVh +mgh 由功能原理得W= Eh Eko 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W= 9.7X

11、108 J 14. D5、E22017全国卷川2017年4月，我国成功发射的天舟一号货运飞船与天宫二 号空间实验室完成了首次交会对接，对接形成的组合体仍沿天宫二号原来的轨道（可视为圆轨道）运行.与天宫二号单独运行时相比，组合体运行的（）A周期变大C.动能变大B .速率变大D.向心加速度变大14. C解析由天体知识可知 T= 2 nv=a = GRM，半径不变，周GM期T、速率加速度a的大小均不变，故 A、B、D错误.速率v不变，组合体质量 m变大，故动能1Ek= ?mv2变大，C正确.16. E1、E22017全国卷川如图所示，一质量为 m、长度为I的均匀柔软细绳 PQ竖1直悬挂用外力将绳的下

12、端Q缓慢地竖直向上拉起至M点，M点与绳的上端P相距;l.重力3加速度大小为g.在此过程中，外力做的功为（）P丄3Q图1A.mglB.6mgl11CmglD. ?mgl16. A解析由题可知，缓慢提升绳子，在整个过程中，动能不变，则外力做功Wf等于重力势能的增加量厶 Ep,将q端提升至M位置处，过程如图所示由图可知：全程重力势能增加量 Ep可视为NQ段上升增加的重力势能.取NQ段为研究对象，此段质量大小1 1 1为m= 3m,其重心位置上升高度为 h= 3I,则外力做功为 W = Ep= mgh=gmgl, A正 确.E3机械能守恒定律22. E3、B4、112017北京卷如图5所示，长1= 1

13、 m的轻质细绳上端固定, 一个可视为质点的带电小球，小球静止在水平向右的匀强电场中，绳与竖直方向的夹角 37 已知小球所带电荷量q= 1.0X 10度 g= 10 m/s2, sin 37= 0.6, cos6 C,匀强电场的场强 E= 3.0X 103 N/C ,下端连接0=取重力加速图5(1) 小球所受电场力 F的大小；(2) 小球的质量m；将电场撤去，小球回到最低点时速度22.答案(1)3.0 X 10 3 N (2)4.0 X 10 4 kg(3) 2.0 m/s解析(1)F = qE= 3.0X 10 3 N由圧=tan 37 得 m= 4.0X 10 4 kgmgv的大小.1 (3

14、)由 mgl(1 cos 37 ) = ?mv2得 v= 2gl (1 cos 37)= 2.0 m/s9. C3、E3(多选)2017江苏卷如图所示，三个小球 A、B、C的质量均为C间通过铰链用轻杆连接，杆长为L.B、C置于水平地面上，用一轻质弹簧连接，弹簧处于m, A 与 B、原长现A由静止释放下降到最低点，两轻杆间夹角 a由60。变为120 .A、B、C在同一竖直平面内运动，弹簧在弹性限度内，忽略一切摩擦，重力加速度为g.则此下降过程中()3A . A的动能达到最大前，B受到地面的支持力小于 qmg3B. A的动能最大时，B受到地面的支持力等于 mgC. 弹簧的弹性势能最大时，A的加速度

15、方向竖直向下D .弹簧的弹性势能最大值为 FmgL9. AB 解析A球由静止下降经过先加速达到速度最大、 A动能达到最大，即速度最大时，其所受合力为零，此时以体的加速度为零,故地面对整体的支持力等于整体的重力,选项B正确；在A下降加速达到最大速度之前,再减速至速度为零的过程.A、B、C整体为研究对象，整3B受到地面的支持力等于3mg,B、C整体为研究A处于失重状态，以 A、3?mg,选项A正A竖直向上先加对象，地面对整体的支持力小于整体的重力，故B受到地面的支持力小于A处于最低点，之后C错误；对整个系统由机械能守恒定律得,确；当弹簧的弹性势能最大时，弹簧长度最大，此时， 速再减速，回到原位置，

16、以后周期性运动，选项J3- 1Epmax= mg(Lcos 30- Leos 60 ) =mgL，选项 D 错误.24. E2、E32017全国卷I 一质量为 8.00 X 104 kg的太空飞船从其飞行轨道返回地 面飞船在离地面高度1.60 X 105 m处以7.5 X 103 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2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

17、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%.24.答案(1)4.0 X 108 J 2.4X 1012 J(2)9.7 X 108 J解析(1)飞船着地前瞬间的机械能为Ek0 = *mv2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Ek0= 4.0 X 108 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Eh = *mv2+ mgh 式中，Vh是飞船在高度1.6X 105 m处的速度大小.由 式和题给数据得Eh= 2.4X 1012 J 飞船在高度h = 600 m处的机械能为2Ei= m 100vh + mgh 由功能原理得W=

18、 Eh- Ek0 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W= 9.7X 108 J 10. A3、E3、F22017天津卷如图所示，物块 A和B通过一根轻质不可伸长的细绳 相连，跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧，质量分别为mA = 2 kg、mB= 1 kg.初始时A静止于水平地面上，B悬于空中.现将B竖直向上再举高 h= 1.8 m (未触及滑轮)，然后由静止释 放. 一段时间后细绳绷直，A、B以大小相等的速度一起运动，之后B恰好可以和地面接触.取g= 10 m/s2，空气阻力不计求：图1(1) B从释放到细绳刚绷直时的运动时间t;(2) A的最

19、大速度 v的大小；(3) 初始时B离地面的高度 H.10.答案(1)0.6 s (2)2 m/s (3)0.6 m解析(1)B从释放到细绳刚绷直前做自由落体运动，有1h= gt2 代入数据解得t= 0.6 s 设细绳绷直前瞬间B速度大小为VB,有VB= gt 细绳绷直瞬间，细绳张力远大于A、B的重力，A、B相互作用，由动量守恒得mBVB= (mA+ mB)v 之后A做匀减速运动，所以细绳绷直后瞬间的速度v即为最大速度，联立 式,代入数据解得v= 2 m/s (3) 细绳绷直后，A、B 一起运动，B恰好可以和地面接触，说明此时A、B的速度为零,这一过程中A、B组成的系统机械能守恒，有2（mA+

20、mB）v2 + mBgH = mAgH 代入数据解得H = 0.6 m E4实验：探究动能定理21. E42017北京卷如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况禾U用该装置可以完成“探究动能定 理”的实验.打点计时器使用的电源是 （填选项前的字母）A .直流电源 B .交流电源实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是 （填选项前的字母）.A .把长木板右端垫高B .改变小车的质量在不挂重物且 （填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响.A. 打点计时器不打点B.打

21、点计时器打点（3）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为0在纸带上依次取 A、B、C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T测得A、B、C各点到0点的距离分别为xi、X2、X3，如图2所示.Artf*J*图2实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg,从打0点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W=，打B点时小车的速度 v =.以v2为纵坐标，W为横坐标，禾U用实验数据作出如图3所示的v2-W图像.由此图像可得v2随W变化的表达式为 .根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含 v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应

22、是（5）假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量 的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2-W关系的是 B21.答案(1)B(2)A B31(3) mgx22T(4) v挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到. 挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图所示.选择某一点为O,依次每隔4个计时点取一个计数点.用刻度尺量出相邻计数点间的距离厶x,记录在纸带上.计算打出各计数点时小车的速度V,其中打出计数点“ 1时小车的速度V1=m/s.d 123457|斗HOtjzjQ 298 3423 朋 4334血岸也cm图1将钩码的重力视为

23、小车受到的拉力，取g= 9.80 m/s2，利用 W= mg x算出拉力对小 = kW, k= (4.5 5.0) m2 2 j_1 质量(5) A解析(1)打点计时器使用交流电源，所以选项B正确.(2) 要用重力的分量来平衡摩擦力和其他阻力，所以选项A正确检验是否平衡了摩擦力时，要让打点计时器打点并观察小车是否匀速运动，所以选项B正确.(3) 做功表达式为 W= Fx,又因为 F = mg, x= X2,则 W= mgx2.由中间时刻速度等于平均速度可知，X3 X1v 2T -由数学关系可得，v2= kW,其中k为图像斜率，k= (4.55.0)m2s2 J由W= *Mv22可得v2=mw,

24、则图像斜率与质量有关.若重物的质量不满足远小于小车质量的条件，那么重物重力势能的减小量等于重物11 1 2和小车动能的增加量之和，即W= mv2+ Mv2，则W= (m+ M)v2, v2=W,仍为正22m+ M比例函数，所以A图正确.10 . E42017江苏卷禾U用如图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系.小车的质量为 M = 200.0 g,钩码的质量为 m= 10.0 g,打点计时器的电源为 50 Hz的交 流电.1车做的功 W.利用Ek= -Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量厶Ek.计算结果见下表.W/ X 10 3 J2.452.923.353.814.26 Ek/

25、X 10 3 J2.312.733.123.614.00请根据表中的数据，在方格纸上作出Ek-W图像.(4) 实验结果表明， Ek总是略小于 W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造 成的用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=N.10.答案(1)小车做匀速运动(2)0.228(3)如图所示4J(4)0.093解析(1)小车处于平衡状态，故它被轻推后能做匀速直线运动.X1+ X2(2)v1 = 2T =(2.06 + 2.50) X 10 2 m2X 0.1 s= 0.228 m/S.(4) 钩码受力如图所示F 合=mg F根据牛顿第二定律得mg F = ma 小车所受合力的大小等于F，再由牛顿第二定律得 F = Ma综合得MmgF = M + m代入数据得N 0.093 N.0.2 X 0.01 X 9.80.2+ 0.01E5实验：验证机械能守恒定律9. E5 2017天津卷(2)如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静 止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律.图1 对