2020届高三高考物理一轮复习《机械能》题型强化练习题

1、2020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题机械能题型一.恒力做功与功率的相关知识考查例1.如图所示，用一与水平方向成角的恒力F拉一质量为m的物体，使它沿水平方向匀速移动距离x，若物体和地面间的动摩擦因数为，则下列关于此力F对物体做的功W的表达式中正确的有()A.WFxcosB.WmgxC.Wmgx/(cossin)D.Wmgxcos/(cossin)【答案】AD【解析】由功的定义式可得，力F做的功为WFxcos，选项A正确；对物体受力分析，由竖直方向受力平衡有mgFsinFN，由水平方向受力平衡有FcosFN，联立解得Fmg/(cossin)，将结果代入WFxcos可知选项B、C错误、

2、选项D正确。例2.如图所示，细线的一端固定于O点，另一端系一小球。在水平拉力作用下，小球以恒定速率在竖直平面内由A点运动到B点。在此过程中拉力的瞬时功率变化情况是()A.逐渐增大B.逐渐减小C.先增大，后减小D.先减小，后增大【答案】A【解析】因小球速率不变，所以小球以O点为圆心做匀速圆周运动。受力如图所示，因此在切线方向上应有：mgsinFcos，得Fmgtan。则拉力F的瞬时功率PFvcosmgvsin。从A运动到B的过程中，拉力的瞬时功率随的增大而增大。A项正确。1/172020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题方法总结：计算功率的基本思路(1)首先要弄清楚是平均功率还是瞬时功率

3、。(2)平均功率与一段时间(或过程)相对应，计算时应明确是哪个力在哪段时间(或过程)内做功的平均功率。(3)瞬时功率计算时应明确是哪个力在哪个时刻(或状态)的功率。求解瞬时功率时，如果F与v不同向，可用力F乘以F方向的分速度，或速度v乘以速度方向的分力求解。题型二.机车的两种启动方式例3.质量是2000kg、额定功率为80kW的汽车，在平直公路上行驶中的最大速度为20m/s.若汽车从静止开始做匀加速直线运动，加速度大小为2m/s2，运动中的阻力不变.求：汽车所受阻力的大小.3s末汽车的瞬时功率.汽车做匀加速运动的时间。汽车在匀加速运动中牵引力所做的功.【答案】见解析【解析】.所求的是运动中的阻

4、力，若不注意“运动中的阻力不变”，则阻力不易求出以最大速度行驶时，根据P=Fv，可求得F=4000N.而此时牵引力和阻力大小相等.由于3s时的速度v=at=6m/s，而牵引力由FFf=ma得F=8000N，故此时的功率为P=Fv=4.8104W.设匀加速运动的时间为t，则t时刻的速度为v=at=2t，这时汽车的功率为额定功率.由P=Fv，将F=8000N和v=2t代入得t=5s.匀加速运动阶段牵引力为恒力，牵引力所做的功WFsF12at218000252J2105J2例4.一汽车以速度v0在平直路面上匀速行驶，在t0时刻汽车进入一定倾角的上坡路段，设汽车行驶过程中受到的阻力大小恒定不变，发动机

5、的输出功率不变，已知汽车上坡路面足够长。从t0时刻开始，汽车运动的vt图2/172020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题象可能正确的有()【答案】D【解析】汽车在平直路面上以速度v0匀速行驶时，设汽车受到的阻力大小为f，汽车的牵引力大小为F，t0时刻fmgsinFPm汽车上坡，加速度a，汽车立即减速，又牵引力Fv随速度减小而增大，汽车做加速度减小的减速运动，当加速度减小为0时，汽车匀速运动，选项D正确。技巧秘诀方法总结：三个重要关系式P(1)无论哪种运行过程，机车的最大速度都等于其匀速运动时的速度，即vmaxFmin(式中Fmin为最小牵引力，其值等于阻力F阻)。(2)机车以恒定加速

6、度启动的运动过程中，匀加速过程结束时，功率最大，速度不是最大，即v1Ff，所以物体不能停留在斜面上物体在斜面上滑动时，由于摩擦力做功，物体的机械能逐渐减小，物体滑到斜面上的高度逐渐降低，物体最终将在B、C间做往复运动。设物体在斜面上运动的总路程为s，对全过程应用动能定理得1mghR(1cos60)mgscos6002mv2解得s280m。方法总结：运用动能定理需注意的问题(1)若过程包含了几个运动性质不同的分过程，既可分段考虑，也可整个过程考虑。但求功时，有些力不是全过程作用的，必须根据不同的情况分别求功，然后再求出总功。W(2)运用动能定理时，必须明确各力做功的正、负。当一个力做负功时，可设

7、物体克服该力做功为，将该力做功表4/172020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题达为W，也可以直接用字母W表示该力做功，使字母W本身含有负号。题型四.动能定理与圆周运动相结合的综合应用例7.如图，一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置，轨道两端等高，质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下，滑到最低点Q时，对轨道的正压力为2mg，重力加速度大小为g。质点自P滑到Q的过程中，克服摩擦力所做的功为()1A.4mgR【答案】C11B.3mgRC.2mgRD.4mgRv2【解析】在Q点质点受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力，两力的合力充当向心力，所以有FNmgmR，11FN2mg，联立解得vg

8、R，下滑过程中，根据动能定理可得mgRWf2mv2，解得Wf2mgR，所以克服摩擦力做1功2mgR，C正确。例8.如图，一半径为R、粗糙程度处处相同的半圆形轨道如图放置，三点POQ水平。一质量为m的质点自P点上方高度R处由静止开始下落，恰好从P点进入轨道，质点滑到轨道最低点N时，对轨道的压力为4mg,g为重力加速度的大小，用W表示质点从P运动到N点的过程中克服摩擦力所做的功，则A.W=12mgR,质点恰好可以到达Q点1B.WmgR,质点不能到达Q点21C.W=mgR,质点到达Q点后，继续上升一段距离21D.W0,力，故从N到Q质点克服摩擦力做功WNQ3.75m，所以选手可以顺利冲过终点1设选手

9、从A到B运动的时间为t，则sABvxt2at2得t11.5s，t22.5s(舍去)在这段时间内传送带通过的位移为x1v1t14.5m摩擦力做的功WfQkmg(sABx1)990J。8/172020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题方法总结：静摩擦力做功的过程中，只有机械能的转移(静摩擦力起着传递机械能的作用)，而没有内能的产生。滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化有两个方向，一是相互摩擦的物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，转化为内能的量值等于机械能的减少量，表达式为QF滑.l相对。例12.图为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的AB段轨道与四分之一

10、光滑圆弧轨道BC在B点水平相切点A距水面的高度为H，圆弧轨道BC的半径为R，圆心O恰在水面一质量为m的游客(视为质点)可从轨道AB的任意位置滑下，不计空气阻力(1)若游客从A点由静止开始滑下，到B点时沿切线方向滑离轨道落在水面上的D点，OD2R，求游客滑到B点时的速度vB大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功Wf；(2)若游客从AB段某处滑下，恰好停在B点，又因受到微小扰动，继续沿圆弧轨道滑到P点后滑离轨道，求P点离v2水面的高度h.(提示：在圆周运动过程中任一点，质点所受的向心力与其速率的关系为F向mR)2【答案】(1)2gR(mgH2mgR)(2)3R【解析】(1)游客从B点做平抛运动，有2

11、RvBt1R2gt2由式得vB2gR从A到B，根据动能定理，有1mg(HR)Wf2mv2B0由式得Wf(mgH2mgR)(2)设OP与OB间夹角为，游客在P点时的速度为vP，受到的支持力为N，从B到P由机械能守恒定律，有1mg(RRcos)2mv2P0v2P过P点时，根据向心力公式，有mgcosNmRN0hcosR2由式解得h3R.9/172020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题题型七.动能定理在图像类问题中的综合应用例13.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3m以内时，物体上升、下落过程中动能E

12、k随h的变化如图所示。重力加速度取10m/s2。该物体的质量为；（）A2kgB1.5kgC1kgD0.5kg【答案】C【解析】分别选择上升过程与下落过程对物体应用动能定理处理；上升过程，由动能定理，(Fmg)hEkEk0，得EkEk0(Fmg)h，即F+mg=12N；下落过程，(mgF)(6h)Ek，即mgFk8N，联立两公式，得到m=1kg、F=2N。例14.例10.小军看到打桩机，对打桩机的工作原理产生了兴趣他构建了一个打桩机的简易模型，如图甲所示他设想，用恒定大小的拉力F拉动绳端B，使物体从A点(与钉子接触处)由静止开始运动，上升一段高度后撤去F，物体运动到最高点后自由下落并撞击钉子，将

13、钉子打入一定深度按此模型分析，若物体质量m1kg，上升了1m高度时撤去拉力，撤去拉力前物体的动能Ek与上升高度h的关系图象如图乙所示(g取10m/s2，不计空气阻力)(1)求物体上升到0.4m高度处时F的瞬时功率(2)若物体撞击钉子后瞬间弹起，且使其不再落下，钉子获得20J的动能向下运动钉子总长为10cm.撞击前插入部分可以忽略，不计钉子重力已知钉子在插入过程中所受阻力Ff与深度x的关系图象如图丙所示，求钉子能够插入的最大深度【审题】“用恒定大小的拉力F拉动绳端B”拉动物体做匀变速运动“已知钉子在插入过程中所受阻力Ff与深度x的关系图象如图丙所示”阻力与位移成线性关系找关联：(1)动能与势能之

14、和是物体的机械能，由图乙所示图象可以求出物体上升0.4m时物体的速度，根据动能定理求得力F的大小，然后代入功率的计算式即可；10/172020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题(2)钉子在插入过程中所受阻力Ff对钉子做功，数值等于钉子动能的改变，根据动能定理即可求得结果【答案】(1)120W(2)0.02m【解析】(1)撤去F前，根据动能定理，有(Fmg)hEk0，由题图乙得，斜率为kFmg20N，得F30N.又由题图乙得，h0.4m时，Ek8J，则v4m/s，PFv120W.(2)碰撞后，对钉子，有Ffx0Ek.已知Ek20J，kxFf2，又由题图丙得k105N/m，解得：x0.02

15、m.方法总结：动能定理与图象结合问题的分析方法(1)首先看清楚所给图象的种类(如vt图象、Ft图象、Ekx图象等)(2)挖掘图象的隐含条件求出所需要的物理量，如由st图象斜率求速度，由Fx图象所包围的“面积”求功等(3)分析有哪些力做功，根据动能定理列方程，求出相应的物理量题型八.机械能守恒的判断以及机械能守恒定律的应用例15.质量分别为m和M(其中M2m)的两个小球P和Q，中间用轻质杆固定连接，在杆的中点O处有一个固定转轴，如图所示。现在把杆置于水平位置后自由释放，在Q球顺时针摆动到最低位置的过程中，下列有关能量的说法正确的是()A.Q球的重力势能减少、动能增加，Q球和地球组成的系统机械能守

16、恒B.P球的重力势能、动能都增加，P球和地球组成的系统机械能不守恒C.P球、Q球和地球组成的系统机械能守恒D.P球、Q球和地球组成的系统机械能不守恒11/172020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题【答案】BC【解析】Q错因分析Q球下摆的过程中受重力、杆的拉力作用，因为拉力不做功，只有重力做功，所以球重力势能减少，动能增加，Q球和地球组成的系统机械能守恒；同理，P球、Q球和地球组成的系统机械能守恒，选择A、C。正解Q球从水平位置下摆到最低点的过程中，受重力和杆的作用力，杆的作用力是Q球运动的阻力(重力是动力)，对Q球做负功；P球是在杆的作用下上升的，杆的作用力是动力(重力是阻力)，对

17、P球做正功。所以，由功能关系可以判断，在Q球下摆过程中，P球重力势能增加、动能增加、机械能增加，Q球重力势能减少、动能增加、机械能减少；由于P和Q整体只有重力做功，所以系统机械能守恒。例16.如图所示，一很长的、不可伸长的柔软轻绳跨过光滑定滑轮，绳两端各系一小球a和b.a球质量为m，静置于地面；b球质量为3m，用手托住，高度为h，此时轻绳刚好拉紧从静止开始释放b后，a可能达到的最大高度为()hB1.5hC2hD2.5h动，在这个过程中机械能守恒，2mv2mgh，h2，所以a球可能达到的最大高度为1.5h，B项正确【答案】B【解析】考查机械能守恒定律在b球落地前，a、b球组成的系统机械能守恒，且

18、a、b两球速度大小相等，根据1机械能守恒定律可知：3mghmgh2(m3m)v2，vgh，b球落地时，a球高度为h，之后a球向上做竖直上抛运1v2h2g题型九.探究合外力做功与物体动能变化的关系17.某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验，图甲中小车是在1条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功记为W。当用2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、_(填测量工具)和_(填“交流”或“直流”)12/17202

19、0届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题电源。实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是()A放开小车，能够自由下滑即可B放开小车，能够匀速下滑即可C放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是()A橡皮筋处于原长状态B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个铁钉的连线处D小车已过两个铁钉的连线(4)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图乙中纸带的_部分进行测量

20、。乙【答案】（1）刻度尺、交流（2）D（3）B（4）GK【解析】（3）木板水平放置说明未平衡摩擦力，当小车所受合外力为0时，小车的速度最大，因而该时刻橡皮筋处于拉伸状态即T=f；（4）取点距均匀的部分说明弹簧已经恢复原长，弹性势能全部转化为小车的动能；例18.如图所示，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。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。(1)打点计时器使用的电源是_(选填选项前的字母)。A直流电源B.交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是_(选填选项前的字母)。13/172020届高三高考物理一轮复习机械

21、能题型强化练习题A把长木板右端垫高B改变小车的质量在不挂重物且_(选填选项前的字母)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计时器不打点B计时器打点B(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O。在纸带上依次取A、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O点的距离为x1、x2、x3如图2所示。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O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_。(4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图3

22、所示的v2W图象。由此图象可得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v2W关系的是_。【答案】（1）B（2）A、B（3）mgx2，x32Tx1(4)v24.7W质量(5)A【解析】(1)打点计时器使用交变电流，故应选用交流电源。(2)平衡摩擦力和其他阻力时采用垫高长木板右端，使小车的重力的分力与摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打14/172020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习

23、题点时振针与纸带之间的摩擦，故需要在打点状态下判断是否达到平衡要求。B(3)由做功公式知：Wmgx2；利用匀变速直线运动中间时刻的速度等于本段时间内的平均速度知，点速度等于ACx3x1段的平均速度，vB2T。(4)根据图线，关系式写为v2kWb，在直线上取两点，如(1.4102，0.07)(8102,0.38)，代入上式，解得k4.7，b0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为v24.7W。把功的单位用基本单位表示，JNmkgm2s2，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为kg1，故与图线斜率有关的物理量应是质量。(5)若重物质量m不满足远小于小车质量M，则绳子对小车的拉力实际不等于重物

24、的重力，由mg(Mm)a和FMaM知FMmmg，12F2Mg由动能定理得：2mv2Fx，v2mxMmx，而Wmgx，2M则实际v2W图线的斜率k，重物质量m与小车质量M不变，速度虽然增大，但斜率不变，选项A正确题型十.机械能守恒定律的验证例19.如图甲所示，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。(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是_。A重物选用质量和密度较大的金属锤B两限位孔在同一竖直面内上下对正C精确测量出重物的质量D用手托稳重物、接通电源后，撤手释放重物甲(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图乙所示。纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点。重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有_。15/172020届高三高考物理一轮复习机械能题型强化练习题乙AOA、AD和EG的长度BOC、BC和CD的长度CBD、CF和EG的长度DAC、BD和EG的长度【答案】(1)AB(2)BC【解析】(1)A对：验证机械能守恒定