2021年上海高三物理一模 功能关系汇编

上海市各区县2021届高三物理一模功能关系试题专题分类精编

一、选择题

1.（2021奉贤一模12题）如图，质量不同的A、B两小球分别用细线悬挂在等高的悬点。卜处。将两

球拉至与悬点同一高度，使细线水平伸直，由静止释放。已知AA>LB,设悬点所在水平面为零势能面，

不计空气阻力，则两球运动到最低点时（）

A.A球动能大于B球动能B.A球机械能等于B球机械能

C.A球加速度大于B球加速度D.A球向心力等于B球向心力

2.（2021虹口一模10题）如图，物块以一定的初始速度w由底端冲上粗糙程度均匀的斜面，最高到达

5点。若物块在滑行过程中（）

A.施加一个竖直向下的恒力，最高仍到8点

B.施加一个竖直向上的恒力，最高仍到5点

C.施加一个水平向右的恒力，最高可能在8点之下

D,施加一个水平向右的恒力，最高必在8点之上

3.（2021黄浦一模9题）物体以某一速度冲上粗糙的固定斜面，上升到/?高处后返回斜面底端。若物体

在向上、向下运动过程中动能与重力势能相等时的高度分别为历、仍，则（）

hh

A.h\>—>hiB.—>h\>h2C.hi>hy>一D.〃2>—>加

2222

4.（2021黄浦一模9题）如图（a）所示，一轻质弹簧竖直固定于水平桌面。一金属小球自片0时刻由弹

簧正上方某一高度处落下，落到弹簧上后压缩弹簧到最低点，然后被弹起离开弹簧、再落下。安装在弹

簧下端的压力传感器测出这一过程中弹簧弹力厂随时间f变化的图像如图（b）所示，则（）

图（a）图（b）

A.a时刻，小球的动能最大

B.f2时刻，小球加速度大于重力加速度

C.f3时刻，小球的重力势能最小

时间内，小球和弹簧的总势能先增大后减小

5.（2021金山一模7题）小球做自由落体运动，其动能巴.与离地高度〃的关系图象是（）

6.（2021静安一模12题）如图，均匀带负电的小球固定于。点，一个质量为加、带负电的微粒，从O

点正上方的/点由静止释放后竖直向上运动，微粒最远可到达O点正上方的8点处，则微粒从“运动到

8的过程中（）

iB

h

I

I

I

I

I

I

I

I

«）（»

A.加速度逐渐减小，机械能逐渐增大

B.加速度逐渐减小，机械能先增大后减小

C.加速度先减小后增大，机械能先增大后减小

D.加速度先减小后增大，机械能逐渐增大

7.（2021闵行一模1题）功和能的单位焦耳用力学单位制的基本单位可表示为（）

A.NmB.W/sC.kg•m*2/s2D.A2•0,s

8.（2021浦东一模11题）放在地面上的箱子，在竖直向上的力F作用下由静止开始运动，运动过程中箱

子的机械能E与其位移〃关系图像如图所示，其中为直线，/〜8为曲线，为水平直线。不计空

气阻力（）

A.0〜加过程中力F逐渐增大

B.加~"过程中箱子的动能一直增加

C.〃2〜加过程中箱子的动能一直减小

D./Z2〜加过程中力尸大小不变等于重力

9.（2021松江一模11题）如图所示，质量为加的物体静止于粗糙水平地面上，物体与地面的动摩擦因

数为〃，物体右侧与一轻弹簧相连，初始时弹簧为原长，现用水平力缓慢向右拉弹簧，使物体向右通过一

段位移s,该过程水平力做功一定（）

r~ivwA»F

A.等于/jmgsB.大于［imgs

C.小于/jmgsD.大于2""?gs

10.（2021杨浦一模9题）某同学在100米短跑时采用蹲踞式起跑，发令枪响后，向前加速的同时提升身

体重心。设该同学质量为孙在起跑前进的这段距离内重心上升高度为〃，获得速度为v,克服阻力做功

为少用，重力加速度为g。则在此过程中（）

A.该同学的重力势能减小量为机g〃

B.该同学的动能增加量为一，〃一

2

C.该同学的机械能增加量为叱a+mg力

D.该同学自身提供的能量至少为加/

11.（2021杨浦一模12题）如图（a）,一物体以某一初速度由斜面底端沿斜面向上滑动，其动能和重力

A.斜面的倾角

B.物体所受的重力

C.物体上滑的初速度

D.物体与斜面间的滑动摩擦力

二、填空题

1.（2021宝山一模15题）某球员定点罚球，篮球刚好水平越过篮筐前沿。已知罚球点离篮筐前沿的水

平距离为4.2m,罚球的出球点与篮球运动最高点间的高度差为0.8m,篮球质量为0.6kg,这次罚球该

球员对篮球做的功为38J,不计空气阻力，g取10m/s2,则篮球从出球点运动到最高点，重力势能增加了

J,篮球在最高点时的动能为Jo

2.（2021宝山一模17题）如图所示，有一圆心为。，半径为R的圆，AB为圆的直径，在圆形区域所在

空间有匀强电场。将质量为/«，电荷量为q的正点电荷由N点静止释放，自圆周上的C点以速率vo穿

出，已知NC与43的夹角。=60°,运动中点电荷仅受电场力的作用，则匀强电场的场强大小为；

若将该点电荷从/点移到圆周上的任意一点，则其中点电荷电势能变化的最大值是。

3.（2021崇明一模17题）质量为2kg的物体，放在动摩擦因数〃=0.5的水平地面上，在水平拉力尸

的作用下，由静止开始运动，拉力做功的少和物体位移s之间的关系如图所示，则在0〜1m内水平拉力

4.（2021奉贤一模17题）如图所示，质量为60kg的某运动员在做俯卧撑运动，运动过程可将她的身体

视为一根直棒。已知重心在C点，其垂线与脚、两手连线中点间的距离OA、OB分别为0.9m和0.6m。

若她在30s内做了15个俯卧撑，每次肩部上升的距离均为0.4m,每次上下来回用时约1.5s,在最高处停

留约0.5s,则每次克服重力做功约为J,30s内克服重力做功的功率约为Wo（g

取1Om/s2）

5.（2021闵行一模15题）如图所示，光滑轨道abc固定在竖直平面内形成一重力势阱，两侧高分别为

Hi和H2可视为质点的小物块Q质量为加，静置于水平轨道b处。设重力加速度为g；若以。处所在平

面为重力势能零势能面，物块。在6处机械能为；一质量为机的小球尸从。处静止落下,

在6处与滑块Q相撞后小球P将动能全部传给滑块Q,随后滑块Q从陷阱右侧滑出，其到达c处的速度

v大小为。

h

6.（2021闵行一模17题）一物块在高3.0m、长5.0m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能

和动能随下滑距离s的变化如图中直线I、n所示，取g=10m/s2。则物块开始下滑2m过程中，机械能

损失J；物块沿斜面下滑的加速度a=m/s2o

7.（2021青浦一模16题）某同学站在水平地面上，竖直向上抛出一个物体，通过研究得到物体的机械

2

能E总和重力势能£P随它离开地面高度h的变化如图所示（取地面为零势能面,重力加速度g取10m/s）.

8.(2021松江一模17题)竖直向上抛出物体，从抛出点到最高点的过程中其动能和重力势能随高度〃

的变化图线如图所示，物体上升过程中空气阻力做的功为J,加速度大小为m/s2»

三、综合题

1.(2021宝山一模20题)如图所示，导体棒M的质量为0.2kg,用绝缘细线悬挂后，恰好与宽度为0.5m

的光滑水平导轨良好接触。导轨上还固定另一导体棒c"，整个装置处于竖直向上的8=0.2T的匀强磁场中，

现将ab棒向右拉起0.8m高后无初速释放。当首次摆到最低点与导轨接触后，还能向左摆到0.45m高。

已知油棒和M棒的电阻均为0.2Q,导轨的电阻不计，g取10m/s2。对于上述必棒的运动过程，试求:

(1)。6棒刚接触导轨时其中电流的方向：

(2)ab棒刚接触导轨时其中电流大小；

(3)ab棒在接触导轨的瞬间，电流通过“棒所做的功;

(4)ab棒在接触导轨的瞬间，通过外棒截面的电荷量。

2.(2021虹口一模19题)滑板运动是一项惊险刺激的运动，深受青少年的喜爱。图中ABCD为滑板的运

动轨道，AB和CD是两段光滑的圆弧，水平段BC的长度L=5m0一运动员从尸点以vo=6tn/s的初速度下

滑，经BC后冲上CD轨道，达到0点时速度减为零。已知运动员连同滑板的质量"?=70kg"=2m,"=3m,

g取10m/s2o求：

(1)运动员第一次经过8点和C点的速度VB、vc:

(2)滑板与BC之间的动摩擦因数〃；

(3)运动员最后静止的位置与8点之间的距离X。

3.(2021黄浦一模19题)足够长的平行光滑金属导轨MN、P。相距为乙导轨所在平面水平、电阻不

计。导轨处于竖直向上、磁感应强度为8的匀强磁场中。一长为L、质量为机、电阻为Ro的金属棒垂直

放置在导轨上且始终与导轨接触良好。两金属导轨的左端连接如图所示的电路，其中及i=2Ho,R2=4RO.

现将电阻箱&的电阻调为12Ro,对金属棒施加一水平向右的恒力F,求：

(1)金属棒上产生感应电动势的最大值Emx；

(2)金属棒运动的最大速率Umax；

(3)金属棒匀速运动时，棒与电阻&的发热功率之比：：

(4)从金属棒开始运动至最大速率的过程中,若棒上产生的热量是。，则此过程中恒力尸做的功少是多少？

4.(2021嘉定一模20题)如图中所示，两条相距/=lm的水平粗糙导轨左端接一定值电阻。片0s时，一

质量掰=lkg、阻值尸0.5Q的金属杆，在水平外力的作用下由静止开始向右运动，5s末到达/N,MN右

侧为一匀强磁场，磁感应强度8=1T,方向垂直纸面向内。当金属杆到达后，保持外力的功率不变,

金属杆进入磁场，8s末开始做匀速直线运动。整个过程金属杆的回图像如图乙所示。若导轨电阻忽略不

计，杆和导轨始终垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数〃=05重力加速度g=10m/s2。试计算：

(1)进入磁场前，金属杆所受的外力F；

(2)金属杆到达磁场边界MN时拉力的功率Pm；

(3)电阻的阻值R；

(4)说说0〜8s内功与能的转化关系。若前8s金属杆克服摩擦力做功127.5J,试求这段时间内电阻R上产

生的热量。

XXXXXX

XXX

XXX

XXXXXX

8

图乙

5.(2021金山一模20题)质量"尸1kg的小物块在沿光滑斜面向上的力尸作用下，从长斜面底端以一定

初速度沿斜面向上运动。经过0.4s沿斜面上滑了1.2m,以斜面底端为零势能面，其动能以和重力势能

当随位移的变化关系如图线①和②所示。g取10m/s2。求：

(1)物块的初速度和斜面的倾角；

(2)力尸的大小;

(3)试通过计算证明：机械能改变量等于除重力以外其他力做的功；

(4)若经过0.4s后撤去

5.(2021静安一模19题)如图，足够长的粗糙斜面底部与固定在竖直平面内的光滑半圆形轨道BC

平滑连接，斜面"8与水平方向夹角，=37°,轨道BC半径R=0.1m。质量机=0.4kg的小物块从斜面48

的某位置由静止释放，恰好能到达轨道8c的最高点。已知小物块与斜面间的动摩擦因数"=0.25,取

g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。

(1)求小物块沿斜面AB下滑时的加速度a的大小：

(2)求小物块经过B点时的速度VB的大小；

(3)求小物块沿斜面AB下滑过程中，损失的机械能。

6.(2021浦东一模19题)如图所示，光滑金属导轨固定在与水平面成9=37°的斜面上(斜面未画出)，

导轨各相邻段互相垂直，导轨顶端接有阻值尺=3。的电阻。已知宽轨间距办=1m,宽轨长S=lm,窄

轨间距£2=0.501,窄轨长52=201卯4连线以下区域有垂直于斜面向下的匀强磁场,磁感强度大小8=2.0T,

bp=cq=0.27mo现有一根长度等于电阻为r=2Q、质量〃?=0.2kg的金属棒从宽轨顶端由静止释

放，金属棒到达宽轨底部和窄轨底部之前都已经做匀速直线运动。导轨电阻不计，重力加速度g=10m/s2,

sin370=0.6,cos370=0.8。求：

(1)金属棒刚进入磁场时通过电阻尺的电流/i的大小和方向:

(2)金属棒刚离开宽轨时速度V2的大小；

(3)在金属棒的整个运动过程中，回路中产生的焦耳热。。

d

B

7.(2021徐汇一模20题)某地有一风力发电机，它的叶片转动时可形成半径为R=2()m的圆面。某时间

内该地区的风速u=6.0m/s,风向恰好跟叶片转动形成的圆面垂直，已知空气的密度0=1.2kg/n?,

若该风力发电机能将此圆内10%的空气动能转化为电能。求：

(1)单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的体积V；

(2)单位时间内冲击风力发电机叶片圆面的气流的动能后卜；

(3)此风力发电机发电的功率尸。

8.(2021长宁一模20题)将传感器安装在蹦极运动员身上，可以测量出运动员在不同时刻下落的高度及

速度，如图甲所示。运动员及所携带装备的总质量为50kg,弹性绳原长为8m。运动员从蹦极台自由下

落，根据传感器测到的数据，得到如图乙所示的速度一位移图像。(g取9.8m/s2)

(1)运动员下落过程中受到的空气阻力是否能忽略不计？写出你的理由。

(2)运动员下落过程中最大动能是多少？指出该位置运动员受力的特点。

(3)简述运动员下落过程中的运动情况。

(4)运动员下落过程中动能最大时和落到最低点时，绳的弹性势能分别是多少？

答案：

一：选择题

1.（2021奉贤一模12题）B

2.（2021虹口一模10题）C

3.（2021黄浦一模9题）A

4.（2021黄浦一模12题）B

5.（2021金山一模7题）C

6.（2021静安一模12题）D

7.（2021闵行一模1题）C

8.（2021浦东一模11题）C

9.（2021松江一模11题）B

10.（2021杨浦一模9题）D

11.（2021杨浦一模12题）D

二、填空题

1.（2021宝山一模15题）(1).4.8(2).33.1

mvl.32

2.（2021宝山一模17题）(1).--(2).-mvi

2qR4°

3.（2021崇明一模17题）(1).20(2).63.2

4.（2021奉贤一模17题）(1).144(2).72

5.（2021闵行一模15题）(1).-mgH,；(2).J2g(HI-%)

6.（2021闵行一模17题）(1).8(2).2

7.（2021青浦一模16题）(1).2(2).60

8.（2021松江一模17题）(1).-1(2).12.5

三、综合题

1.（2021宝山一模20题）

（1）由右手定则，可知劭棒中的电流方向由b指向“

（2）对于M棒摆到最低点的过程，有

解得

Vi=4m/s

成棒刚接触导轨时，M棒产生的感应电动势

E=BL%=0.2x0.5x4V=0.4v

ah棒中的电流

,E0.4A,A

I=--------=--------A=1A

R“b+R,d0.2+0.2

(3)由能量转化与守恒可知，仍棒从右侧摆到左侧损失的机械能等于电流通过油、cd二棒所做的功

mgh}-mgh^^W^+W^

0.2xl0x0.8-0.2xl0x0.45=2%

%,=035J

(4)对于劭棒从最低点向左摆到最高点的过程，有

对于血棒接触导轨的过程，由牛顿第二定律，可知

F^=B1L

a=一

Ar

BIL^t=m-Av

又

△Q=1X

所以有

BLAQ=m•dv

，八mv.-mv10.2x4-0.2x3„

^Q=—!------1=--------------------C=2C

BL0.2x0.5

2.(2021虹口一模19题)

(1)选经过BC的水平面为零势能面,P到8的过程中，机械能守恒

~mvo+mgh=

解出

vB®8.72m/s

。到。的过程中，机械能守恒

hnvl=mgH

解出

vc«7.75m/s

(2)8到。的过程中，由运动学公式

2

2aL=vc-Vg

得到

a=-1.6m/s2

运动员连同滑板，受到三个力的作用，如图

0

牛顿第二定律

FN-mg=0

RFZ=ma

解出

〃=0.16

(3)两侧圆弧形轨道光滑，所以运动员最终停在水平轨道上。运动员在BC轨道上的往返过程中，总是

在做减速运动，加速度大小恒为L6m/s2,设BC轨道上往返的总路程为s,由运动学公式

2

2as=0-vfi

得到

s=23.75m

推理，因

s-4L+3.75m=23.75m

故运动员最终停下的位置离B点

x=3.75m

3.(2021黄浦一模19题)

(1)电路总电阻

R总-R，+R+K+&—6凡

金属棒匀速运动时产生的感应由动势最大，此时所受安培力

BIL=F

最大感应电动势

Emax=1R“

由以上三式可得

E一哒

maxBL

(2)金属棒运动的最大速率

耳皿=町恤

解得

g

maxg匕

(3)因为比与心并联，且为：氏3=1：3,所以/。：/2=4：3,根据P=/2R可知

4

-

9-

P2I；R294

(4)根据电阻大小和电路连接方式，可知电路产生的总热量与金属棒上产生热量之比为6:1;根据功能关系,

力厂做功引起系统动能和内能的增加。所以力尸做功

u/12s18mFXc

w=~加%ax+6。=-犷r一+6。

4.(2021嘉定一模20题)

(1)未进入磁场前，金属棒做匀加速直线运动

a=-=-m/s2=lm/s2

Z5

其受力情况如图所示

生

根据牛顿第二定律

F-J=tna

可得

尸=6N

(2)设金属杆到达MN瞬间速度为V,

Pm=人=Fx的=6x1x5W=30W

(3)金属杆进入磁场后其功率Pm=30W最后以v2=4m/s做匀速直线运动

此时金属杆的受力如图所示

因为匀速，则

F=F-f

R+rR+r

f="mg

F=b

V2

三式联立

/?=1.1Q

(4)整个过程外力对金属杆所做的功一部分克服摩擦力和安培力做功，另一部分转化成金属杆的动能。金

属杆克服安培力做功，将其他形式的能转化成电能，最终转化成热能

进入磁场前金属杆的位移

s,--at2=—xlx52m=12.5m

122

WF=Fs,+Pt2-t.=6xl2.5J+30x（8-5）J=165J

2

\EK=1mv2-0=8J

又

WF+Wf^WF=\Ek

可得

WFA=-29.5J

则

。总=29.5J

QR=Q巴=11x29.5J=20.28J

RR+r*1.1+0.5

5.(2021金山一模20题)

⑴根据

£kO=-/MVO2

2

得初速度

vo=2m/s

根据

Ep=mgh=mgssin0

得斜面倾角

6=30°

(2)由匀变速运动规律

s=voH—at2

代入数据，得

a=5m/s2

物块受力如图所示

根据牛顿第二定律，得

F-mgsinO=ma

解得

F=10N

(3)除了重力仅尸对物体做功

殊=Fs=10xl.2J=12J

初始位置机械能

Eo=Eko+Epo=(2+O)J=2J

0.4s末时

vi=vo+«/=4m/s

即动能

Eki=­znvi2=8J

0.4s末位置机械能

Ei=Eki+Epi=(8+6)J=14J

机械能改变量

△E=£VEo=12J

即得

AE=%F

(4)0.4s后，受力分析，根据牛顿第二定律得

mgsin0-ma'

由位移速度公式得

0-v；=-2a'x

解得

x=1.6m

则位移为

s+x=2.8m

由机械能守恒得

Ep2=E2=£,=14J

根据以上数据作图如下

5.(2021静安一模19题)

(1)小物块从/到B作匀加速直线运动，受力情况如图。

小物块垂直于斜面方向受力平衡

N-mgcos37°=0

小物块与斜面间的滑动摩擦力

Ff=RF、=//mgcos37°

沿斜面方向，根据牛顿第二定律

mgsin37°-F(-ma

代入数据可得

a—4mzs2

(2)小物块恰好能到达细杆BC最高点C时

Vc

me=m—

R

代入数据可得

vc=lm/s

小物块从B运动到C只有重力做功，机械能守恒

11

—mv^2=mg-2R+—mv^2.

代入数据可得

vg=石m/s

(3)小物块从A到B作初速为零的匀加速直线运动

-2as

代入数据可得

s=0.625m

从4到8运动过程中，损失的机械能等于克服摩擦力做的功

%=/jmgcos37°-s=0.5J

5.(2021浦东一模19题)

(1)由右手定则(或楞次定律)可判断感应电流方向;

设金属棒刚进入磁场时的速度为金属棒从顶端开始运动到进入磁场的过程只有重力做功，机械能守

恒，即

12

mv

~\-0=rngSbpsin0

代入数值得

1

—x0.2xv,29-0=0.2xlOx0.27xsin37°

解得

vt=1.8m/s

刚进入磁场时，由闭合电路欧姆定律可得

1R+r

又

E\=BL\v\

可得

2xlxl.8，、…

-----------AA=0.72A

1R+r3+2

(2)依题意，金属棒刚离开宽轨时作匀速运动，由

E2=BL\V2

2-R+r

F\=BhL\

得

F-吗

八R+r

因金属棒做匀速运动，由平衡条件可得

FA-mgsin®

即

生鱼